[发明专利]一种掩膜台系统

说明书

技术领域

本发明涉及光刻机掩膜台系统，该系统主要应用于半导体光刻机中，属于半导体制造装备领域。

技术背景

在集成电路芯片的生产过程中，芯片的设计图形在硅片表面光刻胶上的曝光转印(光刻)是其中最重要的工序之一，该工序所用的设备称为光刻机(曝光机)。光刻机的分辨率和曝光效率极大的影响着集成电路芯片的特征线宽(分辨率)和生产率。而作为光刻机关键系统的掩膜台系统的运动精度和工作效率，又在很大程度上决定了光刻机的分辨率和曝光效率。

步进扫描投影光刻机基本原理如图1所示。来自光源45的深紫外光透过掩膜台上的掩模版47、透镜系统49将掩模版上的一部分图形成像在硅片50的某个Chip上。为进行硅片上一个chip的曝光，掩膜台和硅片台需分别进行加速运动，并在运动到曝光起始位置时同时达到扫描曝光所要求的4∶1的速度。此后，硅片台以均匀的速度向扫描运动方向运动，掩膜台以4倍于硅片台扫描速度的速度向与硅片台扫描运动的反方向作扫描运动，两者的运动要求达到极其精确的同步，最终将掩模版上的全部图形成像在硅片的特定芯片(Chip)上。当一个chip扫描结束后，掩膜台和硅片台分别进行减速运动，同时硅片台进行步进运动，将下一个要曝光的chip移动到投影物镜下方。此后，掩膜台向与上次扫描运动方向相反的方向加速、扫描、减速，硅片台则按照规划的方向加速、扫描、减速，在同步扫描过程中完成一个chip的曝光。如此不断重复，掩膜台往返进行加速、扫描、减速的直线运动，硅片台按照规划的轨迹进行步进和扫描运动，完成整个硅片的曝光。

根据对掩膜台的运动要求，掩膜台主要提供沿扫描方向往返超精密高速直线运动的功能。其行程应满足chip长度的4倍、并加上加减速的距离；其扫描速度应为硅片台扫描速度的4倍，最高加速度也相应的会高于硅片台的最高加速度。按照国外典型光刻机商品的技术指标，掩膜台的行程超过100mm(有的机型达到200mm)，扫描速度达到1000mm/s，最高加速度达到20m/s2，即2g。提高掩膜台的扫描速度和加速度(硅片台也同步提高)，能有效的提高光刻机的生产率。

最为重要的是，掩膜台必需能够实现与硅片台扫描运动的超高精度的同步运动，对45nm光刻机而言，其同步精度要求MA(移动平均偏差)小于2.25nm，MSD(移动标准偏差)小于5.4nm。其中，MA主要影响曝光的套刻精度，MSD主要影响曝光分辨率。

为了满足掩膜台大行程和高速高精度的苛刻要求，传统的掩膜台系统通常采用粗-精动叠层的驱动结构(如图2所示)。掩膜台系统由粗动台15和叠加在其上的精动台14组成。其中，粗动台15采用左直线电机13和右直线电机12组成的高速大行程的双边驱动系统驱动；精动台14则由X方向的音圈电机17和Y方向的音圈电机18驱动，对掩膜台进行实时高精度的微调，满足其运动精度的要求。这种叠层驱动结构在运动时，上层音圈电机及其附属结构和掩膜台都需要底层直线电机来驱动，大大增加了底层直线电机的负担，系统结构复杂，限制了掩膜台的运动精度，妨碍了其加速度的提高。

发明内容

为了提高光刻机掩模台的加速度，速度和定位精度，进而促进光刻机的生产率、套刻精度和分辨率的提高，本发明提供了一种掩膜台系统。

本发明的技术方案如下：

一种掩膜台系统，其特征在于：该系统包括掩膜台、磁悬浮装置、振动装置以及驱动装置，所述磁悬浮装置含有固定在掩膜台上的悬浮永磁体和固定在光刻机机架上的铁磁性部件；所述振动装置包括分别设置在掩模台两端的两个运动永磁体和两个固定在光刻机机架上的静止电磁铁，且两者的同极相对而互斥，使掩膜台在两个静止电磁铁之间的区域往复运动；所述驱动装置包括一个以上的X方向驱动装置，一个以上Y方向驱动装置和一个以上的Z方向驱动装置，每个驱动装置都含有固定在光刻机机架上的线圈阵列和固定在掩膜台上的永磁体阵列；所述X方向驱动装置驱动掩膜台在振动装置中做往复直线运动；所述Z方向驱动装置配合磁悬浮装置调节掩膜台在Z轴方向的位置以及绕X轴和Y轴转动的两个转动自由度，使掩膜台在工作过程中保持悬浮状态；所述Y方向驱动装置负责调整掩膜台沿Y轴的位置和绕Z轴的转动自由度。

本发明所述的一种掩膜台系统，其特征还在于：所述磁悬浮装置的悬浮永磁体为稀土永磁体，且对称分布在掩膜台上表面的四个角上，所述磁悬浮装置的铁磁性部件与悬浮永磁体对应分布并固定在光刻机机架上，且在掩膜台运动过程中始终吸引悬浮永磁体。