[发明专利]光刻机工件台磁预紧平衡定位系统

说明书

技术领域

本发明属于半导体光学光刻制造技术领域，主要涉及光刻机中的超精密硅片运动定位系统，特别是具有平衡质量减振装置的高速工件台定位系统。

背景技术

光学光刻技术是半导体芯片制造业中的主流技术，相对于其他光刻技术，光学光刻技术具有生产率高、定位精度高等优点。作为集成电路芯片前道生产过程中最重要的工序之一，它的基本原理是利用以光致抗蚀剂为中间媒介实现图形的变换、转移和处理，最终把图像信息传递到硅片上，即将掩模板上的设计电路图按照一定的比例缩小转印到半导体芯片上的一种工艺过程，该工序所需设备称为光刻机。

单个半导体芯片上晶体管数目的增长是以光刻技术能得到的特征线宽不断缩小来推动的。线宽也称为制程，是指芯片中晶体管之间导线的连线宽度。目前INTEL公司生产的45nm制程CPU已经得到了广泛应用，32nm制程的CPU也已经投放市场。随着对光刻线宽、套刻精度、生产率等要求的不断提高，对作为光刻机的核心部件之一的超精密高速工件台的定位和减振要求也不断提高。由于光刻机工件台的定位精度直接决定了转印后硅片上电路的线宽大小。全球三大光刻设备生产商：荷兰ASML，日本NIKON，日本CANON，在各自产品系列的研发中，均对光刻机工件台作了大量研究，并结合实际生产过程不断进行改进。他们在其产品中普遍使用了平衡质量减振技术，由于光刻机工件台主要具有三个方向的运动自由度，即X、Y和沿Z轴扭转。所以主要考虑这三个自由度方向上的振动抑制和定位精度。

光刻机工作过程中产生的振动主要由内部振动和外部振动两部分组成。在早期的生产工艺中，硅片直径不大于200mm且对线宽和产率要求较低，光刻机内部振动影响较小，主要考虑消除外部振动。目前300mm直径的硅片已经得到广泛应用，而且产率也不断提高。光刻机的内部振动对各项设备指标的影响越来越大，尤其对光刻精度和速度的不断提高起了严重的制约作用。

光刻机工件台在工作过程中具有较高的运动加速度和运动速度，尤其在高加速度起停过程中，工件台产生的冲击力若得不到很好的缓冲，会对基台产生较大振动，这是光刻机机内振动的主要来源。另外，工件台在X、Y向平面运动过程中，偏离中轴线的加减速运动会造成工件台沿Z轴的扭转，这对于高精度的定位来说不容忽视，需要采取措施抑制。

针对以上问题，国内外相关厂商和研究机构进行了大量的研究，目前采取的主要技术手段是利用动量守恒原理，采取平衡质量减振机构削弱光刻机内部振动。

专利US6885430B2、ZL200710045582、US7034920B2、ZL200410009257、ZL200710042417均利用该原理进行设计。

在专利US6885430B2中，Nikon公司采取了双硅片台的形式，一个硅片台预对准的同时，另一个进行光刻。硅片台建立在X方向和Y方向独立的两个平衡质量块上，平衡质量块上安装了直线电机定子并通过气浮轴承与基座进行连接，当直线电机带动硅片台运动时，作用在电机定子上的反作用力推动了平衡质量块向相反方向运动(动量守恒)。由于平衡质量块是气浮连接于基座上，这就避免了反作用力对基座的直接冲击，振动得以削弱。X、Y向平衡质量块分离的形式虽然结构简单紧凑，控制相对容易，但当硅片台的运动速度不断提升，偏离中轴线加减速运动时，由于角动量的不守恒，将会引起沿Z轴的转动趋势(Rotation z，简称Rz)增大，如果不加以抵偿，将会引起工件台振动，影响精密定位。

上海微电子装备有限公司在其专利ZL200710045582中采取了一种原理上较为简单直观的减振方式，在基台的下部对称布置了一套与上部运动单元(主要包括硅片台、X向气浮导轨、X向直线电机、Y向直线电机的2个动子)完全相同的运动机构，并采取相反的运动策略来抵消上部运动单元工作过程中对基台的反作用力。这种结构虽然能够较好地抵消X、Y平面方向上基台受到的作用力，但在上部硅片偏离轴线运动时，下部对称机构将在偏离轴线另一侧反方向运动，结果产生使Z轴扭转的力偶，相比于单个运动单元，该方案Rz加倍，使抑制Rz更加困难。另外，这种结构采取了两套完全相同的设备，机械结构复杂，整机经济性差。