[发明专利]带激光干涉仪测量的具有六自由度粗动台的掩膜台系统

说明书

技术领域

本发明涉及光刻机掩模台系统，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。

背景技术

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模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是：来自光源的深紫外光透过掩模台上的掩模版、透镜系统将掩模版上的一部分图形成像在硅片的某个Chip上。为进行硅片上一个chip的曝光，掩模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，掩模台以四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，掩模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，掩模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，掩模台往返进行加速、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。

根据对掩模台的运动要求，掩模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，掩模台的行程超过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。提高掩模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，掩模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。

为了满足掩模台大行程和高速、高精度的苛刻要求，传统的掩模台系统通常采用粗精动叠层的驱动结构。掩模台系统由粗动台和叠加在其上的精动台组成。其中，粗动台采用左直线电机和右直线电机组成的高速大行程的双边驱动系统驱动，气浮导轨支承；精动台则由X方向的音圈电机和Y方向的音圈电机驱动，对掩模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，单自由度往复运动的底层直线电机的双边驱动结构，采用气浮导轨支承，结构复杂，装配精度要求极高，从而限制了掩模台的运动精度，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，降低装配精度要求，本发明提供了一种带激光干涉仪测量的具有六自由度粗动台的掩膜台系统。

本发明的技术方案如下：

带激光干涉仪测量的具有六自由度粗动台的掩膜台系统，该系统包括精动台、粗动台和机架，所述的粗动台含有一个粗动台台体和驱动装置，其特征在于：所述的粗动台台体设置在精动台的外部，将精动台包围在中间；所述的驱动装置包括大行程驱动模块和小行程驱动模块两部分，大行程驱动模块由两组关于X轴方向对称布置在粗动台台体两侧的X方向直线电机组成，小行程驱动模块由四组同时驱动Y方向和Z方向的两自由度直线电机组成，四组两自由度直线电机两两关于X轴方向对称布置在粗动台台体两侧，并位于大行程驱动模块下方；

所述的粗动台还包含两个粗动台重力平衡组件，所述的两个粗动台重力平衡组件布置在粗动台台体上方，沿X轴方向对称布置在粗动台台体两侧，每个粗动台重力平衡组件包含一个粗动台重力平衡导磁板和两个粗动台重力平衡永磁体，粗动台重力平衡导磁板与X方向直线电机的永磁体阵列连接在一起，粗动台重力平衡永磁体分别布置在粗动台台体上表面，沿X轴方向的侧边关于Y轴方向对称布置，并与粗动台重力平衡导磁板留有间隙；