一种电磁弹射启动式掩模台系统的制作方法
【专利摘要】一种电磁弹射启动式掩模台系统，用于光刻机系统中，所述掩模台系统包含底座、平衡块组件、掩模台动台和测量系统。所述平衡块组件包括平衡块、掩模台YZ向电机线圈和掩模台X向电机线圈；所述掩模台动台包括掩模台动台基底、掩模台YZ向电机磁钢阵列和掩模台X向电机磁钢阵列；所述电磁弹射启动式掩模台系统还包括弹射结构，所述弹射结构包括弹射结构定子磁钢阵列、弹射结构动子磁钢阵列、弹射台、弹射台电机动子、弹射台电机定子和导轨。本发明采用弹射结构，提高了光刻机掩模台的启动和停止阶段的加速度，减小了加速时间，降低了能耗和对驱动器的要求。
【专利说明】一种电磁弹射启动式掩模台系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电磁弹射启动式掩模台系统，该掩模台系统应用于半导体光刻机中，属于半导体制造装备【技术领域】。
【背景技术】
[0002]光刻机的工件台系统分为掩模台和硅片台两个子系统，为进行硅片上一个chip的曝光，掩模台和硅片台需要分别进行加速运动，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4倍于娃片台扫描速度的速度向与娃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。
[0003]掩模台在加减速段的加速度通常由驱动电机提供，每个加减速段电机均需要工作，这种启动方式启动时间长，效率低，存在较大能耗。随着半导体制造技术的发展，未来对掩模台的加速度要求会更高，会导致驱动电机的驱动器难以满足。专利文献201110008388.6在掩模台两端分别设置运动永磁体和两个固定在光刻机机架上的静止部分，静止部分可以是电磁铁或永磁体，运动永磁体和静止部分组成振动装置，通过运动永磁体和静止部分之间的斥力增加掩模台的加速度。当静止部分为永磁体时，提供的加速度不够，需要往复加速才能达到所需要的加速度；当静止部分为电磁铁时，电磁铁在每个加减速段均需要通电，会额外增加能耗；当静止部分为永磁体和电磁铁的组合时，启动过程复杂，启动时间长，所以其掩模台启动和停止过程的性能受到限制。
【发明内容】
[0004]为了提高光刻机掩模台的启动和停止阶段的加速度，减少加减速时间，提高光刻机产率，降低能耗，本发明提供一种电磁弹射启动式掩模台系统。
[0005]本发明的技术方案如下:
[0006]—种电磁弹射启动式掩模台系统，所述掩模台系统包含底座、平衡块组件、掩模台动台和测量系统，所述平衡块组件包括平衡块、掩模台YZ向电机线圈和掩模台X向电机线圈，平衡块和底座之间设有隔振系统；所述掩模台动台包括掩模台动台基底、掩模台YZ向电机磁钢阵列和掩模台X向电机磁钢阵列，掩模台YZ向电机磁钢阵列安装在掩模台动台基底的下表面，掩模台X向电机磁钢阵列安装在掩模台动台基底的垂直于X方向的两个侧面上，其特征在于:所述电磁弹射启动式掩模台系统还包括弹射结构，所述弹射结构包括弹射结构定子磁钢阵列、弹射结构动子磁钢阵列、弹射台、弹射台电机动子、弹射台电机定子和导轨，弹射台电机定子和导轨固定在平衡块上，弹射台电机动子固定在弹射台的底部，所述弹射结构定子磁钢阵列包括第一弹射结构定子磁钢阵列和第二弹射结构定子磁钢阵列，第一弹射结构定子磁钢阵列装在弹射台和掩模台动台基底相对的侧面上；第二弹射结构定子磁钢阵列装在平衡块上，并和第一弹射结构定子磁钢阵列相对；在掩模台动台基底中垂直于Y方向的两个侧面分别布置所述的弹射结构动子磁钢阵列，并与第一弹射结构定子磁钢阵列和第二弹射结构定子磁钢阵列分别相对安装。
[0007]平衡块和底座之间的隔振系统采用气浮隔振系统或磁浮隔振系统。所述掩模台YZ向电机磁钢阵列采用halbach阵列。所述测量系统采用激光干涉仪和电容传感器实现六自由度的测量。
[0008]本发明所述的电磁弹射启动式掩模台系统具有以下优点及突出性效果:本发明采用电磁弹射进行启动和停止，提高了光刻机掩模台的启动和停止阶段的加速度，减小了加速时间，降低了对掩模台驱动电机的驱动器的要求，并且弹射结构中采用永磁体，降低了能耗。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1是本发明提供的一种电磁弹射启动式掩模台系统初始状态的示意图。
[0010]图2是本发明提供的一种电磁弹射启动式掩模台系统掩模台动台的示意图。
[0011]图3是本发明提供的一种电磁弹射启动式掩模台系统弹射结构的示意图。
[0012]图4是本发明提供的一种电磁弹射启动式掩模台系统工作阶段的示意图。
[0013]图中:1-底座；2_平衡块；3_第一弹射结构定子磁钢阵列；4_弹射结构动子磁钢阵列；5_掩模台YZ向电机线圈；6_掩模台X向电机线圈；7_第二弹射结构定子磁钢阵列；8_弹射台；9_弹射台电机动子；10_弹射台电机定子；11_导轨；12_掩模台动台基底；13-掩模台YZ向电机磁钢阵列；14-掩模台X向电机磁钢阵列；15-X向反射镜；16-Y向反射镜；17_单轴激光干涉仪；18_三轴激光干涉仪。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图对本发明的具体结构、机理和工作过程作进一步的说明。
[0015]图1是本发明提供的一种电磁弹射启动式掩模台系统初始状态的示意图，本发明提供的一种电磁弹射启动式掩模台系统包含底座1、平衡块组件、掩模台动台、测量系统和弹射结构；所述平衡块组件包括平衡块2、掩模台YZ向电机线圈5和掩模台X向电机线圈6，其中平衡块和底座之间采用气浮隔振系统或磁浮隔振系统支承。掩模台YZ向电机线圈5是在平衡块的上表面沿Y向排布的线圈阵列，导轨11沿Y向安装；掩模台YZ向电机用来提供掩模台动台Z向的浮力和Y向的驱动力。掩模台X向电机线圈6安装在掩模台YZ向电机线圈5的外侧，掩模台X向电机用来提供掩模台动台X方向的驱动力。图1中掩模台动台处在动台初始位置，弹射台8处于弹射台初始位置。所述测量系统采用单轴激光干涉仪17、三轴激光干涉仪18和两个Z方向的电容传感器来实现。两个X向反射镜15安装在掩模台动台基底12的上表面，沿Y向并对称布置，其中一侧的X向反射镜15是为了使重量对称而设置的。Y向反射镜16安装在掩模台动台基底12的垂直于Y方向并靠近三轴激光干涉仪18的侧面。单轴激光干涉仪17沿X方向布置并和X向反射镜15配合用来测量X向的位移，三轴激光干涉仪沿Y方向布置并和Y向反射镜16用来测量Y方向位移、绕X方向和Z方向的转角，Z方向的位移和Y方向的转角采用2个沿Z方向布置的电容传感器来测量。
[0016]图2是本发明提供的一种电磁弹射启动式掩模台系统掩模台动台的示意图。掩模台动台包括掩模台动台基底12、掩模台YZ向电机磁钢阵列13、掩模台X向电机磁钢阵列14 ;掩模台YZ向电机磁钢阵列是halbach阵列，包含两组并对称安装在掩模台动台基底12的下表面，沿Y向排布并分别与掩模台YZ向电机线圈5相对；掩模台X向电机磁钢阵列14安装在掩模台动台基底12垂直于X方向的两个侧面，并与掩模台X向电机线圈6相对。
[0017]图3是本发明提供的一种电磁弹射启动式掩模台系统弹射结构的示意图。所述弹射结构包括弹射结构定子磁钢阵列、弹射结构动子磁钢阵列4、弹射台8、弹射台电机动子
9、弹射台电机定子10和导轨11 ;弹射台电机定子10和导轨11固定在平衡块2上，弹射台电机动子9固定在弹射台8的底部；所述弹射结构定子磁钢阵列包括第一弹射结构定子磁钢阵列3和第二弹射结构定子磁钢阵列7，本实施例中，第一弹射结构定子磁钢阵列3包括两组，安装在弹射台8和掩模台动台基底12相对的侧面上，并且对称布置，第二弹射结构定子磁钢阵列7包括两组，安装在平衡块2上，并分别和第一弹射结构定子磁钢阵列3相对；在掩模台动台基底12中垂直于Y方向的两个侧面分别布置所述的弹射结构动子磁钢阵列4，每个侧面对称布置两组，并分别与第一弹射结构定子磁钢阵列3和第二弹射结构定子磁钢阵列7相对安装并与定子磁钢阵列存在斥力作用。
[0018]本发明提供的一种电磁弹射启动式掩模台系统工作过程分为启动阶段、工作阶段和停止阶段。在启动阶段，如图1所示，掩模台动台启动前静止在动台初始位置，在弹射台电机作用下，弹射台从弹射台初始位置向掩模台动台运动，由于掩模台动台上的弹射结构动子磁钢阵列4和弹射台上的第一弹射结构定子磁钢阵列3之间的斥力，掩模台动台以一个很大的加速度弹出，使掩模台动台直接达到正常工作速度，从而进入工作阶段；图4是本发明提供的一种电磁弹射启动式掩模台系统工作阶段的示意图。如图4所示，在工作阶段，弹射台停止在弹射台工作位置，当掩模台动台运动到-Y方向行程的末端，掩模台动台基底12上的弹射结构动子磁钢阵列和平衡块2上的第二弹射结构定子磁钢阵列7之间的距离越来越小，斥力越来越大，使掩模台动台速度减为零并反向加速，再次达到正常工作速度；当掩模台动台运动到+Y方向行程的末端，掩模台动台基底12上的弹射结构动子磁钢阵列和弹射台8上的上的第一弹射结构定子磁钢阵列3之间的距离越来越小，斥力越来越大，使掩模台动台速度减为零并反向加速，再次达到正常工作速度。掩模台YZ向电机在工作阶段对掩模台动台的速度和姿态进行微调，满足系统对其的速度和位置的要求，同时补偿系统的能量耗散。如此往复，掩模台动台在Y方向的一段工作区域内做往复运动。在停止阶段，掩模台动台由掩模台工作区域向掩模台初始位置运动，掩模台动台推动弹射台，两者之间的斥力使弹射台弹出，使掩模台动台减速，并快速停止在掩模台初始位置，达到快速停止的目的。
【权利要求】
1.一种电磁弹射启动式掩模台系统，所述掩模台系统包含底座(1)、平衡块组件、掩模台动台和测量系统，所述平衡块组件包括平衡块(2)、掩模台YZ向电机线圈(5)和掩模台X向电机线圈(6)，平衡块(2)和底座(1)之间设有隔振系统；所述掩模台动台包括掩模台动台基底(12)、掩模台YZ向电机磁钢阵列(13)和掩模台X向电机磁钢阵列(14)，掩模台YZ向电机磁钢阵列(13)安装在掩模台动台基底(12)的下表面，掩模台X向电机磁钢阵列(14)安装在掩模台动台基底(12)的垂直于X方向的两个侧面上，其特征在于:所述电磁弹射启动式掩模台系统还包括弹射结构，所述弹射结构包括弹射结构定子磁钢阵列、弹射结构动子磁钢阵列(4)、弹射台(8)、弹射台电机动子(9)、弹射台电机定子(10)和导轨(11)，弹射台电机定子(10)和导轨(11)固定在平衡块(2)上，弹射台电机动子(9)固定在弹射台(8)的底部，所述弹射结构定子磁钢阵列包括第一弹射结构定子磁钢阵列(3)和第二弹射结构定子磁钢阵列(7),第一弹射结构定子磁钢阵列(3)装在弹射台(8)和掩模台动台基底(12)相对的侧面上；第二弹射结构定子磁钢阵列(7)装在平衡块(2)上，并和第一弹射结构定子磁钢阵列(3)相对；在掩模台动台基底(12)中垂直于Y方向的两个侧面分别布置所述的弹射结构动子磁钢阵列(4)，并与第一弹射结构定子磁钢阵列(3)和第二弹射结构定子磁钢阵列(7)分别相对安装。
2.根据权利要求1所述的一种电磁弹射启动式掩模台系统，其特征在于:平衡块(2)和底座(1)之间的隔振系统采用气浮隔振系统或磁浮隔振系统。
3.根据权利要求1所述的一种电磁弹射启动式掩模台系统，其特征在于:所述掩模台YZ向电机磁钢阵列(13)采用halbach阵列。
4.根据权利要求1所述的一种电磁弹射启动式掩模台系统，其特征在于:所述测量系统采用激光干涉仪和电 容传感器实现六自由度的测量。
【文档编号】G03F7/20GK104049472SQ201410306905
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年6月30日 优先权日:2014年6月30日
【发明者】张鸣, 朱煜, 成荣, 杨开明, 支凡, 张金, 陈安林, 张利, 赵彦坡, 胡清平, 田丽, 徐登峰, 尹文生, 穆海华, 胡金春 申请人:清华大学, 北京华卓精科科技有限公司