一種電磁彈射啟動式掩模臺系統的製作方法

2023-07-18 05:01:06

一種電磁彈射啟動式掩模臺系統的製作方法
【專利摘要】一種電磁彈射啟動式掩模臺系統，用於光刻機系統中，所述掩模臺系統包含底座、平衡塊組件、掩模臺動臺和測量系統。所述平衡塊組件包括平衡塊、掩模臺YZ向電機線圈和掩模臺X向電機線圈；所述掩模臺動臺包括掩模臺動臺基底、掩模臺YZ向電機磁鋼陣列和掩模臺X向電機磁鋼陣列；所述電磁彈射啟動式掩模臺系統還包括彈射結構，所述彈射結構包括彈射結構定子磁鋼陣列、彈射結構動子磁鋼陣列、彈射臺、彈射臺電機動子、彈射臺電機定子和導軌。本發明採用彈射結構，提高了光刻機掩模臺的啟動和停止階段的加速度，減小了加速時間，降低了能耗和對驅動器的要求。
【專利說明】一種電磁彈射啟動式掩模臺系統

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種電磁彈射啟動式掩模臺系統，該掩模臺系統應用於半導體光刻機中，屬於半導體製造裝備【技術領域】。

【背景技術】
[0002]光刻機的工件臺系統分為掩模臺和矽片臺兩個子系統，為進行矽片上一個chip的曝光，掩模臺和矽片臺需要分別進行加速運動，並在運動到曝光起始位置時同時達到掃描曝光所要求的4:1的速度。此後，矽片臺以均勻的速度向掃描運動方向運動，掩模臺以4倍於娃片臺掃描速度的速度向與娃片臺掃描運動的反方向作掃描運動，兩者的運動要求達到極其精確的同步。最終將掩模版上的全部圖形成像在矽片的特定晶片(chip)上。當一個chip掃描結束後，掩模臺和矽片臺分別進行減速運動，同時矽片臺進行步進運動，將下一個要曝光的chip移動到投影物鏡下方。此後,掩模臺向與上次掃描運動方向相反的方向加速、掃描、減速，矽片臺則按照規劃的方向加速、掃描、減速，在同步掃描過程中完成一個chip的曝光。如此不斷重複，掩模臺往返進行加速、掃描、減速的直線運動，矽片臺按照規劃的軌跡進行步進和掃描運動，完成整個矽片的曝光。根據對掩模臺的運動要求，掩模臺主要提供沿掃描方向往返超精密高速直線運動的功能，其行程應滿足chip長度的4倍、並加上加減速的距離；其掃描速度應為矽片臺掃描速度的4倍，最高加速度也相應的會高於矽片臺的最高加速度。
[0003]掩模臺在加減速段的加速度通常由驅動電機提供，每個加減速段電機均需要工作，這種啟動方式啟動時間長，效率低，存在較大能耗。隨著半導體製造技術的發展，未來對掩模臺的加速度要求會更高，會導致驅動電機的驅動器難以滿足。專利文獻201110008388.6在掩模臺兩端分別設置運動永磁體和兩個固定在光刻機機架上的靜止部分，靜止部分可以是電磁鐵或永磁體，運動永磁體和靜止部分組成振動裝置，通過運動永磁體和靜止部分之間的斥力增加掩模臺的加速度。當靜止部分為永磁體時，提供的加速度不夠，需要往復加速才能達到所需要的加速度；當靜止部分為電磁鐵時，電磁鐵在每個加減速段均需要通電，會額外增加能耗；當靜止部分為永磁體和電磁鐵的組合時，啟動過程複雜，啟動時間長，所以其掩模臺啟動和停止過程的性能受到限制。


【發明內容】

[0004]為了提高光刻機掩模臺的啟動和停止階段的加速度，減少加減速時間，提高光刻機產率，降低能耗，本發明提供一種電磁彈射啟動式掩模臺系統。
[0005]本發明的技術方案如下:
[0006]—種電磁彈射啟動式掩模臺系統，所述掩模臺系統包含底座、平衡塊組件、掩模臺動臺和測量系統，所述平衡塊組件包括平衡塊、掩模臺YZ向電機線圈和掩模臺X向電機線圈，平衡塊和底座之間設有隔振系統；所述掩模臺動臺包括掩模臺動臺基底、掩模臺YZ向電機磁鋼陣列和掩模臺X向電機磁鋼陣列，掩模臺YZ向電機磁鋼陣列安裝在掩模臺動臺基底的下表面，掩模臺X向電機磁鋼陣列安裝在掩模臺動臺基底的垂直於X方向的兩個側面上，其特徵在於:所述電磁彈射啟動式掩模臺系統還包括彈射結構，所述彈射結構包括彈射結構定子磁鋼陣列、彈射結構動子磁鋼陣列、彈射臺、彈射臺電機動子、彈射臺電機定子和導軌，彈射臺電機定子和導軌固定在平衡塊上，彈射臺電機動子固定在彈射臺的底部，所述彈射結構定子磁鋼陣列包括第一彈射結構定子磁鋼陣列和第二彈射結構定子磁鋼陣列，第一彈射結構定子磁鋼陣列裝在彈射臺和掩模臺動臺基底相對的側面上；第二彈射結構定子磁鋼陣列裝在平衡塊上，並和第一彈射結構定子磁鋼陣列相對；在掩模臺動臺基底中垂直於Y方向的兩個側面分別布置所述的彈射結構動子磁鋼陣列，並與第一彈射結構定子磁鋼陣列和第二彈射結構定子磁鋼陣列分別相對安裝。
[0007]平衡塊和底座之間的隔振系統採用氣浮隔振系統或磁浮隔振系統。所述掩模臺YZ向電機磁鋼陣列採用halbach陣列。所述測量系統採用雷射幹涉儀和電容傳感器實現六自由度的測量。
[0008]本發明所述的電磁彈射啟動式掩模臺系統具有以下優點及突出性效果:本發明採用電磁彈射進行啟動和停止，提高了光刻機掩模臺的啟動和停止階段的加速度，減小了加速時間，降低了對掩模臺驅動電機的驅動器的要求，並且彈射結構中採用永磁體，降低了能耗。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是本發明提供的一種電磁彈射啟動式掩模臺系統初始狀態的示意圖。
[0010]圖2是本發明提供的一種電磁彈射啟動式掩模臺系統掩模臺動臺的示意圖。
[0011]圖3是本發明提供的一種電磁彈射啟動式掩模臺系統彈射結構的示意圖。
[0012]圖4是本發明提供的一種電磁彈射啟動式掩模臺系統工作階段的示意圖。
[0013]圖中:1-底座；2_平衡塊；3_第一彈射結構定子磁鋼陣列；4_彈射結構動子磁鋼陣列；5_掩模臺YZ向電機線圈；6_掩模臺X向電機線圈；7_第二彈射結構定子磁鋼陣列；8_彈射臺；9_彈射臺電機動子；10_彈射臺電機定子；11_導軌；12_掩模臺動臺基底；13-掩模臺YZ向電機磁鋼陣列；14-掩模臺X向電機磁鋼陣列；15-X向反射鏡；16-Y向反射鏡；17_單軸雷射幹涉儀；18_三軸雷射幹涉儀。

【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖對本發明的具體結構、機理和工作過程作進一步的說明。
[0015]圖1是本發明提供的一種電磁彈射啟動式掩模臺系統初始狀態的示意圖，本發明提供的一種電磁彈射啟動式掩模臺系統包含底座1、平衡塊組件、掩模臺動臺、測量系統和彈射結構；所述平衡塊組件包括平衡塊2、掩模臺YZ向電機線圈5和掩模臺X向電機線圈6，其中平衡塊和底座之間採用氣浮隔振系統或磁浮隔振系統支承。掩模臺YZ向電機線圈5是在平衡塊的上表面沿Y向排布的線圈陣列，導軌11沿Y向安裝；掩模臺YZ向電機用來提供掩模臺動臺Z向的浮力和Y向的驅動力。掩模臺X向電機線圈6安裝在掩模臺YZ向電機線圈5的外側，掩模臺X向電機用來提供掩模臺動臺X方向的驅動力。圖1中掩模臺動臺處在動臺初始位置，彈射臺8處於彈射臺初始位置。所述測量系統採用單軸雷射幹涉儀17、三軸雷射幹涉儀18和兩個Z方向的電容傳感器來實現。兩個X向反射鏡15安裝在掩模臺動臺基底12的上表面，沿Y向並對稱布置，其中一側的X向反射鏡15是為了使重量對稱而設置的。Y向反射鏡16安裝在掩模臺動臺基底12的垂直於Y方向並靠近三軸雷射幹涉儀18的側面。單軸雷射幹涉儀17沿X方向布置並和X向反射鏡15配合用來測量X向的位移，三軸雷射幹涉儀沿Y方向布置並和Y向反射鏡16用來測量Y方向位移、繞X方向和Z方向的轉角，Z方向的位移和Y方向的轉角採用2個沿Z方向布置的電容傳感器來測量。
[0016]圖2是本發明提供的一種電磁彈射啟動式掩模臺系統掩模臺動臺的示意圖。掩模臺動臺包括掩模臺動臺基底12、掩模臺YZ向電機磁鋼陣列13、掩模臺X向電機磁鋼陣列14 ;掩模臺YZ向電機磁鋼陣列是halbach陣列，包含兩組並對稱安裝在掩模臺動臺基底12的下表面，沿Y向排布並分別與掩模臺YZ向電機線圈5相對；掩模臺X向電機磁鋼陣列14安裝在掩模臺動臺基底12垂直於X方向的兩個側面，並與掩模臺X向電機線圈6相對。
[0017]圖3是本發明提供的一種電磁彈射啟動式掩模臺系統彈射結構的示意圖。所述彈射結構包括彈射結構定子磁鋼陣列、彈射結構動子磁鋼陣列4、彈射臺8、彈射臺電機動子
9、彈射臺電機定子10和導軌11 ;彈射臺電機定子10和導軌11固定在平衡塊2上，彈射臺電機動子9固定在彈射臺8的底部；所述彈射結構定子磁鋼陣列包括第一彈射結構定子磁鋼陣列3和第二彈射結構定子磁鋼陣列7，本實施例中，第一彈射結構定子磁鋼陣列3包括兩組，安裝在彈射臺8和掩模臺動臺基底12相對的側面上，並且對稱布置，第二彈射結構定子磁鋼陣列7包括兩組，安裝在平衡塊2上，並分別和第一彈射結構定子磁鋼陣列3相對；在掩模臺動臺基底12中垂直於Y方向的兩個側面分別布置所述的彈射結構動子磁鋼陣列4，每個側面對稱布置兩組，並分別與第一彈射結構定子磁鋼陣列3和第二彈射結構定子磁鋼陣列7相對安裝並與定子磁鋼陣列存在斥力作用。
[0018]本發明提供的一種電磁彈射啟動式掩模臺系統工作過程分為啟動階段、工作階段和停止階段。在啟動階段，如圖1所示，掩模臺動臺啟動前靜止在動臺初始位置，在彈射臺電機作用下，彈射臺從彈射臺初始位置向掩模臺動臺運動，由於掩模臺動臺上的彈射結構動子磁鋼陣列4和彈射臺上的第一彈射結構定子磁鋼陣列3之間的斥力，掩模臺動臺以一個很大的加速度彈出，使掩模臺動臺直接達到正常工作速度，從而進入工作階段；圖4是本發明提供的一種電磁彈射啟動式掩模臺系統工作階段的示意圖。如圖4所示，在工作階段，彈射臺停止在彈射臺工作位置，當掩模臺動臺運動到-Y方向行程的末端，掩模臺動臺基底12上的彈射結構動子磁鋼陣列和平衡塊2上的第二彈射結構定子磁鋼陣列7之間的距離越來越小，斥力越來越大，使掩模臺動臺速度減為零並反向加速，再次達到正常工作速度；當掩模臺動臺運動到+Y方向行程的末端，掩模臺動臺基底12上的彈射結構動子磁鋼陣列和彈射臺8上的上的第一彈射結構定子磁鋼陣列3之間的距離越來越小，斥力越來越大，使掩模臺動臺速度減為零並反向加速，再次達到正常工作速度。掩模臺YZ向電機在工作階段對掩模臺動臺的速度和姿態進行微調，滿足系統對其的速度和位置的要求，同時補償系統的能量耗散。如此往復，掩模臺動臺在Y方向的一段工作區域內做往復運動。在停止階段，掩模臺動臺由掩模臺工作區域向掩模臺初始位置運動，掩模臺動臺推動彈射臺，兩者之間的斥力使彈射臺彈出，使掩模臺動臺減速，並快速停止在掩模臺初始位置，達到快速停止的目的。
【權利要求】
1.一種電磁彈射啟動式掩模臺系統，所述掩模臺系統包含底座(1)、平衡塊組件、掩模臺動臺和測量系統，所述平衡塊組件包括平衡塊(2)、掩模臺YZ向電機線圈(5)和掩模臺X向電機線圈(6)，平衡塊(2)和底座(1)之間設有隔振系統；所述掩模臺動臺包括掩模臺動臺基底(12)、掩模臺YZ向電機磁鋼陣列(13)和掩模臺X向電機磁鋼陣列(14)，掩模臺YZ向電機磁鋼陣列(13)安裝在掩模臺動臺基底(12)的下表面，掩模臺X向電機磁鋼陣列(14)安裝在掩模臺動臺基底(12)的垂直於X方向的兩個側面上，其特徵在於:所述電磁彈射啟動式掩模臺系統還包括彈射結構，所述彈射結構包括彈射結構定子磁鋼陣列、彈射結構動子磁鋼陣列(4)、彈射臺(8)、彈射臺電機動子(9)、彈射臺電機定子(10)和導軌(11)，彈射臺電機定子(10)和導軌(11)固定在平衡塊(2)上，彈射臺電機動子(9)固定在彈射臺(8)的底部，所述彈射結構定子磁鋼陣列包括第一彈射結構定子磁鋼陣列(3)和第二彈射結構定子磁鋼陣列(7),第一彈射結構定子磁鋼陣列(3)裝在彈射臺(8)和掩模臺動臺基底(12)相對的側面上；第二彈射結構定子磁鋼陣列(7)裝在平衡塊(2)上，並和第一彈射結構定子磁鋼陣列(3)相對；在掩模臺動臺基底(12)中垂直於Y方向的兩個側面分別布置所述的彈射結構動子磁鋼陣列(4)，並與第一彈射結構定子磁鋼陣列(3)和第二彈射結構定子磁鋼陣列(7)分別相對安裝。
2.根據權利要求1所述的一種電磁彈射啟動式掩模臺系統，其特徵在於:平衡塊(2)和底座(1)之間的隔振系統採用氣浮隔振系統或磁浮隔振系統。
3.根據權利要求1所述的一種電磁彈射啟動式掩模臺系統，其特徵在於:所述掩模臺YZ向電機磁鋼陣列(13)採用halbach陣列。
4.根據權利要求1所述的一種電磁彈射啟動式掩模臺系統，其特徵在於:所述測量系統採用雷射幹涉儀和電 容傳感器實現六自由度的測量。
【文檔編號】G03F7/20GK104049472SQ201410306905
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年6月30日 優先權日:2014年6月30日
【發明者】張鳴, 朱煜, 成榮, 楊開明, 支凡, 張金, 陳安林, 張利, 趙彥坡, 胡清平, 田麗, 徐登峰, 尹文生, 穆海華, 胡金春 申請人:清華大學, 北京華卓精科科技有限公司