步进投影光刻机双台轮换曝光超精密定位硅片台系统技术方案

一种步进投影光刻机双台轮换曝光超精密定位硅片台系统，该系统含有运行于曝光工位的硅片台定位单元和运行于预处理工位的硅片台定位单元，每个硅片台定位单元含有硅片承载装置（６、７），所述的两个硅片台定位单元设置在一基台（１）上，其特征在于：在所述的基台上设有供硅片承载装置沿Ｙ向运动及交换的可对接的双侧直线导轨（４、５）及与双侧直线导轨成Ｈ型布置的Ｘ向直线导轨（２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂ）；所述的双侧直线导轨的两端均装有直线电机（１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂ）和气浮轴承（２５ａ、２５ｂ、２６ａ、２６ｂ），可沿Ｘ向导轨作无摩擦的步进运动，其底面也通过气浮轴承（１９、２０）支撑在所述基台的上表面（８ａ、８ｂ）；两个硅片承载装置分别设置在双侧直线导轨的两侧，并通过直线电机（１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂ）和气浮轴承（１７、１８）同双侧直线导轨相联。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种在光刻过程中用于硅片的超精密运动定位系统，该系统既可以用于扫描型光刻机，也可以用于步进型光刻机。
技术介绍
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。而作为光刻机主要组成部分的硅片超精密运动定位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。光刻机可以按照其硅片运动定位系统的不同运动形式分为步进型光刻机(STEPPER)和扫描型光刻机(SCANNER)。二者的主要区别在于扫描型光刻机有可进行大范围扫描运动定位的掩模运动定位系统，而步进型光刻机没有。同时，二者的硅片运动定位系统在曝光时的运动规律也不同，步进型光刻机硅片台只有步进运动，而扫描型光刻机硅片台除进行不同芯片(Chip)间的步进运动外，还进行Chip内的扫描运动。以目前居于主流的扫描型光刻机为例，其基本原理如图1所示。来自光源的激光透过掩模47、光阑48、透镜49将掩模上的一部分图形成像在硅片50的某个Chip上。掩模和硅片反向或同向按一定的速度比例作同步运动(如4∶1或5∶1，视透镜的缩小倍率而定)，最终将掩模上的全部图形成像在硅片的特定芯片(Chip)上。硅片运动定位系统(下简称为硅片台)的基本作用就是在曝光过程中承载着硅片并按设定的速度和方向运动，以实现掩膜图形向硅片上各区域的精确转移。由于芯片的线宽非常小(目前最小线宽已经达到90nm)，为保证光刻的套刻精度和分辨率，就要求硅片台具有极高的运动定位精度；由于硅片台的运动速度在很大程度上影响着光刻的生产率，从提高生产率的角度，又要求硅片台的运动速度不断提高。传统的硅片台，如专利EP 0729073和专利US 5996437所描述的，光刻机中只有一个硅片运动定位单元，即一个硅片台。诸如准备工作都要在上面完成。这些工作所需的时间很长，特别是对准，由于其要求进行精度极高的低速扫描(典型的对准扫描速度为1mm/s)，因此所需时间很长。而要减少其工作时间却非常困难。这样，为了提高光刻机的生产效率，就必须不断提高硅片台的步进和曝光扫描的运动速度。而速度的提高将不可避免导致系统动态性能的恶化，需要采取大量的技术措施保障和提高硅片台的运动精度。为保持现有精度甚至达到更高精度要付出的代价将大大提高。专利WO98/40791(公开日期1998.9.17；国别荷兰)所描述的结构采用双硅片台结构，将上下片、预对准、对准等曝光准备工作转移至第二个硅片台上，且与曝光硅片台同时独立运动。在不提高硅片台运动速度的前提下，曝光硅片台大量的准备工作由第二个硅片台分担，从而大大缩短了每片硅片在曝光硅片台上的工作时间，大幅度提高了生产效率。然而这种双台结构也存在一些问题一是在两硅片台进行交换时，两硅片台在一段很短的时间内将处于自由状态，这无疑会对系统的定位精度造成一定的影响，而为解决这一问题将使结构复杂化。二是两硅片台的运动范围存在重叠区域，这会导致双台在运动过程中发生碰撞，其后果将是灾难性的。为此就必须增加防碰撞控制装置和检测装置，同样也会使系统复杂化，可靠性也会下降。三是由于硅片台不可避免的会带有数量众多的线缆，该结构在实现交换的过程中对线缆的处理将比较困难。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种步进投影光刻机双台轮换曝光超精密定位硅片台系统，它可使硅片的曝光过程和预处理过程同时进行，进一步简化系统结构，提高运行的可靠性和定位精度。本专利技术的技术方案如下一种步进投影光刻机双台轮换曝光超精密定位硅片台系统，该系统含有运行于曝光工位的硅片台定位单元和运行于预处理工位的硅片台定位单元，每个硅片台定位单元含有硅片承载装置，所述的两个硅片台定位单元设置在一基台上，其特征在于在所述的基台上设有供硅片承载装置沿Y向运动及交换的可对接的双侧直线导轨及与双侧直线导轨成H型布置的X向直线导轨；所述的双侧直线导轨的两端均装有直线电机和气浮轴承，可沿X向导轨作无摩擦的步进运动，其底面也通过气浮轴承支撑在所述基台的上表面；两个硅片承载装置分别设置在双侧直线导轨的两侧，并通过直线电机和气浮轴承同双侧直线导轨相联。本专利技术的的技术特征还在于在基台上设有一个可供硅片承载装置交换时起桥接功能的桥接装置，该装置是由设置在基台中部凹槽中的气浮导套、桥接板及驱动装置组成。本专利技术所述的每个硅片承载装置分别装有一个线缆台，每个线缆台由Y向导轨、Y向滑块、设置在Y向滑块内的X向滑块、Y向驱动装置和X向驱动装置组成；X向滑块同硅片承载装置的线缆相连。本专利技术所述桥接装置中的驱动装置采用摩擦轮或气缸驱动。本专利技术中所述的气浮轴承采用真空预载的气浮轴承或永磁预载气浮轴承。线缆台的驱动装置可以采用直线电机驱动，气浮导轨导向，线性光栅作为位置反馈；或采用滚珠导轨导向，旋转伺服电机驱动，滚珠丝杠或同步带传动，由圆光栅作为位置反馈。本专利技术还在基台的X向直线导轨和每个双侧直线导轨的导向面上均装有用于硅片台定位单元位置反馈的线性光栅。本专利技术还包括用于硅片定位单元位置反馈的双频激光干涉仪。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果本专利技术所提出的双台轮换曝光硅片超精密运动定位系统由于采用了并行工作原理，使得硅片的曝光过程和预处理过程同时进行，可以在保持现有单台曝光硅片运动定位系统的运动速度和加速度的前提下大幅度提升曝光效率；该双台结构在工作空间上不存在重叠，因而不会发生干涉，不必在采用额外的碰撞预防装置，降低了系统的复杂程度，提高了可靠性。同时本专利技术采用了线缆台结构，有效降低了线缆变形导致的对系统运动定位精度的不良影响。附图说明图1a、1b为光刻机的工作原理。图2为整个系统的等轴侧图。图3表示了系统处于交换状态的情况。图4为硅片承载装置交换后系统的工作状态。图5、图6表示了Y向可对接双侧直线导轨、硅片承载装置和线缆台的结构。图7为桥接装置的结构示意图。图8为激光干涉仪的空间安装位置的结构。图中1-基台；2-基台上的曝光工位；3-基台上的预处理工位；4、5-双侧可对接直线导轨；6、7-硅片承载装置；8a-曝光工位上的导向面；8b-预处理工位上的导向面；9a、9b-线缆台(包括线缆、导轨，X向滑块和Y向滑块)；10a、10b-桥接装置(包括桥接板、气浮导套及驱动装置)；11a、11b、12a、12b-双侧可对接直线导轨单元上用于驱动硅片承载装置沿Y向运动的直线电机；13a、13b、14a、14b-双侧可对接直线导轨单元上用于驱动自身沿X向运动的直线电机；15a、15b、16a、16b-双侧可对接直线导轨单元上用于硅片承载装置沿Y向运动的直线导轨面；17、18-硅片承载装置侧面安装的气浮轴承；19、20-硅片承载装置底面安装的气浮轴承；21、22-双侧可对接直线导轨单元底面安装的气浮轴承； 23a、23b-曝光工位上安装的用于双侧可对接直线导轨4沿X方向运动的直线导轨；24a、24b-预处理工位上安装的用于双侧可对接直线导轨5沿X方向运动的直线导轨；25a、25b、26a、26b-双侧可对接直线导轨上安装的气浮轴承；27a、27b、28a、28b-双侧可对接直线导轨上安装的用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种步进投影光刻机双台轮换曝光超精密定位硅片台系统，该系统含有运行于曝光工位的硅片台定位单元和运行于预处理工位的硅片台定位单元，每个硅片台定位单元含有硅片承载装置(6、7)，所述的两个硅片台定位单元设置在一基台(1)上，其特征在于在所述的基台上设有供硅片承载装置沿Y向运动及交换的可对接的双侧直线导轨(4、5)及与双侧直线导轨成H型布置的X向直线导轨(23a、23b、24a、24b)；所述的双侧直线导轨的两端均装有直线电机(13a、13b、14a、14b)和气浮轴承(25a、25b、26a、26b)，可沿X向导轨作无摩擦的步进运动，其底面也通过气浮轴承(19、20)支撑在所述基台的上表面(8a、8b)；两个硅片承载装置分别设置在双侧直线导轨的两侧，并通过直线电机(11a、11b、12a、12b)和气浮轴承(17、18)同双侧直线导轨相联。2.按照权利要求1所述的定位硅片台系统，其特征在于在基台(1)上设有可供硅片承载装置交换时起桥接功能的桥接装置(10a、10b)，该装置是由设置在基台中部凹槽(51)中的气浮导套(37、39)、桥接板(36、40)及驱动装置(35a、35b、38a、38b)组成。3.按照权利要求1或2所述的定...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪劲松，朱煜，张鸣，尹文生，段广洪，杨学智，徐登峰，杨开明，朱立伟，王建发，于晖，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：