采用磁悬浮平面电机的硅片台多台交换系统技术方案

采用磁悬浮平面电机的硅片台多台交换系统，主要用于光刻机系统中。该硅片台多台交换系统包括基台、硅片台组和硅片台驱动装置，所述硅片台组包括多个结构相同的分别工作于预处理工位或曝光工位的硅片台，所述硅片台驱动装置采用磁悬浮平面电机，磁悬浮平面电机的定子设置在基台顶部，平面电机的动子设置在硅片台底部。本发明专利技术给出了该硅片台多台交换系统的一个采用动圈式永磁磁悬浮平面电机的具体实例。实例中，平面电机的定子采用了相邻永磁体充磁方向互成４５°角的新型平面永磁阵列。该硅片台多台交换系统通过平面电机直接驱动硅片台实现平面上的多台交换和步进扫描运动，提高了光刻机的生产率、套刻精度和分辨率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光刻机硅片台多台交换系统，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。
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。而作为光刻机关键系统的硅片超精密运动定位系统(以下简称为硅片台)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如图l所示。来自光源45的深紫外光透过掩模版47、透 镜系统49将掩模版上的一部分图形成像在硅片50的某个Chip上。掩模版和硅片反向按一定 的速度比例作同步运动，最终将掩模版上的全部图形成像在硅片的特定芯片(Chip)上。硅片台运动定位系统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，以实现掩模版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45nm)，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。调平调焦等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，由于要求进行精度极高的低速扫描(典型的对准扫描速度为1 mm/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，为保持现有精度或 达到更高精度要付出的代价将大大提高。专利W098/40791 (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，从而大大縮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 该系统存在的主要缺点在于硅片台系统的非质心驱动问题。本申请人在2003年申请的专利技术专利"步进投影光刻机双台轮换曝光超精密定位硅片系 统"(专利申请号ZL03156436.4)，公开了一种带双侧直线导轨的双硅片台交换结构，该硅3片台多台交换系统在工作空间上不存在重叠，因此不需采用碰撞预防装置。但是该硅片台多 台交换系统也存在一些问题， 一是该系统要求极高的导轨对接精度；二是该系统双侧导轨只 有一侧空间被同时利用，导致该硅片台系统外形尺寸较大，这对空间利用率要求较高的半导 体芯片厂而言无疑显得非常重要。三是该系统硅片台交换时需采用带驱动装置的桥接装置， 增加了系统的复杂性。本申请人在2007年申请的专利技术专利"一种采用十字导轨的光刻机硅片台多台交换系统" (专利申请号200710303713.5)公开了一种由4组双自由度驱动单元实现硅片台双台交换 的结构，该硅片台的运动是靠两相邻双自由度驱动单元同时运动实现，因此系统对同步控制 具有一定要求。同时，本申请人在2007年申请的专利技术专利" 一种采用过渡承接装置的光刻 机硅片台多台交换系统"(专利申请号200710303712.0)和"一种采用传送带结构的光刻 机硅片台多台交换系统"(专利申请号200710303648.6)都在在预处理工位和曝光工位 上分别设有一个H型驱动单元。所有上述专利技术专利中的硅片台都是通过将多个单自由度直线电机叠加成H型或十字型等 叠层结构来实现多自由度平面运动。这种叠层驱动结构在实现平面运动时，上层直线电机及 其直接驱动的硅片台都需要底层直线电机来驱动，大大增加了底层直线电机的负担，同时带 来了非质心驱动，需要高精度同歩控制等问题，系统结构也很复杂，限制了硅片台的运动定 位精度，妨碍了其定位响应速度的提高。
技术实现思路
为了提高光刻机硅片台的加速度，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，本专利技术提供了一种采用磁悬浮平面电机的硅片台多台交换系统。 本专利技术的技术方案如下一种采用磁悬浮平面电机的硅片台多台交换系统，包括基台ll、硅片台组和硅片台驱动 装置，其特征在于所述硅片台组包括多个结构相同的分别工作于预处理工位或曝光工位的硅片台，所述硅片台驱动装置采用磁悬浮平面电机，磁悬浮平面电机的定子21设置在基台顶 部，平面电机的动子24设置在硅片台底部。本专利技术所述的采用磁悬浮平面电机技术的硅片台多台交换系统，其特征还在于所述磁悬浮平面电机采用动圈式永磁磁悬浮平面电机、动铁式永磁磁悬浮平面电机或磁悬浮感应式 平面电动机。本专利技术所述的采用磁悬浮平面电机技术的硅片台多台交换系统，其特征还在于所述 动圈式永磁磁悬浮平面电机的定子或动铁式永磁磁悬浮平面电机的动子采用平面永磁阵列，所述平面永磁阵列包括大永磁体18、小永磁体19和过渡永磁体17，大永磁体、小永磁体和过 渡永磁体分别沿竖直方向、水平方向和与竖直方向成45度角方向充磁；所述大永磁体垂直于Z轴方向的截面为正方形，在平面内按N-S极交错排列成平面阵列；所述小永磁体排列在两个相邻大永磁体的正中间，充磁方向从沿z轴正方向充磁的大永磁体指向沿z轴负方向充磁的大永磁体，且与小永磁的一条沿X轴或Y轴方向的棱边平行；所述过渡永磁体排列在相邻的大永磁 体和小永磁体之间，充磁方向与相邻永磁体充磁方向都成45。夹角。本专利技术所述的采用磁悬浮平面电机技术的硅片台多台交换系统，其特征还在于所述动 圈式永磁磁悬浮平面电机的动子或动铁式永磁磁悬浮平面电机的定子由n个在以硅片台质 心为原点的坐标系中关于X轴对称分布且关于Y轴对称分布的X向电磁单元与Y向电磁单元 组成，n为大于等于2的偶数；X向电磁单元由多个线圈沿X轴方向线性排列而成；Y向电磁 单元由多个线圈沿Y轴方向线性排列而成；线圈带铁芯或不带铁芯。本专利技术所述的采用磁悬浮平面电机技术的硅片台多台交换系统，其特征还在于所述动圈式永磁磁悬浮平面电机的动子或动铁式永磁磁悬浮平面电机的定子由2个X向电磁单元与3个Y向电磁单元组成；组成电磁单元的线圈不带铁芯。本专利技术所述的采用磁悬浮平面电机的硅片台多台交换系统具有以下优点及突出性效果取消了这种多个单自由度运动部件叠加形成多自由度平面运动的结构，由平面电机直接驱动 每个硅片台实现水平面上的双台交换和相应的步进扫描运动，系统结构大大简化，避免了前述专利中的导轨对接，非质心驱动，同步控制等一系列问题；采用了磁悬浮支承，不需要气 浮系统，简化了系统结构，避免了气浮引入的振动和噪声；磁悬浮气隙可达lmra，大大降低 了支承面的加工要求，降低了加工成本；可以满足高真空度，高清洁度工作环境的要求；减 轻了驱动负载，提高了硅片台的响应速度，大大提高了硅片台运动过程中的速度，加速度和 运动定位精度，进而大大提高了光刻机的生产率、套刻精度和分辨率。 图附说明附图说明图1显示了步进扫描投影光刻机基本工作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用磁悬浮平面电机的硅片台多台交换系统，包括基台（１１）、硅片台组和硅片台驱动装置，其特征在于：所述硅片台组包括多个结构相同的分别工作于预处理工位或曝光工位的硅片台，所述硅片台驱动装置采用磁悬浮平面电机，磁悬浮平面电机的定子（２１）设置在基台顶部，平面电机的动子（２４）设置在硅片台底部。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱煜，张鸣，汪劲松，闵伟，胡金春，尹文生，杨开明，徐登峰，段广洪，蔡田，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]