一种光刻机硅片台双台交换系统技术方案

一种光刻机硅片台双台交换系统，该系统含有运行于曝光工位的硅片台和运行于预处理工位的硅片台，两个硅片台设置在同一基台上，通过气浮轴承悬浮在基台上表面；每个硅片台分别由一条沿Ｙ方向的导轨穿过，导轨的一端与一个主驱动单元连接，两个硅片台可沿导轨在Ｙ方向移动，导轨另一端可与一个Ｘ方向单自由度辅助驱动单元对接，并在单自由度辅助驱动单元驱动下可实现硅片台在Ｘ方向的移动；单自由度辅助驱动单元和Ｙ方向的导轨可实现分离和精确对接，以此来实现两个硅片台的位置交换。本发明专利技术避免了在硅片台交换时气浮轴承跨导向面交换导致的极高的硅片台尺寸一致性的精度要求，以及零部件的加工和装配高精度要求等缺陷，大大简化了系统结构，二是该系统双台交换采用质心驱动，使系统的精度大大提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光刻机硅片台双台交换系统，该系统应用于半导体光刻机中，属于半导 体制造设备

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1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 072卯73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lmm/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2007年申请的专利技术专利"一种光刻机硅片台双台交换系统"(公开号CN101101454 )公开了一种光刻机的双台交换系统，其具有结构简单，空间利 用率高等优点，提高了光刻机的曝光效率。但是该双硅片台系统也存在一些问题， 一是在硅 片台交换时气浮轴承需交换导向面，导致对硅片台尺寸一致性有极高的精度要求，零部件的 加工和装配的精度都要求微米级以上；二是参与交换的导轨之间很难安装用于检测相互位置 的传感器，上直线导轨之间可能发生碰撞；二是硅片台系统非质心驱动等。
技术实现思路
针对现有技术的不足和缺陷，本专利技术的目的是提供一种新的光刻机硅片台双台交换系统， 以克服己有硅片台双台交换系统非质心驱动以及要求极高的加工和装配精度等缺点，使其具 有结构简单，空间利用率高以及交换时不会发生上直线导轨之间碰撞等优点，进而提高光刻机的曝光效率。本专利技术的技术方案一如下一种光刻机硅片台双台系统，该系统含有运行于曝光工位3的第一硅片台13和运行于预处理工位4的第二硅片台14，两个硅片台设置在同一长方形基台1上，长边为X方向，短边 为Y方向，两硅片台位于基台上表面2，其特征在于在基台两个长边边缘分别设有第一 Y 方向直线电机定子5和第二 Y方向直线电机定子6，第一主驱动单元11和第一单自由度辅助 驱动单元7、第二单自由度辅助驱动单元8共用第一 Y方向直线电机定子5，第二主驱动单 元12和第三单自由度辅助驱动单元9、第四单自由度辅助驱动单元10共用第二 Y方向直线 电机定子6; Y方向的第一导轨15穿过第一硅片台13， Y方向第二导轨16穿过第二硅片台 14; Y方向第一导轨15的一端与第一主驱动单元ll连接，另一端与第四单自由度辅助驱动 单元10对接；第四单自由度辅助驱动单元10和Y方向第一导轨15采用分离式结构，在两 个硅片台交换位置时断开；Y方向第二导轨16的一端与第二主驱动单元12连接，另一端与 第二单自由度辅助驱动单元8对接；第二单自由度辅助驱动单元8和Y方向第一导轨16采 用分离式结构，在两个硅片台交换位置时断开；在两个硅片台交换位置时，首先，第一硅片台13沿Y方向第一导轨15向第一主驱动单 元11方向运动，第二硅片台14沿Y方向第二导轨16向第二主驱动单元12方向运动；之后， Y方向第一导轨15与第四单自由度辅助驱动单元10分开并向第一主驱动单元11方向运动， Y方向第二导轨16与第二单自由度辅助驱动单元8分开并向第二主驱动单元12方向运动， 同时第二单自由度辅助驱动单元8和第四单自由度辅助驱动单元10分别运动至基台左右两边 缘；然后，第一主驱动单元11和第二主驱动单元12分别驱动第一硅片台13和第二硅片台 14沿X方向进行工位交换，同时第一单自由度辅助驱动单元7运动至曝光工位3的初始位置， 第三单自由度辅助驱动单元9运动至预处理工位4的初始位置；最后，Y方向第一导轨15和 第三单自由度辅助驱动单元9对接，第一硅片台13运动至预处理工位4初始位置，Y方向第 二导轨16和第一单自由度辅助驱动单元7对接，第二硅片台14运动至曝光工位3初始位置，5交换完成进入下一循环。所述的一种光刻机硅片台双台交换系统，其特征在于所述的第一单自由度辅助驱动单 元7、第二单自由度辅助驱动单兀8、第三单自由度辅助驱动单兀9和第四单自由度辅助驱动 单元10的底部均安装有直线电机动子17，每个单自由度辅助驱动单元与基台接触的侧面装 有真空预载气浮轴承19，每个单自由度辅助驱动单元与基台接触的底面装有永磁预载气浮轴 承20;所述的第-主驱动单元11和第二主驱动单元12是一个两自由度的驱动单元，底部均 安装有与单自由度辅助驱动单元相同的直线电机动子17，每个主驱动单元与基台接触的侧面 装有真空预载气浮轴承19，每个主驱动单元与基台接触的底面装有永磁预载气浮轴承20，另 外，每个主驱动单元的顶部与Y方向导轨之间安装有滚珠导轨或气浮轴承作为导向，安装直 线电机或摩擦轮加步进电机作为驱动，来实现主驱动单元对Y方向导轨的导向驱动支撑作用。本专利技术所述的光刻机硅片台双台交换系统，其特征还在于在所述的每个驱动单元的直 线电机分别安装有用于位置反馈的线性光栅。该系统还包含用于硅片台运动位置反馈的双频 激光干涉仪。本专利技术与现有技术相比，具有以下突出性的优点 一是该系统的硅片台为质心驱动；二 是交换面不采用气浮轴承交换，因此尺寸一致性要求不高；三是两个辅助驱动单元都是单自 由度的，简化了控制系统结构，降低了系统零部件的安装精度要求。 附图说明图1为光刻机的工作原理示意图。图2为本专利技术的光刻机硅片台双台交换系统及其交换前的状态图。 图3显示了硅片台两侧驱动单元的结构。 图4显示了硅片台和Y方向导轨的结构。图5硅片台、Y方向导轨、主驱动单元和单自由度辅助驱动单元之间的连接方式。 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光刻机硅片台双台系统，该系统含有运行于曝光工位（３）的第一硅片台（１３）和运行于预处理工位（４）的第二硅片台（１４），两个硅片台设置在同一长方形基台（１）上，长边为Ｘ方向，短边为Ｙ方向，两硅片台位于基台上表面（２），其特征在于：在基台两个长边边缘分别设有第一Ｙ方向直线电机定子（５）和第二Ｙ方向直线电机定子（６），第一主驱动单元（１１）、第一单自由度辅助驱动单元（７）和第二单自由度辅助驱动单元（８）共用第一Ｙ方向直线电机定子（５），第二主驱动单元（１２）、第三单自由度辅助驱动单元（９）和第四单自由度辅助驱动单元（１０）共用第二Ｙ方向直线电机定子（６）；Ｙ方向的第一导轨（１５）穿过第一硅片台（１３），Ｙ方向第二导轨（１６）穿过第二硅片台（１４）；Ｙ方向第一导轨（１５）的一端与第一主驱动单元（１１）连接，另一端与第四单自由度辅助驱动单元（１０）对接；第四单自由度辅助驱动单元（１０）和Ｙ方向第一导轨（１５）采用分离式结构，在两个硅片台位置交换时断开；Ｙ方向第二导轨（１６）的一端与第二主驱动单元（１２）连接，另一端与第二单自由度辅助驱动单元（８）对接；第二单自由度辅助驱动单元（８）和Ｙ方向第一导轨（１６）采用分离式结构，在两个硅片台位置交换时断开；　在两个硅片台位置交换时，首先，第一硅片台（１３）沿Ｙ方向第一导轨（１５）向第一主驱动单元（１１）方向运动，第二硅片台（１４）沿Ｙ方向第 二导轨（１６）向第二主驱动单元（１２）方向运动；之后，Ｙ方向第一导轨（１５）与第四单自由度辅助驱动单元（１０）分开并向第一主驱动单元（１１）方向运动，Ｙ方向第二导轨（１６）与第二单自由度辅助驱动单元（８）分开并向第二主驱动单元（１２）方向运动，同时第二单自由度辅助驱动单元（８）和第四单自由度辅助驱动单元（１０）分别运动至基台左右两边缘；然后，第一主驱动单元（１１）和第二主驱动单元（１２）分别驱动第一硅片台（１３）和第二硅片台（１４）沿Ｘ方向进行工位交换，同时第一单自由度辅助驱动单元（７）运动至曝光工位（３）的初始位置，第三单自由度辅助驱动单元（９）运动至预处理工位（４）的初始位置；最后，Ｙ方向第一导轨（１５）和第三单自由度辅助驱动单元（９）对接，第一硅片台（１３）运动至预处理工位（４）初始位置，Ｙ方向第二导轨（１６）和第一单自由度辅助驱动单元（７）对接，第二硅片台（１４）运动至曝光工位（３）初始位置，交换完成进入下一循环。...

【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，田丽，徐登峰，尹文生，段广洪，胡金春，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]