光刻机硅片台双台交换系统及其交换方法技术方案

一种光刻机硅片台双台交换系统及其交换方法，该系统含有两个硅片台、基台、Ｘ方向直线导轨、Ｙ方向直线导轨、硅片台辅助驱动单元以及四个单自由度辅助驱动单元，所述系统还包括设置在第一Ｘ方向直线导轨上的第一主驱动单元和设置在第二Ｘ方向直线导轨上的第二主驱动单元。在主驱动单元驱动下，Ｙ方向导轨可实现沿Ｘ方向的移动和基台平面内的旋转运动；当Ｙ方向导轨带动硅片台旋转至与Ｘ方向平行时，另一带有硅片台的Ｙ方向导轨可在主驱动单元的驱动下沿Ｘ方向平移运动，以实现两硅片台的位置交换。本发明专利技术避免了硅片台尺寸一致性、零部件加工和装配的极高精度要求等缺陷，不仅简化了系统结构，而且提高了系统的空间利用率和精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，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。 步进扫描投影光刻机基本原理如图1所示。来自光源26的深紫外光透过掩模版 27、透镜系统28将掩模版上的一部分图形成像在硅片29的某个特定芯片(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 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，就必须要求硅片台具有极高的 运动定位精度；另外，硅片台的运动速度在很大程度上影响着光刻的生产率，因此必须不断 提高硅片台的运动速度以提高生产率。 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其上面完成，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。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地导 致系统动态性能的恶化，因此需要采取大量的技术措施保障和提高硅片台的运动精度，且 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是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，具有结构简单、曝光效率高等优点。但是 该双硅片台交换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，直线导轨之间可能发生碰撞；三是硅片台系统非质心驱动；四是硅片台系统的空间利用率还不够高等。
技术实现思路
本专利技术针对现有光刻机硅片台双台交换系统存在的不足和缺陷，提出一种光刻机硅片台双台交换系统及交换方法，以克服现有硅片台双台交换系统非质心驱动、空间利用率还不够高、以及加工和装配精度要求极高等缺点，使其具有结构简单、空间利用率较高以及交换时不会发生直线导轨间相互碰撞等优点，进一步提高光刻机的效率。 本专利技术的技术方案如下 —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第一硅片台、运 行于预处理工位的第二硅片台、基台、第一 X方向直线导轨、第二 X方向直线导轨、第一单 自由度辅助驱动单元、第二单自由度辅助驱动单元、第三单自由度辅助驱动单元、第四单自 由度辅助驱动单元、第一 Y方向导轨、第二 Y方向导轨、第一硅片台辅助驱动单元和第二硅 片台辅助驱动单元，第一 Y方向导轨穿过第一硅片台，第二 Y方向导轨穿过第二硅片台；其 特征在于所述系统还含有设置在第一 X方向直线导轨上的第一主驱动单元和设置在第二 X方向直线导轨上的第二主驱动单元；所述的第一主驱动单元具有沿X方向的移动自由度 和垂直于基台平面的转动自由度，所述的第一主驱动单元与第一 Y方向导轨的一端相联， 第一 Y方向导轨的另一端与第三单自由度辅助驱动单元或第四单自由度辅助驱动单元对 接；所述的第二主驱动单元具有沿X方向的移动自由度，第二主驱动单元与第二 Y方向导轨 的一端相联，导轨的另一端与第一单自由度辅助驱动单元或第二单自由度辅助驱动单元对 接；所述的Y方向导轨与单自由度辅助驱动单元采用分离式结构，在两硅片台位置交换时 断开。 本专利技术提供的光刻机硅片台双台交换系统，其特征在于所述的第一主驱动单元 由直线电机动子、力矩电机和真空预载气浮轴承组成，或由步进电机动子代替所述的直线 电机动子，由永磁预载气浮轴代替所述的真空预载气浮轴承；所述的第二主驱动单元由直 线电机动子和真空预载气浮轴承组成，或采用步进电机动子代替其中的直线电机动子，采 用永磁预载气浮轴承代替其中的真空预载气浮轴承。 上述技术方案中，所述的第一主驱动单元的顶部与第一X方向导轨之间、第二主 驱动单元的顶部与第二 X方向导轨之间分别安装有滚珠导轨或气浮轴承作为导向支撑；所 述的第一主驱动单元和第二主驱动单元的底部均装有直线电机动子，与基台接触的底面均 装有永磁预载气浮轴承；所述的第一单自由度辅助驱动单元、第二单自由度辅助驱动单元、 第三单自由度辅助驱动单元和第四单自由度辅助驱动单元的底部均装有直线电机动子，与 基台接触的侧面均装有真空预载气浮轴承，与基台接触的底面均装有永磁预载气浮轴承。 本专利技术所述的光刻机硅片台双台交换系统还包含用于硅片台运动位置反馈的双 频激光干涉仪；在所述的第一主驱动单元、第二主驱动单元、第一单自由度辅助驱动单元、 第二单自由度辅助驱动单元、第三单自由度辅助驱动单元、第四单自由度辅助驱动单元、第 一硅片台辅助驱动单元以及第二硅片台辅助驱动单元上分别安装有用于位置反馈的线性 本专利技术提供的一种光刻机硅片台双台交换方法，其特征在于该交换方按如下步骤 进行 a)两硅片台交换位置时，首先，第一主驱动单元驱动第一Y方向导轨及第一硅片 台在基台平面内做顺时针方向旋转运动，同时，第一硅片台辅助驱动单元驱动第一硅片台 沿第一 Y方向导轨朝向第一主驱动单元方向运动，且第三单自由度辅助驱动单元沿X正方 向运动； b)当第一Y方向导轨与第一X方向导轨平行时，第二主驱动单元驱动第二Y方向 导轨并带动第二硅片台沿X正方向运动，同时，第二硅片台沿第二Y方向导轨朝向第二主驱 动单元运动，第一Y方向导轨和第一硅片台在第一主驱动单元的驱动下沿X负方向运动，第 一单自由度辅助驱动单元也沿X负方向运动； c)当第二 Y方向导轨和第二硅片台从第一 Y方向导轨和第一硅片台的一侧移动到 另一侧时，第一主驱动单元驱动第一Y方向导轨及第一硅片台在基台平面内做逆时针旋转 运动，同时，第四单自由度辅助驱动单元运动至第一 Y方向导轨的对应位置并与之对接，第 二单自由度辅助驱动单元运动至第二 Y方向导轨的对应位置并与之对接，这样就完成了第 一硅片台和第二硅片台的位置交换，并进入下一循环。 本专利技术与现有技术相比，具有以下突出优点一是该系统的硅片台为质心驱动； 二是交换本文档来自技高网...

【技术保护点】
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第一硅片台（３）、运行于预处理工位的第二硅片台（８）、基台（５）、第一Ｘ方向直线导轨（２）、第二Ｘ方向直线导轨（６）、第一单自由度辅助驱动单元（１）、第二单自由度辅助驱动单元（７）、第三单自由度辅助驱动单元（１５）、第四单自由度辅助驱动单元（１６）、第一Ｙ方向导轨（４）、第二Ｙ方向导轨（９）、第一硅片台辅助驱动单元（１１）和第二硅片台辅助驱动单元（１２），第一Ｙ方向导轨（４）穿过第一硅片台（３），第二Ｙ方向导轨（９）穿过第二硅片台（８）；其特征在于：所述系统还含有设置在第一Ｘ方向直线导轨（２）上的第一主驱动单元（１０）和设置在第二Ｘ方向直线导轨（６）上的第二主驱动单元（１３）；所述的第一主驱动单元（１０）具有沿Ｘ方向的移动自由度和垂直于基台平面的转动自由度，所述的第一主驱动单元（１０）与第一Ｙ方向导轨（４）的一端相联，第一Ｙ方向导轨（４）的另一端与第三单自由度辅助驱动单元（１５）或第四单自由度辅助驱动单元（１６）对接；所述的第二主驱动单元（１３）具有沿Ｘ方向的移动自由度，第二主驱动单元（１３）与第二Ｙ方向导轨（９）的一端相联，导轨的另一端与第一单自由度辅助驱动单元（１）或第二单自由度辅助驱动单元（７）对接；所述的Ｙ方向导轨与单自由度辅助驱动单元采用分离式结构，在两硅片台位置交换时断开。...

【技术特征摘要】
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第一硅片台(3)、运行于预处理工位的第二硅片台(8)、基台(5)、第一X方向直线导轨(2)、第二X方向直线导轨(6)、第一单自由度辅助驱动单元(1)、第二单自由度辅助驱动单元(7)、第三单自由度辅助驱动单元(15)、第四单自由度辅助驱动单元(16)、第一Y方向导轨(4)、第二Y方向导轨(9)、第一硅片台辅助驱动单元(11)和第二硅片台辅助驱动单元(12)，第一Y方向导轨(4)穿过第一硅片台(3)，第二Y方向导轨(9)穿过第二硅片台(8)；其特征在于所述系统还含有设置在第一X方向直线导轨(2)上的第一主驱动单元(10)和设置在第二X方向直线导轨(6)上的第二主驱动单元(13)；所述的第一主驱动单元(10)具有沿X方向的移动自由度和垂直于基台平面的转动自由度，所述的第一主驱动单元(10)与第一Y方向导轨(4)的一端相联，第一Y方向导轨(4)的另一端与第三单自由度辅助驱动单元(15)或第四单自由度辅助驱动单元(16)对接；所述的第二主驱动单元(13)具有沿X方向的移动自由度，第二主驱动单元(13)与第二Y方向导轨(9)的一端相联，导轨的另一端与第一单自由度辅助驱动单元(1)或第二单自由度辅助驱动单元(7)对接；所述的Y方向导轨与单自由度辅助驱动单元采用分离式结构，在两硅片台位置交换时断开。2. 按照权利要求1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 主驱动单元(10)由主驱动单元直线电机动子(18)、力矩电机(14)和真空预载气浮轴承 (20)组成，或由步进电机代替所述的直线电机，由永磁预载气浮轴代替所述的承真空预载 气浮轴承；所述的第二主驱动单元(13)由主驱动单元直线电机动子(18)和真空预载气浮 轴承(20)组成，或采用步进电机代替其中的直线电机，采用永磁预载气浮轴承代替其中的 真空预载气浮轴承。3. 按照权利要求1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 主驱动单元(10)的顶部与第一X方向导轨(2)之间、第二主驱动单元(13)的顶部与第二 X方向导轨(6)之间分别安装有滚珠导轨或气浮轴承作为导向支撑；所述的第一主驱动单 元(10)和第二主驱动单元(13)与基台(5)接触的底面均装有永磁预载气浮轴承。4. 按照权利要求1所述的一种光刻机硅片台双台交换系统，其特征在于在所述的第 一主驱...

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