CN100570496C - 一种采用十字导轨的光刻机硅片台双台交换系统 - Google Patents

Abstract

一种采用十字导轨的光刻机硅片台双台交换系统，该系统主要应用于半导体光刻机中。本发明含有运行于预处理工位的硅片台、运行于曝光工位的硅片台和两个十字导轨驱动单元，每个十字导轨驱动单元包含X向直线电机、Y向直线电机和用以推动硅片台运动的推杆；十字导轨驱动单元与硅片台之间通过真空轴承吸住，带动硅片台作大范围X、Y方向运动。本发明采用两个双自由度驱动单元，使系统结构大大得以简化，有效降低了同步控制的要求。

Description

一种采用十字导轨的光刻机硅片台双台交换系统

技术领域

本发明涉及光刻机硅片台双台交换系统，该系统主要应用于半导体光刻机中，属于半导体制造装备技术领域。

背景技术

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FP 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，为保持现有精度或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年申请的发明专利“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，该双硅片台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。但是该双硅片台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无疑显得很重要。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年申请的发明专利“一种光刻机硅片台双台交换系统”(专利申请号：200710119275.7)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，该系统具有结构简单，外形尺寸较小等优点。然而，由于硅片台的运动是靠两相邻双自由度驱动单元同步运动实现，因此系统对同步控制要求较高。

发明内容

本发明针对上述发明申请结构复杂以及对系统同步控制要求较高的不足和缺陷，提出一种采用十字导轨的光刻机硅片台双台交换系统。

本发明的技术方案如下：

一种采用十字导轨的光刻机硅片台双台交换系统，该系统含有运行于预处理工位的硅片台和运行于曝光工位的硅片台，所述的两个硅片台设置在一基台上，并通过气浮轴承悬浮在基台表面，其特征在于：该系统采用两个十字导轨驱动单元，分别设置在基台相对两边的边缘上，每个十字导轨驱动单元包含X向直线电机、Y向直线电机和推杆，X向直线电机的定子安装在基台边缘的凹槽中，动子安装在十字导轨驱动单元的下底部；Y向直线电机与X向直线电机叠层布置，并与X向直线电机正交；所述的十字导轨驱动单元与硅片台之间通过真空轴承吸住，真空轴承布置在推杆与硅片台的侧面。

本发明与本申请人在先申请的光刻机硅片台双台交换系统(申请号：200710119275.7)相比，减少了两套双自由度驱动单元，使系统结构大大得以简化，有效降低了同步控制的要求。

附图说明

图1显示了步进扫描投影光刻机基本工作原理。

图2是单硅片台的运动定位系统。

图3是本发明提供的双硅片台运动定位系统。

图4a显示了十字导轨驱动单元中X向和Y向直线电机的安装位置。

图4b为推杆的结构示意图。

图5a、图5b和图5c分别表示了双硅片台交换过程中的状态示意图。

图中：

1-硅片台；4-十字导轨驱动单元；5-X向直线电机；7-Y向直线电机；8-推杆；11-基台；45-光源；47-掩模版；49-透镜系统；50-硅片。

具体实施方式

传统的步进扫描投影光刻机硅片台如图2所示，光刻机中只有一个硅片运动定位系统，即只有一个硅片台。调平、调焦及对准等准备工作都要在同一个硅片台上完成，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1mm/s)，因此所需时间很长。为了提高光刻机的曝光效率，本发明所述一种结构简单的光刻机硅片台轮换曝光系统，将调平、调焦及对准等曝光准备工作转移至预处理工位的硅片台上，且与曝光工位的硅片台同时独立工作，从而大大缩短硅片在曝光硅片台上的工作时间。

所述硅片台双台交换系统如图3所示，该系统包含一个运行于预处理工位的硅片台1和一个运行于曝光工位的硅片台1，所述的两个硅片台1设置在一基台11上，并通过气浮轴承悬浮在基台11表面。气浮轴承设置在硅片台1的底面，用以平衡硅片台1的重力，将硅片台1悬浮在基台11上。基台11上表面作为气浮面，要求较高的平面度。气浮轴承只起平衡硅片台1重力的作用，硅片台1在基台11上表面的运动靠十字导轨驱动单元4的推动或拉动实现。

硅片台1由2个十字导轨驱动单元4带动，每个十字导轨驱动单元4由X向直线电机5和Y向直线电机7和推杆8组成。直线电机包含定子和动子。X向直线电机5的定子安装在基台11的边缘凹槽中，动子位于十字导轨驱动单元4下层的底部。Y向直线电机7与X向直线电机5叠层布置，并与X向直线电机5正交。其定子位于十字导轨驱动单元4上层的底部，动子安装在用以推动硅片台运动的推杆8中。十字导轨驱动单元4设置在基台11两相对的边缘。

十字导轨驱动单元4与硅片台1之间通过真空轴承吸住，真空轴承布置在推杆8与硅片台1的侧面。除非需要交换，推杆8与硅片台1之间始终吸住，在十字导轨驱动单元4X向直线电机5和Y向直线电机7作用下，带动硅片台1作大范围X方向或Y方向运动。

交换时真空轴承气源切断，推杆8与硅片台1之间松开。

硅片台双台交换过程如图8所示。当硅片台1完成调平、调焦及对准等曝光准备工作后，硅片台1运动至基台11中间并排位置，此时切断真空轴承气源，推杆8与硅片台1之间松开，十字导轨驱动单元4运动至另一硅片台1侧面，两者之间再次通过真空轴承吸住，从而带动另一硅片台1运动，完成双台交换。

Claims (1)

1.一种采用十字导轨的光刻机硅片台双台交换系统，该系统含有运行于预处理工位的硅片台和运行于曝光工位的硅片台，所述的两个硅片台设置在一基台(11)上，并通过气浮轴承悬浮在基台表面，其特征在于：该系统采用两个十字导轨驱动单元(4)，分别设置在基台(11)相对两边的边缘上，每个十字导轨驱动单元(4)包含X向直线电机(5)、Y向直线电机(7)和推杆(8)，X向直线电机(5)的定子安装在基台边缘的凹槽中，动子安装在十字导轨驱动单元的下底部；Y向直线电机(7)与X向直线电机(5)叠层布置，并与X向直线电机(5)正交；所述的十字导轨驱动单元与硅片台之间通过真空轴承吸住，真空轴承布置在推杆与硅片台的侧面。

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