CN101408732B - 嵌入式共基面二维平衡双驱双工件台定位系统 - Google Patents

Abstract

嵌入式共基面二维平衡双驱双工件台定位系统属于半导体制造装备技术领域；在基台上位于工件台A与工件台B之间位置处沿X方向嵌入两个相互平行配置的X向单板直线电机定子，该两个单板直线电机定子分别与工件台A和工件台B上的X向单板直线电机动子依次相对配合，X向单板直线电机定子上表面与基台基准面平行，且嵌入在基台凹槽内，并在X向单板直线电机定子四周填充联接材料；本系统避免了单边驱动的质心偏置和单边变速驱动产生的变化惯性转矩引起的工件台振动和不稳定，结构简化，刚度加强，可靠性提高。

Description

嵌入式共基面二维平衡双驱双工件台定位系统

技术领域

本发明属于半导体制造装备技术领域，特别是一种嵌入式共基面二维平衡双驱双工件台定位系统。

背景技术

工件台技术是光刻机的物镜、对准、工件台三大核心技术之一。在光刻工艺中，即将掩模上的图案转移到晶片上的过程当中，包括：装片、预对准、对准、曝光和卸片工序，这些工序都需要工件台的运动配合，尤其是曝光过程中，无论是步进重复曝光还是步进扫描曝光，都对工件台移动定位的运动速度、平稳性和精度提出了非常高的要求。所以，工件台运动速度的快慢、平稳性和定位的精确性直接影响着生产效率和曝光质量。

针对提高光刻机的生产效率和曝光质量，一方面人们采用性能更加优越的驱动系统提高工件台运动速度和定位精度；另一方面，采用双工件台结构，让每个工件台在光刻工艺中交替着同时完成不同的工序，与单工件台相比，有效降低了光刻系统的空闲时间，提高了生产效率；但是双工件台定位系统的工件台也存在一些技术难点。首先双工件台很难保证在X和Y两个方向上都采用双驱动方式，一般是一个方向上采用双驱动方式，同时在另一个方向上限于机械结构只能采用单边驱动方式，如专利WO 98/40791，WO 98/28665，US 2006/0215144A1，ZL03156436.4，ZL200710303712.0，ZL200710303648.6等在工件台某一方向的驱动方式都是单边驱动。单边驱动将导致工件台的驱动力不通过其质心，工作中将产生不对称的惯性力，而气浮导轨的刚度有限，因此，也容易随运动速度变化而产生变化的惯性转矩，进而引起工件台的扭摆振动和不稳定，降低了工件台的运动精度、平稳性和可靠性，从而严重影响了定位精度。其次，有的专利为了避免工件台的单边驱动存在的问题而将工件台和某一方向的轴套合为一体，采用导轨对接的方式来交换工件台的位置，如专利ZL200610025749.7，它对导轨对接精度提出了极高的要求，系统结构复杂，误差环节明显增多，精度和可靠性降低。

发明内容

为了克服上述已有技术中的不足，本发明提出了一种嵌入式共基面二维平衡双驱双工件台定位系统，它既可使工件台的曝光过程和预处理过程同时单独进行，又可有效避免现有装置存在的结构复杂、结构刚度差、误差环节多和可靠性低等问题。

本发明的技术方案如下：

一种嵌入式共基面二维平衡双驱双工件台定位系统，包括基台、工件台A、工件台B、晶圆A、晶圆B、由U型槽宜线电机、气浮导轨轴套、Y向导向面组成的两对Y向双侧同步直线电机单元、两个X向单板直线电机动子、十字型定位搭接机构、由U型槽直线电机、气浮导轨、气浮轴套构成的两个X向单侧直线电机单元、可伸缩导向杆、工件台定位凹口A、工件台定位凹口B、工件台定位凹口C、工件台定位凹口D和气浮轴承，在基台上位于工件台A与工件台B之间位置处沿X方向嵌入两个相互平行配置的X向单板直线电机定子，该两个单板直线电机定子分别与工件台A和工件台B上的X向单板直线电机动子依次相对配合。

所述的X向单板直线电机定子上表面与基台基准面平行，且嵌入在基台凹槽内，并在X向单板直线电机定子四周填充联接材料。

所述的联接材料采用花岗岩粉配环氧树脂，或陶瓷粉配环氧树脂，或经过研磨处理后其表面可形成稳定气浮工作面的材料。

本发明的特点是：

当工件台交换位置时，工件台A、B的驱动定位单元在Y方向和X方向上都采用了双侧同步直线电机驱动方式，确保了工件台在两个方向运动时，电机驱动力通过工件台A、B的质心，这是区别现有技术的创新点之一；

X向单板直线电机定子采用嵌入式技术，上表面与基台的基准面平行且嵌入基台凹槽内，并在X向单板直线电机定子四周填充联接材料，研磨处理后基台的基准面平面度和光洁度不受影响可形成稳定气浮工作面；两工件台换位时，单板直线电机的定子与它在工件台A、B上的动子依次相对配合作用，同时与X向另侧直线电机组成X向的双侧驱动。这样，X向单板直线电机定子对工件台沿X向运动和沿双侧驱动的Y向运动不造成障碍，保证了两工件台处于同一基准面上，这是区别现有技术的创新点之二。

采用上述技术后，光刻机双工件台具有如下显著效果：

1)当工件台交换位置时，工件台A、B的驱动定位单元在Y方向和X方向上都采用了双侧同步直线电机驱动形式，保证了电机的驱动力通过工件台的质心，有效避免了单边驱动的质心偏置和单边变速驱动产生的变化惯性转矩引起的工件台振动和不稳定，从而为系统定位精度提供了可靠的保障。

2)X向单板直线电机定子采用嵌入式技术，基台的基准面简洁而不繁杂，保证了两工件台处于同一基准面上，有效避免了结构更复杂，结构刚度和可靠性的下降，制造和装调难度的加大，以及工作稳定性、调整精度等的下降。

附图说明

图1为嵌入式共基面二维平衡双驱双工件台定位系统结构示意图；

图2-1为X向单板直线电机定子在基台上的嵌入式一体化共面气浮基准结构示意图；

图2-2为图2-1X向单板直线电机定子在基台上的嵌入式一体化共面气浮基准结构的A-A剖面图；

图3-1为单个工件台结构示意图；

图3-2为图3-1俯向视图；

图4-1、4-2、4-3、4-4、4-5为双工件台工作时运动交换流程图。

图中，1基台；2曝光工位；3预处理工位；4工件台A；5工件台B；6晶圆A；7晶圆B；8Y向双侧同步直线电机单元，包括一对U型槽直线电机8a、一对气浮导轨轴套8b及一个Y方向导向面8c；9X向单板直线电机定子；10X向单板直线电机动子；11“十”字型定位搭接机构；12X向单侧直线电机单元，包括U型槽直线电机12a、气浮导轨12b和气浮轴套12c；13可伸缩导向杆；14工件台定位凹口A；15工件台定位凹口B，16工件台定位凹口C；17工件台定位凹口D；18气浮轴承；19联接材料。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

如图1所示，一种嵌入式共基面二维平衡双驱双工件台定位系统，包括基台1、工件台A4、工件台B5、晶圆A6、晶圆B7、由U型槽宜线电机8a、气浮导轨轴套8b、Y向导向面8c组成的两对Y向双侧同步直线电机单元8、两个X向单板直线电机动子10、十字型定位搭接机构11、由U型槽直线电机12a、气浮导轨12b、气浮轴套12c构成的两个X向单侧直线电机单元12、可伸缩导向杆13、工件台定位凹口A14、工件台定位凹口B15、工件台定位凹口C16、工件台定位凹口D17和气浮轴承18，在基台1上位于工件台A4与工件台B5之间位置处沿X方向嵌入两个相互平行配置的X向单板直线电机定子9，该两个单板直线电机定子分别与工件台A4和工件台B5上的X向单板直线电机动子10依次相对配合。

如图2-1和2-2所示，所述的X向单板直线电机定子9上表面与基台1基准面平行，且嵌入在基台1凹槽内，并在X向单板直线电机定子9四周填充联接材料19。

所述的联接材料19采用花岗岩粉配环氧树脂，或陶瓷粉配环氧树脂，或经过研磨处理后其表面可形成稳定气浮工作面的材料。

本发明工作过程如下。设初始工作状态为：经过了预处理的工件台A4现在处于曝光工位2，另一曝光完的工件台B5处于预处理工位3。接着，工件台A4上的晶圆A6开始进行曝光处理，与此同时工件台B5上的晶圆B7依次进行装卸片、预对准、对准等准备工作，如图4-1所示。两工件台A4、B5完成本工位所需时间不等，先完成工作的处于等待状态，等另一工件台也完成工位工作后，两工件台A4、B5在X向单侧直线电机单元12和X向单板直线电机定子9、动子10的作用下沿X方向相反运动到预设位置，如图4-2所示；然后在Y向定位直线电机单元8的作用下，沿Y方向相向运动到预设位置，即“十”字型定位搭接机构11处。“十”字型定位搭接机构11沿X向两端自动伸出定位杆与工件台A4、B5配合连接，如图4-3所示。

搭接完成后，X向导轨轴套一侧固定的可伸缩导向杆13缩回释放两工件台A4、B5，然后X向的U型直线电机12a动子沿X方向相向运动到预设位置，即X向导轨轴套一侧固定的可伸缩导向杆13刚好可与工件台A4、B5相应的凹口16、17配合部分对应上；接着，X向导轨轴套一侧固定的可伸缩导向杆13伸出，并逐渐加大定位孔内负压完成X向导轨与两工件台的对接，如图4-4所示。

然后，“十”字型定位搭接机构11内负压(吸力)停止，并将沿X向的两端定位杆自动缩回，取消搭接定位。两工件台A4、B5只受X向的U型直线电机12a和Y向定位直线电机单元8作用。然后，在Y向直线电机单元8作用下沿Y方向运动到预设位置，如图4-5所示。最后在X向单侧宜线电机单元12和X向单板宜线电机定子9、动子10的作用下沿X方向相向运动到预设位置，两工件台A4、B5分别到达预处理工位3和曝光工位2，如图4-1所示，并用工件台上的微调整机构实现精定位，为曝光和预处理做好准备，接着开始新一轮的工作。

Claims (3)

1.一种嵌入式共基面二维平衡双驱双工件台定位系统，包括基台(1)、工件台A(4)、工件台B(5)、晶圆A(6)、晶圆B(7)、由U型槽直线电机(8a)、气浮导轨轴套(8b)、Y向导向面(8c)组成的两对Y向双侧同步直线电机单元(8)、两个X向单板直线电机动子(10)、十字型定位搭接机构(11)、由U型槽直线电机(12a)、气浮导轨(12b)、气浮轴套(12c)构成的两个X向单侧直线电机单元(12)、可伸缩导向杆(13)、工件台定位凹口A(14)、工件台定位凹口B(15)、工件台定位凹口C(16)、工件台定位凹口D(17)和气浮轴承(18)，其特征在于在基台(1)上位于十字型定位搭接机构(11)沿Y方向的两侧嵌入两个相互平行配置的X向单板直线电机定子(9)，该两个单板直线电机定子分别与工件台A(4)和工件台B(5)上的X向单板直线电机动子(10)依次相对配合。

2.根据权利要求1所述的嵌入式共基面二维平衡双驱双工件台定位系统，其特征在于X向单板直线电机定子(9)上表面与基台(1)基准面平行，且嵌入在基台(1)凹槽内，并在X向单板直线电机定子(9)四周填充联接材料(19)。

3.根据权利要求2所述的嵌入式共基面二维平衡双驱双工件台定位系统，其特征在于联接材料(19)采用花岗岩粉配环氧树脂，或陶瓷粉配环氧树脂，或经过研磨处理后其表面可形成稳定气浮工作面的材料。

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