CN101770180A - 一种采用多关节机械手的光刻机硅片台的线缆台 - Google Patents

Abstract

一种采用多关节机械手的光刻机硅片台的线缆台，涉及半导体光刻设备。该线缆台包含一个控制装置和至少一个多关节机械手，每个硅片台对应一个多关节机械手；每个多关节机械手包含一个具有X和Y方向移动自由度的末端连杆和至少一个中间连杆；在末端连杆上安装有测量硅片台相对于末端连杆的平面三自由度位移的传感器，硅片台在平面内运动时，控制装置通过末端连杆上传感器的位置反馈信号驱动末端连杆沿X和Y方向移动，使末端连杆与硅片台的一条边线始终保持平行且距离不变，以保证硅片台的线缆不被拉伸或压缩，从而实现对硅片台拖出的大量线缆的有效管理，有效解决了硅片台线缆对硅片台的运动和定位的影响。

Description

一种采用多关节机械手的光刻机硅片台的线缆台

技术领域

本发明涉及一种光刻机硅片台，尤其涉及一种采用平面电机驱动的光刻机硅片台的线缆台，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。

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。

平面电机具有出力密度高、低热耗、高速度和高可靠性的特点，省去了直线运动到平面运动的中间转换装置，可把控制对象同电机做成一体化结构，具有反应快、灵敏度高、随动性好及结构简单等优点，已被应用于现代半导体微细加工装备和其它超精密加工设备中，ASML公司的NXT1900i光刻机就是利用平面电机驱动硅片台运动。但由于采用平面电机驱动的硅片台没有导轨，硅片台拖出的大量线缆无法进行有效管理，在硅片台进行高速运动及精确定位时，这些拖动的电缆会对硅片台造成很大的影响。

发明内容

本发明的目的是为采用平面电机驱动的光刻机硅片台提供一种线缆台，该线缆台可以对硅片台拖出的大量线缆进行有效管理，从而不影响的硅片台的高速运动及精确定位。

本发明的技术方案如下：

该线缆台包含一个控制装置和至少一个多关节机械手，每个硅片台对应一个多关节机械手；每个多关节机械手包含一个具有X和Y方向移动自由度的末端连杆和至少一个中间连杆；在末端连杆上安装有测量硅片台相对于末端连杆的平面三自由度位移的传感器，硅片台在平面内运动时，控制装置通过末端连杆上传感器的位置反馈信号驱动末端连杆沿X和Y方向移动，使末端连杆与硅片台的一条边线始终保持平行且距离不变。

本发明的另一技术方案是：该多关节机械手包含一个具有X方向移动和平面内转动的两自由度主动关节和至少一个主动转动关节；所述末端连杆与中间连杆之间通过所述的主动转动关节相连，中间连杆与中间连杆之间通过所述的主动转动关节相连，所述的中间连杆通过所述的具有X方向移动和平面内转动的两自由度主动关节安装在光刻机的硅片台上。该技术方案的优选方案是：所述的多关节机械手采用两个，中间连杆采用两个，主动转动关节采用两个，具有X方向移动和平面内转动的两自由度主动关节采用一个。

本发明的又一技术方案是：该多关节机械手包含一个具有X方向移动和平面内转动的两自由度主动关节、一个主动转动关节和至少一个主动移动关节；所述末端连杆与中间连杆之间通过所述的主动转动关节相连，中间连杆与中间连杆之间通过所述的主动移动关节相连，所述的中间连杆通过所述的具有X方向移动和平面内转动的两自由度主动关节安装在光刻机的硅片台上。

本发明的又一技术方案是：该多关节机械手包含至少两个中间连杆和至少三个主动转动关节；所述末端连杆与中间连杆之间通过所述的主动转动关节相连，中间连杆与中间连杆之间通过所述的主动转动关节相连，所述的中间连杆通过所述的主动转动关节安装在光刻机的硅片台上。

本发明的再一技术方案是：该多关节机械手采用至少四个中间连杆、至少4个主动转动关节和至少一个主动移动关节；四个中间连杆构成一个平行四边形，中间连杆之间通过所述的主动转动关节相连，所述的平行四边形通过所述的主动移动关节安装在光刻机的硅片台上。

在上述技术方案中，所述的末端连杆采用不遮挡激光干涉仪光路10的扁平板结构，中间连杆设置在硅片台的运动区域之外，所述的硅片台为平面气浮单硅片台、平面气浮多硅片台、平面磁浮单硅片台或平面磁浮多硅片台。

本发明具有以下优点及突出性效果：①本发明提供的光刻机硅片台的线缆台可以对硅片台拖出的大量线缆进行有效管理，从而不影响硅片台的高速运动及精确定位。②多关节机械手的末端连杆采用不遮挡激光干涉仪的光路的扁平的板结构，中间连杆设置在硅片台的运动区域之外，也不遮挡激光干涉仪的激光光路，从而保证了激光干涉仪的正常测量工作。③多关节机械手的末端连杆和中间连杆始终在基台范围内运动，不占用基台之外的空间，节省了光刻机硅片台的占地面积。④当硅片台为双台交换结构时，硅片台的线缆台可以在交换过程中代替激光干涉仪测量硅片台的位置。

附图说明

图1为本发明提供的采用多关节机械手的光刻机硅片台的线缆台的第一种实施例的原理结构示意图。

图2为硅片台双台交换过程中采用多关节机械手的线缆台的第一种实施例的状态示意图。

图3为硅片台双台交换后采用多关节机械手的线缆台的第一种实施例的状态示意图。

图4是光刻机的硅片台Y方向的激光光路示意图。

图5为本发明提供的采用多关节机械手的光刻机硅片台的线缆台的第二种实施例的原理结构示意图。

图6为本发明提供的采用多关节机械手的光刻机硅片台的线缆台的第三种实施例的原理结构示意图。

图7为本发明提供的采用多关节机械手的光刻机硅片台的线缆台的第四种实施例的原理结构示意图。

图中：

1-硅片台；2-基台；3-硅片台的线缆；4-末端连杆；5-第一中间连杆；6-第二中间连杆；7-第一主动转动关节；8-第二主动转动关节；9-具有X方向移动和平面内转动的两自由度主动关节；10-激光干涉仪的激光；11-微动台；12-粗动台；13-主动移动关节；14-第三主动转动关节；15-平行四边形的中间连杆；16-平行四边形的主动转动关节；17-平行四边形的主动移动关节。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构、工作原理和工作过程做进一步的说明。

图1为本发明提供的采用多关节机械手的光刻机硅片台的线缆台的第一种实施例的原理结构示意图。该线缆台包含一个控制装置及两个多关节机械手，每个多关节机械手由一个末端连杆4、第一中间连杆5和第二中间连杆6构成，末端连杆4与第一中间连杆5之间通过第一主动转动关节7相连，第一主动转动关节7上安装旋转电机和旋转光栅；第一中间连杆5与第二中间连杆6通过第二主动转动关节8相连，第二主动转动关节8上安装旋转电机和旋转光栅；第二中间连杆6通过具有X方向移动和平面内转动的两自由度主动关节9安装在硅片台的基台2上；末端连杆4上安装能够测量硅片台1相对于末端连杆4平面三自由度位移的传感器，硅片台的线缆3固定在末端连杆4上；末端连杆4采用扁平的板结构，不会遮挡激光干涉仪的激光10对微动台11的测量，第一中间连杆5和第二中间连杆6安装在硅片台1的运动区域a、b、c、d之外，也不会遮挡激光干涉仪的激光10对微动台11的测量，从而保证了激光干涉仪的正常测量工作。

图2为硅片台双台交换过程中采用多关节机械手的线缆台的第一种实施例的状态示意图。由于激光干涉仪的测量范围有限，交换过程中无法测量硅片台1的位置，而光栅测量系统则始终检测末端连杆4的位置，末端连杆4上的传感器始终检测硅片台1相对于末端连杆4的平面三自由度位移，因此在交换过程中线缆台的多关节机械手可以代替激光干涉仪测量硅片台1的位置。

图3为硅片台双台交换后采用多关节机械手的线缆台的第一种实施例的状态示意图。两个多关节机械手分别位于基台2的左上角和右下角，中间连杆5和中间连杆6仍保持在硅片台1的运动区域a、b、c、d之外，不会影响激光干涉仪的正常工作。

图4为光刻机硅片台Y方向的激光光路示意图。末端连杆4采用不遮挡激光干涉仪的激光10的扁平板结构，保证了激光干涉仪的正常测量工作。

图5为本发明提供的采用多关节机械手的光刻机硅片台的线缆台的第二种实施例的原理结构示意图。该线缆台采用两个多关节机械手，每个多关节机械手由一个末端连杆4、第一中间连杆5和第二中间连杆6构成，末端连杆4与第一中间连杆5之间通过第一主动转动关节7相连，第一主动转动关节7上安装旋转电机和旋转光栅；第一中间连杆5与第二中间连杆6通过主动移动关节13相连，主动移动关节13上安装直线电机和直线光栅；第二中间连杆6与硅片台1之间通过具有X方向移动和平面内转动的两自由度主动关节9相连；末端连杆4上安装能够测量硅片台1相对于末端连杆4的平面三自由度位移的传感器，硅片台的线缆3固定在末端连杆4上；末端连杆4采用扁平的板结构，不会遮挡激光干涉仪的激光10测量微动台11，第一中间连杆5和第二中间连杆6安装在硅片台1的运动区域a、b、c、d之外，也不会遮激光干涉仪的激光10测量微动台11，从而保证了激光干涉仪的正常测量工作。

图6为本发明提供的采用多关节机械手的光刻机硅片台的线缆台的第三种实施例的原理结构示意图。该线缆台采用两个多关节机械手，每个多关节机械手由一个末端连杆4、第一中间连杆5和第二中间连杆6构成，末端连杆4与第一中间连杆5之间通过第一主动转动关节7相连，第一主动转动关节7上安装旋转电机和旋转光栅；第一中间连杆5与第二中间连杆6通过第二主动转动关节8相连，第二主动转动关节8上安装旋转电机和旋转光栅；第二中间连杆6与硅片台1之间通过第三主动转动关节14相连，第三主动转动关节14上安装旋转电机和旋转光栅；末端连杆4上安装能够测量硅片台1相对于末端连杆4平面三自由度位移的传感器，硅片台的线缆3固定在末端连杆4上；末端连杆4采用扁平的板结构，不会遮挡激光干涉仪的激光10测量微动台11，第一中间连杆5和第二中间连杆6安装在硅片台1的运动区域a、b、c、d之外，也不会激光干涉仪的激光测量微动台11，从而保证了激光干涉仪的正常测量工作。

图7为本发明提供的采用多关节机械手的光刻机硅片台的线缆台的第四种实施例的原理结构示意图。该线缆台采用两个多关节机械手，每个多关节机械手含有一个末端连杆4和一个平行四边形，末端连杆4与平行四边形的中间连杆15之间通过平行四边形的主动转动关节16相连，平行四边形的主动转动关节16上安装旋转电机和旋转光栅；平行四边形的中间连杆15与硅片台1之间通过平行四边形的主动移动关节17相连，末端连杆4上安装能够测量硅片台1相对于末端连杆4平面三自由度位移的传感器，硅片台的线缆3固定在末端连杆4上；末端连杆4采用扁平的板结构，不会遮挡激光干涉仪的激光10测量微动台11，平行四边形的中间连杆15安装在硅片台1的运动区域a、b、c、d之外，也不会激光干涉仪的激光测量微动台11，从而保证了激光干涉仪的正常测量工作。

Claims (8)

1.一种采用多关节机械手的光刻机硅片台的线缆台，其特征在于：该线缆台包含一个控制装置和至少一个多关节机械手，每个硅片台对应一个多关节机械手；每个多关节机械手包含一个具有X和Y方向移动自由度的末端连杆(4)和至少一个中间连杆；在末端连杆(4)上安装有测量硅片台相对于末端连杆的平面三自由度位移的传感器，硅片台在平面内运动时，控制装置通过末端连杆上传感器的位置反馈信号驱动末端连杆沿X和Y方向移动，使末端连杆与硅片台的一条边线始终保持平行且距离不变。

2.根据权利要求1所述的一种采用多关节机械手的光刻机硅片台的线缆台，其特征在于：所述多关节机械手还包含一个具有X方向移动和平面内转动的两自由度主动关节和至少一个主动转动关节；所述末端连杆与中间连杆之间通过所述的主动转动关节相连，中间连杆与中间连杆之间通过所述的主动转动关节相连，所述的中间连杆通过所述的具有X方向移动和平面内转动的两自由度主动关节安装在光刻机的硅片台上。

3.根据权利要求1所述的一种采用多关节机械手的光刻机硅片台的线缆台，其特征在于：所述多关节机械手还包含一个具有X方向移动和平面内转动的两自由度主动关节、一个主动转动关节和至少一个主动移动关节；所述末端连杆与中间连杆之间通过所述的主动转动关节相连，中间连杆与中间连杆之间通过所述的主动移动关节相连，所述的中间连杆通过所述的具有X方向移动和平面内转动的两自由度主动关节安装在光刻机的硅片台上。

4.根据权利要求1所述的一种采用多关节机械手的光刻机硅片台的线缆台，其特征在于：所述多关节机械手还包含至少两个中间连杆和至少三个主动转动关节；所述末端连杆与中间连杆之间通过所述的主动转动关节相连，中间连杆与中间连杆之间通过所述的主动转动关节相连，所述的中间连杆通过所述的主动转动关节安装在光刻机的硅片台上。

5.根据权利要求1所述的一种采用多关节机械手的光刻机硅片台的线缆台，其特征在于：所述多关节机械手还包含至少四个中间连杆、至少4个主动转动关节和至少一个主动移动关节；四个中间连杆构成一个平行四边形，中间连杆之间通过所述的主动转动关节相连，所述的平行四边形通过所述的主动移动关节安装在光刻机的硅片台上。

6.根据权利要求2所述的一种采用多关节机械手的光刻机硅片台的线缆台，其特征在于：所述的多关节机械手采用两个，所述的中间连杆采用两个，所述的主动转动关节采用两个。

7.根据权利要求1～6任一权利要求所述的一种采用多关节机械手的光刻机硅片台的线缆台，其特征在于：所述的末端连杆(4)采用不遮挡激光干涉仪激光(10)的扁平板结构，中间连杆设置在硅片台的运动区域之外。

8.根据权利要求7所述的一种采用多关节机械手的光刻机硅片台的线缆台，其特征在于：所述的硅片台为平面气浮单硅片台、平面气浮多硅片台、平面磁浮单硅片台或平面磁浮多硅片台。

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