CN102109768B - 旋转式硅片承片台及利用其进行硅片精对准的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种旋转式硅片承片台，包括：吸附硅片的吸盘，工作台，及旋转电机，其中所述旋转电机具有安装在所述工作台上的旋转电机定子，安装在所述吸盘中间的旋转电机动子，及控制旋转电机转动的控制器，所述控制器设定后能够控制所述旋转电机动子转动，从而驱动所述吸盘旋转设定的角度。本发明主要是利用所述旋转电机连接所述吸盘，通过电机的旋转可以直接在承片台上进行硅片正负90°的旋转，使硅片在对准过程中无须利用硅片机械手对其拿起并进行旋转，工作效率高、精确度高。

Description

旋转式硅片承片台及利用其进行硅片精对准的方法

技术领域

本发明涉及一种光刻设备及光刻方法，特别是一种旋转式硅片承片台及利用其进行硅片精对准的方法。

背景技术

在半导体IC集成电路制造过程中，一个完整的芯片通常需要经过多次光刻曝光才能制作完成。除了第一次光刻外，在曝光前，其余层次的光刻都要将该层次的图形与以前层次曝光留下的图形进行精确定位，以保证两层图形之间的正确相对位置，即套刻。套刻误差通常只允许在光刻分辨力的1/3范围之内。影响套刻精度的因素众多，包括工件台的定位精度、位置测量系统的测量误差、掩模与硅片的对准误差、机器的安装误差等，其中硅片不同工艺层之间的对准精度也是重要的影响因素之一。由于硅片在光刻设备上完成一层图形曝光之后，需要下片进行烘焙、显影等后续半导体工艺的处理，然后再重新上片到光刻设备，进行下一层图形的光刻。在进行该层图形光刻之前，首选需要通过对准系统，建立本层标记和上一层标记之间的位置坐标关系，才能保证两图形之间准确的套刻关系。

在首次曝光前硅片上没有对准标记，利用硅片的缺口进行机械预对准。在首次曝光时，将掩模上的对准标记曝光在硅片上，掩模上的硅片对准标记就传递到硅片上，实际生产中，为了避免层与层之间标记对准的误差传递，常采用零层标记作为基准标记。各层标记与零层标记进行对准，即建立各层标记与零层标记之间的位置坐标关系。

为此，在保证两层图形之间的正确相对位置时，需进行硅片的精对准，在对准过程中需要将硅片旋转正负90°，利用旋转后曝光得到的标记和原来零层标记作比较，建立该层和零层标记之间的坐标关系，在现有结构中，如图1所示，是现有承片台进行精对准的示意图，如图所示，首先在硅片10上曝有对准标记200，然后利用硅片机械手将其旋转相应的角度，再放于吸盘之上，进行与零层标记之间的比较，建立起该层标记与零层标记之间的位置坐标关系。这样一个过程中需要进行硅片的多次交接，一是降低了生产效率，二是增加了交接片累积误差。在本发明中提出一种高效、高精度的可用于硅片旋转的承片台。

有鉴于此，如何提供一种旋转式硅片承片台，来综合解决上述技术问题已成为业界亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是将提供一种高效率、高精度的旋转式硅片承片台。

本发明的目的是提供一种硅片精对准的方法，利用旋转式硅片承片台进行承片台上的旋转，对准效率高、精度高。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种旋转式硅片承片台，包括：吸附硅片的吸盘，工作台，及旋转电机，其中所述旋转电机具有安装在所述工作台上的旋转电机定子，安装在所述吸盘中间的旋转电机动子，及控制旋转电机转动的控制器，所述控制器设定后能够控制所述旋转电机动子转动，从而驱动所述吸盘旋转设定的角度。

进一步的，上述旋转式硅片承片台还包括工作台底座，以及连接于工作台及工作台底座之间的垂向驱动器。所述工作台及吸盘上设有气道结构，其包括：设置在工作台上的第一环形槽和设置在吸盘上的第二环形槽；一端与所述第一环形槽连通，另一端与所述垂向驱动器连接的第一气孔；设置在工作台上的气浮孔，用于使工作台和吸盘之间形成气浮轴承连接；设置在所述吸盘与工作台连接处的泄压槽；对应第二环形槽设置在吸盘表面用于吸附硅片的真空槽；连接第二环形槽与所述真空槽的第二气孔。

进一步的，上述旋转式硅片承片台还包括用于将吸附在吸盘上的硅片顶起的机械手，以及驱动所述机械手的驱动单元，所述驱动单元包括：用于安装所述机械手的机械手底座，与所述机械手底座连接并驱动其发生移动的音圈电机动子，及安装在所述工作台底座上的音圈电机定子。

所述控制器是能够对旋转电机进行闭环控制的编码器。

本发明还提供了一种硅片精对准的方法，包括步骤：将硅片吸附在吸盘上，在硅片上曝光出对准标记；利用前述的旋转式硅片承片台对所述硅片进行在承片台上的旋转；以及旋转后再次曝光得到的比对标记，建立所述比对标记与对准标记的位置坐标关系。

本发明的旋转式硅片承片台，利用所述旋转电机连接所述吸盘，通过电机的旋转可以直接在承片台上进行硅片正负90°的旋转，使硅片在对准过程中无须利用硅片机械手对其拿起并进行旋转，工作效率高、精确度高。本发明的硅片精对准的方法，利用旋转式硅片承片台，不用传输机械手对其拿起并进行旋转的步骤，工作效率高、精确度高。

附图说明

图1是现有承片台进行精对准的示意图。

图2是本发明的旋转式硅片承片台的结构纵向剖面图。

图3是本发明的旋转式硅片承片台气道结构放大图。

图4是本发明的旋转式硅片承片台的工作台结构示意图。

图5是本发明的旋转式硅片承片台的吸盘结构示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明也可通过其他不同的具体实例加以实施或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。

请参阅图2，是本发明的旋转式硅片承片台的结构纵向剖面图。如图所示，硅片10固定在吸盘20上，吸盘20的中间装有旋转电机动子50，其对应的旋转电机定子40装在工作台1上，这样可利用旋转电机驱动吸盘20进行旋转。旋转电机动子50的一端连接控制器，本实施例中，所述控制器为编码器60，利用增量式编码器对旋转电机动子50进行闭环控制。硅片在交接片时利用机械手30将硅片顶起，便于传输机械手(图中未示)将硅片送回片库。机械手30安装于底座70上，底座70和音圈电机动子100连接，音圈电机定子90安装于工作台底座2之上，机械手30是由音圈电机实现垂向驱动的。工作台1由三个垂向驱动器80实现Z向(垂直方向)的驱动，并可实时调节各个垂向驱动器80的行程进而可以调节硅片10垂直方向(Z向)的位置。

请参阅图3，是本发明的旋转式硅片承片台的气道结构放大图，该气道结构设于工作台1及吸盘20上，由多个环形槽和多个气孔组成，具体如图3所示，工作台1和吸盘20连接的表面上设有多个均匀分布的同心环形槽，其中环形槽112(即设置在工作台1上的第一环形槽)是作为形成真空负压的真空槽，在工作台1上设置有气孔102(第一气孔)，其一端与环形槽112相通，另一端与一垂向驱动器80的真空气道相连，利用真空气道的负压，使环形槽112和吸盘20形成一个真空腔，将吸盘20固定在工作台1上。在工作台上还设置有气孔103，一端与环形槽113相通，另一端与垂向驱动器80的真空气道相连，同时如图5所示，在吸盘上也设有气孔104(第二气孔)，吸盘的上下面分别设有环形槽115(即设置在吸盘20上的第二环形槽)及114(设置在吸盘20表面用于吸附硅片的真空槽)，吸盘20上的环形槽115与工作台1上的环形槽113相连，利用真空气道的负压，在吸盘20和硅片10之间形成一个真空腔，将硅片10固定在吸盘20上。在工作台1上设有气孔101，连接压缩空气气道可使工作台1和吸盘20之间形成气浮轴承连接，这样可保证吸盘20在旋转电机驱动旋转中与工作台1之间无摩擦，定位精确。环形槽125和环形槽111是分别设在工作台1和吸盘20上的卸压槽，将气浮轴承的压缩空气和内部真空腔隔离。

请一并参阅图4和图5，分别是本发明的旋转式硅片承片台的工作台和吸盘结构示意图，如图所示，上述各气道结构在本实施例中效果较佳，但是在其他实施例中，例如所述环形槽、气孔等的数量不以此为限。例如，前述的气浮孔101在图4中只表示出两个，在实际结构设计中，可根据吸盘20和硅片10的质量具体设计出气浮孔的数量和直径，同样，吸盘20上用于吸附硅片10的环形槽114也可设计成多个同心槽，再将各槽利用气道连接，这样可增加吸盘20与硅片10之间的吸附面积，防止由于局部吸力的作用导致硅片10本身的变形。

本发明还提供一种硅片精对准的方法，包括步骤：将硅片吸附在吸盘上，在硅片上曝光出对准标记；利用如前所述的旋转式硅片承片台对所述硅片进行在承片台上的旋转；以及根据旋转后再次曝光得到的比对标记，建立所述比对标记与对准标记的位置坐标关系。

在具体的使用过程中，首先打开工作台1上环形槽112的真空，将吸盘20固定在工作台1之上，此时音圈电机100驱动接片机械手30向上运动，使接片机械手30的上部超过吸盘30的高度，外部传输机械手将硅片10送到接片机械手30上，打开其内部真空气道使机械手30和硅片表面形成真空腔，从而将硅片固定在机械手30上，该处机械手是由三个及以上组成。音圈电机100再将硅片放于吸盘20上，这时关闭接片机械手30的真空，打开吸盘20上环形槽114所对应的真空，将硅片10固定在吸盘20之上。当要对硅片10进行旋转时，先将工作台1上气浮孔101所对应的压缩空气打开，此时吸盘20和工作台1之间形成具有气浮和真空双向刚度的气浮轴承，再利用旋转电机动子50的旋转将吸盘20旋转到所需要的角度，利用编码器60可以对其进行闭环控制。

上面所说的双向刚度是指工作台1通过连接外部压力泵使空气通过气浮孔产生浮力，同时内部真空腔所连接的外部真空泵抽取腔内空气，使其产生真空吸力。通过调整气浮力和真空吸引力使两者处于动态平衡，从而使吸盘20悬浮于工作台1之上，控制这两个力的大小可实现吸盘20和工作台1之间5-10μm的稳定气膜间隙和良好的气浮刚度。这样吸盘20的旋转运动的摩擦阻力可以忽略，因此该吸盘具有反映速度快，可控精度高的特点。

综上所述，本发明的旋转式硅片承片台与现有技术相比，主要利用所述旋转电机连接所述吸盘，通过电机的旋转可以直接在承片台上进行硅片正负90°的旋转，使硅片在对准过程中无须利用传输机械手对其拿起并进行旋转，工作效率高、精确度高。另外，本发明的硅片精对准的方法，利用旋转式硅片承片台，不用硅片机械手对其拿起并进行旋转的步骤，工作效率高、精确度高。

上述实施例仅为例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与变化。因此，本发明的权利保护范围，应以权利要求书的范围为依据。

Claims (5)

1.一种旋转式硅片承片台，其特征在于，包括：吸附硅片的吸盘，工作台，及旋转电机，其中所述旋转电机具有安装在所述工作台上的旋转电机定子，安装在所述吸盘中间的旋转电机动子，及控制旋转电机转动的控制器，所述控制器设定后能够控制所述旋转电机动子转动，从而驱动所述吸盘旋转设定的角度，所述旋转式硅片承片台还包括工作台底座，以及连接于工作台及工作台底座之间的垂向驱动器； 

所述工作台及吸盘上设有气道结构，包括： 

设置在工作台上的第一环形槽和设置在吸盘上的第二环形槽； 

一端与所述第一环形槽连通，另一端与所述垂向驱动器连接的第一气孔； 

设置在工作台上的气浮孔，用于使工作台和吸盘之间形成气浮轴承连接； 

设置在所述吸盘与工作台连接处的泄压槽； 

对应第二环形槽设置在吸盘表面用于吸附硅片的真空槽；以及 

连接第二环形槽与所述真空槽的第二气孔。 

2.如权利要求1所述的旋转式硅片承片台，其特征在于，所述旋转式硅片承片台还包括用于将吸附在吸盘上的硅片顶起的机械手，以及驱动所述机械手的驱动单元。 

3.如权利要求2所述的旋转式硅片承片台，其特征在于，所述驱动单元包括：用于安装所述机械手的机械手底座，与所述机械手底座连接并驱动其发生移动的音圈电机动子，及安装在所述工作台底座上的音圈电机定子。 

4.如权利要求1所述的旋转式硅片承片台，其特征在于，所述控制器是能够对旋转电机进行闭环控制的编码器。 

5.一种使用权利要求1所述的旋转式硅片承片台进行硅片精对准的方法，其特征在于，包括步骤： 

将硅片吸附在吸盘上，在硅片上曝光出对准标记； 

利用旋转式硅片承片台对硅片进行在承片台上的旋转，对硅片进行旋转时，先将工作台上气浮孔所对应的压缩空气打开，此时吸盘和工作台之间形成具有气浮和真空双向刚度的气浮轴承，再利用旋转电机动子的旋转将吸盘旋转到所 需要的角度；以及 

旋转后再次曝光得到的比对标记，建立所述比对标记与对准标记的位置坐标关系。 

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