CN102122120A - 步进扫描光刻机双台交换系统 - Google Patents

Abstract

步进扫描光刻机双台交换系统，本发明涉及一种步进扫描光刻机交换系统。以解决现有光刻机结构复杂，增加了硅片台运动过程中的加减速次数，光刻效率和空间利用率低及采用非质心驱动问题。硅片台和气浮驱动单元通过气浮轴承支撑在大理石基座上；硅片台通过X向直线电机驱动在相应的X向气浮导轨上运动；每个X向气浮导轨通过Y向直线电机驱动在相应的Y向导轨上运动，每个线缆台通过线缆台直线电机驱动在相应的X向线缆导轨上运动，每个硅片台上固定有X向读数头，X向气浮导轨上固定有X向光栅尺，X向气浮导轨上固定有Y向读数头，Y向导轨上固定有Y向光栅尺座和Y向光栅尺。本发明保证了硅片台质心驱动，用于步进扫描光刻机。

Description

步进扫描光刻机双台交换系统

技术领域

本发明涉及一种步进扫描光刻机交换系统，属于大规模及超大规模集成电路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，将掩模上的芯片图形曝光转印到硅片表面光刻胶上，该工序所使用的设备成为光刻机。一道光刻工序中包含多道子工序：上下片、预处理、曝光等。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和生产率。而作为光刻机关键部分的光刻机硅片台的运动精度和工作效率，又在很大程度上影响光刻机的分辨率和曝光效率。

传统的光刻机只有一个硅片台，如专利文献号为EP0729073和专利文献号为US5996437所描述的上下硅片、预处理及曝光等动作都要在一个硅片台上执行，而这些工作所需要的时间很长，尤其是对准，要求对硅片台实现高精度低速扫描，想要减少对准时间相对困难。另外不断提高硅片台的步进和曝光扫描速度，会导致系统动态性能恶化，这样对运动精度控制系统的要求非常高，实现起来成本大大提高。

目前在光刻设备上已广泛采用双硅片台系统，该系统包括光源、掩模台、投影物镜、两个硅片台及调平调焦检测装置。双硅片台系统将光刻工序中上下片及预处理等工序转移到另外一个硅片台上，这样就可以和执行曝光的硅片台并行工作，在不提高硅片台运动速度的前提下，可大大缩短每个硅片在曝光硅片台上的时间，从而显著提高生产效率。

专利文献号为WO98/40791的技术方案采用了双硅片台结构，然而这种双台结构也存在一些问题：一是硅片台和导轨采用的是耦合连接方式，在硅片台交换过程中，台支承座与硅片台在很短的时间内处于自由状态，会对系统的定位精度造成较大的影响；二是硅片台系统由于是单边驱动，存在非质心驱动的问题。

专利文献号为WO01/40875的技术方案公开了另外一种双台系统，此系统的特点是每个硅片台都有一个自己的上下片装置和对准装置，分别设在整个基台的两侧，中间位置为曝光位置。工作时，一个硅片台进行曝光，另外一个硅片台同时进行上下片和对准，当两个硅片台各自的工作完成时，曝光完毕的硅片台移出曝光位置，预处理完毕的硅片台移入曝光位置，两个硅片台相互不干涉，交换时间短，但仍存在很多不足之处：一是多出一套对准装置和上下片装置，结构复杂，增加了系统的制造成本；二是曝光工位设在两个预处理工位的中间位置，由于多出来一个工位，这样就增加了硅片基台的总体尺寸。

专利公开号为CN101718959A、公开日为2010年6月22日的技术方案公开了另外一种双工件台方案，该方案的显著特点是Y方向导轨在主驱动单元的驱动下，可实现沿X方向的移动和基台平面内的旋转运动，当两Y方向导轨旋转至X方向移动互不干涉时，两Y方向导轨带着硅片台沿X方向相向运动，当两Y方向导轨由相向运动转变为反向运动时，两Y方向导轨则做反向旋转运动，即可实现两硅片台的位置交换。该方案采用了双驱动的方案，避免了非质心驱动问题，但两硅片台实现旋转换台时的精密导轨对接实现起来存在一定困难。硅片台本身质量一般为40Kg左右，导轨长度约为1500mm左右，扭矩载荷对电机要求较高，电机选择存在驱动力和精度难以协调统一的问题，同时旋转速度快慢对硅片台位置也存在一定的影响，可操作性不强。

专利公开号为CN1828427A、公开日为2006年9月6日公开了一种步进扫描光刻机双台交换系统，该系统预处理工位有一个X向气浮导轨，曝光工位有两个X向气浮导轨。该系统结构简单，可实现两工位的并行工作及硅片台的交换，但在实现硅片台交换时，需要一段时间等待另一侧X向气浮导轨来实现精密导轨对接，同时整个过程中存在多处硅片台等待状态，比较费时间。

发明内容

本发明目的是提供一种步进扫描光刻机双台交换系统，以解决现有光刻机存在结构复杂，增加了硅片台运动过程中的加减速次数，光刻效率和空间利用率低，且采用非质心驱动的问题。

本发明中，X的正方向是指由大理石基座的左端指向右端的方向，Y的正方向是指由大理石基座的前端指向后端的方向。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：所述系统包括大理石基座、四个X向直线电机、八个Y向直线电机、四个气浮驱动单元、两个硅片台、多个气浮轴承、两个线缆装置、两个线缆台直线电机、四个X向读数头、八个X向光栅尺、八个Y向读数头、八个Y向光栅尺座和八个Y向光栅尺；

四个X向直线电机分别是第一X向直线电机、第二X向直线电机、第三X向直线电机和第四X向直线电机；八个Y向直线电机分别是两个第一Y向直线电机、两个第二Y向直线电机、两个第三Y向直线电机和两个第四Y向直线电机；两个线缆台直线电机分别是第一线缆台直线电机和第二线缆台直线电机；两个硅片台分别是第一硅片台和第二硅片台；四个X向读数头分别是两个第一X向读数头和两个第二X向读数头；八个X向光栅尺分别是两个第一X向光栅尺、两个第二X向光栅尺、两个第三X向光栅尺和两个第四X向光栅尺；八个Y向读数头分别是两个第一Y向读数头、两个第二Y向读数头、两个第三Y向读数头和两个第四Y向读数头；八个Y向光栅尺座分别是两个第一Y向光栅尺座、两个第二Y向光栅尺座、两个第三Y向光栅尺座和两个第四Y向光栅尺座；八个Y向光栅尺分别是两个第一Y向光栅尺、两个第二Y向光栅尺、两个第三Y向光栅尺和两个第四Y向光栅尺；四个气浮驱动单元分别是第一气浮驱动单元、第二气浮驱动单元、第三气浮驱动单元和第四气浮驱动单元；第一气浮驱动单元由两个第一X向气浮导轨和两个第一Y向导轨组成，两个第一X向气浮导轨水平并列固接在一起；第二气浮驱动单元由两个第二X向气浮导轨和两个第二Y向导轨组成，两个第二X向气浮导轨水平并列固接在一起；第三气浮驱动单元由两个第三X向气浮导轨和两个第三Y向导轨组成，两个第三X向气浮导轨水平并列固接在一起；第四气浮驱动单元由两个第四X向气浮导轨和两个第四Y向导轨组成，两个第四X向气浮导轨水平并列固接在一起；两个线缆装置分别是第一线缆装置和第二线缆装置，第一线缆装置包括第一线缆台和第一X向线缆导轨，第二线缆装置包括第二线缆台和第二X向线缆导轨；

第一气浮驱动单元位于大理石基座上的右后侧，第二气浮驱动单元位于大理石基座上的左后侧，第三气浮驱动单元位于大理石基座上的左前侧，第四气浮驱动单元位于大理石基座上的右前侧；两个硅片台、两个第一X向气浮导轨、两个第二X向气浮导轨、两个第三X向气浮导轨和两个第四X向气浮导轨均各分别通过多个气浮轴承支撑在大理石基座上；

两个第一Y向导轨和第四Y向导轨一一对应设置，且每个第一Y向导轨与相对应的第四Y向导轨制成一体；两个第二Y向导轨与两个第三Y向导轨一一对应设置，且每个第二Y向导轨与相对应的第三Y向导轨制成一体；

两个第一X向气浮导轨设置在两个第一Y向导轨上，两个第二X向气浮导轨设置在两个第二Y向导轨上，两个第三X向气浮导轨设置在两个第三Y向导轨上，两个第四X向气浮导轨设置在两个第四Y向导轨上，两个第一X向气浮导轨与两个第二X向气浮导轨对应设置，两个第一X向气浮导轨与两个第二X向气浮导轨之间留有间隙，两个第三X向气浮导轨与两个第四X向气浮导轨对应设置，两个第三X向气浮导轨与两个第四X向气浮导轨之间留有间隙；

第一硅片台设置在两个第一X向气浮导轨上，两个第一X向气浮导轨的两侧各设置有一个第一X向直线电机的定子，第一X向直线电机的定子两端设置在两个第一Y向导轨上，第一X向直线电机的动子固定在第一硅片台的外侧壁上；两个第二X向气浮导轨的两侧各设置有一个第二X向直线电机的定子，第二X向直线电机的定子两端设置在两个第二Y向导轨上，第二X向直线电机的动子固定在第一硅片台的外侧壁上，且第一X向直线电机的动子与第二X向直线电机的动子相对于第一硅片台的中心对称设置，第一硅片台通过第一X向直线电机和第二X向直线电机的驱动在两个第一X向气浮导轨及两个第二X向气浮导轨上做直线运动；

第二硅片台设置在两个第三X向气浮导轨上，两个第三X向气浮导轨的两侧各设置有一个第三X向直线电机的定子，第三X向直线电机的定子两端设置在两个第三Y向导轨上，第三X向直线电机的动子固定在第二硅片台的外侧壁上；两个第四X向气浮导轨的两侧各设置有一个第四X向直线电机的定子，第四X向直线电机的定子两端设置在两个第四Y向导轨上，第四X向直线电机的动子固定在第二硅片台的外侧壁上，且第三X向直线电机的动子与第四X向直线电机的动子相对于第二硅片台的中心对称设置，第二硅片台通过第三X向直线电机和第四X向直线电机的驱动在两个第三X向气浮导轨及两个第四X向气浮导轨上做直线运动；

两个第一X向气浮导轨的两端各固定有一个第一Y向直线电机的动子，两个第一Y向导轨外侧壁的相对应位置处各固定有一个第一Y向直线电机的定子；两个第二X向气浮导轨的两端各固定有一个第二Y向直线电机的动子，两个第二Y向导轨外侧壁的相对应位置处各固定有一个第二Y向直线电机的定子；两个第三X向气浮导轨的两端各固定有一个第三Y向直线电机的动子，两个第三Y向导轨外侧壁的相对应位置处各固定有一个第三Y向直线电机的定子；两个第四X向气浮导轨的两端各固定有一个第四Y向直线电机的动子，每个第四Y向导轨外侧壁的相对应位置处各固定有一个第四Y向直线电机的定子；每个第一Y向直线电机的定子与位于同侧的第四Y向直线电机的定子制成一体，每个第二Y向直线电机的定子与位于同侧的第三Y向直线电机的定子制成一体；

两个第一X向气浮导轨通过第一Y向直线电机驱动在两个第一Y向导轨及两个第四Y向导轨上做直线运动；两个第二X向气浮导轨通过第二Y向直线电机驱动在两个第二Y向导轨及两个第三Y向导轨上做直线运动；两个第三X向气浮导轨通过第三Y向直线电机驱动在两个第三Y向导轨及两个第二Y向导轨上做直线运动；两个第四X向气浮导轨通过第四Y向直线电机驱动在两个第四Y向导轨及两个第一Y向导轨上做直线运动；

第一X向线缆导轨和第二X向线缆导轨均固定在大理石基座上，且第一X向线缆导轨设置在第一气浮驱动单元和第二气浮驱动单元的外侧，第二X向线缆导轨设置在第三气浮驱动单元和第四气浮驱动单元的外侧，第一X向线缆导轨上设置有第一线缆台，第二X向线缆导轨上设置有第二线缆台，第一线缆台直线电机的定子与第一X向线缆导轨固接，第一线缆台直线电机的动子与第一线缆台固接，第一线缆台通过第一线缆台直线电机的驱动在第一X向线缆导轨上做直线运动，第二线缆台直线电机的定子与第二X向线缆导轨固接，第二线缆台直线电机的动子与第二线缆台固接，第二线缆台通过第二线缆台直线电机驱动在第二X向线缆导轨上做直线运动；

第一硅片台上与第一X向线缆导轨相平行的两个侧面上各固定有一个第一X向读数头，每个第一X向气浮导轨上与所述第一X向读数头相同一侧的侧壁上固定有一个第一X向光栅尺；每个第二X向气浮导轨上与所述第一X向读数头相同一侧的侧壁上固定有一个第二X向光栅尺；第二硅片台上与第二X向线缆导轨相平行的两个侧面上各固定有一个第二X向读数头，每个第三X向气浮导轨上与所述第二X向读数头相同一侧的侧壁上固定有一个第三X向光栅尺，每个第四X向气浮导轨上与所述第二X向读数头相同一侧的侧壁上固定有一个第四X向光栅尺；

两个第一X向气浮导轨的两端各固定有一个第一Y向读数头，每个第一Y向导轨上与所述第一Y向读数头相同一侧的侧壁上固定有一个第一Y向光栅尺座，每个第一Y向光栅尺座上固装有一个第一Y向光栅尺；两个第二X向气浮导轨的两端各固定有一个第二Y向读数头，每个第二Y向导轨上与所述第二Y向读数头相同一侧的侧壁上固定有一个第二Y向光栅尺座，每个第二Y向光栅尺座上固装有一个第二Y向光栅尺；两个第三X向气浮导轨的两端各固定有一个第三Y向读数头，每个第三Y向导轨上与所述第三Y向读数头相同一侧的侧壁上固定有一个第三Y向光栅尺座，每个第三Y向光栅尺座上固装有一个第三Y向光栅尺；两个第四X向气浮导轨的两端各固定有一个第四Y向读数头，每个第四Y向导轨上与所述第四Y向读数头相同一侧的侧壁上固定有一个第四Y向光栅尺座，每个第四Y向光栅尺座上固装有一个第四Y向光栅尺；第一线缆台与第一硅片台之间以及第二线缆台与第二硅片台之间各分别通过线缆连接。

本发明的有益效果是：本发明的硅片台沿Y方向的运动是由Y向直线电机双侧同步驱动气浮驱动单元实现的，硅片台沿X方向的运动是由X向直线电机双侧驱动实现的。由于硅片台沿X、Y方向的运动均采用直线电机双侧驱动，保证了硅片台的质心驱动，减轻了驱动负载，提高了硅片台的响应速度；硅片台及各气浮导轨均由多个气浮轴承支撑，可作无摩擦运动，同时减少了地面振动对硅片台的干扰。当预处理与曝光工位的气浮驱动单元精密对接时，硅片台可实现两工位的交换，一次光刻流程结束后，下一次的光刻流程采用相反的运动方向。本发明的步进扫描光刻机双台交换系统结构简单，可简化两个硅片台的交换流程，减少硅片台运动过程中的加速减速次数，使光刻循环时间更短，提高了光刻效率和空间利用率，大大提高了光刻机的生产效率。

附图说明

图1是本发明的整体结构主视图，图2是图1的俯视图，图3是图1的A-A剖视图，图4是图1的B-B剖视图，图5是第一气浮驱动单元4的轴测图，图6是第二气浮驱动单元5的轴测图，图7是第三气浮驱动单元6的轴测图，图8是第四气浮驱动单元7的轴测图，图9是第一硅片台2的主视方向的正等轴测图，图10是第二硅片台3的主视方向的正等轴测图，图11是第一硅片台2的仰视方向的正等轴测图，图12是第二硅片台3的仰视方向的正等轴测图，图13是实现具体实施方式六的步骤a的示意图，图14是实现具体实施方式六的步骤b中，第一硅片台2预处理完毕，由第一气浮驱动单元4驱动作Y向的正方向运动的示意图，图15是实现具体实施方式六的步骤b中，第一气浮驱动单元4运动到与第四气浮驱动单元7完成精密导轨对接的示意图，图16是实现具体实施方式六的步骤c的示意图，图17是实现具体实施方式六的步骤d的示意图，图18是实现具体实施方式六的步骤e的示意图，图19是实现具体实施方式六的步骤f的示意图，图20是实现具体实施方式六的步骤g的示意图，图21是实现具体实施方式六的步骤h的示意图，图22是实现具体实施方式六的步骤i的示意图，图23是实现具体实施方式六的步骤j的示意图。

附图中：↑所示方向为Y向的正方向；↓所示方向为Y向的负方向；→所示方向为X向的正方向；←所示方向为X向的负方向。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1～图12说明，本实施方式所述系统包括大理石基座1、四个X向直线电机、八个Y向直线电机、四个气浮驱动单元、两个硅片台、多个气浮轴承20、两个线缆装置、两个线缆台直线电机、四个X向读数头、八个X向光栅尺、八个Y向读数头、八个Y向光栅尺座和八个Y向光栅尺；

四个X向直线电机分别是第一X向直线电机、第二X向直线电机、第三X向直线电机和第四X向直线电机；八个Y向直线电机分别是两个第一Y向直线电机、两个第二Y向直线电机、两个第三Y向直线电机和两个第四Y向直线电机；两个线缆台直线电机分别是第一线缆台直线电机和第二线缆台直线电机；两个硅片台分别是第一硅片台2和第二硅片台3；四个X向读数头分别是两个第一X向读数头37和两个第二X向读数头38；八个X向光栅尺分别是两个第一X向光栅尺39、两个第二X向光栅尺40、两个第三X向光栅尺41和两个第四X向光栅尺42；八个Y向读数头分别是两个第一Y向读数头43、两个第二Y向读数头44、两个第三Y向读数头45和两个第四Y向读数头46；八个Y向光栅尺座分别是两个第一Y向光栅尺座47、两个第二Y向光栅尺座48、两个第三Y向光栅尺座49和两个第四Y向光栅尺座50；八个Y向光栅尺分别是两个第一Y向光栅尺51、两个第二Y向光栅尺52、两个第三Y向光栅尺53和两个第四Y向光栅尺54；四个气浮驱动单元分别是第一气浮驱动单元4、第二气浮驱动单元5、第三气浮驱动单元6和第四气浮驱动单元7；第一气浮驱动单元4由两个第一X向气浮导轨8和两个第一Y向导轨9组成，两个第一X向气浮导轨8水平并列固接在一起；第二气浮驱动单元5由两个第二X向气浮导轨10和两个第二Y向导轨11组成，两个第二X向气浮导轨10水平并列固接在一起；第三气浮驱动单元6由两个第三X向气浮导轨12和两个第三Y向导轨13组成，两个第三X向气浮导轨12水平并列固接在一起；第四气浮驱动单元7由两个第四X向气浮导轨14和两个第四Y向导轨15组成，两个第四X向气浮导轨14水平并列固接在一起；两个线缆装置分别是第一线缆装置和第二线缆装置，第一线缆装置包括第一线缆台16和第一X向线缆导轨17，第二线缆装置包括第二线缆台18和第二X向线缆导轨19；

第一气浮驱动单元4位于大理石基座1上的右后侧，第二气浮驱动单元5位于大理石基座1上的左后侧，第三气浮驱动单元6位于大理石基座1上的左前侧，第四气浮驱动单元7位于大理石基座1上的右前侧；两个硅片台、两个第一X向气浮导轨8、两个第二X向气浮导轨10、两个第三X向气浮导轨12和两个第四X向气浮导轨14均各分别通过多个气浮轴承20支撑在大理石基座1上；

两个第一Y向导轨9和第四Y向导轨15一一对应设置，且每个第一Y向导轨9与相对应的第四Y向导轨15制成一体；两个第二Y向导轨11与两个第三Y向导轨13一一对应设置，且每个第二Y向导轨11与相对应的第三Y向导轨13制成一体；

两个第一X向气浮导轨8设置在两个第一Y向导轨9上，两个第二X向气浮导轨10设置在两个第二Y向导轨11上，两个第三X向气浮导轨12设置在两个第三Y向导轨13上，两个第四X向气浮导轨14设置在两个第四Y向导轨15上，两个第一X向气浮导轨8与两个第二X向气浮导轨10对应设置，两个第一X向气浮导轨8与两个第二X向气浮导轨10之间留有间隙，两个第三X向气浮导轨12与两个第四X向气浮导轨14对应设置，两个第三X向气浮导轨12与两个第四X向气浮导轨14之间留有间隙；

第一硅片台2设置在两个第一X向气浮导轨8上，两个第一X向气浮导轨8的两侧各设置有一个第一X向直线电机的定子21，第一X向直线电机的定子21两端设置在两个第一Y向导轨9上，第一X向直线电机的动子22固定在第一硅片台2的外侧壁上；两个第二X向气浮导轨10的两侧各设置有一个第二X向直线电机的定子23，第二X向直线电机的定子23两端设置在两个第二Y向导轨11上，第二X向直线电机的动子24固定在第一硅片台2的外侧壁上，且第一X向直线电机的动子22与第二X向直线电机的动子24相对于第一硅片台2的中心对称设置，第一硅片台2通过第一X向直线电机和第二X向直线电机的驱动在两个第一X向气浮导轨8及两个第二X向气浮导轨10上做直线运动；

第二硅片台3设置在两个第三X向气浮导轨12上，两个第三X向气浮导轨12的两侧各设置有一个第三X向直线电机的定子65，第三X向直线电机的定子65两端设置在两个第三Y向导轨13上，第三X向直线电机的动子66固定在第二硅片台3的外侧壁上；两个第四X向气浮导轨14的两侧各设置有一个第四X向直线电机的定子67，第四X向直线电机的定子67两端设置在两个第四Y向导轨15上，第四X向直线电机的动子68固定在第二硅片台3的外侧壁上，且第三X向直线电机的动子66与第四X向直线电机的动子68相对于第二硅片台3的中心对称设置，第二硅片台3通过第三X向直线电机和第四X向直线电机的驱动在两个第三X向气浮导轨12及两个第四X向气浮导轨14上做直线运动；

两个第一X向气浮导轨8的两端各固定有一个第一Y向直线电机的动子25，两个第一Y向导轨9外侧壁的相对应位置处各固定有一个第一Y向直线电机的定子26；两个第二X向气浮导轨10的两端各固定有一个第二Y向直线电机的动子27，两个第二Y向导轨11外侧壁的相对应位置处各固定有一个第二Y向直线电机的定子28；两个第三X向气浮导轨12的两端各固定有一个第三Y向直线电机的动子29，两个第三Y向导轨13外侧壁的相对应位置处各固定有一个第三Y向直线电机的定子30；两个第四X向气浮导轨14的两端各固定有一个第四Y向直线电机的动子31，每个第四Y向导轨15外侧壁的相对应位置处各固定有一个第四Y向直线电机的定子32；每个第一Y向直线电机的定子26与位于同侧的第四Y向直线电机的定子32制成一体，每个第二Y向直线电机的定子28与位于同侧的第三Y向直线电机的定子30制成一体；

两个第一X向气浮导轨8通过第一Y向直线电机驱动在两个第一Y向导轨9及两个第四Y向导轨15上做直线运动；两个第二X向气浮导轨10通过第二Y向直线电机驱动在两个第二Y向导轨11及两个第三Y向导轨13上做直线运动；两个第三X向气浮导轨12通过第三Y向直线电机驱动在两个第三Y向导轨13及两个第二Y向导轨11上做直线运动；两个第四X向气浮导轨14通过第四Y向直线电机驱动在两个第四Y向导轨15及两个第一Y向导轨9上做直线运动；

第一X向线缆导轨17和第二X向线缆导轨19均固定在大理石基座1上，且第一X向线缆导轨17设置在第一气浮驱动单元4和第二气浮驱动单元5的外侧，第二X向线缆导轨19设置在第三气浮驱动单元6和第四气浮驱动单元7的外侧，第一X向线缆导轨17上设置有第一线缆台16，第二X向线缆导轨19上设置有第二线缆台18，第一线缆台直线电机的定子33与第一X向线缆导轨17固接，第一线缆台直线电机的动子34与第一线缆台16固接，第一线缆台16通过第一线缆台直线电机的驱动在第一X向线缆导轨17上做直线运动，第二线缆台直线电机的定子35与第二X向线缆导轨19固接，第二线缆台直线电机的动子36与第二线缆台18固接，第二线缆台18通过第二线缆台直线电机驱动在第二X向线缆导轨19上做直线运动；

第一硅片台2上与第一X向线缆导轨17相平行的两个侧面上各固定有一个第一X向读数头37，每个第一X向气浮导轨8上与所述第一X向读数头37相同一侧的侧壁上固定有一个第一X向光栅尺39；每个第二X向气浮导轨10上与所述第一X向读数头37相同一侧的侧壁上固定有一个第二X向光栅尺40；第二硅片台3上与第二X向线缆导轨19相平行的两个侧面上各固定有一个第二X向读数头38，每个第三X向气浮导轨12上与所述第二X向读数头38相同一侧的侧壁上固定有一个第三X向光栅尺41，每个第四X向气浮导轨14上与所述第二X向读数头38相同一侧的侧壁上固定有一个第四X向光栅尺42；

两个第一X向气浮导轨8的两端各固定有一个第一Y向读数头43，每个第一Y向导轨9上与所述第一Y向读数头43相同一侧的侧壁上固定有一个第一Y向光栅尺座47，每个第一Y向光栅尺座47上固装有一个第一Y向光栅尺51；两个第二X向气浮导轨10的两端各固定有一个第二Y向读数头44，每个第二Y向导轨11上与所述第二Y向读数头44相同一侧的侧壁上固定有一个第二Y向光栅尺座48，每个第二Y向光栅尺座48上固装有一个第二Y向光栅尺52；两个第三X向气浮导轨12的两端各固定有一个第三Y向读数头45，每个第三Y向导轨13上与所述第三Y向读数头45相同一侧的侧壁上固定有一个第三Y向光栅尺座49，每个第三Y向光栅尺座49上固装有一个第三Y向光栅尺53；两个第四X向气浮导轨14的两端各固定有一个第四Y向读数头46，每个第四Y向导轨15上与所述第四Y向读数头46相同一侧的侧壁上固定有一个第四Y向光栅尺座50，每个第四Y向光栅尺座50上固装有一个第四Y向光栅尺54；第一线缆台16与第一硅片台2之间以及第二线缆台18与第二硅片台3之间各分别通过线缆连接。

本实施方式中的第一硅片台2用于运行于硅片测量等预处理工位，第二硅片台3运行于曝光工位。Y向光栅尺座用于固定Y向光栅尺。X向光栅尺和Y向光栅尺用于定位测量；X向读数头和Y向读数头用于精确测量和反馈气浮驱动单元的运动位置，实现预处理和曝光两个工位的X向气浮导轨的精密对接；45°反射镜用于硅片台位置反馈；两个第一X向气浮导轨和两个第二X向气浮导轨可实现精密对接，两个第三X向气浮导轨和两个第四X向气浮导轨可实现精密对接，完成硅片台预处理工位和曝光工位的交换；所有X方向和Y方向的运动均可实现无摩擦运动。

具体实施方式二：结合图2、图9和图11说明，本实施方式所述第一硅片台2包括第一上基板55、第一下基板56、四个第一激光位移传感器57、两个第一45°反射镜58、三个第一重力补偿器59和三个第一微电机100；第一下基板56设置在两个第一X向气浮导轨8上，第一上基板55通过三个第一重力补偿器59支撑在第一下基板56的上方，四个第一激光位移传感器57设置在第一上基板55上，第一上基板55与第一X向线缆导轨17相平行的两个侧壁上各分别固定有一个第一45°反射镜58，三个第一微电机100设置在第一上基板55和第一下基板56之间。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图2、图10和图12说明，本实施方式所述第二硅片台3包括第二上基板60、第二下基板61、四个第二激光位移传感器62、两个第二45°反射镜63、三个第二重力补偿器64和三个第二微电机200；第二下基板61设置在两个第三X向气浮导轨12上，第二上基板60通过三个第二重力补偿器64支撑在第二下基板61的上方，四个第二激光位移传感器62设置在第二上基板60上，第二上基板60与第二X向线缆导轨19相平行的两个侧壁上各分别固定有一个第二45°反射镜63，三个第二微电机200设置在第二上基板60和第二下基板61之间。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图11说明，本实施方式的每个第一微电机100包括第一微电机动子座101、第一微电机动子102、第一微电机定子103、第一微电机定子座105和两个第一微电机定子磁铁104；第一微电机动子座101与第一上基板55的下端面固接，第一微电机定子座105与第一下基板56的上端面固接，第一微电机定子103固定在第一微电机定子座105上，第一微电机定子103上设有长槽，第一微电机定子103的长槽内上下并列设置有两个第一微电机定子磁铁104，第一微电机动子102的一端与第一微电机动子座101固接，第一微电机动子102的另一端设置在两个第一微电机定子磁铁104之间。其它与具体实施方式二相同。

具体实施方式五：结合图12说明，本实施方式的每个第二微电机200包括第二微电机动子座201、第二微电机动子202、第二微电机定子203、第二微电机定子座205和两个第二微电机定子磁铁204；第二微电机动子座201与第二上基板60的下端面固接，第二微电机定子座205与第二下基板61的上端面固接，第二微电机定子203固定在第二微电机定子座205上，第二微电机定子203上设有长槽，第二微电机定子203的长槽内上下并列设置有两个第二微电机定子磁铁204，第二微电机动子202的一端与第二微电机动子座201固接，第二微电机动子202的另一端设置在两个第二微电机定子磁铁204之间。其它与具体实施方式三相同。

具体实施方式二和三中的硅片台上面的激光位移传感器用来精确检测硅片的位置信息；45°反射镜用来反射位置传感器进来的光路，达到检测硅片台位置信息的目的；每个硅片台上的三个重力补偿器采用气压动力源，作品字形分布，可作重力方向的微调，重力补偿器及设置在上、下基板间的微电机(微电机的具体结构见具体实施方式四或五)用来对硅片作六个自由度的微调，来达到光刻要求。

具体实施方式六：本实施方式是本发明的优选实施例，本实施例的步进扫描光刻机双台交换系统的控制步骤为：

步骤a：系统起动前，两个硅片台均处于空闲状态，且两个硅片台分别位于既定位置，等待开机起动命令。开机起动，第一硅片台2由机械手完成上片，并在预处理工位进行调平调焦对准等工序，此时第二硅片台3处于空闲状态，如图13所示。

步骤b：第一硅片台2预处理完毕，由第一气浮驱动单元4驱动作Y向的正方向运动，当第一气浮驱动单元4运动到与第四气浮驱动单元7完成精密导轨对接处时，完成导轨对接，为避免运动过程中导轨的摩擦及碰撞，导轨之间存在一定间隙，如图14、15所示。

步骤c：第一硅片台2由第一X向直线电机驱动作X向负方向运动，从第一气浮驱动单元4运动到第二气浮驱动单元5，同时处于空闲状态的第二硅片台3从第三气浮驱动单元6作X向正方向运动，当运动到第四气浮驱动单元7时，运动结束，之后，第一硅片台2将由第二气浮驱动单元5驱动作Y向负方向运动，驶向曝光工位，第二硅片台3由第四气浮驱动单元7驱动作Y向正方向运动，驶向预处理工位，如图16所示。

步骤d：第一硅片台2由第二气浮驱动单元5驱动到曝光工位开始进行硅片曝光处理，此时第二硅片台3由第四气浮驱动单元7驱动到预处理工位，由机械手完成上片工作并开始进行调平调焦对准等预处理工作，如图17所示。

步骤e：第一硅片台2曝光完毕后，由第二气浮驱动单元5驱动作Y向正方向运动，驶离曝光工位，第二硅片台3预处理完毕后由第四气浮驱动单元7驱动作Y向负方向运动，驶离预处理工位，如图18所示。

步骤f：第二硅片台3由第四气浮驱动单元7驱动到与第三气浮驱动单元6完成精密导轨对接处，完成导轨对接，同时第一硅片台2由第二气浮驱动单元5驱动到与第一气浮驱动单元4完成精密导轨对接处，完成精密导轨对接。完成精密导轨对接后，第一硅片台2由第一X向直线电机驱动作X向正方向运动，驶向第一驱动单元4，同时第二硅片台3第二X向直线电机驱动作X向负方向运动，驶向第三气浮驱动单元6，如图19所示。

步骤g、第一硅片台2到达第一气浮驱动单元4处既定位置后，由第一气浮驱动单元4驱动作Y向负方向运动，驶向预处理工位，同时第二硅片台3到达第三气浮驱动单元6处既定位置后，由第三气浮驱动单元6驱动作Y向正方向运动，驶向曝光工位，如图20所示。

步骤h、第一硅片台2到达预处理工位后由机械手完成下片，然后上片，进行预处理，同时第二硅片台3到达曝光工位后开始进行光刻曝光，如图21所示。

步骤i、第一硅片台2预处理完毕后由第一气浮驱动单元4驱动作Y向正方向运动，运动到与第二气浮驱动单元5完成精密导轨对接处，完成导轨对接，同时第二硅片台3曝光完毕后由第三气浮驱动单元6驱动作Y向负方向运动，运动到与第四气浮驱动单元7完成精密导轨对接处，完成导轨对接，如图22所示。

步骤j、第一硅片台2完成导轨对接后，由第一X向直线电机驱动作X向负方向运动，从第一气浮驱动单元4运动到第二气浮驱动单元5，处于曝光完毕状态的第二硅片台3从第三气浮驱动单元6作X向正方向运动，运动到第四气浮驱动单元7，如图23所示，此时运动状态重新回到c)步骤初始阶段，以后的状态重复循环，直到光刻结束。

以上已描述了本发明的优选实施例，但本发明不局限于半导体光刻中硅片的运动定位，具体的说可以用于任何需要精密定位，并实现两台交换可并行工作的装置或系统。因此，虽然已公开了本发明的优选实施例，但本领域技术人员将会意识到，在不背离权利要求书中公开的本发明的范围的情况下，任何各种修改、添加和替换均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种步进扫描光刻机双台交换系统，所述系统包括大理石基座(1)、四个X向直线电机、八个Y向直线电机、四个气浮驱动单元、两个硅片台、多个气浮轴承(20)、两个线缆装置、两个线缆台直线电机、四个X向读数头、八个X向光栅尺、八个Y向读数头、八个Y向光栅尺座和八个Y向光栅尺；其特征在于：

四个X向直线电机分别是第一X向直线电机、第二X向直线电机、第三X向直线电机和第四X向直线电机；八个Y向直线电机分别是两个第一Y向直线电机、两个第二Y向直线电机、两个第三Y向直线电机和两个第四Y向直线电机；两个线缆台直线电机分别是第一线缆台直线电机和第二线缆台直线电机；两个硅片台分别是第一硅片台(2)和第二硅片台(3)；四个X向读数头分别是两个第一X向读数头(37)和两个第二X向读数头(38)；八个X向光栅尺分别是两个第一X向光栅尺(39)、两个第二X向光栅尺(40)、两个第三X向光栅尺(41)和两个第四X向光栅尺(42)；八个Y向读数头分别是两个第一Y向读数头(43)、两个第二Y向读数头(44)、两个第三Y向读数头(45)和两个第四Y向读数头(46)；八个Y向光栅尺座分别是两个第一Y向光栅尺座(47)、两个第二Y向光栅尺座(48)、两个第三Y向光栅尺座(49)和两个第四Y向光栅尺座(50)；八个Y向光栅尺分别是两个第一Y向光栅尺(51)、两个第二Y向光栅尺(52)、两个第三Y向光栅尺(53)和两个第四Y向光栅尺(54)；四个气浮驱动单元分别是第一气浮驱动单元(4)、第二气浮驱动单元(5)、第三气浮驱动单元(6)和第四气浮驱动单元(7)；第一气浮驱动单元(4)由两个第一X向气浮导轨(8)和两个第一Y向导轨(9)组成，两个第一X向气浮导轨(8)水平并列固接在一起；第二气浮驱动单元(5)由两个第二X向气浮导轨(10)和两个第二Y向导轨(11)组成，两个第二X向气浮导轨(10)水平并列固接在一起；第三气浮驱动单元(6)由两个第三X向气浮导轨(12)和两个第三Y向导轨(13)组成，两个第三X向气浮导轨(12)水平并列固接在一起；第四气浮驱动单元(7)由两个第四X向气浮导轨(14)和两个第四Y向导轨(15)组成，两个第四X向气浮导轨(14)水平并列固接在一起；两个线缆装置分别是第一线缆装置和第二线缆装置，第一线缆装置包括第一线缆台(16)和第一X向线缆导轨(17)，第二线缆装置包括第二线缆台(18)和第二X向线缆导轨(19)；

第一气浮驱动单元(4)位于大理石基座(1)上的右后侧，第二气浮驱动单元(5)位于大理石基座(1)上的左后侧，第三气浮驱动单元(6)位于大理石基座(1)上的左前侧，第四气浮驱动单元(7)位于大理石基座(1)上的右前侧；两个硅片台、两个第一X向气浮导轨(8)、两个第二X向气浮导轨(10)、两个第三X向气浮导轨(12)和两个第四X向气浮导轨(14)均各分别通过多个气浮轴承(20)支撑在大理石基座(1)上；

两个第一Y向导轨(9)和第四Y向导轨(15)一一对应设置，且每个第一Y向导轨(9)与相对应的第四Y向导轨(15)制成一体；两个第二Y向导轨(11)与两个第三Y向导轨(13)一一对应设置，且每个第二Y向导轨(11)与相对应的第三Y向导轨(13)制成一体；

两个第一X向气浮导轨(8)设置在两个第一Y向导轨(9)上，两个第二X向气浮导轨(10)设置在两个第二Y向导轨(11)上，两个第三X向气浮导轨(12)设置在两个第三Y向导轨(13)上，两个第四X向气浮导轨(14)设置在两个第四Y向导轨(15)上，两个第一X向气浮导轨(8)与两个第二X向气浮导轨(10)对应设置，两个第一X向气浮导轨(8)与两个第二X向气浮导轨(10)之间留有间隙，两个第三X向气浮导轨(12)与两个第四X向气浮导轨(14)对应设置，两个第三X向气浮导轨(12)与两个第四X向气浮导轨(14)之间留有间隙；

第一硅片台(2)设置在两个第一X向气浮导轨(8)上，两个第一X向气浮导轨(8)的两侧各设置有一个第一X向直线电机的定子(21)，第一X向直线电机的定子(21)两端设置在两个第一Y向导轨(9)上，第一X向直线电机的动子(22)固定在第一硅片台(2)的外侧壁上；两个第二X向气浮导轨(10)的两侧各设置有一个第二X向直线电机的定子(23)，第二X向直线电机的定子(23)两端设置在两个第二Y向导轨(11)上，第二X向直线电机的动子(24)固定在第一硅片台(2)的外侧壁上，且第一X向直线电机的动子(22)与第二X向直线电机的动子(24)相对于第一硅片台(2)的中心对称设置，第一硅片台(2)通过第一X向直线电机和第二X向直线电机的驱动在两个第一X向气浮导轨(8)及两个第二X向气浮导轨(10)上做直线运动；

第二硅片台(3)设置在两个第三X向气浮导轨(12)上，两个第三X向气浮导轨(12)的两侧各设置有一个第三X向直线电机的定子(65)，第三X向直线电机的定子(65)两端设置在两个第三Y向导轨(13)上，第三X向直线电机的动子(66)固定在第二硅片台(3)的外侧壁上；两个第四X向气浮导轨(14)的两侧各设置有一个第四X向直线电机的定子(67)，第四X向直线电机的定子(67)两端设置在两个第四Y向导轨(15)上，第四X向直线电机的动子(68)固定在第二硅片台(3)的外侧壁上，且第三X向直线电机的动子(66)与第四X向直线电机的动子(68)相对于第二硅片台(3)的中心对称设置，第二硅片台(3)通过第三X向直线电机和第四X向直线电机的驱动在两个第三X向气浮导轨(12)及两个第四X向气浮导轨(14)上做直线运动；

两个第一X向气浮导轨(8)的两端各固定有一个第一Y向直线电机的动子(25)，两个第一Y向导轨(9)外侧壁的相对应位置处各固定有一个第一Y向直线电机的定子(26)；两个第二X向气浮导轨(10)的两端各固定有一个第二Y向直线电机的动子(27)，两个第二Y向导轨(11)外侧壁的相对应位置处各固定有一个第二Y向直线电机的定子(28)；两个第三X向气浮导轨(12)的两端各固定有一个第三Y向直线电机的动子(29)，两个第三Y向导轨(13)外侧壁的相对应位置处各固定有一个第三Y向直线电机的定子(30)；两个第四X向气浮导轨(14)的两端各固定有一个第四Y向直线电机的动子(31)，每个第四Y向导轨(15)外侧壁的相对应位置处各固定有一个第四Y向直线电机的定子(32)；每个第一Y向直线电机的定子(26)与位于同侧的第四Y向直线电机的定子(32)制成一体，每个第二Y向直线电机的定子(28)与位于同侧的第三Y向直线电机的定子(30)制成一体；

两个第一X向气浮导轨(8)通过第一Y向直线电机驱动在两个第一Y向导轨(9)及两个第四Y向导轨(15)上做直线运动；两个第二X向气浮导轨(10)通过第二Y向直线电机驱动在两个第二Y向导轨(11)及两个第三Y向导轨(13)上做直线运动；两个第三X向气浮导轨(12)通过第三Y向直线电机驱动在两个第三Y向导轨(13)及两个第二Y向导轨(11)上做直线运动；两个第四X向气浮导轨(14)通过第四Y向直线电机驱动在两个第四Y向导轨(15)及两个第一Y向导轨(9)上做直线运动；

第一X向线缆导轨(17)和第二X向线缆导轨(19)均固定在大理石基座(1)上，且第一X向线缆导轨(17)设置在第一气浮驱动单元(4)和第二气浮驱动单元(5)的外侧，第二X向线缆导轨(19)设置在第三气浮驱动单元(6)和第四气浮驱动单元(7)的外侧，第一X向线缆导轨(17)上设置有第一线缆台(16)，第二X向线缆导轨(19)上设置有第二线缆台(18)，第一线缆台直线电机的定子(33)与第一X向线缆导轨(17)固接，第一线缆台直线电机的动子(34)与第一线缆台(16)固接，第一线缆台(16)通过第一线缆台直线电机的驱动在第一X向线缆导轨(17)上做直线运动，第二线缆台直线电机的定子(35)与第二X向线缆导轨(19)固接，第二线缆台直线电机的动子(36)与第二线缆台(18)固接，第二线缆台(18)通过第二线缆台直线电机驱动在第二X向线缆导轨(19)上做直线运动；

第一硅片台(2)上与第一X向线缆导轨(17)相平行的两个侧面上各固定有一个第一X向读数头(37)，每个第一X向气浮导轨(8)上与所述第一X向读数头(37)相同一侧的侧壁上固定有一个第一X向光栅尺(39)；每个第二X向气浮导轨(10)上与所述第一X向读数头(37)相同一侧的侧壁上固定有一个第二X向光栅尺(40)；第二硅片台(3)上与第二X向线缆导轨(19)相平行的两个侧面上各固定有一个第二X向读数头(38)，每个第三X向气浮导轨(12)上与所述第二X向读数头(38)相同一侧的侧壁上固定有一个第三X向光栅尺(41)，每个第四X向气浮导轨(14)上与所述第二X向读数头(38)相同一侧的侧壁上固定有一个第四X向光栅尺(42)；

两个第一X向气浮导轨(8)的两端各固定有一个第一Y向读数头(43)，每个第一Y向导轨(9)上与所述第一Y向读数头(43)相同一侧的侧壁上固定有一个第一Y向光栅尺座(47)，每个第一Y向光栅尺座(47)上固装有一个第一Y向光栅尺(51)；两个第二X向气浮导轨(10)的两端各固定有一个第二Y向读数头(44)，每个第二Y向导轨(11)上与所述第二Y向读数头(44)相同一侧的侧壁上固定有一个第二Y向光栅尺座(48)，每个第二Y向光栅尺座(48)上固装有一个第二Y向光栅尺(52)；两个第三X向气浮导轨(12)的两端各固定有一个第三Y向读数头(45)，每个第三Y向导轨(13)上与所述第三Y向读数头(45)相同一侧的侧壁上固定有一个第三Y向光栅尺座(49)，每个第三Y向光栅尺座(49)上固装有一个第三Y向光栅尺(53)；两个第四X向气浮导轨(14)的两端各固定有一个第四Y向读数头(46)，每个第四Y向导轨(15)上与所述第四Y向读数头(46)相同一侧的侧壁上固定有一个第四Y向光栅尺座(50)，每个第四Y向光栅尺座(50)上固装有一个第四Y向光栅尺(54)；第一线缆台(16)与第一硅片台(2)之间以及第二线缆台(18)与第二硅片台(3)之间各分别通过线缆连接。

2.根据权利要求1所述步进扫描光刻机双台交换系统，其特征在于：所述第一硅片台(2)包括第一上基板(55)、第一下基板(56)、四个第一激光位移传感器(57)、两个第一45°反射镜(58)、三个第一重力补偿器(59)和三个第一微电机(100)；第一下基板(56)设置在两个第一X向气浮导轨(8)上，第一上基板(55)通过三个第一重力补偿器(59)支撑在第一下基板(56)的上方，四个第一激光位移传感器(57)设置在第一上基板(55)上，第一上基板(55)与第一X向线缆导轨(17)相平行的两个侧壁上各分别固定有一个第一45°反射镜(58)，三个第一微电机(100)设置在第一上基板(55)和第一下基板(56)之间。

3.根据权利要求1或2所述步进扫描光刻机双台交换系统，其特征在于：所述第二硅片台(3)包括第二上基板(60)、第二下基板(61)、四个第二激光位移传感器(62)、两个第二45°反射镜(63)、三个第二重力补偿器(64)和三个第二微电机(200)；第二下基板(61)设置在两个第三X向气浮导轨(12)上，第二上基板(60)通过三个第二重力补偿器(64)支撑在第二下基板(61)的上方，四个第二激光位移传感器(62)设置在第二上基板(60)上，第二上基板(60)与第二X向线缆导轨(19)相平行的两个侧壁上各分别固定有一个第二45°反射镜(63)，三个第二微电机(200)设置在第二上基板(60)和第二下基板(61)之间。

4.根据权利要求2所述步进扫描光刻机双台交换系统，其特征在于：每个第一微电机(100)包括第一微电机动子座(101)、第一微电机动子(102)、第一微电机定子(103)、第一微电机定子座(105)和两个第一微电机定子磁铁(104)；第一微电机动子座(101)与第一上基板(55)的下端面固接，第一微电机定子座(105)与第一下基板(56)的上端面固接，第一微电机定子(103)固定在第一微电机定子座(105)上，第一微电机定子(103)上设有长槽，第一微电机定子(103)的长槽内上下并列设置有两个第一微电机定子磁铁(104)，第一微电机动子(102)的一端与第一微电机动子座(101)固接，第一微电机动子(102)的另一端设置在两个第一微电机定子磁铁(104)之间。

5.根据权利要求3所述步进扫描光刻机双台交换系统，其特征在于：每个第二微电机(200)包括第二微电机动子座(201)、第二微电机动子(202)、第二微电机定子(203)、第二微电机定子座(205)和两个第二微电机定子磁铁(204)；第二微电机动子座(201)与第二上基板(60)的下端面固接，第二微电机定子座(205)与第二下基板(61)的上端面固接，第二微电机定子(203)固定在第二微电机定子座(205)上，第二微电机定子(203)上设有长槽，第二微电机定子(203)的长槽内上下并列设置有两个第二微电机定子磁铁(204)，第二微电机动子(202)的一端与第二微电机动子座(201)固接，第二微电机动子(202)的另一端设置在两个第二微电机定子磁铁(204)之间。

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