CN102681363A - 一种多工位硅片台多台交换系统及其交换方法 - Google Patents
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Abstract
一种多工位硅片台多台交换系统及其交换方法,该多台交换系统除测量工位和曝光工位外,还包括一个工艺处理工位;此工艺处理工位与测量工位、曝光工位均处于基台上表面的气浮平面或磁浮平面内;承片台通过气浮轴承或磁悬浮设置在基台上表面,携带硅片在直线电机或平面电机的驱动下完成各工位之间的交换。增加工艺处理工位,在光刻机中可以实现相邻曝光工序间的工艺处理,在同一台光刻机中可以并行完成曝光工序及工艺处理工序,使得在同一台光刻机内实现连续曝光,满足双曝光技术甚至多重曝光技术中提高生产率和精度、减少成本和使用面积等需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种多工位硅片台多台交换系统及其工作流程,主要应用于半导体制造技术领域。
背景技术
半导体制造中,随着半导体器件尺寸的逐渐减小,图案特征尺寸也越来越趋近于光刻处理方法的极限,在一个或多个掩膜版上分配布图图案并对硅片进行多次曝光和刻蚀的方法得到越来越多的应用。
当图案特征尺寸趋近于光刻处理方法的极限时,需要更换更高性能投影系统和投影辐射光束,设备研制困难较大,半导体器件加工成本大幅上升。在现有设备基础上,通过使用图案完全相同、相位相差180°的两块掩膜版对同一硅片进行双曝光处理,可以将曝光分辨率提高一倍;类似的,使用图案完全相同、相互具有特定相位差的多块掩膜版对同一硅片进行多重曝光处理,可以将曝光分辨率提高数倍。
当同一层上图案的差别较大或是密度极大的情况下,掩膜版的制备非常困难。将二维的图案分解成两个更容易生成的一维图案,分别制成掩膜,使用这两个掩膜版对同一硅片进行双曝光处理,可以提高线条质量,甚至可以分解成多个容易生成的简单图案,分别制成掩膜,使用这些掩膜版对同一硅片进行多重曝光处理。
双曝光技术能提高图形对比度和分辨率,可改善焦深,从而提高光刻图形质量。当前,双曝光或是多重曝光技术已经成为提高曝光分辨率的主流技术。
相邻两次曝光工序之间,需要对硅片进行相应的工艺处理,如涂制光致抗蚀剂,冷却硅片,热处理等。使用现有的双台交换光刻机光刻硅片的过程中,由于硅片台系统只有测量工位和曝光工位两个工位,都装有测量、对准仪器及辅助零件,曝光工位还装有曝光系统,不便于进行工艺处理,需要从光刻机中取出硅片,在光刻机外部进行上述工艺处理,降低了硅片加工效率;经过工艺处理后的硅片再次放入光刻机中进行对准时确定的基准,与前一次对准时确定的基准之间会产生误差;进行双曝光处理时,需要两台光刻机协同工作,增加了工作占用面积和制作成本。
在同一台光刻机内实现连续两次曝光,不仅提高了生产效率、减少了光刻机数量和总使用面积,还能有效克服由于不同光刻机间精度差别引起的基准误差及曝光误差,提高曝光精度。因此,有必要设计出能够在光刻机中实现相邻曝光工序间的工艺处理的硅片台系统,以满足双曝光技术甚至多重曝光技术中提高生产率和精度、减少成本和使用面积等需求。
发明内容
本发明提供一种多工位硅片台多台交换系统及其交换方法,目的在于在光刻机中实现相邻曝光工序间的工艺处理,使得在同一台光刻机内能够实现连续两次甚至多次曝光,以满足双曝光技术甚至多重曝光技术中提高生产率和精度、减少成本和使用面积等需求。
一种三工位硅片台多台交换系统,包括基台001、测量工位101、曝光工位102及两个承载硅片900的承片台;基台上表面100为气浮平面或磁浮平面,测量工位与曝光工位处于基台上表面内;承片台通过气浮轴承或磁悬浮设置在基台上表面,携带硅片在直线电机或平面电机的驱动下完成测量工位和曝光工位之间的交换;曝光工位对应一个曝光系统201,其特征在于:该硅片台多台交换系统还包括一个工艺处理工位103和另一个承片台,工艺处理工位与测量工位、曝光工位处于同一平面内,三个承片台在三个工位之间完成交换。
所述三工位硅片台多台交换系统对应的掩膜台采用双掩模版承版台时,三个承片台的交换顺序为:首先,硅片台处于测量工位的承片台与处于曝光工位的承片台交换,掩膜台双掩膜版承版台切换第一掩膜版312至曝光位置,对处于曝光工位的承片台所携带的硅片光刻第一掩膜版的图案;然后,硅片台处于曝光工位的承片台与处于工艺处理工位的承片台交换,掩膜台双掩膜版承版台切换第二掩膜版313至曝光位置,对处于曝光工位的承片台所携带的硅片光刻第二掩膜版的图案。
本发明所述三工位硅片台多台交换系统中三个承片台交换的具体顺序为:第一阶段,完成光刻第一掩膜版图案工序的第三承片台与完成工艺处理工序的第二承片台进行交换,第三承片台处于工艺处理工序,第二承片台处于光刻第二掩膜版图案工序,位于测量工位的第一承片台等待;第二阶段,完成上下片操作及预处理工序的第一承片台与完成光刻第二掩膜版图案工序的第二承片台进行交换,第一承片台处于光刻第一掩膜版图案工序,第二承片台处于上下片操作及预处理工序,位于工艺处理工位的第三承片台等待;第三阶段,完成光刻第一掩膜版图案工序的第一承片台与完成工艺处理工序的第三承片台进行交换,第一承片台处于工艺处理工序,第三承片台处于光刻第二掩膜版图案工序,位于测量工位的第二承片台等待;第四阶段,完成上下片操作及预处理工序的第二承片台与完成光刻第二掩膜版图案工序的第三承片台进行交换,第二承片台处于光刻第一掩膜版图案工序,第三承片台处于上下片操作及预处理工序,位于工艺处理工位的第一承片台等待;第五阶段,完成光刻第一掩膜版图案工序的第二承片台与完成工艺处理工序的第一承片台进行交换,第二承片台处于工艺处理工序,第一承片台处于光刻第二掩膜版图案工序,位于测量工位的第三承片台等待;第六阶段,完成上下片操作及预处理工序的第三承片台与完成光刻第二掩膜版图案工序的第一承片台进行交换,第三承片台处于第一掩膜版图案工序,第一承片台处于上下片操作及预处理工序,位于工艺处理工位的第二承片台等待。
本发明中所述的三工位硅片台多台交换系统中每个承片台的工作流程为:在测量工位完成上下片操作及测量、对准预处理后,携带硅片运动至曝光工位,对硅片光刻第一掩膜版的图案;完成光刻后,承片台携带硅片运动至工艺处理工位,对硅片进行工艺处理;之后,承片台携带硅片运动至曝光工位,对硅片光刻第二掩膜版的图案;完成光刻后,承片台携带硅片运动至测量工位。
一种四工位硅片台多台交换系统,包括基台、测量工位、曝光工位及两个承载硅片的承片台;基台上表面为气浮平面或磁浮平面,测量工位与曝光工位处于基台上表面内;承片台通过气浮轴承或磁悬浮设置在基台上表面,携带硅片在直线电机或平面电机的驱动下完成测量工位和曝光工位之间的交换,其特征在于:该硅片台多台交换系统还包括一个工艺处理工位、第二曝光工位105和另外两个承片台;工艺处理工位、第二曝光工位、测量工位和原有的第一曝光工位104均处于同一平面内;第一曝光工位和第二曝光工位分别对应第一曝光系统202和第二曝光系统203;第一曝光系统和第二曝光系统分别光刻第一掩膜版312和第二掩膜版313的图案;四个承片台在四个工位之间完成交换。
四工位硅片台多台交换系统中四个承片台按顺序依次运动至测量工位、第一曝光工位、工艺处理工位、第二曝光工位;分别对处于第一曝光工位和第二曝光工位的承片台所携带的硅片光刻第一掩膜版和第二掩膜版的图案。
四工位硅片台多台交换系统中四个承片台交换的具体顺序如下:各工位的工序结束后,位于测量工位的承片台运动至第一曝光工位,位于第一曝光工位的承片台运动至工艺处理工位,位于工艺处理工位的承片台运动至第二曝光工位,位于第二曝光工位的承片台运动至测量工位;四个承片台同时运动,位置交换后,位于测量工位的承片台处于上下片操作及预处理工序,位于第一曝光工位的承片台处于光刻第一掩膜版图案工序,位于工艺处理工位的承片台处于工艺处理工序,位于第二曝光工位的承片台处于光刻第二掩膜版图案工序。
四工位硅片台多台交换系统中每个承片台的工作流程为:在测量工位完成上下片操作及测量、对准预处理后,携带硅片运动至第一曝光工位,对硅片光刻第一掩膜版的图案;完成光刻后,承片台携带硅片运动至工艺处理工位,对硅片进行工艺处理;之后,承片台携带硅片运动至第二曝光工位,对硅片光刻第二掩膜版的图案;完成光刻后,承片台携带硅片运动至测量工位。
本发明与现有技术相比,具有以下优点及突出性效果:使用现有的双台交换光刻机光刻硅片的过程中,由于硅片台系统只有测量工位和曝光工位两个工位,都装有测量、对准仪器及辅助零件,曝光工位还装有曝光系统,不便于进行工艺处理,需要从光刻机中取出硅片,在光刻机外部进行上述工艺处理。本发明采用多工位硅片台多台交换系统及其交换方法能够在光刻机中实现相邻曝光工序间的工艺处理,使得在同一台光刻机内能够实现连续两次甚至多次曝光,满足了双曝光技术甚至多重曝光技术中提高生产率和精度、减少成本和使用面积等需求。
附图说明
图1是现有双台交换式光刻机中的两工位硅片台双台交换系统结构示意图。
图2是本发明三工位硅片台多台交换系统光刻第一掩膜版图案的结构示意图。
图3是本发明三工位硅片台多台交换系统光刻第二掩膜版图案的结构示意图。
图4是本发明四工位硅片台多台交换系统的结构示意图。
图5是本发明三工位光刻机硅片台及掩膜台工作流程图。
图6是本发明三工位硅片台多台交换系统每个承片台运动流程图。
图7是本发明四工位硅片台多台交换系统每个承片台运动流程图。
图中:
001-基座;100-基座上表面;101-测量工位;102-曝光工位;103-工艺处理工位;104-第一曝光工位;105-第二曝光工位;201-曝光系统;202-第一曝光系统;203-第二曝光系统;301-掩膜台承版台;302-掩膜台双掩膜版承版台;303-第一掩膜台承版台;303-第二掩膜台承版台;311-掩膜版;312-第一掩膜版;313-第二掩膜版;900-硅片。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的原理、结构和实施方式作进一步详细描述。
图1是现有双台交换式光刻机中的两工位硅片台双台交换系统,包括基台001、测量工位101、曝光工位102及两个承载硅片900的承片台;基台上表面100为气浮平面或磁浮平面,测量工位与曝光工位处于基台上表面内;承片台通过气浮轴承或磁悬浮设置在基台上表面,在直线电机或平面电机的驱动下完成测量工位和曝光工位之间的交换。现有两工位硅片台双台交换系统只有测量工位和曝光工位两个工位,都装有测量、对准仪器及辅助零件,曝光工位还装有曝光系统201,不便于进行工艺处理。
图2和图3分别是本发明三工位硅片台多台交换系统对应的掩膜台采用双掩模版承版台302时,光刻第一掩膜版图案和第二掩膜版图案的结构示意图。该多台交换系统包括基座001、测量工位101、曝光工位102、工艺处理工位103及承载硅片900的承片台。基台上表面100为气浮平面或磁浮平面,测量工位、曝光工位与工艺处理工位处于基台上表面内;三个承片台通过气浮轴承或磁悬浮设置在基台上表面,携带硅片在直线电机或平面电机的驱动下完成工位之间的交换;曝光工位对应一个曝光系统201;掩膜台通过长行程运动,切换第一掩膜版312或第二掩膜版313至曝光位置。
图5是本发明三工位硅片台多台交换系统对应的掩膜台采用双掩模版承版台时,硅片台及掩膜台的工作流程图,其工作流程为:首先,硅片台处于测量工位的承片台与处于曝光工位的承片台交换,掩膜台双掩膜版承版台切换第一掩膜版至曝光位置,对处于曝光工位的承片台所携带的硅片光刻第一掩膜版的图案;然后,硅片台处于曝光工位的承片台与处于工艺处理工位的承片台交换,掩膜台双掩膜版承版台切换第二掩膜版至曝光位置,对处于曝光工位的承片台所携带的硅片光刻第二掩膜版的图案。
表1是本发明三工位硅片台多台交换系统中三个承片台同时工作一个周期内工位分配表,三个承片台交换的具体顺序为:第一阶段,完成光刻第一掩膜版图案工序的第三承片台与完成工艺处理工序的第二承片台进行交换,第三承片台处于工艺处理工序,第二承片台处于光刻第二掩膜版图案工序,位于测量工位的第一承片台等待;第二阶段,完成上下片操作及预处理工序的第一承片台与完成光刻第二掩膜版图案工序的第二承片台进行交换,第一承片台处于光刻第一掩膜版图案工序,第二承片台处于上下片操作及预处理工序,位于工艺处理工位的第三承片台等待;第三阶段,完成光刻第一掩膜版图案工序的第一承片台与完成工艺处理工序的第三承片台进行交换,第一承片台处于工艺处理工序,第三承片台处于光刻第二掩膜版图案工序,位于测量工位的第二承片台等待;第四阶段,完成上下片操作及预处理工序的第二承片台与完成光刻第二掩膜版图案工序的第三承片台进行交换,第二承片台处于光刻第一掩膜版图案工序,第三承片台处于上下片操作及预处理工序,位于工艺处理工位的第一承片台等待;第五阶段,完成光刻第一掩膜版图案工序的第二承片台与完成工艺处理工序的第一承片台进行交换,第二承片台处于工艺处理工序,第一承片台处于光刻第二掩膜版图案工序,位于测量工位的第三承片台等待;第六阶段,完成上下片操作及预处理工序的第三承片台与完成光刻第二掩膜版图案工序的第一承片台进行交换,第三承片台处于第一掩膜版图案工序,第一承片台处于上下片操作及预处理工序,位于工艺处理工位的第二承片台等待。
表1三工位硅片台多台交换系统中三个承片台同时工作一个周期内工位分配表
图6是本发明三工位硅片台多台交换系统单个承片台的运动流程图,每个承片台的运动流程为:在测量工位完成上下片操作及测量、对准预处理后,携带硅片运动至曝光工位,对硅片光刻第一掩膜版的图案;完成光刻后,承片台携带硅片运动至工艺处理工位,对硅片进行工艺处理;之后,承片台携带硅片运动至曝光工位,对硅片光刻第二掩膜版的图案;完成光刻后,承片台携带硅片运动至测量工位。
图4是本发明四工位硅片台多台交换系统的结构示意图,包括基座001、测量工位101、工艺处理工位103、第一曝光工位104、第二曝光工位105及四个承载硅片900的承片台。基台上表面100为气浮平面或磁浮平面,测量工位、第一曝光工位、第二曝光工位与工艺处理工位处于基台上表面内;四个承片台通过气浮轴承或磁悬浮设置在基台上表面,携带硅片在直线电机或平面电机的驱动下完成工位之间的交换;第一曝光工位和第二曝光工位分别对应第一曝光系统202和第二曝光系统203;第一曝光系统和第二曝光系统分别光刻第一掩膜版312和第二掩膜版313的图案。
本发明四工位硅片台多台交换系统中四个承片台按顺序依次运动至测量工位、第一曝光工位、工艺处理工位、第二曝光工位;分别对处于第一曝光工位和第二曝光工位的承片台所携带的硅片光刻第一掩膜版和第二掩膜版的图案。
本发明四工位硅片台多台交换系统四个承片台交换的具体顺序如下:各工位的工序结束后,位于测量工位的承片台运动至第一曝光工位,位于第一曝光工位的承片台运动至工艺处理工位,位于工艺处理工位的承片台运动至第二曝光工位,位于第二曝光工位的承片台运动至测量工位;四个承片台同时运动,位置交换后,位于测量工位的承片台处于上下片操作及预处理工序,位于第一曝光工位的承片台处于光刻第一掩膜版图案工序,位于工艺处理工位的承片台处于工艺处理工序,位于第二曝光工位的承片台处于光刻第二掩膜版图案工序。
图7是本发明四工位硅片台多台交换系统单个承片台的工作流程图,每个承片台的工作流程为:在测量工位完成上下片操作及测量、对准预处理后,携带硅片运动至第一曝光工位,对硅片光刻第一掩膜版的图案;完成光刻后,承片台携带硅片运动至工艺处理工位,对硅片进行工艺处理;之后,承片台携带硅片运动至第二曝光工位,对硅片光刻第二掩膜版的图案;完成光刻后,承片台携带硅片运动至测量工位。
Claims (8)
1.一种三工位硅片台多台交换系统,包括基台(001)、测量工位(101)、曝光工位(102)及两个承载硅片(900)的承片台;基台上表面(100)为气浮平面或磁浮平面,测量工位与曝光工位处于基台上表面内;承片台通过气浮轴承或磁悬浮设置在基台上表面,携带硅片在直线电机或平面电机的驱动下完成测量工位和曝光工位之间的交换;曝光工位对应一个曝光系统(201),其特征在于:该硅片台多台交换系统还包括一个工艺处理工位(103)和另一个承片台,工艺处理工位与测量工位、曝光工位处于同一平面内,三个承片台在三个工位之间完成交换。
2.一种采用如权利要求1所述系统的三工位硅片台多台交换方法,其特征在于:硅片台对应的掩膜台采用双掩模版承版台时,三个承片台的交换顺序为:首先,硅片台处于测量工位的承片台与处于曝光工位的承片台交换,掩膜台双掩膜版承版台切换第一掩膜版(312)至曝光位置,对处于曝光工位的承片台所携带的硅片光刻第一掩膜版的图案;然后,硅片台处于曝光工位的承片台与处于工艺处理工位的承片台交换,掩膜台双掩膜版承版台切换第二掩膜版(313)至曝光位置,对处于曝光工位的承片台所携带的硅片光刻第二掩膜版的图案。
3.根据权利要求2所述的一种三工位硅片台多台交换方法,其特征在于:三个承片台交换的具体顺序为:第一阶段,完成光刻第一掩膜版图案工序的第三承片台与完成工艺处理工序的第二承片台进行交换,第三承片台处于工艺处理工序,第二承片台处于光刻第二掩膜版图案工序,位于测量工位的第一承片台等待;第二阶段,完成上下片操作及预处理工序的第一承片台与完成光刻第二掩膜版图案工序的第二承片台进行交换,第一承片台处于光刻第一掩膜版图案工序,第二承片台处于上下片操作及预处理工序,位于工艺处理工位的第三承片台等待;第三阶段,完成光刻第一掩膜版图案工序的第一承片台与完成工艺处理工序的第三承片台进行交换,第一承片台处于工艺处理工序,第三承片台处于光刻第二掩膜版图案工序,位于测量工位的第二承片台等待;第四阶段,完成上下片操作及预处理工序的第二承片台与完成光刻第二掩膜版图案工序的第三承片台进行交换,第二承片台处于光刻第一掩膜版图案工序,第三承片台处于上下片操作及预处理工序,位于工艺处理工位的第一承片台等待;第五阶段,完成光刻第一掩膜版图案工序的第二承片台与完成工艺处理工序的第一承片台进行交换,第二承片台处于工艺处理工序,第一承片台处于光刻第二掩膜版图案工序,位于测量工位的第三承片台等待;第六阶段,完成上下片操作及预处理工序的第三承片台与完成光刻第二掩膜版图案工序的第一承片台进行交换,第三承片台处于第一掩膜版图案工序,第一承片台处于上下片操作及预处理工序,位于工艺处理工位的第二承片台等待。
4.根据权利要求3所述的一种三工位硅片台多台交换方法,其特征在于:每个承片台的工作流程为:在测量工位完成上下片操作及测量、对准预处理后,携带硅片运动至曝光工位,对硅片光刻第一掩膜版的图案;完成光刻后,承片台携带硅片运动至工艺处理工位,对硅片进行工艺处理;之后,承片台携带硅片运动至曝光工位,对硅片光刻第二掩膜版的图案;完成光刻后,承片台携带硅片运动至测量工位。
5.一种四工位硅片台多台交换系统,包括基台、测量工位、曝光工位及两个承载硅片的承片台;基台上表面为气浮平面或磁浮平面,测量工位与曝光工位处于基台上表面内;承片台通过气浮轴承或磁悬浮设置在基台上表面,携带硅片在直线电机或平面电机的驱动下完成测量工位和曝光工位之间的交换,其特征在于:该硅片台多台交换系统还包括一个工艺处理工位、第二曝光工位(105)和另外两个承片台;工艺处理工位、第二曝光工位、测量工位和原有的第一曝光工位(104)均处于同一平面内;第一曝光工位和第二曝光工位分别对应第一曝光系统(202)和第二曝光系统(203);第一曝光系统和第二曝光系统分别光刻第一掩膜版(312)和第二掩膜版(313)的图案;四个承片台在四个工位之间完成交换。
6.一种采用如权利要求5所述系统的四工位硅片台多台交换方法,其特征在于:四个承片台的交换顺序为:硅片台的四个承片台按顺序依次运动至测量工位、第一曝光工位、工艺处理工位、第二曝光工位;分别对处于第一曝光工位和第二曝光工位的承片台所携带的硅片光刻第一掩膜版和第二掩膜版的图案。
7.根据权利要求6所述的四工位硅片台多台交换方法,其特征在于:四个承片台交换的具体顺序如下:各工位的工序结束后,位于测量工位的承片台运动至第一曝光工位,位于第一曝光工位的承片台运动至工艺处理工位,位于工艺处理工位的承片台运动至第二曝光工位,位于第二曝光工位的承片台运动至测量工位;四个承片台同时运动,位置交换后,位于测量工位的承片台处于上下片操作及预处理工序,位于第一曝光工位的承片台处于光刻第一掩膜版图案工序,位于工艺处理工位的承片台处于工艺处理工序,位于第二曝光工位的承片台处于光刻第二掩膜版图案工序。
8.根据权利要求7所述的四工位硅片台多台交换方法,其特征在于:每个承片台的工作流程为:在测量工位完成上下片操作及测量、对准预处理后,携带硅片运动至第一曝光工位,对硅片光刻第一掩膜版的图案;完成光刻后,承片台携带硅片运动至工艺处理工位,对硅片进行工艺处理;之后,承片台携带硅片运动至第二曝光工位,对硅片光刻第二掩膜版的图案;完成光刻后,承片台携带硅片运动至测量工位。
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