CN102736429B - 硅片温度稳定装置 - Google Patents

Abstract

一种硅片温度稳定装置，包括：气浮盘，位于所述硅片下方，设置有真空气道和正压气道，所述正压气道包裹所述真空气道，所述正压气道和所述真空气道分别成非封闭的圆环形分布，所述正压气道通过正压气道密封板密封，所述真空气道通过真空气道密封板密封，真空气道密封面低于正压气道密封面；水冷盘，位于所述气浮盘下方，设置有冷却水道，所述冷却水道成局部环形，整体蛇形分布，冷却水通过冷却水入口进入冷却水道后对硅片进行热辐射。所述硅片温度稳定装置采用分体式设计可以同时解决高端光刻设备中硅片传输系统中硅片温度稳定与硅片边缘自重形变补偿，易于零部件加工，气道和水道布置方便。

Description

硅片温度稳定装置

技术领域

本发明涉及温度控制装置，特别涉及硅片温度稳定装置。

背景技术

在高端光刻设备中，要求硅片以高精度、均匀的稳定温度，精确的偏心、偏向传送到工件台上。

在以往的硅片传输系统中，硅片温度通过气浴来稳定，硅片偏心、偏向误差单单通过预对准装置来纠正。随着硅片尺寸不断增大、光刻精度不断提高、产率要求越来越高，通过气浴的方式来稳定硅片温度已不能满足高精度光刻设备需求；单单通过预对准装置对比较薄的硅片进行定心、定向时，由于预对准旋转吸盘直径远小于硅片直径，硅片边缘会因自重而发生变形，影响硅片的定心、定向精度。

专利US 6,628,503 B2公开了一种工件台用硅片温度稳定装置。该装置通过在吸盘表面布置两圈冷却气体环路来控制、保持硅片温度，通过吸盘表面真空孔产生的吸力来调整硅片下表面与吸盘上表面的间隙，控制冷却气体的泄漏量。但该装置无法满足硅片传输系统使用需求，特别是与预对准装置集成使用需求。同时该装置比较适用于保持已达到温度稳定精度要求的硅片，不能满足硅片传输系统中，温度误差较大的硅片快速稳定到高精度的温度误差范围内的要求。

发明内容

本发明解决的技术问题是硅片温度误差较大时的温度快速稳定问题以及硅片边缘自重形变补偿问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种硅片温度稳定装置，包括：

气浮盘，位于所述硅片下方，设置有真空气道和正压气道；

水冷盘，位于所述气浮盘下方，设置有冷却水道，所述气浮盘与所述水冷盘采用分体式连接。

进一步，所述正压气道包裹所述真空气道，所述正压气道和所述真空气道分别成非封闭的圆环形分布。

进一步，所述正压气道通过正压气道密封板密封，所述真空气道通过真空气道密封板密封，真空气道密封面低于正压气道密封面。

进一步所述冷却水道成局部环形，整体蛇形分布，冷却水通过冷却水入口进入冷却水道后对硅片进行热辐射。

进一步，所述硅片下表面和所述气浮盘上表面存在气浮间隙。

优选的，所述冷却水道通过冷却水道密封板密封。

进一步，所述真空气道中的真空对硅片施加向下的吸力，所述正压气道中的压缩空气对硅片施加向上的浮力，所述向下的吸力和所述向上的浮力补偿硅片边缘形变。

优选的，所述真空气道入口和所述正压气道入口分别位于所述真空气道和所述正压气道的非封闭处。

优选的，所述真空气道包括内圈真空气道和外圈真空气道，所述正压气道包括内圈正压气道和外圈正压气道。

优选的，所述真空气道上具有真空气孔，所述真空气孔连通所述气浮盘上表面。

优选的，所述正压气道上具有正压气孔，所述正压气孔连通所述气浮盘上表面。

优选的，所述内圈正压气道分布在内圈真空气道两侧，所述外圈正压气道分布在外圈真空气道两侧。

进一步，所述内圈真空气道、外圈真空气道、内圈正压气道和外圈正压气道分别具有内圈真空入口、外圈真空入口、内圈正压入口和外圈正压入口，所述内圈真空入口、外圈真空入口、内圈正压入口和外圈正压入口分层、错位分布在所述外圈真空气道非封闭处。

进一步，还包括温度传感器与硅片存在传感器，所述温度传感器对硅片平面内至少四点温度进行检测，判断硅片温度精度、均匀度是否已经达到要求，所述硅片存在传感器用来判断是否有硅片存在于所述硅片温度稳定装置上方。

进一步，所述温度传感器和所述硅片存在传感器分别通过温度传感器支架、硅片存在传感器支架自下而上安装。

进一步，所述硅片温度稳定装置通过支撑调节机构与硅片预对准装置连接。

进一步，所述气浮盘中间有气浮盘内孔，所述水冷盘中间有水冷盘内孔，所述预对准装置定心吸盘和旋转吸盘从所述气浮盘内孔和所述水冷盘内孔中穿出。

与现有技术相比，该硅片温度稳定装置具有以下优点：可以同时解决高端光刻设备硅片传输系统中硅片温度稳定与影响定心、定向精度的硅片边缘自重形变两个问题；分体式布置，易于零部件加工与正压气道、真空气道、冷却水道布置；与预对准装置集成使用时，内孔设计允许预对准装置P-CHUCK、C-CHUCK从中穿过，可以有效防止预对准过程中硅片因真空度降低而掉落；对硅片温度检测传感器、硅片存在传感器进行了独特布置，能有效对硅片温度、硅片是否存在进行检测，且方便传感器的维护维修。

附图说明

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

图1是本发明硅片温度稳定装置的外部结构示意图；

图2是本发明硅片温度稳定装置的内部结构示意图；

图3是本发明硅片温度稳定装置的内部结构切面示意图；

图4是图2所示硅片温度稳定装置的气浮盘平面视图；

图5是图2所示硅片温度稳定装置的水冷盘平面视图；

图6是设置有温度传感器和硅片存在传感器的硅片温度稳定装置的横切面示意图；

图7是本发明硅片温度稳定装置与硅片预对准装置集成示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。

本发明硅片温度稳定装置的外部结构如图1所示，分为气浮盘(101)与水冷盘(106)，使用该分体式结构设计，可以降低高精度、复杂零件(如气浮盘)的加工工艺难度，方便真空气道、正压气道、冷却水道的设计。本装置真空、正压均分为内外圈，配置有内圈真空接口(102)、外圈真空接口(104)、内圈正压接头(105)、外圈正压接头(103)，方便各路真空、正压的单独调整；冷却水通过入口接头(107)进入本装置，在内部循环数圈，对硅片温度进行冷却后，从出口接头(108)流出。

本装置内部结构如图2所示，硅片(207)被预对准旋转吸盘(204)吸附，可随旋转吸盘运动，旋转吸盘可以实现360°双向无限制旋转与Z向高精度微动。工作时，吸盘承片面(即硅片底面)与本装置气浮面(气浮盘的外侧表面)之间调节成数微米的气浮间隙，在该气浮间隙下，真空气道(206)中的真空对硅片施加向下的吸力，正压气道(205)中的压缩空气对硅片施加向上的浮力，向下的吸力和向上的浮力与产生硅片边缘形变的自重平衡，补偿掉硅片边缘形变，使硅片面水平，消除影响硅片定心、定向精度的因素；在硅片预对准的同时，本装置内冷却水道(203)中的高精度冷却水对硅片产生热辐射，使硅片温度快速稳定到与高精度冷却水相同温度，达到控制硅片温度稳定功能。

参见图3，为本装置的切面示意图，显示了气浮盘(101)、水冷盘(106)分体式结构设计理念。气浮盘内、外圈气道结构类似，均为正压气道(205)包裹真空气道(206)，真空气道、正压气道和冷却水道分别通过真空气道密封板(306)、正压气道密封板(307)和冷却水道密封板(308)单独密封，真空气道密封面低于正压气道密封面。

气浮盘平面视图如图4所示，内圈真空气道(408)、外圈真空气道(405)以接近圆环形式(气道入口处未闭合)布置，沿内、外圈真空气道设置有若干真空气孔(411)连通气浮盘上表面；内圈正压气道(407)、外圈正压气道(406)环真空气道两侧布置，沿内、外圈正压气道设置有若干正压气孔(410)连通气浮盘上表面。外圈真空入口(401)、内圈正压入口(402)、内圈真空入口(403)和外圈正压入口(404)采用分层次、错位方式布置在外圈真空气道断开处，此种布置方式可以保持各气道连贯，方便各气道单独压力调整。气浮盘采用铝合金加工而成，其优良的热导性能能够减小硅片温度稳定时的热阻。气浮盘中间具有气浮盘内孔(409)。

水冷盘整体位于气浮盘下面，水冷盘平面视图如图5所示，其冷却水道(203)设计兼具环形、蛇形特点，采用局部环形、整体蛇形设置水道，使冷却水道的长度尽可能长，冷却水通过冷却水入口(503)进入冷却水道(203)后循环再通过冷却水出口(502)流出，水冷盘上还具有水冷盘内孔(501)，这种冷却水道的设计可以使高精度冷却水在整个圆面内充分循环，即能使高精度冷却水与硅片进行充分热交换，又可以满足硅片温度均匀要求。

参见图6所示，本装置还可以设置温度传感器(602)与硅片存在传感器(601)。温度传感器(602)可以对硅片平面内任意三点温度进行检测，判断硅片温度精度、均匀度是否已经达到要求；硅片存在传感器(601)用来判断是否有硅片存在于本装置上方，可以避免其它误操作。温度传感器与硅片存在传感器分别通过温度传感器支架(604)、硅片存在传感器支架(603)自下而上安装，如果传感器损坏或需要调整维护，只需把传感器支架拆下即可，而不需要拆开气浮盘与水冷盘，不会影响本装置的精度与导热性能。

参见图7所示，本硅片温度稳定装置(702)可通过支撑调节机构(706)与硅片预对准装置集成使用，硅片预对准装置的视觉系统(701)侧平边设计用来保证硅片边缘图像可以投影到视觉系统CCD上以及方便真空、正压入口接头(707)安装。侧边还设置有冷却水入口接头(705)。本装置内孔设计允许预对准装置定心吸盘(703)、旋转吸盘(704)从气浮盘内孔、水冷盘内孔中穿过，并满足定心吸盘定心行程要求。该设计的优点是硅片在预对准及温度稳定时，其重心均位于定心吸盘或旋转吸盘支撑面内，即使发生吸盘吸附真空度下降或真空关闭情况，硅片仍不会掉落。

本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。

Claims (15)

1.一种硅片温度稳定装置，其特征在于，包括：

气浮盘，位于所述硅片下方，设置有真空气道和正压气道，所述真空气道包括内圈真空气道和外圈真空气道，所述正压气道包括内圈正压气道和外圈正压气道，所述内圈正压气道分布在内圈真空气道两侧，所述外圈正压气道分布在外圈真空气道两侧；所述正压气道包裹所述真空气道，所述正压气道和所述真空气道分别成非封闭的圆环形分布；

水冷盘，位于所述气浮盘下方，设置有冷却水道；

所述气浮盘与所述水冷盘采用分体式连接。

2.根据权利要求1所述的硅片温度稳定装置，其特征在于，所述正压气道通过正压气道密封板密封，所述真空气道通过真空气道密封板密封，真空气道密封面低于正压气道密封面。

3.根据权利要求1所述的硅片温度稳定装置，其特征在于，所述冷却水道成局部环形，整体蛇形分布，冷却水通过冷却水入口进入冷却水道后对硅片进行热辐射。

4.根据权利要求1所述的硅片温度稳定装置，其特征在于，所述硅片下表面和所述气浮盘上表面存在气浮间隙。

5.根据权利要求1所述的硅片温度稳定装置，其特征在于，所述冷却水道通过冷却水道密封板密封。

6.根据权利要求1所述的硅片温度稳定装置，其特征在于，所述真空气道中的真空对硅片施加向下的吸力，所述正压气道中的压缩空气对硅片施加向上的浮力，所述向下的吸力和所述向上的浮力补偿硅片边缘形变。

7.根据权利要求1所述的硅片温度稳定装置，其特征在于，所述真空气道入口和所述正压气道入口分别位于所述真空气道和所述正压气道的非封闭处。

8.根据权利要求1所述的硅片温度稳定装置，其特征在于，所述真空气道上具有真空气孔，所述真空气孔连通所述气浮盘上表面。

9.根据权利要求1所述的硅片温度稳定装置，其特征在于，所述正压气道上具有正压气孔，所述正压气孔连通所述气浮盘上表面。

10.根据权利要求1所述的硅片温度稳定装置，其特征在于，所述内圈真空气道、外圈真空气道、内圈正压气道和外圈正压气道分别具有内圈真空入口、外圈真空入口、内圈正压入口和外圈正压入口，所述内圈真空入口、外圈真空入口、内圈正压入口和外圈正压入口分层、错位分布在所述外圈真空气道非封闭处。

11.根据权利要求1所述的硅片温度稳定装置，其特征在于，还包括温度传感器与硅片存在传感器，所述温度传感器对硅片平面内至少三个点温度进行检测，判断硅片温度精度、均匀度是否已经达到要求，所述硅片存在传感器用来判断是否有硅片存在于所述硅片温度稳定装置上方。

12.根据权利要求11所述的硅片温度稳定装置，其特征在于，所述温度传感器和所述硅片存在传感器分别通过温度传感器支架、硅片存在传感器支架自下而上安装。

13.根据权利要求1所述的硅片温度稳定装置，其特征在于，所述硅片温度稳定装置通过支撑调节机构与硅片预对准装置连接。

14.根据权利要求13所述的硅片温度稳定装置，其特征在于，所述气浮盘中间有气浮盘内孔，所述水冷盘中间有水冷盘内孔，所述预对准装置定心吸盘和旋转吸盘从所述气浮盘内孔和所述水冷盘内孔中穿出。

15.根据权利要求1所述的硅片温度稳定装置，其特征在于，所述气浮盘中间有气浮盘内孔，所述水冷盘中间有水冷盘内孔，预对准装置定心吸盘和旋转吸盘从所述气浮盘内孔和所述水冷盘内孔中穿出。