CN103383271A - 双硅片台交换系统的交换位置测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种双硅片台交换系统的交换位置测量装置及其测量方法。每个硅片台的交换位置测量装置包括：X向位置测量系统和Y向位置测量系统，其中，X向位置测量系统包括设置在硅片台上的两个X向干涉仪和X向反射镜；上述两个X向干涉仪与X向反射镜结合测量硅片台在X向的位置；Y向位置测量系统包括两个Y向干涉仪和两个Y向反射镜，上述两个Y向干涉仪设置在硅片台上，上述两个Y向反射镜分别与两个Y向干涉仪结合测量硅片台在Y向的位置。本发明的交换位置测量装置结构筒单，避免测量范围受硅片台尺寸的限制，同时受外界各种干扰影响小。

Description

双硅片台交换系统的交换位置测量装置及其测量方法

技术领域

本发明涉及半导体光刻设备领域，且特别涉及一种双硅片台交换系统的交换位置测量装置及其测量方法。

背景技术

在半导体光刻设备中，硅片台的主要用途是承载硅片，实现X、Y长行程曝光运动。硅片台的定位精度直接影响光刻设备的性能，其运行速度直接影响光刻设备的产率。采用双硅片台有效利用了硅片曝光过程的等待时间，其中一个在曝光，另一个在做曝光前测量准备。

在对硅片实施曝光前，需要精确测量硅片的位置。美国专利US6285457B2提出了一种硅片台三维空间位置的测量方法。虽然能实现二维X，Y，Rz向精确测量，但由于长条形反射镜受硅片台尺寸限制，不能解决超过硅片台尺寸的长行程测量，特别是双台交换的长行程测量问题。US6847134B2提出一种用霍尔阵列实现二维X，Y，Rz向测量的方法，但其测量精度依赖于永磁阵列加工尺寸，且易受线圈产生的磁场等干扰的影响，精度较低，难以满足长行程测量要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种双硅片台交换系统的交换位置测量装置及其测量方法。该交换位置测量装置结构筒单，避免测量范围受硅片台尺寸的限制，且受外界各种干扰影响小。

为达上述目的，本发明提出一种双硅片台交换系统的交换位置测量装置。每个硅片台的交换位置测量装置包括：X向位置测量系统和Y向位置测量系统，其中，X向位置测量系统包括设置在硅片台上的两个X向干涉仪和X向反射镜；上述两个X向干涉仪与X向反射镜结合测量硅片台在X向的位置；Y向位置测量系统包括两个Y向干涉仪和两个Y向反射镜，上述两个Y向干涉仪设置在硅片台上，上述两个Y向反射镜分别与两个Y向干涉仪结合测量硅片台在Y向的位置。

进一步，两个X向反射镜分别设置在双硅片台交换系统的两个线缆台上，保证两个X向反射镜与对应两个X向干涉仪在Y向保持同步运动；两个Y向反射镜安装在双硅片台交换系统的框架上。

进一步，上述两个X向反射镜和两个Y向反射镜均安装在双硅片台交换系统的框架上。进一步，两个X向反射镜安装在双硅片台交换系统的框架上；上述两个Y向反射镜分别安装在双硅片台交换系统的两个线缆台的干涉仪支架上

进一步，Y向位置测量系统还包括光栅尺，设置在双硅片台交换系统的导轨上，用于测量双硅片台交换系统的线缆台相对于双硅片台交换系统的框架的Y向位置，从而得到硅片台相对于框架的Y向位置。

进一步，其中上述X向干涉仪和上述Y向干涉仪为单轴干涉仪或多轴干涉仪。且X向反射镜和Y向反射镜为长条形。

本发明另提出一种双硅片台交换系统的交换位置测量方法，利用上述交换位置测量装置，交换位置测量方法包括下列步骤：

两个X向干涉仪分别测量硅片台上两点相对于双硅片台交换系统的X向位置；

Y向干涉仪测量硅片台相对于双硅片台交换系统的Y向位置；

通过硅片台上两点的X向位置可计算出Rz向的偏差，并通过闭环控制系统调整偏差。

本发明X向和Y向干涉仪安装在硅片台上，X向和Y向长条形反射镜安装在线缆台或框架上，通过布局配置实现双台交换的长行程二维X，Y，Rz向位置测量。该装置结构筒单，避免测量范围受硅片台尺寸的限制，同时受外界各种干扰影响小。

附图说明

图1-1至1-6是双硅片台交换系统长行程交换流程示意图。

图2是应用本发明第一实施例交换位置测量装置的双硅片台交换系统的示意图。

图3是图2中的双硅片台交换系统换台后示意图。

图4是应用本发明第二实施例交换位置测量装置的双硅片台交换系统的示意图。

图5是应用本发明第三实施例交换位置测量装置的双硅片台交换系统的示意图。

标号说明：

10硅片台  11导轨  12线缆台  13干涉仪支架  14光栅尺  101干涉仪102干涉仪  103干涉仪  104干涉仪  10a长条形反射镜  10b长条形反射镜

20硅片台  21导轨  22线缆台  23干涉仪支架  24光栅尺  201干涉仪202干涉仪  203干涉仪  204干涉仪  20a长条形反射镜  20b长条形反射镜

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图示说明如下。以下结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。

图1-1至1-6是双硅片台交换系统长行程交换流程示意图，双硅片台交换系统包括硅片台、导轨、线缆台、框架、干涉仪支架等构件，双硅片台交换系统的具体结构以及双硅片台交换系统长行程交换流程对于本领域中具有通常知识的人来说为公知常识，在此不再详细描述。

图2是应用本发明第一实施例交换位置测量装置的双硅片台交换系统的示意图。图3是图2中的双硅片台交换系统换台后示意图。同时参考图2和图3，硅片台10和硅片台20各有一套交换位置测量装置。每个硅片台的交换位置测量装置包括X向位置测量系统和Y向位置测量系统。

硅片台10的X向位置测量系统包括并排设置在硅片台10上的两个X向干涉仪101，102和X向反射镜10a。X向干涉仪101，102均安装在硅片台10上，随硅片台一起运动，分别测量硅片台10上的两点在X向的位置。长条形反射镜10a安装在线缆台12上，随线缆台一起运动，且线缆台12安装在导轨11上与硅片台10沿Y向同步运动，保证了干涉仪101，102与长条形反射镜10a在Y向的一致性，其中导轨11安装在框架(图中未标出)上。

硅片台10的Y向位置测量系统包括两个Y向干涉仪103，104和两个Y向反射镜10b，20b。两个Y向干涉仪103，104分别安装在硅片台10的前、后两端，随硅片台一起运动。Y向反射镜10b和20b，固定安装在框架上两侧，不发生移动。当硅片台10位于第一工位时，Y向位置测量由干涉仪103及长条形反射镜10b组成。当硅片台10位于第二工位时，Y向位置测量由干涉仪104及长条形反射镜20b组成。硅片台10的Rz向旋转测量系统由干涉仪101和102分别测量硅片台上不同两点在X向的位置偏差间接测量出。进一步，干涉仪101，102，103，104采用单轴或多轴。

本实施例中，另一硅片台20的X向位置测量系统包括并排干涉仪201，202和反射镜20a。干涉仪201，202均安装在硅片台20上，随硅片台一起运动，分别测量硅片台上不同两点在X向的位置。长条形反射镜20a安装在线缆台22上，随线缆台一起运动，且线缆台22安装在导轨21上与硅片台20沿Y向同步运动，保证了干涉仪201，202与长条形反射镜20a在Y向的一致性。其中导轨21安装在框架(图中未标出)上。

硅片台20的Y向位置测量系统包括干涉仪203，204和长条形反射镜10b，20b。干涉仪203，204分别安装在硅片台20上的两端，随硅片台一起运动；长条形反射镜10b和20b，安装在框架上两侧，不发生移动。当硅片台20位于第二工位时，Y向位置测量由干涉仪203及长条形反射镜20b组成。当硅片台20位于第一工位时，Y向位置测量由干涉仪204及长条形反射镜10b组成。

硅片台20的Rz向旋转测量系统由干涉仪201和202分别测量硅片台上不同两点在X向的位置偏差间接测量出，计算方法如下：

$\mathrm{Rz}=\arctan \left(\frac{X2-X1}{D}\right)$

式中

Rz-硅片台角度偏差；

X1、X2-干涉仪测量硅片台上的两点沿X向的位置；

D-两个干涉仪光束之间的距离。

请参考图2，本实施例的双硅片台交换系统的交换位置测量方法包括下列步骤：硅片台10位于第一工位做平面运动时，干涉仪101，102将分别测量硅片台10上两点相对于框架沿X向的位置，干涉仪103测量相对于框架沿Y向位置，同时通过两点X向位置可计算出Rz向的偏差，并通过闭环控制系统调整偏差；硅片台20位于第二工位做平面运动时，干涉仪201，202将分别测量硅片台20上两点相对于框架沿X向的位置，干涉仪203测量相对于框架沿Y向位置，同时通过两点X向位置可计算出Rz向的偏差，此时通过闭环控制系统调整偏差。

请同时参考图1-1至图3，具体说明应用本发明第一实施例交换位置测量装置的双硅片台交换系统的交换流程：

步骤1，参考图1-1和图2，硅片台10位于第一工位做平面运动时，干涉仪101和102将分别测量硅片台10上两点相对于框架沿X向的位置，干涉仪103测量相对于框架沿Y向位置，同时通过两点X向位置可计算出Rz向的偏差，此时通过闭环控制系统调整偏差；硅片台20位于第二工位做平面运动时，干涉仪201和202将分别测量硅片台20上两点相对于框架沿X向的位置，干涉仪203测量相对于框架沿Y向位置，同时通过两点X向位置可计算出Rz向的偏差，此时通过闭环控制系统调整偏差；

步骤2，参考图1-2，硅片台10运动到交换位AL，硅片台20运动到交换位BR，其测量方式同步骤1；

步骤3，参考图1-3，硅片台10运动到交换位BL，Y向测量切换到干涉仪104，X向及Rz向测量方式同步骤1；硅片台20运动到交换位AR，Y向测量切换到干涉仪204，X向及Rz向测量方式同步骤1；

步骤4，参考图3，1-4，硅片台10运动到上下片位及第二工位，硅片台20运动到第一工位，其测量方式同步骤3；

步骤5，参考图1-5，硅片台10运动到交换位BL，硅片台20运动到交换位AR，其测量方式同步骤3；

步骤6，参考图1-6，硅片台10运动到交换位AL，Y向测量切换到干涉仪103，其测量方式同步骤1；硅片台20运动到交换位BR，Y向测量切换到干涉仪203，其测量方式同步骤1；

步骤7，重复步骤1。

需要注意的是，在测量流程中X向及Y向位置测量的初始位置用零位传感器(图中未标出)标定。

图4应用本发明第二实施例交换位置测量装置的双硅片台交换系统的示意图。本实施例与第一实施例的区别是把长条形反射镜10a和长条形反射镜20a安装在双硅片台交换系统的框架上，这样可以减小线缆台12侧向运动波动对X向精度的影响，提高X向的测量精度，只是长条形反射镜长度较长，制造及安装的难度有所加大。

图5应用本发明第三实施例交换位置测量装置的双硅片台交换系统的示意图。本实施例与第二实施例的区别在于Y向位置测量方式不同。

具体请参考图5，硅片台10的Y向位置测量系统包括干涉仪103、长条形反射镜10b和光栅尺14。干涉仪103安装在硅片台10上靠近长条形反射镜10b的一侧，随硅片台一起运动。长条形反射镜10b安装在线缆台12的干涉仪支架13上，测量硅片台10相对于线缆台12的Y向位置，线缆台12与硅片台10沿Y向同步运动。光栅尺14安装在线缆台12下面的导轨11上，导轨11安装在框架上(图中未标出)，测量线缆台12相对框架的Y向位置，从而间接测量硅片台10相对于框架的Y向位置。由于线缆台与硅片台的同步运动，从而保证了干涉仪103与长条形反射镜10b距离不变，从而保证干涉仪103不掉光，实现Y向位置测量，避免了实施例2中Y向干涉仪的切换。

硅片台20的Y向位置测量系统包括干涉仪203、长条形反射镜20b和光栅尺24。干涉仪203安装在硅片台20上靠近长条形反射镜20b的一侧，随硅片台一起运动，长条形反射镜20b安装在线缆台22的干涉仪支架23上，测量硅片台20相对于线缆台22的Y向位置，线缆台22与硅片台20沿Y向同步运动。光栅尺24安装在线缆台22下面的导轨21上，导轨21安装在框架上(图中未标出)，测量线缆台22相对框架的Y向位置，从而间接测量硅片台20相对于框架的Y向位置。由于线缆台与硅片台的同步运动，从而保证了干涉仪203与长条形反射镜20b距离不变，从而保证干涉仪203不掉光，实现Y向位置测量，避免了实施例2中Y向干涉仪的切换；干涉仪支架13及干涉仪支架23上或安装霍尔传感器、激光尺等其它位置传感器测量硅片台相对于线缆台的Y向位置。

由上述实施例可知，本发明利用交换位置测量装置的双硅片台交换系统的交换位置测量方法，包括下列步骤：

两个X向干涉仪分别测量硅片台上两点相对于双硅片台交换系统的X向位置；

Y向干涉仪测量硅片台相对于双硅片台交换系统的Y向位置；

通过硅片台上两点的X向位置可计算出Rz向的偏差，并通过闭环控制系统调整偏差。

本发明的交换位置测量装置干涉仪安装在硅片台上，反射镜安装在线缆台或框架上，通过布局配置实现双台交换的长行程二维X，Y，Rz向位置测量。该装置结构筒单，避免测量范围受硅片台尺寸的限制，同时受永磁阵列加工尺寸、线圈产生的磁场等外界各种干扰影响小。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (8)

1.一种双硅片台交换系统的交换位置测量装置，其特征在于，每个硅片台的交换位置测量装置包括：X向位置测量系统和Y向位置测量系统，其中，X向位置测量系统包括设置在硅片台上的两个X向干涉仪和X向反射镜；上述两个X向干涉仪与X向反射镜结合测量硅片台在X向的位置；Y向位置测量系统包括两个Y向干涉仪和两个Y向反射镜，上述两个Y向干涉仪设置在硅片台上，上述两个Y向反射镜分别与两个Y向干涉仪结合测量硅片台在Y向的位置。

2.根据权利要求1所述的双硅片台交换系统的交换位置测量装置，其特征在于，两个X向反射镜分别设置在双硅片台交换系统的两个线缆台上，保证两个X向反射镜与对应两个X向干涉仪在Y向保持同步运动；两个Y向反射镜安装在双硅片台交换系统的框架上。

3.根据权利要求1所述的双硅片台交换系统的交换位置测量装置，其特征在于，上述两个X向反射镜和两个Y向反射镜均安装在双硅片台交换系统的框架上。

4.根据权利要求1所述的双硅片台交换系统的交换位置测量装置，其特征在于，上述两个X向反射镜安装在双硅片台交换系统的框架上；上述两个Y向反射镜分别安装在双硅片台交换系统的两个线缆台的干涉仪支架上。

5.根据权利要求4所述的双硅片台交换系统的交换位置测量装置，其特征在于，Y向位置测量系统还包括光栅尺，设置在双硅片台交换系统的导轨上，用于测量双硅片台交换系统的线缆台相对于双硅片台交换系统的框架的Y向位置，从而得到硅片台相对于框架的Y向位置。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的双硅片台交换系统的交换位置测量装置，其特征在于，其中上述X向干涉仪和上述Y向干涉仪为单轴干涉仪或多轴干涉仪。

7.根据权利要求1-5中任意一项所述的双硅片台交换系统的交 换位置测量装置，其特征在于，X向反射镜和Y向反射镜为长条形。

8.一种应用权利要求1-5中任意一项所述的双硅片台交换系统的交换位置测量装置的测量方法，其特征在于，包括下列步骤：

两个X向干涉仪分别测量硅片台上两点相对于双硅片台交换系统的X向位置；

Y向干涉仪测量硅片台相对于双硅片台交换系统的Y向位置；

通过硅片台上两点的X向位置可计算出Rz向的偏差，并通过闭环控制系统调整偏差。 

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