CN103576464A

CN103576464A - 一种推顶机构及具有该推顶机构的光刻装置

Info

Publication number: CN103576464A
Application number: CN201210254245.8A
Authority: CN
Inventors: 江旭初; 陈军
Original assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Current assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Priority date: 2012-07-20
Filing date: 2012-07-20
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2032-07-20
Also published as: CN103576464B

Abstract

本发明涉及半导体制造装备技术领域，公开了一种硅片/玻璃基板的推顶机构，以及应用了该推顶机构的光刻装置。该推顶机构包括推顶销、推顶机构底座、连接板以及驱动装置，所述推顶销的底部与连接板固定，所述连接板与推顶机构底座垂向滑动设置，所述驱动装置推动所述连接板垂向运动，尤其，该推顶机构还包括连接在所述连接板与所述驱动装置之间的弹性阻尼装置。该机构利用弹性与阻尼保证推顶销的运动性能与速度，取消了现有技术中的延时以降低了交接时间，且能保证不损坏硅片/玻璃基板，提高产率。

Description

一种推顶机构及具有该推顶机构的光刻装置

技术领域

本发明涉及半导体制造装备技术领域，尤其是一种硅片/玻璃基板的推顶机构，以及应用了该推顶机构的光刻装置。

背景技术

现有技术中的光刻装置，主要用于集成电路IC或平板显示领域以及其它微型器件的制造。通过光刻装置，具有不同掩模图案的多层掩模在精确对准下依次成像在涂覆有光刻胶的晶片上，例如半导体晶片或LCD板。光刻装置大体上分为两类，一类是步进光刻装置，掩模图案一次曝光成像在晶片的一个曝光区域，随后晶片相对于掩模移动，将下一个曝光区域移动到掩模图案和投影物镜下方，再一次将掩模图案曝光在晶片的另一曝光区域，重复这一过程直到晶片上所有曝光区域都拥有掩模图案的像。另一类是步进扫描光刻装置，在上述过程中，掩模图案不是一次曝光成像，而是通过投影光场的扫描移动成像。在掩模图案成像过程中，掩模与晶片同时相对于投影系统和投影光束移动。在上述的光刻设备中，需具有相应的装置作为掩模版和硅片的载体，装载有掩模版/硅片的载体产生精确的相互运动来满足光刻需要。上述掩模版的载体被称之为承版台，硅片/玻璃基板的载体被称之为承片台。

在步进/扫描光刻装置中，工件台主要包括粗动台、微动台以及Epin（Ejection pin）机构（又称推顶机构）。粗动台完成硅片/玻璃基板的大行程运动及定位，微动台完成硅片/玻璃基板的精密小行程运动及定位，推顶机构配合硅片/玻璃基板传输系统完成硅片/玻璃基板的交接功能。推顶机构通常具有单自由度的垂向（竖直方向）运动功能，并具有真空吸附功能，完成硅片/玻璃基板的承载固定以及交接。

在现有技术中，推顶机构的若干组pin（推顶销）均和驱动装置固定连接，在进行硅片/玻璃基板的下片/板时，工件台运动到交接位，推顶机构的驱动装置直接将若干组推顶销从最低位运动到交接位，将硅片/玻璃基板交给硅片/玻璃基板传输系统，再交接下一个需曝光的硅片/玻璃基板后回到与吸盘交接的位置，交给吸盘后回到最低位。当工件台准备下片/板时，吸盘的吸附真空关闭，推顶机构从最低位运动到吸盘吸附面接片/板时，由于吸盘的吸附真空泄露存在一定延时，为保证在推顶销吸附硅片/玻璃基板时，不损坏硅片/玻璃基板，在控制软件交接流程中一般会设置一个时间延时，让吸盘上的吸附真空完全泄露，这大大延长了交接时间，降低了产品的产率。另外，在平板显示光刻机中，由于玻璃基板的尺寸越来越大，导致推顶机构承载玻璃基板时运动速度不能过快，否则玻璃基板易发生变形破碎状况，这同样延长了交接时间，降低了产品的产率。

ASML荷兰有限公司在公开号为CN1550907A的“光刻装置，器件制造方法，以及由此制造的器件”的中国专利申请中提出一种含释放力控制器（5）的推顶机构，并通过增加一个边缘保护环，用于吸收损耗能量，如图1所示。该专利通过对推顶销（4）释放力在不同高度位置进行控制，从而减小基底与基底座之间的吸附力，降低基底损坏的机率。该专利可以很好的解决吸盘真空还未完全泄露时，硅片/玻璃基板被顶出时损坏的机率，但大大增加了推顶机构的控制复杂度，而且要求吸盘额外增加保护环机构，增加了吸盘的设计难度。

东丽工程株式会社在公开号为CN101712023A的“提升销”的中国专利申请中提出一种通过在交接手与提升机构之间增加螺旋弹簧构成的缓冲装置（44），来解决平板显示领域光刻机中推顶机构与玻璃基板交接时碎板的问题，如图2所示。当提升销（41）的前端部与玻璃基板接触时，联结杆（23）和圆环套筒（26）下降，同时螺旋弹簧（25）收缩，缓冲提升销（41）与玻璃基板之间的冲击力。当提升销（41）进一步往上运动，弹簧（25）进一步压缩，导致弹簧收容筒（24）与上部垫圈（28）之间的缓冲间隙L消失，同时弹簧收容筒（24）与上部垫圈（28）接触，这样玻璃基板的负载直接由销框架（42）支撑，缓冲过程结束。通过这种压缩弹簧来增加提升销与玻璃基板接触时的冲击力，降低了玻璃基板在交接时的碎板风险。但该方案存在几个问题：当玻璃基板被顶出载物缓冲台（3）后，弹簧（25）恢复原来长度，提升销（41）的垂向运动会由于弹簧（25）缺乏阻尼而导致提升销的稳定时间延长，运动性能变差，同时玻璃基板在垂向的交接位置也会因为缓冲行程L发生变化。另外，该机构还存在垂向空间过大的问题。

发明内容

本发明针对现有技术的各项不足，对推顶机构进行结构改进，改善现有技术中交接时间长，产品产率低，且硅片/玻璃基板存在破碎风险的不足。

本发明首先提出一种推顶机构，包括推顶销、推顶机构底座、连接板以及驱动装置，所述推顶销的底部与连接板固定，所述连接板与推顶机构底座垂向滑动设置，所述驱动装置推动所述连接板垂向运动，尤其是，该推顶机构还包括连接在所述连接板与所述驱动装置之间的弹性阻尼装置。

本发明其次提出一种包括上述推顶机构的光刻装置，包括：照明系统、掩模台、投影物镜、工件台、激光干涉仪、硅片/基板传输系统；照明系统提供曝光光源；掩模台支撑和定位掩模版；投影物镜提供曝光视场，将掩模版上的图形曝光在硅片/玻璃基板上；激光干涉仪为掩模台和工件台的运动控制提供位置信号；工件台承载硅片/玻璃基板，为硅片/玻璃基板提供支撑和定位功能，所述工件台上设有硅片/玻璃基板吸附面，所述硅片/玻璃基板吸附面上设有推顶销孔，所述推顶机构的推顶销通过推顶销孔穿过所述硅片/玻璃基板吸附面推顶所述硅片/玻璃基板。

该发明的推顶机构具有弹性阻尼装置，通过弹性阻尼装置的刚度K，使得在交接片/板时吸盘真空没有完全泄露情况下，弹性阻尼装置首先自身发生变形，可以避免硅片/基板的损坏，而弹簧阻尼装置的阻尼C可以有效的保证交接后，推顶销的运动性能，因此能够保证推顶机构的速度。该发明取消了现有技术中通过在控制软件中增加一个延时来保证吸盘真空完全泄露，降低了交接时间，又不会带来硬件或者软件上的复杂度，且能保证不损坏硅片/玻璃基板，提高产率。

附图说明

通过附图中所示的本发明的优选实施例的更具体说明，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1是现有技术中一种含释放力控制器的推顶机构；

图2是现有技术中一种推顶机构，其交接手与提升机构之间增加螺旋弹簧构成的缓冲装置；

图3为光刻机结构示意图；

图4为第一实施例的推顶机构的结构原理示意图；

图5为第二实施例的推顶机构的结构原理示意图；

图6a、6b以及6c为图5中簧片结构示意图；

图7为第三实施例的推顶机构的结构原理示意图；

图8为一种直线电机和楔形块作为驱动装置的结构示意图。

具体实施方式

从总体而言，本发明提出的推顶机构，具有弹性阻尼装置，通过弹性阻尼装置的刚度K和阻尼C，保证在交接片/板时吸盘真空没有完全泄露的情况下也可接片/板，避免了交接时硅片/玻璃基板损坏问题，同时可降低交接时间，提高产率。以下将以多个实施例对本发明的宗旨进行展开介绍。

【实施例一】

参见图3，本实施例首先对光刻机结构进行示意性的描述。从图中可以看出，光刻机主要包括照明系统101、掩模台102、投影物镜103、工件台104、激光干涉仪105a、105b、推顶机构106、硅片/基板传输系统107。照明系统101为曝光装置提供曝光光源，掩模台102支撑和定位掩模版M，投影物镜103提供曝光视场，将掩模版M上的图形曝光在硅片/玻璃基板W/P（Wafer/Plate）上，工件台104承载硅片/玻璃基板W/P，为硅片/玻璃基板W/P提供支撑和定位功能。激光干涉仪105a、105b为掩模台102和工件台104的精密运动控制提供位置信号。所述工件台104上设有硅片/玻璃基板吸附面，所述硅片/玻璃基板吸附面上设有推顶销孔，所述推顶机构106的推顶销通过推顶销孔穿过所述硅片/玻璃基板吸附面推顶所述硅片/玻璃基板，并与硅片/玻璃基板传输系统107配合完成硅片/玻璃基板W/P的上下片/板功能。本发明主要针对其推顶机构106进行改进。

图4为第一实施例的推顶机构的结构原理示意图，此图示为准备下片/板时，推顶机构位置位于吸盘201吸附面处，准备从吸盘201上接片/板。该推顶机构主要包括：若干组推顶销202、连接板203、弹簧阻尼装置204、直线导轨、滑块205、复位弹簧206、音圈电机207a、207b以及推顶机构底座208。若干组推顶销202穿过所述吸盘201，其底部与连接板203固定，其顶部提供硅片/玻璃基板W/P的吸附和支撑面。所述推顶销202顶部设有真空吸附口，所述推顶销202和连接板203内部对应设置有连接所述真空吸附口的气道（图中未显示），真空通过连接板 203内的气道输送给若干组推顶销202，实现硅片/玻璃基板的真空吸附功能。直线导轨沿垂向固定设置在推顶机构底座208上，滑块205沿所述直线导轨运动且与连接板203固定设置，由此为推顶机构的垂向运动提供直线导向功能。位于连接板203与推顶机构底座208之间的复位弹簧206保证完成硅片/玻璃基板交接后，若干组推顶销202处于最低位，不影响吸盘201吸附硅片/玻璃基板。音圈电机沿垂向设置，且音圈电机定子207a固定在推顶机构底座208上，为推顶机构提供垂向运动的驱动力。弹簧阻尼装置204具有一定的刚度K和阻尼C，其上下两端分别与连接板203、音圈电机动子207b固定连接。刚度K用于消除连接板与驱动装置之间的高刚度的刚性连接，保护硅片/玻璃基板，阻尼C用于迅速衰减运动过程中产生的振动，提高推顶机构的运动性能。

结合图3、图4说明本实施例的工作原理以及优点：工件台104在接到下片/板的信号后，工件台104运动到硅片/玻璃基板交接位，同时吸盘201真空关闭，推顶机构106从最低位运动到吸盘201吸附面，推顶机构吸附真空开启。此时吸盘201真空并未完全泄露，硅片/玻璃基板与吸盘201之间还存在一定的吸附力。由于弹簧阻尼装置204在垂向具有一定的低刚度K，推顶机构接片/板后，弹簧阻尼装置204自身先进行变形，而不会让硅片/玻璃基板变形造成其损坏，待硅片/玻璃基板完全脱离吸盘201后，弹簧阻尼装置204恢复原状态，又由于其存在一定的阻尼C，可以迅速衰减运动过程中产生的振动，从而保证推顶机构的运动性能，并顺利进行后续工作流程。这样可以避免现有技术中需要通过在控制软件中增加推顶机构106与吸盘201之间的交接延时，从而降低交接时间，提高产率。同时避免了交接时硅片/玻璃基板损坏问题。

在平板显示光刻机中，当推顶机构吸附玻璃基板后在垂向运动，由于推顶机构运动速度和气压的影响，会导致硅片/玻璃基板上/下表面存在较大的压力，此时，推顶机构的弹簧阻尼装置由于其在垂向具有一定的刚度K，弹簧阻尼装置自身进行变形，降低硅片/玻璃基板自身的变形量，而弹簧阻尼装置的阻尼C又可以迅速衰减运动过程中产生的振动，可以很好的保证推顶机构交接后运动过程中的运动性能及稳定性，从而可以保证推顶机构的速度，提高产品产率。

【实施例二】

图5为本发明推顶机构实施例二的结构示意图。由若干组簧片机构301a、301b（图5只画出两组）组成弹性阻尼装置，使得整个推顶机构接片/板部分在垂向具有一定的刚度K和阻尼C，为下片/板时为硅片/玻璃基板提供保护，同时可减小交接时间，提高产率。

图6a、图6b、图6c为簧片机构301的三个实施例的结构示意图，分别包括固定连接所述连接板203的连接板固定端401/501/601，固定连接驱动装置（本实施例中为音圈电机207a、207b）的驱动固定端403/503/603，以及连接于连接板固定端401/501/601和驱动固定端403/503/603之间的柔性簧片。

参见图6a，柔性簧片402具有厚度t、长度L，在垂向具有一定的刚度K和阻尼C，厚度t以及长度L均需根据刚度K和阻尼C的需求进行设计，厚度t可设计成0.1毫米~1毫米。

参见图6b，所述柔性簧片沿长度方向设置有两处凹槽结构502a、502b，两处凹槽结构502a、502b的薄壁处的厚度和两者之间的距离L可根据刚度K和阻尼C的需求进行设计，薄壁处的厚度尺寸可设计成0.1毫米~1毫米。

参见图6c，所述柔性簧片沿长度方向平行设置有两个单片602a、602b，其薄壁厚度t、长度L可根据刚度K和阻尼C的需求进行设计，厚度t可设计成0.1毫米~1毫米。

【实施例三】

实施例二中记载的推顶机构采用了若干组簧片机构301a、301b作为弹性阻尼装置，在本实施例中，也可将簧片更换成具有一定刚度K和阻尼C的弹性阻尼板，比如橡胶板701，如图7所示。

【实施例四】

实施例一中所述的推顶机构采用了音圈电机207作为其驱动装置，在本实施例中，也可采用楔形机构或凸轮机构等作为其驱动装置。图8为一种直线电机+楔形块作为驱动装置的结构示意图。驱动装置主要包括：滚子座801、滚子802、气浮轴承803a、803b、直线电机804a、804b和楔形块805。所述直线电机的定子804a固定在推顶机构底座上，并驱动直线电机动子804b沿水平向运动；所述楔形块805前端具有倾斜面的楔形（倾斜角度为θ，θ<90°），楔形块805后端与直线电机动子804b固定连接；所述气浮轴承803a、803b设置于楔形块805与推顶机构底座之间，提供水平向运动导向；所述滚子座801的底部连接所述滚子802，并通过滚子802和所述楔形块805的倾斜面相接触，所述滚子座801的顶部通过所述弹性阻尼装置204连接所述连接板。

楔形块805后端在直线电机的驱动和气浮轴承的导向下，完成水平向运动。滚子802和楔形块805倾斜面接触，带动滚子座801和弹性阻尼装置204沿垂向运动。

【实施例五】

实施例一中所述的推顶机构采用了直线导轨作为其导向装置，也可采用气浮轴承作为其导向装置，提高定位精度。所述气浮轴承的定子与推顶机构底座固定连接、动子与连接板固定连接。

以上虽然以多个较佳实施例公开了本发明的主旨，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims

1.一种推顶机构，包括推顶销、推顶机构底座、连接板以及驱动装置，所述推顶销的底部与连接板固定，所述连接板与推顶机构底座垂向滑动设置，所述驱动装置推动所述连接板垂向运动，其特征在于，该推顶机构还包括连接在所述连接板与所述驱动装置之间的弹性阻尼装置。

2.如权利要求1所述的推顶机构，其特征在于：所述推顶销顶部设有真空吸附口，所述推顶销和连接板内部对应设置有连接所述真空吸附口的气道，真空通过所述连接板内的气道输送至所述推顶销。

3.如权利要求1所述的推顶机构，其特征在于：所述弹性阻尼装置为弹簧阻尼装置。

4.如权利要求1所述的推顶机构，其特征在于：所述弹性阻尼装置为弹性阻尼板。

5.如权利要求4所述的推顶机构，其特征在于：所述弹性阻尼装置为橡胶板。

6.如权利要求1所述的推顶机构，其特征在于：所述弹性阻尼装置为若干组簧片机构，所述每组簧片机构包括固定连接所述连接板的连接板固定端，固定连接所述驱动装置的驱动固定端，以及连接于连接板固定端和驱动固定端之间的柔性簧片。

7.如权利要求6所述的推顶机构，其特征在于：所述柔性簧片的厚度为0.1毫米～1毫米。

8.如权利要求6所述的推顶机构，其特征在于：所述柔性簧片沿长度方向设置有两处凹槽结构。

9.如权利要求6所述的推顶机构，其特征在于：所述柔性簧片沿长度方向平行设置有两片。

10.如权利要求1所述的推顶机构，其特征在于：所述推顶机构底座上沿垂向固定设置有直线导轨，所述连接板上固定设置有沿所述直线导轨运动的滑块。

11.如权利要求1所述的推顶机构，其特征在于：所述连接板与推顶机构底座之间连接有复位弹簧。

12.如权利要求1所述的推顶机构，其特征在于：所述驱动装置包括沿垂向设置的音圈电机，所述音圈电机的定子固定在推顶机构底座上，所述音圈电机的动子通过所述弹性阻尼装置连接所述连接板。

13.如权利要求1所述的推顶机构，其特征在于：所述驱动装置包括滚子座、滚子、气浮轴承、直线电机和楔形块；所述直线电机的定子固定在推顶机构底座上，并驱动直线电机动子沿水平向运动；所述楔形块前端具有倾斜面的楔形，楔形块后端与直线电机的动子固定连接；所述气浮轴承设置于楔形块与推顶机构底座之间，提供水平向运动导向；所述滚子座的底部连接所述滚子，并通过滚子和所述楔形块的倾斜面相接触，所述滚子座的顶部通过所述弹性阻尼装置连接所述连接板。

14.一种包括权利要求1所述推顶机构的光刻装置，包括：照明系统、掩模台、投影物镜、工件台、激光干涉仪、硅片/基板传输系统；照明系统提供曝光光源；掩模台支撑和定位掩模版；投影物镜提供曝光视场，将掩模版上的图形曝光在硅片/玻璃基板上；激光干涉仪为掩模台和工件台的运动控制提供位置信号；工件台承载硅片/玻璃基板，为硅片/玻璃基板提供支撑和定位功能，所述工件台上设有硅片/玻璃基板吸附面，所述硅片/玻璃基板吸附面上设有推顶销孔，所述推顶机构的推顶销通过推顶销孔穿过所述硅片/玻璃基板吸附面推顶所述硅片/玻璃基板。