CN104570614B - 可工位切换的精密定位台 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可工位切换的精密定位台，包括工位切换装置，所述工位切换装置包括承载台、在所述承载台之上的活动夹紧定位装置和固定辅助夹紧定位装置，用于实现承载对象在工位切换时的精确定位。本发明利用活动夹紧定位装置和固定辅助夹紧定位装置驱动承载对象，进而实现了承载对象的移动，与现有技术中通过承载台的移动来带动承载对象的移动相比，结构更加简单，节约了垂向空间，同时，本发明同时实现了定位和导向的功能，能够保证承载对象的移动是在所需的工位间进行的。提供了一种垂向层次较少、结构较简单，不需要太多垂向空间的掩模台。

Description

可工位切换的精密定位台

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种掩模或者工件台及其工位切换机构。

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承载对象和硅片的载体，装载有承载对象/硅片的载体产生精确的相互运动来满足光刻需要。上述承载对象的载体被称之为承载台，硅片/基板的载体被称之为承片台。

在步进光刻装置中起非常重要作用的是掩模台系统，为承载对象提供支撑定位功能。为提高掩模图形的曝光效率，降低承载对象的交换次数，一般都在一块承载对象上制作多块图形区进行曝光。专利CN 1534689A提出一种结构紧凑的六自由度定位台，但缺乏工位切换机构。专利CN 101303532种提出一种具有工位切换机构的六自由度定位台，但该切换机构在切换前后，由于切换机构的定位机构导致承载对象图形的垂向位置存在较大偏移，影响曝光焦深和曝光质量。

请参考图1，其为现有的工位切换功能掩模台的示意图。如图1所示，掩模台结构主要包括单轴调节模块23、底座22、切换机构驱动装置31、导轨33、承载台34、承载对象35、气浮板21、导轨连接块32。切换机构驱动装置31、导轨33、导轨连接块32、承载台34以及承载对象35组成工位切换机构，工位切换机构固定于气浮板21上，为承载对象提供支撑和工位切换。三个单轴调节模块23固定于底座上，通过调节气浮板的位置来调节承载对象图形区的水平向位置。现有技术主要存在以下几个问题：

其一，现有技术中的切换机构采用直线导轨进行导向，导轨的自身的误差和垂向装调误差直接影响图形切换时承载对象Z向高度变化，导致图形切换前后承载对象的Z向高度变化大。

其二，现有技术采用两个直线导轨和承载台之间可能存在垂向耦合，导致两个导轨装配困难。

其三，现有的技术掩模台垂向层次多，结构复杂，需要的垂向空间大。

此外，现有的技术为了使图形切换前后承载对象的Z向高度变化满足精度需求往往掩模台的装调提出了较高的要求，加大了装调难度。。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种垂向层次较少、结构较简单，不需要太多垂向空间的掩模台。

为了解决这一技术问题，本发明提供了一种可工位切换的精密定位掩模台，包括工位切换装置，所述工位切换装置包括承载台、在所述承载台之上的活动夹紧定位装置和固定辅助夹紧定位装置，用于实现承载对象在工位切换时的精确定位。

所述活动夹紧定位装置包括：工位来回切换驱动机构和夹紧机构。

所述固定辅助夹紧定位装置包括：若干工位限位销和限位滚筒。

所述工位来回驱动机构，至少为2个，一个相对承载对象位于X正方向上，另一个相对掩膜版位于X负方向上。

所述若干限位销设在所述承载对象的移动行程的两端，且所述若干限位销的位置与所述承载对象的工位相匹配。

所述限位滚筒为凸轮随动器，所述凸轮随动器的位置相对所述承载台固定，且包括一个沿自身轴向旋转的滚子，所述滚子的旋转轴向垂直于所述承载台，所述滚子与所述承载对象相切。

所述工位来回切换驱动机构和夹紧机构分别通过设其末端的缓冲块与所述承载对象接触，所述缓冲块的材料硬度比所述承载对象小。

所述承载台与所述承载对象之间设有气浮轴承，所述气浮轴承用于抽真空使得所述承载对象吸附在所述承载台上，当所述承载对象相对所述承载台移动时，所述气浮轴承内可用于充正压为所述承载台与所述承载对象之间提供无摩擦的气浮支撑。

所述气浮轴承包括正压区域与真空区域，所述正压区域可用于充正压为所述承载台与所述承载对象之间提供无摩擦的气浮支撑，所述真空区域用以抽真空使得所述承载对象吸附在承载台上。

所述气浮轴承包括若干气浮区域，每个所述气浮区域包括一个正压区域环与一个真空区域环，每个所述气浮区域的正压区域与所述真空区域相邻设置。

所述气浮轴承包括若干气浮区域，每个所述气浮区域包括一个正压区域环与一个真空区域环，每个所述气浮区域的正压区域环设在所述真空区域的外侧。

所述正压区域环与一个正压控制阀连接，所述真空区域环与一个真空控制阀连接，所述真空控制阀用于对所述真空区域环进行抽真空，当所述承载对象相对所述承载台移动时，所述正压控制阀打开对所述正压区域环进行充正压；当所述承载对象完成相对于所述承载台的移动后，所述正压控制阀关闭。

所述气浮轴承固定设置在所述承载台上。

所述可工位切换的精密定位掩膜台还包括底座、水平向微动机构、垂向调节机构和本发明提供的掩模台的工位切换机构，所述工位切换机构设在所述底座上，且通过所述水平向微动机构调节所述工位切换机构沿所述底座表面的移动和旋转位置，所述水平向微动机构与所述底座固定连接，所述底座设在所述垂向调节机构上，且通过所述垂向调节机构调节所述底座的位置与倾斜度。

所述工位切换机构通过所述承载台与所述底座接触，所述承载台与所述底座之间设有气浮轴承，当所述承载台相对所述底座移动和旋转时，所述气浮轴承内可用于充正压为所述承载台与所述底座之间提供无摩擦的气浮支撑；当所述承载台完成相对于所述底座的移动和旋转后，所述气浮轴承用于抽真空使得所述承载台吸附在所述底座上。

所述承载台与所述底座之间的气浮轴承固定设置在承载台上或所述底座上。

所述承载对象是掩模版、硅片或者晶圆基底。

本发明利用活动夹紧定位装置和固定辅助夹紧定位装置驱动和夹紧承载对象，进而实现了承载对象的移动，与现有技术中通过承载台的移动来带动承载对象的移动相比，结构更加简单，节约了垂向空间，同时，本发明同时实现了定位和导向的功能，能够保证承载对象的移动是在所需的工位间进行的。提供了一种垂向层次较少、结构较简单，不需要太多垂向空间的掩模台。

附图说明

图1为现有技术中的掩模台的结构示意图；

图2为适用本发明的一实施例提供的掩模台及其工位切换机构的光刻机的结构示意图；

图3为本发明一实施例提供的掩模台的俯视结构示意图；

图4为本发明一实施例提供的掩模台的A-A’剖面结构示意图；

图5为本发明一实施例提供的工位切换机构的俯视结构示意图；

图6为本发明一实施例提供的承载台与承载对象之间的气浮轴承的结构示意图；

图7为本发明另一实施例提供的承载台与承载对象之间的气浮轴承的结构示意图；

图8为采用本发明一实施例中进行承载对象工位切换的流程图；

图中，101-照明系统；102-掩模台；103-投影物镜；104-工件台；105-激光干涉仪；201-单轴调节模块；202-工位来回切换驱动机构；203-承载台；205-承载对象；206-若干工位限位销；207-小图形；208-凸轮随动器；209-大图形；210-底座；301、302-气浮轴承；401-缓冲块；402-夹紧机构；403-上限位滚筒；501、701-正压区域环；502、702-真空区域环；503-正压控制阀；504-真空控制阀。

具体实施方式

以下将结合图2至图8，通过两个实施例对本发明提供的掩模台及其工位切换机构进行详细的描述，其均为本发明一可选的实施例，可以认为本领域的技术人员在不改变本发明的精神和内容的情况下，能够对其进行修改和润色。

实施例1

请参考图2，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105。照明系统101为曝光装置提供曝光光源，掩模台102支撑和定位承载对象(M)，投影物镜提供曝光视场，将承载对象(M)上的图形曝光在硅片上。工件台104承载硅片，为硅片/玻璃基板提供支撑和定位功能。激光干涉仪105为工件台104和掩模台102的精密运动控制提供位置信号。所述承载对象205可以是掩模版、硅片或者晶圆基底。

请参考图3，并结合图4和图5，本实施例提供了一种可工位切换的精密定位掩膜台，包括工位切换装置，所述工位切换装置包括承载台203、在所述承载台之上的活动夹紧定位装置和固定辅助夹紧定位装置，用于实现承载对象205在工位切换时的精确定位。本实施例利用活动夹紧定位装置和固定辅助夹紧定位装置驱动承载对象205，进而实现了承载对象205的移动，与现有技术中通过承载台的移动来带动承载对象的移动相比，结构更加简单，节约了垂向空间，同时，本发明同时实现了定位和导向的功能，能够保证承载对象的移动是在所需的工位间进行的。提供了一种垂向层次较少、结构较简单，不需要太多垂向空间的掩模台。

请参考图3，所述活动夹紧定位装置包括：工位来回切换驱动机构202和夹紧机构204。所述工位来回驱动机构202，至少为2个，至少一个相对承载对象205位于X正方向上，至少一个相对承载对象205位于X负方向上。所述承载对象205通过其在所述承载台203上的水平直线移动实现其在两个工位间的切换，所述工位来回驱动机构202分别可从所述承载对象205的相对的两侧推动所述承载对象205实现所述承载对象5的移动。X方向和Y方向，只是为了说明正交的区别方位。此2方向在非特定情况下可以互换使用。

所述固定辅助夹紧定位装置包括：若干工位限位销206和限位滚筒403。所述若干限位销206设在所述承载对象的移动行程的两端，且所述若干限位销206的位置与所述承载对象205的工位相匹配，也可以认为，当承载对象205移动到所述若干限位销206所限制的位置，恰好就能到达承载对象205的工位。所述限位滚筒403为凸轮随动器，所述凸轮随动器的位置相对所述承载台210固定，且包括一个沿自身轴向旋转的滚子，所述滚子的旋转轴向垂直于所述承载台210，所述滚子与所述承载对象205相切。凸轮随动器的滚子沿着承载对象205转动防止夹紧机构204将承载对象205顶死

所述限位滚筒403配合所述夹紧机构204进行使用，用以引导所述承载对象205始终沿直线移动。

所述工位来回切换驱动机构202和夹紧机构402分别通过设其末端的缓冲块401与所述承载对象205接触，所述缓冲块402的材料硬度比所述承载对象205小，这是为了防止夹紧机构402与工位来回切换驱动机构202将承载对象205顶碎。缓冲块401选用比承载对象205硬度低的材料，如聚氨酯等。为了安全起见在3个缓冲块401和承载对象之间设计了如图5所示的安全距离L1、L2、L3，安全距离L2、L3是指当工位来回切换驱动机构202未做移动，即待在初始位置时其缓冲块401与对应的承载对象205移动行程的一端之间的距离，安全距离L1是指夹紧机构402未做夹紧，即待在初始位置时其末端的缓冲块401与承载对象205之间的距离，在本实施例中，要求L1、L2、L3都大于0。

请参考图4，所述承载台203与所述承载对象205之间设有气浮轴承302，所述气浮轴承302用于抽真空使得所述承载对象205吸附在所述承载台203上，当所述承载对象205相对所述承载台203移动时，所述气浮轴承302内可用于充正压为所述承载台203与所述承载对象205之间提供无摩擦的气浮支撑。

在本实施例中，请参考图6，所述气浮轴承302包括正压区域环501与真空区域环502，所述正压区域环501可用于充正压为所述承载台203与所述承载对象205之间提供无摩擦的气浮支撑，所述真空区域环502用以抽真空使得所述承载对象205吸附在承载台203上，所述气浮轴承302包括若干气浮区域，每个所述气浮区域包括一个正压区域环501与一个真空区域环502，每个所述气浮区域的正压区域环501与所述真空区域环502相邻设置。

所述正压区域环501与一个正压控制阀503连接，所述真空区域环502与一个真空控制阀504连接，所述真空控制阀504用于对所述真空区域环502进行抽真空；当所述承载对象205相对所述承载台203移动时，所述正压控制阀503打开对所述正压区域环501进行充正压；当所述承载对象205完成相对于所述承载台203的移动后，所述正压控制阀503关闭。

请参考图8，在工位切换前，通过正压控制阀503关闭正压区域环501的正压气体，真空控制阀504打开，将承载对象205固定在承载台203上，可将承载对象205上的大图形209定位在曝光区域内。当进行工位切换时，通过正压控制阀503打开正压区域环501的正压气体进行充正压，将承载对象205浮在承载台203上，工位来回切换驱动机构202将承载对象205上的小图形207送至切换位。切换动作结束后，关闭正压区域环501的正压气体，用真空将承载对象205固定在承载台203上，可将承载对象205上的小图形207定位在曝光区域内。小图形曝光完毕后，正压控制阀503打开正压区域环501的正压气体进行充正压，将承载对象205浮在承载台203上，工位来回切换驱动机构202将承载对象205送回至掩模交接位。

请参考图3和图4，本实施例所提供的可工位切换的精密定位掩模台，还包括底座210、水平向微动机构、垂向调节机构(图未示)和本实施例提供的掩模台的工位切换机构，所述工位切换机构设在所述底座210上，且通过所述水平向微动机构调节所述工位切换机构沿所述底座210表面的移动和旋转位置，所述水平向微动机构与所述底座210固定连接，所述底座210设在所述垂向调节机构上，且通过所述垂向调节机构调节所述底座210的位置与倾斜度。在本实施例中，所述水平向微动机构包括三个单轴调节模块201，三个单轴调节模块101固定于底座上，通过微调推动承载台203来调节承载台203的位置，进而实现承载对象205图形区的水平向位置的调节。其与垂向调节机构相配合，为工位切换机构，亦即承载台203提供了六个自由度的精密调节功能。对于本实施例中所提到的垂向调节机构，只要能实现对底座210进行位置与倾斜度调整的机构均可认定为本实施例中所限定的垂向调节机构，本实施例不对其具体的结构进行描述，本领域的技术人员只需要知道其功能就能够显而易见地得到若干实现该功能的技术方案。本实施例中的水平向微动机构和垂向调节机构为掩承载台和承载对象提供了六个自由度的精密调节功能，工位切换机构位于底座210上，为承载对象提供图形区的切换。

请参考图4，所述工位切换机构通过所述承载台203与所述底座210接触，所述承载台203与所述底座210之间设有气浮轴承301，当所述承载台203相对所述底座210移动和旋转时，所述气浮轴承301内可用于充正压为所述承载台203与所述底座210之间提供无摩擦的气浮支撑；所述气浮轴承301用于抽真空使得所述承载台203吸附在所述底座210上。气浮轴承301的结构与气浮轴承302的结构类似。

所述气浮轴承302固定设置在所述承载台203上。所述承载台203与所述底座210之间的气浮轴承301固定设置在承载台203上或所述底座210上。本发明中的气浮轴承302与301可独立制作，制作完成后再将其设在承载台203或底座210上，也可以在制作时就与承载台203或底座210制作成一个整体。

本实施例通过采用活动夹紧定位装置、固定辅助夹紧定位装置与气浮轴承，通过直接驱动承载对象来进行掩模切换，解决了现有技术中工位切换机构在垂向的精度耦合问题，降低了切换前后掩模图形区高度位置误差，并且简化了掩模台的结构，缩小了掩模台的垂向空间，同时也降低了掩模台的装调难度。现有的技术为了使图形切换前后承载对象的竖直向高度变化满足精度需求往往掩模台的装调提出了较高的要求，而本实施例通过气浮轴承进行导向，承载台上的气浮面的精度直接保证了切换前后承载对象的高度误差，降低了装调难度。使用气浮轴承302与301可以避免专利CN 101303532中由于工位切换机构装配应力以及零件变形所造成的位置误差，提高了承载对象205图形区在工位切换前后的高度位置精度。

实施例2

请参考图7，本实施例与实施例1的区别仅仅在于：所述气浮轴承302包括若干气浮区域，每个所述气浮区域包括一个正压区域环701与一个真空区域环702，每个所述气浮区域的正压区域环701环设在所述真空区域环702环的外侧。

综上所述，本发明直接利用两个夹紧机构202推动承载对象，进而实现了承载对象的移动，与现有技术中通过承载台的移动来带动承载对象的移动相比，结构更加简单，节约了垂向空间，同时，本发明利用若干限位销和切换导向装置实现了定位和导向的功能，能够保证承载对象的移动是在所需的工位间进行的。提供了一种垂向层次较少、结构较简单，不需要太多垂向空间的掩模台。

Claims (12)

1.一种可工位切换的精密定位台，其特征在于：包括工位切换装置，所述工位切换装置包括承载台、在所述承载台之上的活动夹紧定位装置和固定辅助夹紧定位装置，用于实现承载对象在工位切换时的精确定位；

所述活动夹紧定位装置包括：X方向上工位来回切换驱动机构和Y方向上夹紧机构；

所述X方向上工位来回切换驱动机构，至少为2个，至少一个相对承载对象位于X正方向上，至少一个相对承载对象位于X负方向上；

所述固定辅助夹紧定位装置包括：X方向上若干工位限位销和Y方向上限位滚筒；

所述X方向上若干工位限位销设在所述承载对象的移动行程的两端，且所述X方向上若干工位限位销的位置与所述承载对象的工位相匹配；

所述Y方向上限位滚筒为凸轮随动器，所述凸轮随动器的位置相对所述承载台固定，且包括一个沿自身轴向旋转的滚子，所述滚子的旋转轴向垂直于所述承载台，所述滚子与所述承载对象相切；

所述Y方向上限位滚筒配合所述Y方向上夹紧机构进行使用，用以引导所述承载对象始终沿直线移动。

2.如权利要求1所述的可工位切换的精密定位台，其特征在于：所述X方向上工位来回切换驱动机构和Y方向上夹紧机构分别通过设其末端的缓冲块与所述承载对象接触，所述缓冲块的材料硬度比所述承载对象小。

3.如权利要求1所述的可工位切换的精密定位台，其特征在于：所述承载台与所述承载对象之间设有气浮轴承。

4.如权利要求3所述的可工位切换的精密定位台，其特征在于：所述气浮轴承包括正压区域与真空区域，所述正压区域可用于充正压为所述承载台与所述承载对象之间提供无摩擦的气浮支撑，所述真空区域用以抽真空使得所述承载对象吸附在承载台上。

5.如权利要求3所述的可工位切换的精密定位台，其特征在于：所述气浮轴承包括若干气浮区域，每个所述气浮区域包括一个正压区域与一个真空区域，每个所述气浮区域的正压区域与所述真空区域相邻设置。

6.如权利要求3所述的可工位切换的精密定位台，其特征在于：所述气浮轴承包括若干气浮区域，每个所述气浮区域包括一个正压区域环与一个真空区域环，每个所述气浮区域的正压区域环设在所述真空区域环的外侧。

7.如权利要求6所述的可工位切换的精密定位台，其特征在于：所述正压区域环与一个正压控制阀连接，所述真空区域环与一个真空控制阀连接，所述真空控制阀用于对所述真空区域环进行抽真空，当所述承载对象相对所述承载台移动时，所述正压控制阀打开对所述正压区域环进行充正压；当所述承载对象完成相对于所述承载台的移动后，所述正压控制阀关闭。

8.如权利要求3所述的可工位切换的精密定位台，其特征在于：所述气浮轴承固定设置在所述承载台上。

9.如权利要求1至8任一所述的可工位切换的精密定位台，其特征在于：还包括底座、水平向微动机构、垂向调节机构，所述工位切换装置设在所述底座上，且通过所述水平向微动机构调节所述工位切换装置沿所述底座表面的移动和旋转位置，所述水平向微动机构与所述底座固定连接，所述底座设在所述垂向调节机构上，且通过所述垂向调节机构调节所述底座的位置与倾斜度。

10.如权利要求9所述的可工位切换的精密定位台，其特征在于：所述工位切换装置通过所述承载台与所述底座接触，当所述承载台相对所述底座移动和旋转时，所述承载台与所述底座之间的气浮轴承用于充正压提供无摩擦的气浮支撑；当所述承载台完成相对于所述底座的移动和旋转后，所述承载台与所述底座之间的气浮轴承用于抽真空使得所述承载台吸附在所述底座上。

11.如权利要求10所述的可工位切换的精密定位台，其特征在于：所述承载台与所述底座之间的气浮轴承，固定设置在承载台下或所述底座上。

12.如权利要求1所述的可工位切换的精密定位台，其特征在于：所述承载对象是掩模版、硅片或者晶圆基底。