CN212433581U - 一种光刻系统及其基片交接系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种光刻系统及其基片交接系统，所述光刻系统包括对位机构、曝光机构和工作台，所述工作台包括至少两个容置槽，所述容置槽用于承载基片，所述对位机构用于对置于所述容置槽的基片进行对位处理，所述曝光机构对置于所述容置槽的基片进行直写曝光处理。所述基片交接系统包括片库、预处理台、中转台、上片机械手、中转机械手，所述上片机械手在所述片库、所述预处理台和所述中转台之间转移基片，所述中转台放置对应于所述工作台放置预处理完成的基片，所述中转机械手同时抓取预处理完成的基片放置于所述工作台。提高曝光，率使整个光刻系统的运行效率达到最大化，显著提高了光刻系统的产能。

Description

一种光刻系统及其基片交接系统

技术领域

本实用新型涉及一种光刻系统，尤其是针对半导体基片的光刻系统及其基片交接系统。

背景技术

光刻系统是用于制作集成电路芯片的重要组成部分，其用于在半导体基片上曝光转印集成电路芯片所需的图形。而集成电路芯片相较于印刷电路板而言，对于光刻系统的定位精度和分辨率等指标要求更高。

目前，半导体材料及特殊陶瓷材料制成的基片实现图形的曝光转印通常利用掩模板，首先在掩模板上制作需要的图形，然后将掩模板置于基片的上方，曝光机构产生的光线通过掩模板透射到基片，从而将掩模板的图像转印到基片上。通过掩模板实现曝光转印的方式，需要根据不同的曝光图形制作不同的掩模板，掩模板精度要求高，制作周期长，且储存条件要求高，导致成本很高。同时，使用掩模板，导致对位效率低，过程复杂，较难实现一次曝光多个基片，且产能无法满足日益增长的应用需求量的提升。

此外，市面上最常见的单片式单台面光刻机由于其每次仅能够完成一个基片的上料与光刻处理，其产能已完全无法满足需求；而新出现的部分双台面的光刻系统，试图通过两个台面的位置交换来提高其生产率，但此类系统在台面位置进行交换时控制方式过于复杂，稳定性难以保障，且系统成本较高，并且每个台面每次也是仅完成单个基片的光刻处理，并不能适应当下的发展趋势。因此，现有技术中需要一种光刻系统实现半导体材料及特殊陶瓷材料的高产能曝光加工。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种光刻系统及基片交接系统，以克服或减少现有光刻系统中存在的上述问题或缺陷。

为实现上述目标，本实用新型采用如下的技术方案：

一种光刻系统，其包括曝光机构和对位机构，所述光刻系统还包括工作台，所述工作台包括至少两个容置槽，所述容置槽用于承载基片，所述对位机构用于对置于所述容置槽的基片进行对位处理，所述曝光机构对置于所述容置槽的基片进行直写曝光处理。

进一步的，所述容置槽呈M行N列的矩阵式排列，所述M和N为自然数。

进一步的，所述M和N为2的倍数。

进一步的，所述工作台替换为M/2行N/2列容置槽工作台，所述M/2行N/2列中单个容置槽的直径为M行N列中容置槽中单个容置槽直径的两倍。

进一步的，所述对位机构包括置于所述工作台上方的对位相机。

进一步的，所述对位机构包括置于所述工作台下方的视觉测试模块。

进一步的，所述曝光机构包括若干个曝光镜头，相邻的所述曝光镜头错位排列。

进一步的，所述工作台包括第一工作台和第二工作台，所述第一工作台和所述第二工作台置于所述曝光机构的两侧，分别移动至曝光机构进行曝光操作。

进一步的，对应于所述第一工作台和所述第二工作台，在所述曝光机构两侧分别设置第一对位机构和第二对位机构，所述第一对位机构用于对所述第一工作台上的基片进行对位，所述第二对位机构对所述第二工作台的基片进行对位。

一种应用于上述光刻系统的基片交接系统，所述基片交接系统包括片库、预处理台、中转台、上片机械手、中转机械手，所述上片机械手在所述片库、所述预处理台和所述中转台之间转移基片，所述中转台放置对应于所述工作台放置预处理完成的基片，所述中转机械手同时抓取预处理完成的基片放置于所述工作台。

一种应用于上述双台面的光刻系统的基片交接系统，所述基片交接系统包括片库、预处理台、中转台、上片机械手、中转机械手，所述上片机械手在所述片库、所述预处理台和所述中转台之间转移基片，所述中转台放置对应于所述工作台放置预处理完成的基片，所述中转机械手同时抓取位于中转台的基片，放置于所述工作台，所述片库、中转台、上片机械手对应于第一工作台和第二工作台对称设置，所述中转机械手在第一工作工作台和第二工作台之间移动。

进一步的，上片机械手包括第一上片机械手和第二上片机械手，所述预处理台位于第一上片机械手和第二上片机械手之间。

与现有技术相比，本实用新型的技术方案通过在工作台上设置多个容置槽承载多个基片同时进行对位曝光，提高曝光效率。在基片交接系统中设置中转台，利用对位曝光时间，预处理多片基片放置于中转台，然后将其同时转移至工作台，使整个光刻系统的运行效率达到最大化，显著提高了光刻系统的产能。

附图说明

图1为本实用新型第一实施例的光刻系统的轴测图。

图2为本实用新型第一实施例的光刻系统的俯视图。

图3为本实用新型第一工作台的示例性俯视图。

图4为本实用新型第一实施例的光刻系统与基片交接系统的分布示意图。

图5为本实用新型第二实施例的光刻系统与基片交接系统的分布示意图

具体实施方式

为使本实用新型的技术方案更加清楚明了，下面将结合附图来描述本实用新型的实施例。应当理解的是，对实施方式的具体说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本实用新型，而不是用于穷举本实用新型的所有可行方式，更不是用于限制本实用新型的具体实施范围。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造、安装及操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本实用新型第一实施例提供一种光刻系统，该光刻系统能够用于对半导体材料及特殊陶瓷材料进行直写式曝光处理。参照图1和图2，图1示出了本实用新型提供的光刻系统的轴测图，图2为光刻系统的俯视图，如图中所示，光刻系统包括大理石底座10、三轴运动组件、工作台（6、17）、龙门机构11、曝光机构12、横梁（5、14）、对位机构（4，16）。其中工作台用于承载半导体材料及特殊陶瓷材料制成的基片，对位机构用于对基片进行对位处理，曝光机构用于对基片进行直写曝光处理。具体地，龙门机构设置于大理石底座的中间位置，曝光机构安装于龙门机构上，曝光机构包括若干曝光镜头，曝光镜头可以设置为单排形式，也可以设置为多排交叠错位排列的形式，多排相交叠的曝光镜头组可以覆盖整个曝光区域，工作台组件一次移动即可完成曝光操作。所述曝光机构包括数字微镜组件，根据曝光图形生成数字图像，然后将数字图像直接曝光至基片，相较于使用掩模更简洁高效。进一步地，工作台包括第一工作台6和第二工作台17，第一工作台和第二工作台分别位于曝光机构的两侧。三轴运动组件包括分别第一运动组件和第二运动组件，第一运动组件具体分为Y轴运动组件9，X轴运动组件8，Z轴组件7，第一工作台6能够依托第一运动组件实现三轴（X、Y、Z）运动，第二运动组件具有相同地配置以使得第二工作台6能够实现三轴（X、Y、Z）运动。优选地，横梁则包括位于龙门机构两侧地第一横梁5和第二横梁14，对位机构包括第一对位机构4和第二对位机构16，其中第一对位机构和第二对位机构分别位于第一工作台和第二工作台的上方，具体地，第一对位机构安装于第一横梁上并能够在第一横梁上左右运动，第二对位机构安装于第二横梁上能够在第二横梁上左右运动，可选的，第一对位机构为第一组上对位相机，第二对位机构为第二组上对位相机，所述的第一组上对位相机和第二组上对位相机不仅能够在直写曝光前对基片的位置进行对准处理，还能够在光刻系统的维保期间用于设备平台的矫正校准。

由前述内容可知，本实用新型所提出的光刻系统整体呈对称式分布，共用一个曝光机构，其具体工作过程可简化描述如下：当装载有基片的第一工作台在曝光机构下方进行直写曝光时，装载有基片的第二台工作台能够在第二横梁下方通过第二对位机构进行对位，当第一工作台上的基片完成直写曝光后退回至上下料位置以完成下料和上料，然后再运动至第一横梁处下方通过第一对位机构进行对位，而与此同时装载有基片的第二工作台运动至曝光机构下方进行曝光，两侧交替进行完成对位和曝光，这样的运行方式能够充分利用一个台面上下料及对位的时间进行另一台面的曝光，使设备不存在空闲等待时间，提高设备的产能，并且对称交替式的进给曝光方式结构简单，不需要台面的交接，简化控制流程，保证设备稳定性。

作为一个优选的实施方式，第一工作台6的主体2上设置有至少两个容置槽3，所述容置槽用于承载基片，优选的，本实施例中容置槽数量M*N个（M为非0自然数，N为大于1的自然数），并且容置槽呈M行*N列的矩阵形式排列。例如，当容置槽为4个时，图3示出此时第一工作台的示例性俯视图，由图中可知，容置槽呈两行两列形式排列，这样能够让台面不至于太宽或者是太长，在直写曝光时不会需要控制某一轴（X轴或Y轴）运动过长的距离，可能导致直写曝光的精度偏差加大，同时也能够节约直写曝光的时间。进一步地，第一对位机构还包括设置于容置槽下方的多组视觉检测模块1，具体的，每个容置槽下方均设有一组视觉检测模块，每组视觉检测模块为2个，其沿容置槽的径向对称分布。每组视觉检测模块用于在直写曝光前确定基片的精确位置，实现数字图形相对于基片的中心对准及旋转。从而使得曝光图形能够准确对应基片尺寸，达到更高精度的曝光效果。本实施方式通过一个工作台设置M*N个容置槽，能够一次装载多块基片，使得多块基片能够一次性曝光完成，进一步提高设备的生产率。在实际应用中，本领域技术人员可以根据实际情况（如基片的尺寸、产能的要求）设置容置槽数量及排列方式。同样的，第二工作台的配置形式与第一工作台相同，此处不再作详细说明。

作为又一改进的实施方式，前述的工作台为可拆卸替换的，具有M行*N列矩阵排列的容置槽的工作台可以替换为装载更大尺寸的基片的工作台，此时，M和N均为2的倍数，该更大尺寸的基片为M行*N列排布的容置槽所能装载的基片直径的2倍，所述替换的工作台设置为M/2行*N/2列矩阵排列的大尺寸容置槽，所述大尺寸容置槽的直径为M行*N列中容置槽中单个容置槽直径的两倍。如图3中的4个容置槽的工作台可替换为仅包括单个大尺寸的容置槽的工作台，相应的，大尺寸容置槽下方也设有沿径向对称分布的两个下对位相机。例如，采用四个容置槽时，装载的基片尺寸为4英寸，而采用单个容置槽时则可以装载8英寸的基片。通过将工作台设为可拆卸替换的形式，能够在不改变光刻系统其他机构的情况下，实现不同尺寸的基片的直写曝光处理。

根据前文所述可知，本实用新型所提供的光刻系统包括位于工作台上方的上对位相机和位于工作台下方的视觉检测模块，其作用在于能够使得基片正反两面曝光时都能够进行标记对位。具体的，由于基片一般仅有一个面上有标记，当曝光有标记的面时，可以通过上对位相机确定标记位置以获取基片的准确位置，然后据此进行直写曝光，而当曝光无标记面时，基片有标记的一面朝下放至在容置槽中，此时可以通过视觉检测模块获取基片的位置信息，从而调整曝光图形的位置，使得基片正反面的图形相吻合。

本实用新型还提供了一种基片交接系统，用于前述光刻系统的基片装载与卸载，以实现基片传输与曝光整个过程的自动化，减少人工成本，提高系统的运行效率。如图4所示，该基片交接系统包括片库、预处理台、上片机械手、中转台、中转机械手24。具体的片库分为多个装有基片的小片盒（26、30），小片盒每层放置一块基片。上片机械手包括第一上片机械手27和第二上片机械手29，多个片盒分布在第一上片机械手和第二上片机械手的相邻两侧，预处理台放置于第一上片机械手和第二上片机械手之间，第一上片机械手负责从两侧的4个片盒26中取出基片，放置到预处理台28上，同样的，第二上片机械手负责从两侧的4个片盒30中取出基片，放置到预处理台28上。预处理台能够对放置其上的基片进行预对位，便于基片下一步的准确放置。进一步地，中转台包括位于第一上片机械手一侧地第一中转台31以及位于第二上片机械手一侧地第二中转台25，当基片预对位完成后，第一上片机械手取走对位完成地基片放置于第二中转台上，第二机械手取走基片则放置于第二中转台上。通过两个上片机械手不间断的进行上片预对位，并转移到中转台上，保证基片供应不间断，避免因预对位基片供应不足而导致系统生产率下降。

作为又一优选地实施方式，第一中转台和第二中转台分别包括相较于片库内的小片盒具有更大尺寸的大片盒（25、31），该大片盒每层能够放置多个基片，其具体能放置的基片数量及放置形式与台面上的容置槽排列方式相匹配，即每层基片按照M行*N列的形式放置。例如，当容置槽为2*2排列时，大片盒每层基片也呈2*2形式排列。进一步地，中转机械手设置于两个中转台与光刻系统地中间位置，能够沿着光刻系统的侧边往复运动。该中转机械手的末端执行器能够一次吸取多个基片，例如，一次吸取大片盒内的4个基片，然后将4个基片放置于第一工作台或第二工作台的容置槽内。具体地，光刻系统大致分为6个工作区间，如图中所示，区间18为第二工作台进行上下料的区域，区间19为第二工作台进行对位区域，对应的区间23为第一工作台进行上下料的区域，区间22为第一工作台进行对位区域，区间20和区间21为两个工作台面分别进行直写曝光时的公共区域。在第一次上料时，第一中转机械手首先运动至第一中转台一侧，从其上的大片盒中的一层中取出M行*N列个基片，然后运动至光刻系统第一工作台上下料位置的附近，将其取出的M行*N列个基片放置于第一工作台上的容置槽内。在连续作业过程中，第一中转机械手需要先运动至第一工作台上下料位置的附近取出容置槽内M行*N列个基片，然后运动至第一中转台一侧将曝光完成的基片放入对应层，此处所说的对应层是指，刚曝光完成的基片是从该对应层取出。第二中转机械手的具体运行方式与第一中转运行机械手基本相似，其主要是在第二工作台的上下料位置附近和第二中转台之间传输基片。

本实用新型提供的基片交接系统，通过设置两个上片机械手完成基片从片库到预处理台再到中转台的传输，再增加两个中转机械手实现基片从中转台到两个工作台之间的传输，能够保证基片供应的连续性，并且由于预对位的时间远小于基片在工作台上进行对位和曝光的时间，所以在中转台处设置大片盒以实现每层承载多块基片，再利用中转机械手一次性取出多片完成上下料和曝光，使整个系统的运行效率达到最大化，显著提高了光刻系统的产能。

作为一种简化的实施方式，图5示出了本实用新型的第二实施例，即单台面光刻系统与基片交接系统的分布示意图。在本示例中，光刻系统仅包括有一个工作台，一个对位机构33和一个曝光机构34，基片交接系统对应仅设置一个中转机械手35，在中转机械手35一侧设置中转台36，中转台一侧设置一个上片机械手37，上片机械手37两侧分布片库38，一侧设置预处理台39。其中工作台、中转机械手35即中转台的具体配置形式与第一实施例相同，此处不再赘述。该单台面光刻系统与现有技术中的单台面系统不同在于，通过中转台36、工作台的多片承载形式，加上中转机械手35的多片转移，能够实现每次完成多块基片的上下料以及曝光。具体曝光步骤为：上片机械手37将基片放置于预处理台39进行预处理；上片机械手37将预处理完成的基片放置于中转台36；中转台35每层放置对应于工作台上容置槽数量的基片；中转机械手35将中转台36单层所有基片转移至工作台，对位机构33对工作台的基片进行对位；曝光机构34对工作台的基片进行曝光；所述中转机械手35自工作台取出曝光完成的基片放置于中转台对应层。

最后需要指出的是，由于文字表达的有限性，上述说明仅是示例性的，并非穷尽性的，本实用新型并不限于所披露的各实施方式，在不偏离上述示例的范围和精神的情况下，对于本领域的技术人员来说还可以作若干改进和修饰，这些改进和修饰也应视为本实用新型的保护范围。因此本实用新型的保护范围应以权利要求为准。

Claims (12)

1.一种光刻系统，其包括曝光机构和对位机构，其特征在于：所述光刻系统还包括工作台，所述工作台包括至少两个容置槽，所述容置槽用于承载基片，所述对位机构用于对置于所述容置槽的基片进行对位处理，所述曝光机构对置于所述容置槽的基片进行直写曝光处理。

2.根据权利要求1所述的光刻系统，其特征在于：所述容置槽呈M行N列的矩阵式排列，所述M和N为自然数。

3.根据权利要求2所述的光刻系统，其特征在于：所述M和N为2的倍数。

4.根据权利要求3所述的光刻系统，其特征在于：所述工作台替换为M/2行N/2列容置槽工作台，所述M/2行N/2列中单个容置槽的直径为M行N列中容置槽中单个容置槽直径的两倍。

5.根据权利要求1所述的光刻系统，其特征在于：所述对位机构包括置于所述工作台上方的对位相机。

6.根据权利要求1所述的光刻系统，其特征在于：所述对位机构包括置于所述工作台下方的视觉测试模块。

7.根据权利要求1所述的光刻系统，其特征在于：所述曝光机构包括若干个曝光镜头，相邻的所述曝光镜头错位排列。

8.根据权利要求1所述的光刻系统，其特征在于：所述工作台包括第一工作台和第二工作台，所述第一工作台和所述第二工作台置于所述曝光机构的两侧，分别移动至曝光机构进行曝光操作。

9.根据权利要求8所述的光刻系统，其特征在于：对应于所述第一工作台和所述第二工作台，在所述曝光机构两侧分别设置第一对位机构和第二对位机构，所述第一对位机构用于对所述第一工作台上的基片进行对位，所述第二对位机构对所述第二工作台的基片进行对位。

10.一种应用于权利要求1-7任一项所述的光刻系统的基片交接系统，其特征在于：所述基片交接系统包括片库、预处理台、中转台、上片机械手、中转机械手，所述上片机械手在所述片库、所述预处理台和所述中转台之间转移基片，所述中转台放置对应于所述工作台放置预处理完成的基片，所述中转机械手同时抓取预处理完成的基片放置于所述工作台。

11.一种应用于权利要求8或9所述的光刻系统的基片交接系统，其特征在于：所述基片交接系统包括片库、预处理台、中转台、上片机械手、中转机械手，所述上片机械手在所述片库、所述预处理台和所述中转台之间转移基片，所述中转台放置对应于所述工作台放置预处理完成的基片，所述中转机械手同时抓取位于中转台的基片，放置于所述工作台，所述片库、中转台、上片机械手对应于第一工作台和第二工作台对称设置，所述中转机械手在第一工作工作台和第二工作台之间移动。

12.根据权利要求11所述的基片交接系统，其特征在于：上片机械手包括第一上片机械手和第二上片机械手，所述预处理台位于第一上片机械手和第二上片机械手之间。

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