CN2932619Y - 高精度硅片台 - Google Patents

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齐芊枫
李正贤
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Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Shanghai Micro and High Precision Mechine Engineering Co Ltd
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Abstract

本实用新型涉及高精度硅片台，包括自下而上依次连接的气浮支座、调平机构、平面电机、簧片，簧片的上方为一方镜，方镜的上表面设有一用来放置硅片的吸盘；方镜由至少三个方镜支柱支撑，方镜支柱的底部设置在调平机构的上表面；气浮支座与方镜之间还设有电涡流传感器；调平机构包括至少三个沿周向均布的调平执行器，方镜支柱与所述的调平执行器对应设置；方镜上分别设有对准标记板和反射激光束的镜面。利用本实用新型可使硅片在工作台上同时具有六个自由度，实现硅片的精确定位，确保硅片的垂向精度为50nm以内，水平精度在10nm以内，从而大幅度提高半导体设备的制造精度。

Description

高精度硅片台
技术领域
本实用新型涉及半导体设备制造领域，涉及一种硅片台，具体地说，是一种高精度硅片台。
背景技术
传统的硅片台结构大多采用接触式的导轨基座，运动摩擦阻力较大，发热量较高，动、静摩擦系数很难保持一致，运行及反应速度较慢，运行精度不高，低速情况下还会出现爬行现象。这种传统的硅片台结构已根本无法满足硅片处在高速或高加速度下的高精度定位问题，在很大程度上影响了半导体设备的制造精度，也因此而阻碍了半导体制造业的发展。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种高精度硅片台，可使硅片在工作台上同时具有六个自由度，实现硅片在工件台上的精确定位，保证硅片的垂向精度为50nm以内，水平精度在10nm以内，从而大幅度提高半导体设备的制造精度。
本实用新型的目的是这样实现的：高精度硅片台，其实质性特点在于，包括自下而上依次连接的气浮支座、调平机构、平面电机、簧片，簧片的上方为一方镜，方镜的上表面设有一用来放置硅片的吸盘；
所述的方镜由至少三个方镜支柱支撑，方镜支柱的底部设置在所述调平机构的上表面；所述的气浮支座与方镜之间还设有电涡流传感器；
所述的调平机构包括至少三个沿周向均布的调平执行器，所述的方镜支柱与所述的调平执行器对应设置；
所述的方镜上分别设有对准标记板和反射激光束的镜面。
上述的高精度硅片台，其中，所述的三个调平执行器在气浮支座和方镜之间呈三角形布置，它们可以沿垂向调节并操纵方镜，使其相对于气浮支座的Rx、Ry和Z方向运动。
上述的高精度硅片台，其中，所述的三个电涡流传感器在硅片台上与所述的三个调平执行器之间呈相互倒置的三角形布置。
上述的高精度硅片台，其中，所述的吸盘与方镜之间呈真空状态，方镜的中部设有一圆形凹槽，吸盘通过真空吸附在方镜的圆形凹槽内。
上述的高精度硅片台，其中，所述的簧片为叶片状的柔性弹簧。
上述的高精度硅片台，其中，所述的平面电机包括至少三个高精度洛仑兹电机；其中一个沿X轴方向运动，另两个沿Y轴方向运动。
上述的高精度硅片台，其中，所述方镜上的反射镜面设置在其前面和左面，用以测量方镜在X、Y、Rx、Ry、Rz方向的位置。
上述的高精度硅片台，其中，所述的对准标记板设置在位于真空吸盘外围的方镜上表面。
本实用新型高精度硅片台由于采用了上述的技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：
1、由于本实用新型运用气浮支座作为支撑，运动摩擦阻力极小，发热量极低；动、静摩擦系数几乎一致，运行及反应速度快；运行精度高，低速情况下无爬行现象，可确保硅片在高速、高加速度下的高精度定位问题。
2、本实用新型由于采用电涡流传感器作为硅片台调平的测量传感器，在不影响精度的前提下安装和更换均容易。
3、由于本实用新型驱动电机经由柔性簧片机构驱动方镜，因而，可有效地减少电机处于加速或减速情况下对方镜的所造成的冲击，确保运行精度。
4、由于本实用新型的吸盘是通过真空吸附在方镜上，因此，拆卸非常方便。
5、由于本实用新型采用洛仑兹电机驱动，可进一步提高硅片台的运动精度。
6、由于本实用新型方镜上设置的对准标记板为其精确定位提供了基准，设置的反射镜面，为硅片台的旋转提供测量基准。
附图说明
通过以下对本实用新型高精度硅片台的一实施例结合其附图的描述，可以进一步理解其实用新型的目的、具体结构特征和优点。其中，附图为：
图1为本实用新型高精度硅片台的整体剖视结构示意图；
图2为图1的俯视结构示意图。
附图中：
1-气浮支座；2-调平机构；21-调平执行器；3-平面电机；4-簧片；5-方镜；51-方镜上表面的圆形凹槽；6-吸盘；7-方镜立柱；8-电涡流传感器；9-对准标记板 10-反射镜面。
具体实施方式
如图1、2所示的高精度硅片台，包括自下而上依次连接的气浮支座1、调平机构2、平面电机3、簧片4，簧片4的上方为一方镜5，方镜5的上表面设有一用来放置硅片的吸盘6。
本实用新型运用双刚度气浮支座1作为基座，用其隔离机架振动，并降低运动摩擦，消除基座平台的制造误差，保证扫描运动的速度稳定性。此外，还可防止加速过程的倾覆力矩造成的微量位移对气浮导轨造成的剪切压力。以克服硅片在高速、高加速度下的高精度定位问题。气浮支座1的特点是：运动摩擦阻力极小，发热量极低；动、静摩擦系数几乎一致，运行及反应速度快；运行精度高，低速无爬行。
本实用新型的调平机构2包括至少三个沿周向均布的调平执行器21，三个调平执行器21在气浮支座1和方镜5之间沿垂向调节并操纵方镜5，相对于气浮支座1的Rx、Ry和Z方向呈三角形布置。
方镜5由至少三个方镜支柱7支撑，方镜支柱7的底部设置在调平机构2的上表面；本实施例中，调平机构2与方镜5之间对应设有三个方镜支柱7，方镜支柱7与调平执行器21对应设置；方镜5通过方镜支柱7传递运动，它也是一个柔性块，可以提供缓冲，防止硅片台在失控时损坏方镜5。
本实用新型还包括作为硅片台调平的测量传感器-设置在气浮支座与方镜之间的电涡流传感器8，用电涡流传感器8作为硅片台调平的测量传感器，在不影响精度的前提下安装和更换容易。三个电涡流传感器8在硅片台上与三个调平执行器21之间呈相互倒置的三角形布置。
本实用新型用来放置硅片的吸盘6由Zerodur材料制成，吸盘6与方镜5之间呈真空状态，方镜5的中部设有一圆形凹槽51，吸盘6通过真空吸附在方镜5的圆形凹槽51内，使用时可方便地从方镜5上取下。
由zerodur材料制成的方镜5设置在硅片台的上表面，主要是支撑硅片和提供精确的对准标记。方镜5上分别设有对准标记板9和反射激光束的镜面10。反射激光束的镜面10分别设置在方镜5的左面和后面，可以测量方镜5的X、Y、Rx、Ry、Rz的位置。
平面电机3包括至少三个高精度洛仑兹电机；其中一个沿X轴方向运动，另两个沿Y轴方向运动。设置在平面电机3与方镜5之间的簧片4为叶片状的柔性弹簧。平面电机3经由柔性簧片4机构驱动方镜，因而，可有效地减少平面电机3处在加速或减速情况下对方镜5所造成的冲击，确保硅片台的运行精度。
设置在位于真空吸盘6外围的方镜5上表面的对准标记板9，为硅片台的精确定位提供了定位基准；设置在方镜5的前面和左面的反射镜面10，用以测量方镜5的所在位置，同时，也为硅片台的旋转提供了测量基准。
上述结构，可以实现硅片在工件台的精确定位，保证硅片的垂向精度为50nm以内，水平精度在10nm以内。
其作用机理大致如下：
由金属圆盘构成的气浮支座1“漂浮”在大理石平台上，通过双向气浮轴承使得大理石和气浮支座1之间有一个恒定的距离，也为调平机构2、方镜5提供了底座，保证了整个硅片台整体在水平方向运动的稳定性。
设置在气浮支座1和方镜5之间的三个调平执行器21采用音圈电机控制，沿垂向调节并通过方镜支柱7操纵方镜5，相对于气浮支座1的Rx，Ry和Z方向(高度和倾斜)呈三角形布置。三个电涡流传感器8测量气浮支座1和方镜5之间的距离变化量。利用这套调焦调平系统，可以实现亚微米级的调节。
平面电机3由三个小的高精度的小范围运动的洛仑兹电机组成。其中一个沿X轴运动，另两个沿Y轴运动(Y1，Y2)。组合在一起就可以在小范围内沿X，Y和Rz工作。马达的磁铁部分固定在硅片台上，线圈固定在长行程电机动子上，可实现水平精确定位。
簧片4是一个叶片状弹簧，利用该簧片4实现平面电机3和调平机构2之间柔性连接，为调平机构2提供阻尼，从而提高硅片台的水平精度。

Claims (8)

1、高精度硅片台，其特征在于，包括自下而上依次连接的气浮支座、调平机构、平面电机、簧片，簧片的上方为一方镜，方镜的上表面设有一用来放置硅片的吸盘；
所述的方镜由至少三个方镜支柱支撑，方镜支柱的底部设置在所述调平机构的上表面；所述的气浮支座与方镜之间还设有电涡流传感器；
所述的调平机构包括至少三个沿周向均布的调平执行器，所述的方镜支柱与所述的调平执行器对应设置；
所述的方镜上分别设有对准标记板和反射激光束的镜面。
2、如权利要求1所述的高精度硅片台，其特征在于，所述的三个调平执行器在气浮支座和方镜之间呈三角形布置，它们可以沿垂向调节并操纵方镜，使其相对于气浮支座的Rx、Ry和Z方向运动。
3、如权利要求1所述的高精度硅片台，其特征在于，所述的三个电涡流传感器在硅片台上与所述的三个调平执行器之间呈相互倒置的三角形布置。
4、如权利要求1所述的高精度硅片台，其特征在于，所述的吸盘与方镜之间呈真空状态，方镜的中部设有一圆形凹槽，吸盘通过真空吸附在方镜的圆形凹槽内。
5、如权利要求1所述的高精度硅片台，其特征在于，所述的簧片为叶片状的柔性弹簧。
6、根据权利要求1所述的高精度硅片台，其特征在于，所述的平面电机包括至少三个高精度洛仑兹电机；其中一个沿X轴方向运动，另两个沿Y轴方向运动。
7、如权利要求1所述的高精度硅片台，其特征在于，所述方镜上的反射镜面设置在其前面和左面，用以测量方镜在X、Y、Rx、Ry、Rz方向的位置。
8、如权利要求1所述的高精度硅片台，其特征在于，所述的对准标记板均布于真空吸盘外围的方镜上表面。
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