专利名称：一种光刻机硅片台双台交换系统的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种光刻机硅片台双台交换系统，该系统应用于半导体光刻机中，属于 半导体制造设备技术领域。
背景技术：
在集成电路芯片的生产过程中，芯片的设计图形在硅片表面光刻胶上的曝光转印 (光刻)是其中最重要的工序之一，该工序所用的设备称为光刻机(曝光机)。光刻机 的分辨率和曝光效率极大的影响着集成电路芯片的特征线宽(分辨率)和生产率。而作
为光刻机关键系统的硅片超精密运动定位系统(以下简称为硅片台)的运动精度和工作 效率，又在很大程度上决定了光刻机的分辨率和曝光效率。
步进扫描投影光刻机基本原理如图1所示。来自光源45的深紫外光透过掩模版47、 透镜系统49将掩模版上的一部分图形成像在硅片50的某个Chip上。掩模版和硅片反 向按一定的速度比例作同步运动，最终将掩模版上的全部图形成像在硅片的特定芯片 (Chip)上。
硅片台运动定位系统的基本作用就是在曝光过程中承载着硅片并按设定的速度和 方向运动，以实现掩模版图形向硅片上各区域的精确转移。由于芯片的线宽非常小(目 前最小线宽已经达到45nm)，为保证光刻的套刻精度和分辨率，就要求硅片台具有极高 的运动定位精度；由于硅片台的运动速度在很大程度上影响着光刻的生产率，从提高生 产率的角度，又要求硅片台的运动速度不断提高。
传统的硅片台，如专利EP0729073和专利US 5996437所描述的，光刻机中只有一 个硅片运动定位单元，即一个硅片台。调平调焦等准备工作都要在上面完成，这些工作 所需的时间很长，特别是对准，由于要求进行精度极高的低速扫描(典型的对准扫描速 度为lmm/s)，因此所需时间很长。而要减少其工作时间却非常困难。这样，为了提高 光刻机的生产效率，就必须不断提高硅片台的步进和曝光扫描的运动速度。而速度的提 高将不可避免导致系统动态性能的恶化，需要采取大量的技术措施保障和提高硅片台的 运动精度，为保持现有精度或达到更高精度要付出的代价将大大提高。
专利W098/40791 (
公开日期1998.9.17;国别荷兰)所描述的结构采用双硅片 台结构，将上下片、预对准、对准等曝光准备工作转移至第二个硅片台上，且与曝光硅 片台同时独立运动。在不提高硅片台运动速度的前提下，曝光硅片台大量的准备工作由 第二个硅片台分担，从而大大縮短了每片硅片在曝光硅片台上的工作时间，大幅度提高 了生产效率。然而该系统存在的主要缺点在于硅片台系统的非质心驱动问题。
本申请人在2003年申请的发明专利"步进投影光刻机双台轮换曝光超精密定位硅 片系统"(专利申请号ZL03156436.4)公开了一种带双侧直线导轨的双硅片台交换结 构，该双硅片台系统在工作空间上不存在重叠，因此不需采用碰撞预防装置。但是该双 硅片台系统也存在一些问题， 一是该系统要求极高的导轨对接精度；二是该系统双侧导 轨只有一侧空间被同时利用，导致该硅片台系统外形尺寸较大，这对于对设备空间利用 率要求较严的半导体芯片厂商而言无疑显得非常重要。三是该系统硅片台交换时需釆用 带驱动装置的桥接装置，从而增加了系统的复杂性。
发明内容
针对现有技术的不足和缺陷，本发明的目的是提供一种光刻机硅片台双台交换系 统，以克服已有硅片台双台交换系统存在非质心驱动、结构复杂以及要求极高的导轨对 接精度等缺点，使其具有结构简单，空间利用率高以及无需对接辅助装置等优点，进而 提高光刻机的曝光效率。
本发明的技术方案如下
一种光刻机硅片台双台交换系统，该系统含有运行于曝光工位的硅片台和运行于预 处理工位的硅片台，所述的两个硅片台设置在一基台上，其特征在于在所述的基台边 缘设置有4个沿X向和Y向运动的双自由度驱动单元，两个硅片台位于4个双自由度
驱动单元围成的空间内，并通过气浮轴承悬浮在基台上表面，所述的每个双自由度驱动 单元包括上直线导轨、下直线导轨和导套，上直线导轨和下直线导轨呈十字安装在导套 中。所述的双自由度驱动单元与硅片台之间通过永磁预载的气浮轴承连接。硅片台实现
X向或Y向的运动是通过一个双自由度驱动单元的上直线导轨对硅片台施加推力或拉 力，另一个相邻驱动单元的下直线导轨跟随硅片台做等速同向同步运动实现。
本发明所述的上直线导轨和下直线导轨中均安装有直线电机和气浮轴承。所述的4 个双自由度驱动单元位于基台边缘的凹槽中。
本发明的技术特征还在于所述的上直线导轨和下直线导轨上均安装有线性光栅，
用于作双自由度驱动单元的位置反馈。
本发明的又一技术特征是该系统还包含用于硅片台运动位置反馈的双频激光干涉仪。
本发明与现有技术相比，具有以下突出性的优点 一是该系统的双自由度驱动单元 与硅片台之间通过带永磁预载或/和真空预载的空气轴承相连，因此避免了采用对接导轨 所带来的要求极高的导轨对接精度，以及需增加对接辅助装置等缺陷，大大简化了系统 结构，二是该系统双台交换采用4个完全相同的2自由度驱动单元实现，系统的复杂性 大大降低。
图1为光刻机的工作原理示意图。
图2为本发明提供的光刻机硅片台双台交换系统及其交换前的状态图。
图3显示了双自由度驱动单元的结构。
图4显示了导套和上直线导轨的结构。
图5硅片台与双自由度驱动单元之间的联接方式
图6显示了交换前两个硅片台运动到交换位置的状态图。
图7显示了交换后两个硅片台在交换位置的状态。
图8显示了系统完成交换后的状态。
图9为硅片台采用激光干涉仪作位置反馈的测量方案。
图中
l一基台；
2—基台上表面； 5 —凹槽；
6— 曝光工位；
7— 预处理工位；
10—曝光工位的硅片台； 12—预处理工位的硅片台；
21— 第一双自由度驱动单元；
22— 第二双自由度驱动单元；
23— 第三双自由度驱动单元；
24— 第四双自由度驱动单元； 30—下直线导轨；
30a—下直线电机定子；
30b—下直线电机动子；
35 —导套；
40—上直线导轨；
40a—上直线电机定子；
40b—上直线电机动子；
45—光源；
47—掩模版；
49一透镜系统；
50—硅片；
60a—下直线导轨侧向闭式预载气浮轴承60b—下直线导轨垂直向永磁预载气浮轴承； 61a—上直线导轨侧向闭式预载气浮轴承 61b—上直线导轨垂直向永磁预载气浮轴承 80—永磁预载或(和)的气浮轴承 100a—上直线导轨线性光栅 100b—下直线导轨线性光栅；
IIO—长行程反射镜； 111一45度弯光镜； 112—上反射镜； 115—双频激光干涉仪。
具体实施例方式
图2显示了光刻机硅片台双台交换系统的结构示意图，该系统含有基台l，运行于 曝光工位6的硅片台10，运行于预处理工位7的硅片台12，以及设置在基台边缘的4 个沿X向和Y向运动的双自由度驱动单元。两个硅片台位于4个双自由度驱动单元围 成的空间内，并通过气浮轴承悬浮在基台上表面。每个双自由度驱动单元包含上直线导 轨40、下直线导轨30和导套35,上直线导轨和下直线导轨呈十字安装在导套中。双自 由度驱动单元与硅片台之间通过永磁预载或/和真空预载的气浮轴80承连接。
图3、 4显示了双自由度驱动单元的结构及气浮轴承的布置。上直线导轨40顶面安 装有线性光栅100a，下直线导轨30中也安装有线性光栅100b，用于双自由度驱动单元 位置反馈。上直线导轨和下直线导轨中均装有直线电机和气浮轴承，直线电机由永磁组 和线圈组成；上直线导轨40中直线电机的线圈作为上直线电机定子40a安装在导套35 中，永磁组作为直线电机动子40b安装在上直线导轨中，驱动硅片台运动。下直线导轨 30中直线电机的永磁组作为该直线电机定子30a安装在基台凹槽5中，与之对应的线圈 作为该直线电机动子30b安装在导套35中。
图3还显示了双自由度驱动单元中气浮轴承的布置位置。上直线导轨和下直线导轨 中安装均安装有气浮轴承。下直线导轨通过下直线导轨侧向闭式预载气浮轴承60a、下 直线导轨垂直向永磁预载气浮轴承60b支撑在基台凹槽5中，上直线导轨中的上直线导 轨侧向闭式预载气浮轴承61a、上直线导轨垂直向永磁预载气浮轴承61b布置在导套35 内侧面和底面，如图3中所示。
图5显示了硅片台与双自由度驱动单元之间的联接方式。二者通过永磁预载的空气 轴承80联接。
如图2、 3、 4所示，硅片台12沿X向的运动通过双自由度驱动单元21中的上直线 导轨40的推动或拉动实现，其相邻的双自由度驱动单元22此时位于该硅片台的侧面，
其下直线导轨30与双自由度驱动单元21中的上直线导轨40作等速同向同步的跟随运 动，此时双自由度驱动单元22中的上直线导轨40的位置保持不变，从而实现硅片台沿 X向运动。硅片台12沿Y向运动通过双自由度驱动单元22中的上直线导轨40的推动 或拉动实现，其相邻的双自由度驱动单元21中的下直线导轨30与双自由度驱动单元22 中的上直线导轨40作等速同向同步的跟随运动，此时双自由度驱动单元21中的上直线 导轨40的位置保持不变，从而实现硅片台沿Y向运动。另外一组双自由度驱动单元23、 24驱动硅片台IO运动的工作原理与上述原理相同。
系统完成硅片台双台交换的过程如图2、图6-8所示。硅片台10和12交换以前， 如图2所示硅片台所处位置作为起始位置，第一双自由度驱动单元21和第二双自由度 驱动单元22中的上直线导轨通过空气轴承80推(拉)动硅片台12在曝光工位6作曝 光运动，与此同时第三双自由度驱动单元23、第四双自由度驱动单元24中的上直线导 轨通过空气轴承80推(拉)动硅片台10在预处理工位7作预处理运动。
在硅片台各自完成预处理和曝光工序后，系统进入双台交换状态，如图6-8所示。 此时第一双自由度驱动单元21通过下直线导轨30运动到曝光工位的硅片台IO的侧面， 第三双自由度驱动单元23通过下直线导轨30运动到预处理工位的硅片台12的侧面， 这样硅片台10由交换前由双自由度驱动单元23、 24驱动变为由双自由度驱动单元21、 24驱动并且由交换前的预处理工位运行至曝光工位；而硅片台12改为由22、 23驱动并 且由交换前的曝光工位运行至预处理工位，从而完成了两个硅片台位置的交换，并开始 下一个循环。图6显示了第一双自由度驱动单元21和第三双自由度驱动单元23侧向移 动前的位置，图7为第一双自由度驱动单元21和第三双自由度驱动单元23侧向移动后 的位置。
图9显示了本发明采用双频激光干涉仪115作为位置反馈的空间布置形式。硅片台 安装有L型的长行程反射镜llO，并安装有一个45度弯光镜111，该弯光镜用以测量硅 片台在竖直方向的微小位移。由于该测量系统与硅片台定位系统在物理上通过隔振装置 隔离，因此本图仅表示双频激光干涉仪的空间布置。本测量方案可对每个硅片台在空间 的6个自由度进行高精度测量并实现最终位置反馈。
权利要求
1.一种光刻机硅片台双台交换系统，该系统含有运行于曝光工位(6)的硅片台(10)和运行于预处理工位(7)的硅片台(12)，所述的两个硅片台设置在一基台(1)上，其特征在于在所述的基台边缘设置有4个沿X向和Y向运动的双自由度驱动单元，两个硅片台位于4个双自由度驱动单元围成的空间内，并通过气浮轴承悬浮在基台上表面；所述的每个双自由度驱动单元包括上直线导轨(40)、下直线导轨(30)和导套(35)，上直线导轨和下直线导轨呈十字安装在导套中；所述的双自由度驱动单元与硅片台之间通过永磁预载或/和真空预载的气浮轴承(80)连接；硅片台实现X向或Y向的运动是通过一个双自由度驱动单元的上直线导轨对硅片台施加推力或拉力，另一个相邻驱动单元的下直线导轨跟随硅片台做等速同向同步运动实现。
2. 按照权利要求1所述的一种光刻机硅片台双台交换系统，其特征在于所述的上直线 导轨和下直线导轨中均安装有直线电机和气浮轴承；上直线导轨40中直线电机的线圈作为上 直线电机定子(40a)安装在导套(35)中，永磁组作为直线电机动子(40b)安装在上直线 导轨中，驱动硅片台运动；下直线导轨(30)中直线电机的永磁组作为该直线电机定子G0a) 安装在基台凹槽(5)中，与之对应的线圈作为该直线电机动子(30b)安装在导套(35)中。
3. 按照权利要求1或2所述的一种光刻机硅片台双台交换系统，其特征在于所述的4 个双自由度驱动单元位于基台边缘的凹槽(5)中。
4. 按照权利要求3所述的一种光刻机硅片台双台交换系统，其特征在于在所述的上直 线导轨和下直线导轨上分别安装有用于作双自由度驱动单元位置反馈的线性光栅(100a、 聽)
5. 按照权利要求1所述的一种光刻机硅片台双台交换系统，其特征在于该系统还包含 用于硅片台运动位置反馈的双频激光干涉仪(115)。
全文摘要
一种光刻机硅片台双台交换系统，该系统含有运行于曝光工位的硅片台和运行于预处理工位的硅片台，两个硅片台设置在一基台上，在基台边缘设置有4个沿X向和Y向运动的双自由度驱动单元，两个硅片台位于4个双自由度驱动单元围成的空间内，并通过气浮轴承悬浮在基台上表面；每个双自由度驱动单元包括上、下直线导轨和导套，上直线导轨安装在导套中；两个双自由度驱动单元相互配合驱动硅片台实现X向或Y向的运动。本发明避免了采用对接导轨所带来的要求极高的导轨对接精度，以及需增加对接辅助装置等缺陷，大大简化了系统结构，二是该系统双台交换采用4个完全相同的两自由度驱动单元实现，系统的复杂性大大降低。
文档编号H01L21/027GK101101454SQ20071011927
公开日2008年1月9日 申请日期2007年7月19日 优先权日2007年7月19日
发明者尹文生, 鸣 张, 徐登峰, 煜 朱, 广 李, 段广洪, 汪劲松, 贾松涛 申请人:清华大学