專利名稱：光刻機(jī)硅片臺雙臺交換系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括兩個用于保持硅片的平臺的光刻設(shè)備，特別涉及一種設(shè)置有 旋轉(zhuǎn)交換橋的光刻設(shè)備，屬于半導(dǎo)體裝備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在集成電路芯片的生產(chǎn)過程中，芯片的設(shè)計圖形在硅片表面光刻膠上的曝光轉(zhuǎn)印 (光刻)是其中最重要的工序之一，該工序所用的設(shè)備稱為光刻機(jī)(曝光機(jī))。光刻機(jī)的分 辨率和曝光效率極大的影響著集成電路芯片的特征線寬(分辨率)和生產(chǎn)率。而作為光刻 機(jī)關(guān)鍵系統(tǒng)的硅片超精密運(yùn)動定位系統(tǒng)(以下簡稱為硅片臺)的運(yùn)動精度和工作效率，又 在很大程度上決定了光刻機(jī)的分辨率和曝光效率。步進(jìn)掃描投影光刻機(jī)基本原理如圖1所示。來自光源45的深紫外光透過掩模 版47、透鏡系統(tǒng)49將掩模版上的一部分圖形成像在硅片50的某個Chip上。掩模版和硅 片反向按一定的速度比例作同步運(yùn)動，最終將掩模版上的全部圖形成像在硅片的特定芯片 (Chip)上。硅片臺運(yùn)動定位系統(tǒng)的基本作用就是在曝光過程中承載著硅片并按設(shè)定的速度 和方向運(yùn)動，以實(shí)現(xiàn)掩模版圖形向硅片上各區(qū)域的精確轉(zhuǎn)移。由于芯片的線寬非常小(目 前最小線寬已經(jīng)達(dá)到45nm)，為保證光刻的套刻精度和分辨率，就要求硅片臺具有極高的運(yùn) 動定位精度；由于硅片臺的運(yùn)動速度在很大程度上影響著光刻的生產(chǎn)率，從提高生產(chǎn)率的 角度，又要求硅片臺的運(yùn)動速度不斷提高。圖2為現(xiàn)有技術(shù)中光刻機(jī)的硅片支撐平臺的結(jié)構(gòu)示意圖。硅片支撐平臺包括粗動 模塊18和微動模塊20。粗動模塊18和微動模塊20均包括靜止部分、可移動部分和驅(qū)動 部分。連接到基臺30的是粗動模塊18的靜止部分8。粗動模塊18的可移動部分相對于 靜止部分是可移動的。連接到粗動模塊18的可移動部分10的是微動模塊20的靜止部分 12。微動模塊20的可移動部分14相對于靜止部分12是可移動的。硅片臺16連接到微動 模塊20的可移動部分14。硅片臺16配置用于支撐硅片W，硅片W并非所述硅片支撐平臺 的一部分。這里“靜止部分”是相對可移動部分而言的，“靜止部分”本身也可以是可移動 的。粗動模塊的驅(qū)動電機(jī)公知的可以為直線電機(jī)等，微動模塊的驅(qū)動電機(jī)公知的可以為平 面電機(jī)、音圈電機(jī)等。傳統(tǒng)的硅片臺，如專利EP 0729073和專利US 5996437所描述的，光刻機(jī)中只有一 個硅片運(yùn)動定位單元，即一個硅片臺。調(diào)平調(diào)焦等準(zhǔn)備工作都要在上面完成，這些工作所 需的時間很長，特別是對準(zhǔn)，由于要求進(jìn)行精度極高的低速掃描(典型的對準(zhǔn)掃描速度為 lmm/s)，因此所需時間很長。而要減少其工作時間卻非常困難。這樣，為了提高光刻機(jī)的生 產(chǎn)效率，就必須不斷提高硅片臺的步進(jìn)和曝光掃描的運(yùn)動速度。而速度的提高將不可避免 導(dǎo)致系統(tǒng)動態(tài)性能的惡化，需要采取大量的技術(shù)措施保障和提高硅片臺的運(yùn)動精度，為保 持現(xiàn)有精度或達(dá)到更高精度要付出的代價將大大提高。專利W098/40791(
公開日期1998.9. 17 ；國別荷蘭)所描述的結(jié)構(gòu)采用雙硅片臺結(jié)構(gòu)，將上下片、預(yù)對準(zhǔn)、對準(zhǔn)等曝光準(zhǔn)備工作轉(zhuǎn)移至第二個硅片臺上，且與曝光硅片臺 同時獨(dú)立運(yùn)動。在不提高硅片臺運(yùn)動速度的前提下，曝光硅片臺大量的準(zhǔn)備工作由第二個 硅片臺分擔(dān)，從而大大縮短了每片硅片在曝光硅片臺上的工作時間，大幅度提高了生產(chǎn)效 率。然而該系統(tǒng)存在的主要缺點(diǎn)在于硅片臺系統(tǒng)的非質(zhì)心驅(qū)動問題。本申請人在2009年申請的發(fā)明專利“一種光刻機(jī)硅片臺雙臺交換裝置”(公開號 CN201364459)公開了一種光刻機(jī)的雙臺交換系統(tǒng)，其有結(jié)構(gòu)簡單，空間利用率高以及無需 對接輔助裝置等優(yōu)點(diǎn)。但是該雙硅片臺系統(tǒng)也存在一些問題，在基臺下方安裝旋轉(zhuǎn)電機(jī)，結(jié) 構(gòu)復(fù)雜，交換時整個基臺被旋轉(zhuǎn)，由于基臺上裝有X、Y向直線電機(jī)以及粗動臺、微動臺等， 轉(zhuǎn)動慣量大，電機(jī)功率大，不易精確控制和定位，另外也容易受到線纜等輔助裝置的影響。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種設(shè)置旋轉(zhuǎn)交換橋的光刻機(jī) 硅片臺雙臺交換系統(tǒng)，以克服已有硅片臺雙臺交換系統(tǒng)存在非質(zhì)心驅(qū)動、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、要求極 高的導(dǎo)軌對接精度、轉(zhuǎn)動慣量大等缺點(diǎn)，使其具有結(jié)構(gòu)簡單，空間利用率高，電機(jī)功率小，轉(zhuǎn) 動慣量小，無需導(dǎo)軌對接裝置等優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)而提高光刻機(jī)的曝光效率。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種光刻機(jī)硅片臺雙臺交換系統(tǒng)，該系統(tǒng)含有運(yùn)行于曝光 工位的硅片臺和運(yùn)行于預(yù)處理工位的硅片臺，所述的兩個硅片臺設(shè)置在一基臺上，其特征 在于在所述的基臺下層設(shè)置有一個旋轉(zhuǎn)電機(jī)；運(yùn)行于曝光工位的硅片臺和運(yùn)行于預(yù)處理 工位的硅片臺在分別完成曝光和預(yù)處理工作后，旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動基臺上的兩硅片臺同步逆時 針旋轉(zhuǎn)180°，從而實(shí)現(xiàn)兩硅片臺的工位交換。在交換過程中，基臺固定不動。本發(fā)明所述基臺兩側(cè)長邊邊緣X方向分別設(shè)置有兩條直線電機(jī)定子磁鋼，由X方 向運(yùn)動的第一單自由度驅(qū)動單元和第二單自由度驅(qū)動單元共用第一直線電機(jī)定子磁鋼；所 述由X方向運(yùn)動的第三單自由度驅(qū)動單元和第四單自由度驅(qū)動單元共用第二直線電機(jī)定 子磁鋼；Y方向第一導(dǎo)軌分別與χ方向運(yùn)動的第一單自由度驅(qū)動單元和第三單自由度驅(qū)動 單元聯(lián)結(jié)，共同驅(qū)動第一硅片臺在X-Y平面運(yùn)動；Y方向第二導(dǎo)軌分別與X方向運(yùn)動的第二 單自由度驅(qū)動單元和第四單自由度驅(qū)動單元聯(lián)結(jié)，共同驅(qū)動第二硅片臺在X-Y平面運(yùn)動； 所述在基臺周圍分別布置有測量X方向位移的雙頻激光干涉儀，測量Y方向位移的雙頻激 光干涉儀。本發(fā)明的技術(shù)特征還在于旋轉(zhuǎn)電機(jī)的輸出軸穿過基臺，輸出軸末端連接交換橋， 交換橋包括交換橋主體，交換橋主體兩側(cè)分別設(shè)置鎖緊裝置，兩鎖緊裝置分別對應(yīng)兩硅片 支撐平臺的微動臺的可移動部分。本發(fā)明的又一技術(shù)特征是所述鎖緊裝置可相對交換橋主體伸出和縮回。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下突出的優(yōu)點(diǎn)該系統(tǒng)在基臺下層設(shè)有旋轉(zhuǎn)電機(jī)， 旋轉(zhuǎn)電機(jī)僅驅(qū)動微動臺可移動部分和硅片臺旋轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)兩個硅片臺的工位交換，基臺并 不旋轉(zhuǎn)，因此避免了大的轉(zhuǎn)動慣量和大功率電機(jī)，省去導(dǎo)軌對接裝置等，大大簡化了系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)，同時交換簡單易控，操作方便。


圖1為光刻機(jī)的工作原理示意圖。
圖2為現(xiàn)有技術(shù)中光刻機(jī)的硅片支撐平臺的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明提供的光刻機(jī)硅片臺雙臺交換系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明提供的光刻機(jī)硅片臺雙臺交換前的俯視圖。圖5為本發(fā)明提供的光刻機(jī)硅片臺雙臺交換后的俯視圖。圖中2-預(yù)處理工位；3-曝光工位；9. 1-第一直線電機(jī)定子磁鋼；9. 2_第二直線 電機(jī)定子磁鋼；4-第一單自由度驅(qū)動單元；；5-第二單自由度驅(qū)動單元；6-第三單自由 度驅(qū)動單元；7-第四單自由度驅(qū)動單元；11. 1-測量X方向位移的第一雙頻激光干涉儀、 11. 2-測量X方向位移的第二雙頻激光干涉儀；8-粗動模塊的靜止部分；10-粗動模塊的 可移動部分；12-微動模塊的靜止部分；14-微動模塊的可移動部分；16. 1-第一硅片臺； 16. 2-第二硅片臺；18-粗動模塊；20-微動模塊；13. 1_測量Y方向位移的雙頻激光干涉儀； 13. 2-測量Y方向位移的雙頻激光干涉儀；15. I-Y方向第一導(dǎo)軌；15. 2-Y方向第二導(dǎo)軌； 30-基臺；40-交換橋主體；41-旋轉(zhuǎn)電機(jī)；42-旋轉(zhuǎn)電機(jī)的輸出軸；43. 1_第一鎖緊裝置； 43. 2第二鎖緊裝置；45-光源；47-掩模版；49-透鏡系統(tǒng)；50-硅片。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖來具體說明本發(fā)明光刻機(jī)硅片臺雙臺交換裝置。圖2為硅片支撐平臺的結(jié)構(gòu)示意圖，硅片支撐平臺包括粗動模塊18和微動模塊 20。粗動模塊18和微動模塊20均包括靜止部分、可移動部分和驅(qū)動部分。連接到基臺30 的是粗動模塊18的靜止部分8。粗動模塊18的可移動部分相對于靜止部分是可移動的。 連接到粗動模塊18的可移動部分10的是微動模塊20的靜止部分12。微動模塊20的可移 動部分14相對于靜止部分12是可移動的。圖3顯示了本發(fā)明硅片臺雙臺交換的結(jié)構(gòu)示意圖，兩硅片支撐平臺的微動臺的可 移動部分分別連接第一硅片臺16. 1和第二硅片臺16. 2，兩硅片支撐平臺的粗動臺的靜止 部分分別連接基臺30。基臺30下層設(shè)置一旋轉(zhuǎn)電機(jī)41，旋轉(zhuǎn)電機(jī)41的輸出軸42穿過基 臺30，旋轉(zhuǎn)電機(jī)輸出軸末端連接交換橋，交換橋包括交換橋主體40，交換橋主體40兩側(cè)分 別設(shè)置第一鎖緊裝置43. 1和第二鎖緊裝置43. 2，兩鎖緊裝置分別對應(yīng)兩硅片支撐平臺的 微動臺的可移動部分14。交換時，兩硅片支撐平臺運(yùn)動到交換橋的兩側(cè)，兩鎖緊裝置分別鎖 緊兩硅片支撐平臺的微動臺的可移動部分，旋轉(zhuǎn)電機(jī)41帶動旋轉(zhuǎn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸42、交換橋及 兩可移動部分和第一硅片臺16. 1和第二硅片臺16. 2逆時針精確旋轉(zhuǎn)180°，精確定位后第 一鎖緊裝置43. 1和第二鎖緊裝置43. 2解鎖，完成交換。而硅片支撐平臺的其它部分，如粗 動臺及微動臺的靜止部分，以及基臺30均固定不動。其中第一鎖緊裝置43. 1和第二鎖緊 裝置43. 2可相對于交換橋主體40伸出和縮回，以避免與硅片支撐平臺發(fā)生干涉，并節(jié)約空 間。鎖緊裝置公知的可以為真空吸附軸承等。圖4顯示本發(fā)明光刻機(jī)硅片臺雙臺交換前俯視圖，基臺30，一個預(yù)處理工位2，一 個曝光工位3。第一硅片臺16. 1運(yùn)行于預(yù)處理工位2，第二硅片臺16. 2運(yùn)行于曝光工位3。 基臺30兩側(cè)長邊邊緣X方向分別設(shè)置有兩條直線電機(jī)定子磁鋼，即第一直線電機(jī)定子磁鋼 9. 1和第二直線電機(jī)定子磁鋼9. 2，由X方向運(yùn)動的第一單自由度驅(qū)動單元4和第二單自由 度驅(qū)動單元5共用第一直線電機(jī)定子磁鋼9. 1，相同的，由X方向運(yùn)動的第三單自由度驅(qū)動 單元6和第四單自由度驅(qū)動單元7共用第二直線電機(jī)定子磁鋼9. 2 ；Y方向第一導(dǎo)軌15. 1穿過硅片支撐平臺并驅(qū)動第一硅片臺16. 1沿Y方向運(yùn)動，并且Y方向第一導(dǎo)軌15. 1分別 與X方向運(yùn)動的第一單自由度驅(qū)動單元4和第三單自由度驅(qū)動單元6聯(lián)結(jié)，共同驅(qū)動第一 硅片臺16. 1在X-Y平面運(yùn)動，相同的，Y方向?qū)к?5. 2穿過另一硅片支撐平臺并驅(qū)動硅片 臺16. 2沿Y方向運(yùn)動，并且Y方向第二導(dǎo)軌15. 2分別與X方向運(yùn)動的第二單自由度驅(qū)動 單元5和第四單自由度驅(qū)動單元7聯(lián)結(jié)，共同驅(qū)動第二硅片臺16. 2在X-Y平面運(yùn)動；基臺 30周圍分別布置有測量X方向位移的第一雙頻激光干涉儀11. 1和測量X方向位移的第二 雙頻激光干涉儀11. 2，以及測量Y方向位移的第一雙頻激光干涉儀13. 1和測量Y方向位移 的第一雙頻激光干涉儀13. 2。硅片支撐平臺底部裝有真空預(yù)載氣浮軸承，基臺30上表面為導(dǎo)向面，Y方向?qū)к?從硅片支撐平臺內(nèi)部貫穿，Y方向?qū)к壣习惭b有直線電機(jī)定子磁鋼，線圈作為直線電機(jī)動子 安裝在硅片支撐平臺上，在硅片支撐平臺兩個內(nèi)側(cè)垂直面裝有閉式預(yù)載氣浮軸承來約束Y 方向?qū)к壟c硅片臺沿Y方向的相對運(yùn)動。單自由度驅(qū)動單元的底部均裝有直線電機(jī)線圈動子和真空預(yù)載氣浮軸承，第一直 線電機(jī)定子磁鋼定子9. 1和第二直線電機(jī)定子磁鋼9. 2分別安裝在基臺30長邊兩側(cè)。第 一單自由度驅(qū)動單元4和第三單自由度驅(qū)動單元6與Y方向第一導(dǎo)軌15. 1聯(lián)接，驅(qū)動第一 硅片臺16. 1沿X-Y平面運(yùn)動。第二單自由度驅(qū)動單元5和第四單自由度驅(qū)動單元7與Y 方向第二導(dǎo)軌15. 2聯(lián)接，驅(qū)動第二硅片臺16. 2沿X-Y平面運(yùn)動。圖5顯示本發(fā)明光刻機(jī)硅片臺雙臺交換后俯視圖。交換后，原來在曝光工位3的 第二硅片臺16. 2連同微動臺可移動部分轉(zhuǎn)移到預(yù)處理工位2，進(jìn)行下片等處理；原來在預(yù) 處理工位2的第一硅片臺16. 1連同微動臺可移動部分轉(zhuǎn)移到曝光工位3，進(jìn)行曝光處理。 交換時其它部分，如粗動臺、基臺、微動臺靜止部分、測量裝置等均固定不動。
權(quán)利要求
1.一種光刻機(jī)硅片臺雙臺交換系統(tǒng)，該交換系統(tǒng)包括運(yùn)行于預(yù)處理工位O)的第一硅 片臺(16. 1)和運(yùn)行于曝光工位(3)的第二硅片臺(16. 2)，所述兩個硅片臺設(shè)置在一基臺 (30)上，其特征在于在所述的基臺(30)下層設(shè)置有一個旋轉(zhuǎn)電機(jī)(41)，運(yùn)行于曝光工位 (3)的第二硅片臺(16.2)和運(yùn)行于預(yù)處理工位O)的第一硅片臺(16. 1)在分別完成曝光 和預(yù)處理工作后，旋轉(zhuǎn)電機(jī)Gl)驅(qū)動基臺(30)上的兩硅片臺(16. 1,16. 2)同步逆時針旋 轉(zhuǎn)180°，從而實(shí)現(xiàn)兩硅片臺的工位交換，在交換過程中，基臺(30)固定不動。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種光刻機(jī)硅片臺雙臺交換系統(tǒng)，其特征在于所述基臺 (30)兩側(cè)長邊邊緣X方向分別設(shè)置有兩條直線電機(jī)定子磁鋼(9. 1、9.2)，由X方向運(yùn)動 的第一單自由度驅(qū)動單元(4)和第二單自由度驅(qū)動單元( 共用第一直線電機(jī)定子磁鋼 (9. 1)；所述由X方向運(yùn)動的第三單自由度驅(qū)動單元(6)和第四單自由度驅(qū)動單元(7)共用 第二直線電機(jī)定子磁鋼(9.2) ；Y方向第一導(dǎo)軌(15. 1)分別與X方向運(yùn)動的第一單自由度 驅(qū)動單元(4)和第三單自由度驅(qū)動單元(6)聯(lián)結(jié)，共同驅(qū)動第一硅片臺(16. 1)在X-Y平面 運(yùn)動；Y方向第二導(dǎo)軌(15. 2)分別與X方向運(yùn)動的第二單自由度驅(qū)動單元( 和第四單自 由度驅(qū)動單元(7)聯(lián)結(jié)，共同驅(qū)動第二硅片臺(16. 2)在X-Y平面運(yùn)動；所述在基臺(30)周 圍分別布置有測量X方向位移的雙頻激光干涉儀(11. 1、11. 2)，測量Y方向位移的雙頻激光 干涉儀(13. 1、13. 2)。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的一種光刻機(jī)硅片臺雙臺交換系統(tǒng)，其特征在于旋轉(zhuǎn)電 機(jī)Gl)的輸出軸0 穿過基臺(30)，輸出軸0 末端連接交換橋，交換橋包括交換橋主 體(40)，交換橋主體00)兩側(cè)分別設(shè)置鎖緊裝置1,43.幻，兩鎖緊裝置分別對應(yīng)兩硅 片支撐平臺的微動臺的可移動部分(14)。
4.按照權(quán)利要求3所述的一種光刻機(jī)硅片臺雙臺交換系統(tǒng)，其特征在于兩鎖緊裝置 (43. 1,43. 2)相對于交換橋主體^))伸出和縮回。
全文摘要
光刻機(jī)硅片臺雙臺交換系統(tǒng)，該系統(tǒng)含有基臺，運(yùn)行于預(yù)處理工位硅片臺，運(yùn)行于曝光工位的硅片臺。在基臺下方裝有旋轉(zhuǎn)電機(jī)，在兩硅片臺完成預(yù)處理和曝光運(yùn)動后，旋轉(zhuǎn)硅片臺，以完成硅片臺工位的交換，交換時基臺固定不動。本發(fā)明避免了大慣量的基臺旋轉(zhuǎn)，電機(jī)功率要求低，同時省去要求極高的導(dǎo)軌對接裝置和輔助裝置，大大簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，同時操作簡單方便，易控制。
文檔編號G03F7/20GK102141739SQ201110082729
公開日2011年8月3日 申請日期2011年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月1日
發(fā)明者張鳴, 徐登峰, 朱煜, 汪勁松, 陳亞英 申請人:清華大學(xué)