專利名稱：過梁式單/雙導(dǎo)軌雙驅(qū)步進(jìn)掃描雙工件臺(tái)交換裝置與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體制造裝備技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及一種過梁式單/雙導(dǎo)軌雙驅(qū)步進(jìn)掃描雙工件臺(tái)交換裝置與方法。
背景技術(shù)：
光刻技術(shù)是通過曝光的方法將掩模版上的圖形轉(zhuǎn)移到涂覆于硅片表面的光刻膠上，利用后續(xù)的顯影、刻蝕等技術(shù)將光刻膠上的圖形轉(zhuǎn)移到硅片上。光刻機(jī)是光刻技術(shù)中重要的超精密系統(tǒng)型工程設(shè)備之一，其整體性能對(duì)于整個(gè)光刻工藝具有非常重要的作用。工件臺(tái)的主要作用是在高速和高加速度的條件下承載晶圓實(shí)現(xiàn)納米級(jí)定位，完成光刻過程中的上下片、預(yù)對(duì)準(zhǔn)、對(duì)準(zhǔn)等工序，同時(shí)與掩模臺(tái)配合完成曝光動(dòng)作。工件臺(tái)技術(shù)對(duì)于提高光刻機(jī)分辨率、套刻精度和產(chǎn)率具有至關(guān)重要的作用。產(chǎn)率是光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的主要追求目標(biāo)之一。為了提高產(chǎn)率，避免頻繁更換晶圓，目前晶圓直徑從150m、200mm逐步增加到目前的300mm。在晶圓直徑增大的同時(shí)，工件臺(tái)的運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)加速度也進(jìn)行了相應(yīng)的提高。工件臺(tái)的運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)加速度的提高對(duì)納米級(jí)定位提出更大的考驗(yàn)，對(duì)整體性能造成很大影響。為了進(jìn)一步提高產(chǎn)率，從減小對(duì)準(zhǔn)測(cè)量的時(shí)間出發(fā)，有人提出雙工件臺(tái)技術(shù)，即在工件臺(tái)上設(shè)定曝光工位和預(yù)對(duì)準(zhǔn)工位，兩個(gè)硅片臺(tái)分別位于曝光工位和預(yù)對(duì)準(zhǔn)工位，采用這種方式實(shí)現(xiàn)預(yù)對(duì)準(zhǔn)和曝光的同時(shí)進(jìn)行。荷蘭ASML公司的Twir^can系統(tǒng)是國(guó)際上最早提出的雙工件臺(tái)系統(tǒng)，基于Twir^can 技術(shù)(即雙工件臺(tái)技術(shù))光刻機(jī)也是目前最具有代表性的雙工件臺(tái)光刻機(jī)。采用雙工件臺(tái)技術(shù)可以很大的提高光刻機(jī)的運(yùn)行效率，提高產(chǎn)率。不同的公司采用不同的實(shí)現(xiàn)方法。雙臺(tái)專利W098/40791中，每個(gè)硅片臺(tái)結(jié)構(gòu)中有兩個(gè)可交換配合的單元來實(shí)現(xiàn)雙臺(tái)的交換，實(shí)現(xiàn)預(yù)處理和曝光的同時(shí)獨(dú)立工作，提高了生產(chǎn)效率。但是由于硅片臺(tái)與導(dǎo)軌采用耦合連接方式，在交換過程中硅片臺(tái)與驅(qū)動(dòng)單元會(huì)存在短暫的分離，對(duì)硅片臺(tái)的定位精度造成影響。 專利US2001/0004105A1中，采用雙臺(tái)交換技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在不提高硅片臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度的前提下提高了產(chǎn)率，但由于硅片臺(tái)與導(dǎo)軌之間也采用耦合連接方式，同樣在換臺(tái)過程中同樣會(huì)出現(xiàn)硅片臺(tái)與驅(qū)動(dòng)單元的短暫分離，影響硅片臺(tái)的定位精度。同時(shí)運(yùn)動(dòng)單元和導(dǎo)軌較長(zhǎng)，運(yùn)動(dòng)質(zhì)量較大，對(duì)于運(yùn)動(dòng)速度和加速度的提高都產(chǎn)生不良影響。專利CN101231471A中，采用H型驅(qū)動(dòng)單元與過渡承接裝置上的摩擦輪對(duì)接，以避免導(dǎo)軌對(duì)接精度問題，但是硅片臺(tái)在換臺(tái)時(shí)需要等待驅(qū)動(dòng)單元與摩擦輪完成對(duì)接后才可進(jìn)行換臺(tái)操作，對(duì)產(chǎn)率帶來很大影響。專利 CN1828427A中，在預(yù)處理工位設(shè)置了一個(gè)X向?qū)к?，曝光工位設(shè)置有兩個(gè)X向?qū)к?，?shí)現(xiàn)兩個(gè)工位的并行工作，但由于驅(qū)動(dòng)單元固定在基座上，在硅片臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)有較大力傳遞到基座上，對(duì)整體帶來不良影響。上述方案中，換臺(tái)時(shí)都沒有考慮換臺(tái)時(shí)導(dǎo)向驅(qū)動(dòng)單元的運(yùn)動(dòng)對(duì)效率的影響。從換臺(tái)節(jié)拍上考慮都采用五節(jié)拍形式，即在換臺(tái)過程中，兩個(gè)硅片臺(tái)需要停留一段時(shí)間使得抓卡裝置完成交換，從而完成換臺(tái)工作。在對(duì)產(chǎn)率要求越來越高的情況下，抓卡裝置的交換時(shí)間也會(huì)對(duì)產(chǎn)率產(chǎn)生很大的影響。專利CN101201555中，利用傳送帶和對(duì)接滑塊完成換臺(tái)過程，運(yùn)動(dòng)節(jié)拍少，操作維護(hù)簡(jiǎn)單，但傳送帶機(jī)構(gòu)和對(duì)接滑塊固定在基臺(tái)上，因此在換臺(tái)過程中，會(huì)有較大的力作用在基臺(tái)上，對(duì)整體動(dòng)態(tài)性能影響較大。專利CN1485694中，利用Y向直線電機(jī)和直線導(dǎo)軌的對(duì)接完成換臺(tái)操作，但由于基臺(tái)中間的間隙過大而引入橋接裝置，使得運(yùn)動(dòng)節(jié)拍增加，增加了換臺(tái)時(shí)間，同時(shí)X向直線電機(jī)磁鋼部分固定在基臺(tái)上，換臺(tái)時(shí)運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)會(huì)對(duì)基臺(tái)產(chǎn)生較大的反作用力，進(jìn)而影響整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。專利 CN101770181中利用置換單元的對(duì)接完成換臺(tái)工作，但其導(dǎo)向裝置固定在基臺(tái)上，在換臺(tái)運(yùn)動(dòng)中，運(yùn)動(dòng)部件會(huì)對(duì)基臺(tái)產(chǎn)生較大的反作用力，進(jìn)而影響整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。因此目前的雙臺(tái)方案有待改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種過梁式單/雙導(dǎo)軌雙驅(qū)步進(jìn)掃描雙工件臺(tái)交換裝置與方法，通過XY雙向雙導(dǎo)軌同時(shí)驅(qū)動(dòng)硅片臺(tái)做曝光運(yùn)動(dòng)，有效的改善因?yàn)閱螌?dǎo)軌兩端驅(qū)動(dòng)時(shí)因驅(qū)動(dòng)力偏差引起的導(dǎo)軌扭矩，進(jìn)而有效改善該扭轉(zhuǎn)引起的位置偏差和形變偏差，提高硅片臺(tái)曝光運(yùn)動(dòng)的精度；同時(shí)，本發(fā)明采用一體化設(shè)計(jì)方案，避免了現(xiàn)有雙工件臺(tái)交換過程中抓卡和換卡動(dòng)作和節(jié)拍，整個(gè)交換過程只需要三個(gè)節(jié)拍，大大縮短了雙臺(tái)交換所需要的時(shí)間，提高了光刻機(jī)的生產(chǎn)效率。本發(fā)明的技術(shù)方案如下—種過梁式單/雙導(dǎo)軌雙驅(qū)步進(jìn)掃描雙工件臺(tái)交換方法，該方法的三節(jié)拍步驟是在雙工件臺(tái)交換以前，處于預(yù)處理工位的第一硅片臺(tái)由Y方向第一直線運(yùn)動(dòng)單元卡持， 而處于曝光工位的第二硅片臺(tái)由Y方向第二、三直線運(yùn)動(dòng)單元共同卡持；在曝光運(yùn)動(dòng)結(jié)束以后，第一節(jié)拍γ方向第二直線運(yùn)動(dòng)單元與第二硅片臺(tái)分離，并同時(shí)分別向基臺(tái)邊緣運(yùn)動(dòng)，其中Y方向第三直線運(yùn)動(dòng)單元最終與Y方向第四直線運(yùn)動(dòng)單元對(duì)齊組成組合導(dǎo)軌，同時(shí)處于預(yù)處理工位的第一硅片臺(tái)在Y方向第一直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的帶動(dòng)下，開始向基臺(tái)邊緣運(yùn)動(dòng)，與Y方向第二直線運(yùn)動(dòng)單元對(duì)齊，組成一組合導(dǎo)軌，在整個(gè)節(jié)拍過程中，硅片臺(tái)運(yùn)動(dòng)無停頓；第二節(jié)拍第一、二硅片臺(tái)分別沿兩條Y方向組合導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，與硅片臺(tái)無接觸的 Y方向第二直線運(yùn)動(dòng)單元的直線電機(jī)動(dòng)子滑塊向基臺(tái)邊緣運(yùn)動(dòng)，為硅片臺(tái)留出足夠的運(yùn)動(dòng)空間，與硅片臺(tái)無接觸的Y方向第三直線運(yùn)動(dòng)單元的直線電機(jī)動(dòng)子滑塊向基臺(tái)中間位置運(yùn)動(dòng)，為下一步抓卡硅片臺(tái)做準(zhǔn)備，第一、二硅片運(yùn)動(dòng)中穿越第一、二過梁式穿越Y(jié)方向直線運(yùn)動(dòng)單元，并跨越組合導(dǎo)軌對(duì)接部位；第三節(jié)拍第一、二硅片臺(tái)分別在Y方向第二、四直線運(yùn)動(dòng)單元的帶動(dòng)下，沿X方向運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，Y方向第三直線運(yùn)動(dòng)單元做與第一硅片臺(tái)相對(duì)方向的運(yùn)動(dòng)，與硅片臺(tái)無接觸的Y方向第三直線運(yùn)動(dòng)單元的直線電機(jī)動(dòng)子滑塊同時(shí)向硅片臺(tái)運(yùn)動(dòng)，直至靠近并卡持，整個(gè)過程中，硅片臺(tái)運(yùn)動(dòng)無停頓；至此，交換過程完成，曝光和預(yù)處理工序開始；在曝光和預(yù)處理工序結(jié)束后，硅片臺(tái)作與上述運(yùn)動(dòng)過程相逆的運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)的換臺(tái)過程。一種過梁式單/雙導(dǎo)軌雙驅(qū)步進(jìn)掃描雙工件臺(tái)交換裝置，該裝置含有設(shè)置在同一基臺(tái)上的運(yùn)行于預(yù)處理工位的第一硅片臺(tái)和運(yùn)行于曝光工位的第二硅片臺(tái)，在所述的基臺(tái)四個(gè)邊緣部位分別設(shè)置4個(gè)Y方向第一、第二、第三、第四直線運(yùn)動(dòng)單元，在基臺(tái)對(duì)稱的兩側(cè)部位上各設(shè)置1個(gè)X方向第一、第二直線運(yùn)動(dòng)單元，在基臺(tái)中間部位設(shè)置有2個(gè)沿X方向的下底面高過第一、第二硅片臺(tái)工作面的過梁式第一、第二直線運(yùn)動(dòng)單元；所述的第一、第二硅片臺(tái)在基臺(tái)上的4個(gè)Y方向第一、第二、第三、第四直線運(yùn)動(dòng)單元與X方向第一、第二直線運(yùn)動(dòng)單元所圍成的平面內(nèi)做X-Y運(yùn)動(dòng)，并與基臺(tái)表面共同構(gòu)成氣浮軸承和導(dǎo)向面；所述的4 個(gè)Y方向第一、第二、第三、第四直線運(yùn)動(dòng)單元通過X方向第一、第二直線運(yùn)動(dòng)單元可以實(shí)現(xiàn)沿X方向運(yùn)動(dòng)，且通過其自身的Y方向直線運(yùn)動(dòng)單元的直線電機(jī)動(dòng)子共同實(shí)現(xiàn)硅片臺(tái)的X 方向或Y方向的運(yùn)動(dòng)；4個(gè)Y方向第一、第二、第三、第四直線運(yùn)動(dòng)單元均包括Y方向直線電機(jī)和Y方向氣浮導(dǎo)軌，其中Y方向直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的直線電機(jī)定子為永磁組結(jié)構(gòu)，Y方向直線運(yùn)動(dòng)單元滑塊的直線電機(jī)動(dòng)子為線圈結(jié)構(gòu)，Y方向氣浮導(dǎo)軌安裝在Y方向直線運(yùn)動(dòng)單元導(dǎo)軌的直線電機(jī)定子和Y方向直線運(yùn)動(dòng)單元滑塊的直線電機(jī)動(dòng)子之間；每個(gè)直線電機(jī)包括一個(gè)定子部分、一個(gè)或兩個(gè)動(dòng)子部分；永磁組布置方式為臥式或立式；2個(gè)X方向第一、第二直線運(yùn)動(dòng)單元均包括直線電機(jī)和氣浮軸承，其中X方向直線運(yùn)動(dòng)單元導(dǎo)軌的直線電機(jī)定子為永磁組結(jié)構(gòu)，X方向直線運(yùn)動(dòng)單元滑塊的直線電機(jī)動(dòng)子為線圈結(jié)構(gòu)，氣浮軸承安裝在X方向直線運(yùn)動(dòng)單元導(dǎo)軌的直線電機(jī)定子和X方向直線運(yùn)動(dòng)單元滑塊的直線電機(jī)動(dòng)子之間；每個(gè)直線電機(jī)包括一個(gè)定子和兩個(gè)動(dòng)子；永磁組布置方式為臥式或立式；2個(gè)過梁式第一、第二直線運(yùn)動(dòng)單元均包括直線電機(jī)和氣浮軸承，其中直線運(yùn)動(dòng)單元導(dǎo)軌的直線電機(jī)定子為永磁組結(jié)構(gòu)，直線運(yùn)動(dòng)單元滑塊的直線電機(jī)動(dòng)子為線圈結(jié)構(gòu)，氣浮軸承安裝在直線運(yùn)動(dòng)單元導(dǎo)軌的直線電機(jī)定子和直線運(yùn)動(dòng)單元滑塊的直線電機(jī)動(dòng)子之間；每個(gè)直線電機(jī)包括一個(gè)定子和兩個(gè)動(dòng)子；永磁組布置方式為是臥式或立式；Y方向直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的直線電機(jī)定子一端與X方向直線運(yùn)動(dòng)單元滑塊的直線電機(jī)動(dòng)子之一剛性聯(lián)接；Y方向直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的直線電機(jī)定子另一端與直線運(yùn)動(dòng)單元滑塊的直線電機(jī)動(dòng)子之一剛性聯(lián)接；X方向直線運(yùn)動(dòng)單元導(dǎo)軌的直線電機(jī)定子和直線運(yùn)動(dòng)單元的導(dǎo)軌的直線電機(jī)定子均與基臺(tái)(1)剛性聯(lián)接；所述的第一、第二硅片臺(tái)X方向兩側(cè)面各有抓卡機(jī)構(gòu)；所述的4個(gè)Y方向第一、第二、第三、第四直線運(yùn)動(dòng)單元均含有可控制加緊或松開的抓卡機(jī)構(gòu)，與第一、第二硅片臺(tái)側(cè)面的抓卡機(jī)構(gòu)配合；所述的抓卡機(jī)構(gòu)是電磁吸附結(jié)構(gòu)或由抓卡滑塊組成的機(jī)械式結(jié)構(gòu)。本發(fā)明與現(xiàn)有方法和裝置相比具有如下創(chuàng)新點(diǎn)和突出優(yōu)點(diǎn)1、本裝置實(shí)現(xiàn)了平行過梁式三節(jié)拍換臺(tái)。工件臺(tái)與Y向氣浮導(dǎo)軌套及直線電機(jī)動(dòng)子固聯(lián)在一起，在換臺(tái)過程中沒有抓卡動(dòng)作和換卡動(dòng)作，三個(gè)節(jié)拍即可完成兩工件臺(tái)位置的交換，比現(xiàn)有雙工件臺(tái)交換方案節(jié)省兩個(gè)節(jié)拍；同時(shí)交換過程中第一節(jié)拍導(dǎo)軌靠邊接軌和第三節(jié)拍導(dǎo)軌向工作位運(yùn)動(dòng)兩個(gè)動(dòng)作均是Y向?qū)к墐啥穗p導(dǎo)軌雙驅(qū)方式，驅(qū)動(dòng)力大，且被驅(qū)動(dòng)體，即Y向?qū)к?小于Y向全程的1/ 和工件臺(tái)，質(zhì)量和慣量小，驅(qū)動(dòng)速度快，綜合上述技術(shù)優(yōu)勢(shì)，本方案的換臺(tái)時(shí)間可顯著短于現(xiàn)有方法和裝置方案，這是本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)之一；2、提出過梁式雙工件臺(tái)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案。將兩個(gè)氣浮導(dǎo)軌和直線電機(jī)平行安置于梁上，兩組G個(gè)^向氣浮導(dǎo)軌滑套和直線電機(jī)動(dòng)子與之配合安裝。在曝光時(shí)，曝光位工件臺(tái)與兩X向氣浮導(dǎo)軌與直線電機(jī)構(gòu)成步進(jìn)掃描系統(tǒng)；預(yù)處理位工件臺(tái)與另兩X向氣浮導(dǎo)軌與直線電機(jī)構(gòu)成預(yù)處理系統(tǒng)。在兩工件臺(tái)交換位置時(shí)，兩系統(tǒng)的對(duì)應(yīng)氣浮導(dǎo)軌和直線電機(jī)迅速滑向基臺(tái)邊緣，在梁下，組成兩條貫穿Y向基臺(tái)Y方向邊緣的長(zhǎng)氣浮導(dǎo)軌和直線電機(jī)。兩工件臺(tái)在梁下分別沿兩氣浮導(dǎo)軌和直線電機(jī)滑向?qū)γ?，并與兩工作位置上的兩組Y向氣浮導(dǎo)軌構(gòu)成新的曝光系統(tǒng)和預(yù)處理系統(tǒng)。該結(jié)構(gòu)方案可保證作為兩工件臺(tái)導(dǎo)向和支承面的基臺(tái)平臺(tái)形成一個(gè)整體工作面，有利于兩工件臺(tái)交換和工作時(shí)的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性和連續(xù)性，同時(shí)有利于提高平衡沖擊和振動(dòng)的整體特性和雙工件臺(tái)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)剛度。這是本方案的創(chuàng)新點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)之二。3、提出Y向運(yùn)動(dòng)單元的一體化結(jié)構(gòu)方案。將工件臺(tái)與其中一個(gè)Y向氣浮導(dǎo)軌和直線電機(jī)動(dòng)子相固聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了硅片臺(tái)和Y向氣浮導(dǎo)軌和直線電機(jī)的一體化設(shè)計(jì)，使結(jié)構(gòu)更緊湊，結(jié)構(gòu)剛度顯著提高，有利于控制特性的提升。這既可明顯提升兩工件臺(tái)在換臺(tái)時(shí)長(zhǎng)行程驅(qū)動(dòng)的速度，而且使曝光過程中的步進(jìn)和掃描速度顯著提升。綜合上述技術(shù)優(yōu)勢(shì)，本方案可使單片加工周期較現(xiàn)有方法和裝置明顯縮短，這是本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)與顯著優(yōu)點(diǎn)之三；4、提出曝光硅片臺(tái)在X向和Y向均為雙導(dǎo)軌和雙驅(qū)的結(jié)構(gòu)方案。在雙工件臺(tái)交換工作位置時(shí)，采用雙導(dǎo)軌和雙直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的方式，可發(fā)揮雙驅(qū)和雙導(dǎo)軌方式驅(qū)動(dòng)力大、角剛度大、干擾力矩小等優(yōu)勢(shì)，既可提高驅(qū)動(dòng)速度，又可改善曝光運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性和穩(wěn)定性；在曝光步進(jìn)掃描運(yùn)動(dòng)時(shí)，采用雙導(dǎo)軌和雙直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，可集驅(qū)動(dòng)力大、角剛度大、整體結(jié)構(gòu)剛度大、干擾力矩小以及被驅(qū)動(dòng)體質(zhì)量和慣量小等諸多優(yōu)勢(shì)于一體，不僅有利于換臺(tái)速度提升，曝光步進(jìn)掃描速度提升，而且有利于曝光步進(jìn)掃描精度的提升。(而預(yù)處理運(yùn)動(dòng)的硅片臺(tái)在Y方向則由一個(gè)Y向?qū)к墛A持，是因?yàn)轭A(yù)處理運(yùn)動(dòng)相對(duì)于曝光運(yùn)動(dòng)，所需要的運(yùn)動(dòng)精度和運(yùn)動(dòng)速度都小一些。)這是本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)之四。


圖1為光刻機(jī)的工作原理示意圖。圖2為本發(fā)明總體結(jié)構(gòu)意圖。圖3為本發(fā)明4個(gè)Y方向直線運(yùn)動(dòng)單元結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明2個(gè)X方向直線運(yùn)動(dòng)單元結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明2個(gè)過梁式直線運(yùn)動(dòng)單元結(jié)構(gòu)示意圖。圖6、圖7、圖8圖9為換臺(tái)流程示意圖。圖10為本發(fā)明中實(shí)施例2的工件臺(tái)結(jié)構(gòu)示意中1、基臺(tái)；2、基臺(tái)上表面；6、預(yù)處理工位；7、曝光工位；11、第一硅片臺(tái)；12、第二硅片臺(tái)；20a、Y方向直線運(yùn)動(dòng)單元導(dǎo)軌，包括直線電機(jī)定子；20b、Y方向直線運(yùn)動(dòng)單元滑塊，包括直線電機(jī)動(dòng)子；20bl、20b2、20cl、20c2、抓夾滑塊；21、Y方向第一直線運(yùn)動(dòng)單元；22、Y方向第二直線運(yùn)動(dòng)單元；23、Y方向第三直線運(yùn)動(dòng)單元；24、Y方向第四直線運(yùn)動(dòng)單元；30a、X 方向直線運(yùn)動(dòng)單元導(dǎo)軌，包括直線電機(jī)定子；30b、30c、X方向直線運(yùn)動(dòng)單元滑塊，包括直線電機(jī)動(dòng)子；31、X方向第一直線運(yùn)動(dòng)單元；32、X方向第二直線運(yùn)動(dòng)單元；40a、40b、直線運(yùn)動(dòng)單元導(dǎo)軌，包括直線電機(jī)定子；40(、40(1、406、4(^、直線運(yùn)動(dòng)單元滑塊，包括直線電機(jī)動(dòng)子； 41、過梁式第一直線運(yùn)動(dòng)單元；42、過梁式第二直線運(yùn)動(dòng)單元；44、透鏡系統(tǒng)；45、光源；47、 掩模版；50、硅片；
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)描述。實(shí)施方式1一種過梁式單/雙導(dǎo)軌雙驅(qū)步進(jìn)掃描雙工件臺(tái)交換裝置，該裝置含有設(shè)置在同一基臺(tái)1上的運(yùn)行于預(yù)處理工位6的第一硅片臺(tái)11和運(yùn)行于曝光工位7的第二硅片臺(tái)12，在所述的基臺(tái)1四個(gè)邊緣部位分別設(shè)置4個(gè)Y方向第一、第二、第三、第四直線運(yùn)動(dòng)單元21， 22，23，M，在基臺(tái)1對(duì)稱的兩側(cè)部位上各設(shè)置1個(gè)X方向第一、第二直線運(yùn)動(dòng)單元31，32，在基臺(tái)1中間部位設(shè)置有2個(gè)沿X方向的下底面高過第一、第二硅片臺(tái)11，12工作面的過梁式第一、第二直線運(yùn)動(dòng)單元41，42 ；所述的第一、第二硅片臺(tái)11，12在基臺(tái)1上的4個(gè)Y方向第一、第二、第三、第四直線運(yùn)動(dòng)單元21，22，23，M與X方向第一、第二直線運(yùn)動(dòng)單元31， 32所圍成的平面內(nèi)做X-Y運(yùn)動(dòng)，并與基臺(tái)1表面共同構(gòu)成氣浮軸承和導(dǎo)向面；所述的4個(gè) Y方向第一、第二、第三、第四直線運(yùn)動(dòng)單元21，22，23，24通過X方向第一、第二直線運(yùn)動(dòng)單元31，32可以實(shí)現(xiàn)沿X方向運(yùn)動(dòng)，且通過其自身的Y方向直線運(yùn)動(dòng)單元的直線電機(jī)動(dòng)子20b 共同實(shí)現(xiàn)硅片臺(tái)的X方向或Y方向的運(yùn)動(dòng)；4個(gè)Y方向第一、第二、第三、第四直線運(yùn)動(dòng)單元21，22，23，24均包括Y方向直線電機(jī)和Y方向氣浮導(dǎo)軌，其中Y方向直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的直線電機(jī)定子20a為永磁組結(jié)構(gòu)，Y方向直線運(yùn)動(dòng)單元滑塊的直線電機(jī)動(dòng)子20b為線圈結(jié)構(gòu)， Y方向氣浮導(dǎo)軌安裝在Y方向直線運(yùn)動(dòng)單元導(dǎo)軌的直線電機(jī)定子20a和Y方向直線運(yùn)動(dòng)單元滑塊的直線電機(jī)動(dòng)子20b之間；每個(gè)直線電機(jī)包括一個(gè)定子部分、一個(gè)或兩個(gè)動(dòng)子部分； 永磁組布置方式為臥式或立式；2個(gè)X方向第一、第二直線運(yùn)動(dòng)單元31，32均包括直線電機(jī)和氣浮軸承，其中X方向直線運(yùn)動(dòng)單元導(dǎo)軌的直線電機(jī)定子30a為永磁組結(jié)構(gòu)，X方向直線運(yùn)動(dòng)單元滑塊的直線電機(jī)動(dòng)子30b，30c為線圈結(jié)構(gòu)，氣浮軸承安裝在X方向直線運(yùn)動(dòng)單元導(dǎo)軌的直線電機(jī)定子30a和X方向直線運(yùn)動(dòng)單元滑塊的直線電機(jī)動(dòng)子30b，30c之間；每個(gè)直線電機(jī)包括一個(gè)定子和兩個(gè)動(dòng)子；永磁組布置方式為臥式或立式；2個(gè)過梁式第一、第二直線運(yùn)動(dòng)單元41，42均包括直線電機(jī)和氣浮軸承，其中直線運(yùn)動(dòng)單元導(dǎo)軌的直線電機(jī)定子 40a,40b為永磁組結(jié)構(gòu)，直線運(yùn)動(dòng)單元滑塊的直線電機(jī)動(dòng)子40c，40d，40e，40f為線圈結(jié)構(gòu)， 氣浮軸承安裝在直線運(yùn)動(dòng)單元導(dǎo)軌的直線電機(jī)定子40a，40b和直線運(yùn)動(dòng)單元滑塊的直線電機(jī)動(dòng)子40c，40d，40e，40f之間；每個(gè)直線電機(jī)包括一個(gè)定子和兩個(gè)動(dòng)子；永磁組布置方式為是臥式或立式；Y方向直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的直線電機(jī)定子20a —端與X方向直線運(yùn)動(dòng)單元滑塊的直線電機(jī)動(dòng)子30b，30c之一剛性聯(lián)接；Y方向直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的直線電機(jī)定子20a另一端與直線運(yùn)動(dòng)單元滑塊的直線電機(jī)動(dòng)子40c，40d，40e，40f之一剛性聯(lián)接；X方向直線運(yùn)動(dòng)單元導(dǎo)軌的直線電機(jī)定子30a和直線運(yùn)動(dòng)單元的導(dǎo)軌的直線電機(jī)定子40a，40b均與基臺(tái) 1剛性聯(lián)接；所述的第一、第二硅片臺(tái)(11，12)x方向兩側(cè)面各有抓卡機(jī)構(gòu)；所述的4個(gè)Y方向第一、第二、第三、第四直線運(yùn)動(dòng)單元(21，22，23，24)均含有可控制加緊或松開的抓卡機(jī)構(gòu)，與第一、第二硅片臺(tái)11，12側(cè)面的抓卡機(jī)構(gòu)配合；所述的抓卡機(jī)構(gòu)是電磁吸附結(jié)構(gòu)或由抓卡滑塊20131，2(^2，20(；1，2(^2組成的機(jī)械式結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)完成硅片臺(tái)雙臺(tái)交換的過程如圖2、6、7、8所示。第一、二硅片臺(tái)11、12交換以前，如圖2所示硅片臺(tái)所處位置為初始位置，其中第一硅片臺(tái)11由Y方向第一直線運(yùn)動(dòng)單元21夾持，第二硅片臺(tái)12由Y方向第二、三直線運(yùn)動(dòng)單元22、23共同夾持，并依據(jù)上述原理做X和Y方向運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)曝光和預(yù)處理所需的運(yùn)動(dòng)。第一節(jié)拍在硅片臺(tái)完成曝光和預(yù)處理工序后，如圖6、7所示，Y方向第二直線運(yùn)動(dòng)單元22與第二硅片臺(tái)12分離，并同時(shí)分別向基臺(tái)邊緣運(yùn)動(dòng)，其中Y方向第三直線運(yùn)動(dòng)單元23最終與Y方向第四直線運(yùn)動(dòng)單元M對(duì)齊組成組合導(dǎo)軌，同時(shí)處于預(yù)處理工位的硅片臺(tái)11在Y方向第一直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌21的帶動(dòng)下，開始向基臺(tái)邊緣運(yùn)動(dòng)，并最終都達(dá)到基臺(tái)邊緣既定位置，與Y方向第二直線運(yùn)動(dòng)單元22對(duì)齊，組成一組合導(dǎo)軌，在整個(gè)節(jié)拍過程中，硅片臺(tái)運(yùn)動(dòng)無停頓；第二節(jié)拍如圖8所示，硅片臺(tái)11，12分別沿兩條Y方向組合導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，與硅片臺(tái)無接觸的直線電機(jī)動(dòng)子滑塊2(Λ2向基臺(tái)邊緣運(yùn)動(dòng)，為硅片臺(tái)留出足夠的運(yùn)動(dòng)空間，與硅片臺(tái)無接觸的直線電機(jī)動(dòng)子滑塊20cl向基臺(tái)中間位置運(yùn)動(dòng)，為下一步抓卡硅片臺(tái)做準(zhǔn)備，最終第一、二硅片臺(tái)11，12達(dá)到既定位置，過程中穿越第一、二過梁式穿越Y(jié)方向直線運(yùn)動(dòng)單元41，42，并跨越組合導(dǎo)軌對(duì)接部位；第三節(jié)拍如圖9所示，第一、二硅片臺(tái)11，12分別在Y方向第二、四直線運(yùn)動(dòng)單元22，24的帶動(dòng)下，沿X方向運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，Y方向第三直線運(yùn)動(dòng)單元23做與硅片臺(tái)11相對(duì)方向的運(yùn)動(dòng)，與硅片臺(tái)無接觸的直線電機(jī)動(dòng)子滑塊20cl同時(shí)向硅片臺(tái)運(yùn)動(dòng)，直至靠近并卡持，整個(gè)過程中，硅片臺(tái)運(yùn)動(dòng)無停頓；至此，交換過程完成，曝光和預(yù)處理工序開始；實(shí)施方案2如圖10所示，修改實(shí)施方案1中置于基臺(tái)中間位置的兩個(gè)過梁式第一、二直線運(yùn)動(dòng)單元41，42的結(jié)構(gòu)，即得到實(shí)施方案2。實(shí)施方案1中，過梁式第一、二直線運(yùn)動(dòng)單元41， 42是由直線電機(jī)和氣浮導(dǎo)軌構(gòu)成，而在實(shí)施方案2中，新的過梁式第一、二直線運(yùn)動(dòng)單元 41，42不包含直線電機(jī)結(jié)構(gòu)，而僅僅為氣浮導(dǎo)軌。與實(shí)施方案1相比，實(shí)施方案2中，X方向的驅(qū)由雙驅(qū)變?yōu)閱悟?qū)，因?yàn)樘幱谄毓夤の坏墓杵_(tái)在Y方向仍然采取雙導(dǎo)軌雙驅(qū)方式，所以角剛度大，抗轉(zhuǎn)矩等優(yōu)點(diǎn)仍然存在；同時(shí)因?yàn)閅方向采用單驅(qū)，一定程度上，可以減小導(dǎo)軌兩端驅(qū)動(dòng)力不一致性問題；并且，因?yàn)檫^梁式導(dǎo)軌減少了直線電機(jī)結(jié)構(gòu)，故Z方向尺寸也相應(yīng)的減小，有利于工件臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)空間的利用；另外一方面，因X方向由雙驅(qū)變?yōu)閱悟?qū)， 故對(duì)單驅(qū)電機(jī)要求也相應(yīng)增加，如尺寸變大等。
權(quán)利要求
1.一種過梁式單/雙導(dǎo)軌雙驅(qū)步進(jìn)掃描雙工件臺(tái)交換方法，其特征在于該方法的三節(jié)拍步驟是在雙工件臺(tái)交換以前，處于預(yù)處理工位的第一硅片臺(tái)由Y方向第一直線運(yùn)動(dòng)單元卡持，而處于曝光工位的第二硅片臺(tái)由Y方向第二、三直線運(yùn)動(dòng)單元共同卡持；在曝光運(yùn)動(dòng)結(jié)束以后，第一節(jié)拍Y方向第二直線運(yùn)動(dòng)單元與第二硅片臺(tái)分離，并同時(shí)分別向基臺(tái)邊緣運(yùn)動(dòng)，其中Y方向第三直線運(yùn)動(dòng)單元最終與Y方向第四直線運(yùn)動(dòng)單元對(duì)齊組成組合導(dǎo)軌，同時(shí)處于預(yù)處理工位的第一硅片臺(tái)在Y方向第一直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的帶動(dòng)下，開始向基臺(tái)邊緣運(yùn)動(dòng)，與Y方向第二直線運(yùn)動(dòng)單元對(duì)齊，組成一組合導(dǎo)軌，在整個(gè)節(jié)拍過程中，硅片臺(tái)運(yùn)動(dòng)無停頓；第二節(jié)拍第一、二硅片臺(tái)分別沿兩條Y方向組合導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，與硅片臺(tái)無接觸的Y方向第二直線運(yùn)動(dòng)單元的直線電機(jī)動(dòng)子滑塊向基臺(tái)邊緣運(yùn)動(dòng)，為硅片臺(tái)留出足夠的運(yùn)動(dòng)空間，與硅片臺(tái)無接觸的Y方向第三直線運(yùn)動(dòng)單元的直線電機(jī)動(dòng)子滑塊向基臺(tái)中間位置運(yùn)動(dòng)，為下一步抓卡硅片臺(tái)做準(zhǔn)備，第一、二硅片運(yùn)動(dòng)中穿越第一、二過梁式穿越Y(jié)方向直線運(yùn)動(dòng)單元，并跨越組合導(dǎo)軌對(duì)接部位；第三節(jié)拍第一、二硅片臺(tái)分別在Y方向第二、 四直線運(yùn)動(dòng)單元的帶動(dòng)下，沿X方向運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，Y方向第三直線運(yùn)動(dòng)單元做與第一硅片臺(tái)相對(duì)方向的運(yùn)動(dòng)，與硅片臺(tái)無接觸的Y方向第三直線運(yùn)動(dòng)單元的直線電機(jī)動(dòng)子滑塊同時(shí)向硅片臺(tái)運(yùn)動(dòng)，直至靠近并卡持，整個(gè)過程中，硅片臺(tái)運(yùn)動(dòng)無停頓；至此，交換過程完成，曝光和預(yù)處理工序開始；在曝光和預(yù)處理工序結(jié)束后，硅片臺(tái)作與上述運(yùn)動(dòng)過程相逆的運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)的換臺(tái)過程。
2.一種過梁式單/雙導(dǎo)軌雙驅(qū)步進(jìn)掃描雙工件臺(tái)交換裝置，其特征在于該裝置含有設(shè)置在同一基臺(tái)(1)上的運(yùn)行于預(yù)處理工位(6)的第一硅片臺(tái)(11)和運(yùn)行于曝光工位 (7)的第二硅片臺(tái)(12)，在所述的基臺(tái)(1)四個(gè)邊緣部位分別設(shè)置4個(gè)Y方向第一、第二、 第三、第四直線運(yùn)動(dòng)單元01，22，23，對(duì))，在基臺(tái)(1)對(duì)稱的兩側(cè)部位上各設(shè)置1個(gè)X方向第一、第二直線運(yùn)動(dòng)單元(31，32)，在基臺(tái)(1)中間部位設(shè)置有2個(gè)沿X方向的下底面高過第一、第二硅片臺(tái)(11,1 工作面的過梁式第一、第二直線運(yùn)動(dòng)單元Gl，42)；所述的第一、 第二硅片臺(tái)(11，12)在基臺(tái)⑴上的4個(gè)Y方向第一、第二、第三、第四直線運(yùn)動(dòng)單元01， 22,23,24)與X方向第一、第二直線運(yùn)動(dòng)單元(31，32)所圍成的平面內(nèi)做X-Y運(yùn)動(dòng)，并與基臺(tái)(1)表面共同構(gòu)成氣浮軸承和導(dǎo)向面；所述的4個(gè)Y方向第一、第二、第三、第四直線運(yùn)動(dòng)單元(21，22，23，24)通過X方向第一、第二直線運(yùn)動(dòng)單元(31,3 可以實(shí)現(xiàn)沿X方向運(yùn)動(dòng)，且通過其自身的Y方向直線運(yùn)動(dòng)單元的直線電機(jī)動(dòng)子(20b)共同實(shí)現(xiàn)硅片臺(tái)的X方向或Y方向的運(yùn)動(dòng)；4個(gè)Y方向第一、第二、第三、第四直線運(yùn)動(dòng)單元(21，22，23，24)均包括Y 方向直線電機(jī)和Y方向氣浮導(dǎo)軌，其中Y方向直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的直線電機(jī)定子(20a)為永磁組結(jié)構(gòu)，Y方向直線運(yùn)動(dòng)單元滑塊的直線電機(jī)動(dòng)子OOb)為線圈結(jié)構(gòu)，Y方向氣浮導(dǎo)軌安裝在Y方向直線運(yùn)動(dòng)單元導(dǎo)軌的直線電機(jī)定子(20a)和Y方向直線運(yùn)動(dòng)單元滑塊的直線電機(jī)動(dòng)子(20b)之間；每個(gè)直線電機(jī)包括一個(gè)定子部分、一個(gè)或兩個(gè)動(dòng)子部分；永磁組布置方式為臥式或立式；2個(gè)X方向第一、第二直線運(yùn)動(dòng)單元(31,3 均包括直線電機(jī)和氣浮軸承， 其中X方向直線運(yùn)動(dòng)單元導(dǎo)軌的直線電機(jī)定子(30a)為永磁組結(jié)構(gòu)，X方向直線運(yùn)動(dòng)單元滑塊的直線電機(jī)動(dòng)子(30b，30c)為線圈結(jié)構(gòu)，氣浮軸承安裝在X方向直線運(yùn)動(dòng)單元導(dǎo)軌的直線電機(jī)定子(30a)和X方向直線運(yùn)動(dòng)單元滑塊的直線電機(jī)動(dòng)子(30b，30c)之間；每個(gè)直線電機(jī)包括一個(gè)定子和兩個(gè)動(dòng)子；永磁組布置方式為臥式或立式；2個(gè)過梁式第一、第二直線運(yùn)動(dòng)單元(41，42)均包括直線電機(jī)和氣浮軸承，其中直線運(yùn)動(dòng)單元導(dǎo)軌的直線電機(jī)定子(40a, 40b)為永磁組結(jié)構(gòu)，直線運(yùn)動(dòng)單元滑塊的直線電機(jī)動(dòng)子(40c，40d，40e，40f)為線圈結(jié)構(gòu)，氣浮軸承安裝在直線運(yùn)動(dòng)單元導(dǎo)軌的直線電機(jī)定子(40a，40b)和直線運(yùn)動(dòng)單元滑塊的直線電機(jī)動(dòng)子(40c，40d，40e，40f)之間；每個(gè)直線電機(jī)包括一個(gè)定子和兩個(gè)動(dòng)子；永磁組布置方式為是臥式或立式；Y方向直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的直線電機(jī)定子(20a) —端與X方向直線運(yùn)動(dòng)單元滑塊的直線電機(jī)動(dòng)子(30b，30c)之一剛性聯(lián)接；Y方向直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的直線電機(jī)定子(20a)另一端與直線運(yùn)動(dòng)單元滑塊的直線電機(jī)動(dòng)子(40c，40d，40e，40f)之一剛性聯(lián)接；X方向直線運(yùn)動(dòng)單元導(dǎo)軌的直線電機(jī)定子(30a)和直線運(yùn)動(dòng)單元的導(dǎo)軌的直線電機(jī)定子(40a，40b)均與基臺(tái)(1)剛性聯(lián)接；所述的第一、第二硅片臺(tái)(11，12)X方向兩側(cè)面各有抓卡機(jī)構(gòu)；所述的4個(gè)Y方向第一、第二、第三、第四直線運(yùn)動(dòng)單元(21，22，23，24)均含有可控制加緊或松開的抓卡機(jī)構(gòu)，與第一、第二硅片臺(tái)(11，12)側(cè)面的抓卡機(jī)構(gòu)配合；所述的抓卡機(jī)構(gòu)是電磁吸附結(jié)構(gòu)或由抓卡滑塊(20bl，20b2，20cl，20c2)組成的機(jī)械式結(jié)構(gòu)。
全文摘要
過梁式單/雙導(dǎo)軌雙驅(qū)步進(jìn)掃描雙工件臺(tái)交換裝置與方法屬于半導(dǎo)體制造裝備；該系統(tǒng)含有設(shè)置在同一基臺(tái)上的運(yùn)行于曝光工位的硅片臺(tái)和運(yùn)行于預(yù)處理工位的硅片臺(tái)，基臺(tái)邊緣設(shè)置有4個(gè)Y方向直線運(yùn)動(dòng)單元和2個(gè)X方向直線運(yùn)動(dòng)單元，基臺(tái)中間設(shè)置有2個(gè)X方向高于硅片臺(tái)工作面的過梁式直線運(yùn)動(dòng)單元；Y方向直線運(yùn)動(dòng)單元通過X方向直線運(yùn)動(dòng)單元可以實(shí)現(xiàn)X方向運(yùn)動(dòng)，并與自身的Y方向運(yùn)動(dòng)滑塊共同實(shí)現(xiàn)硅片臺(tái)的X方向或Y方向的運(yùn)動(dòng)；本發(fā)明能夠增強(qiáng)導(dǎo)軌的抗轉(zhuǎn)矩干擾能力，減小或克服因轉(zhuǎn)矩干擾引起的運(yùn)動(dòng)偏差和形變偏差，提高硅片臺(tái)運(yùn)動(dòng)精度；換臺(tái)過程僅有三個(gè)節(jié)拍，縮短雙臺(tái)交換需要的時(shí)間，明顯提高光刻機(jī)的生產(chǎn)效率。
文檔編號(hào)G03F7/20GK102393609SQ20111037784
公開日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月12日
發(fā)明者崔繼文, 王紹凱, 譚久彬 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)