專利名稱：一種光刻機(jī)硅片臺(tái)雙臺(tái)交換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種光刻機(jī)硅片臺(tái)雙臺(tái)交換裝置，該裝置應(yīng)用于半導(dǎo)體光刻機(jī)中， 屬于半導(dǎo)體制造設(shè)備技術(shù)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(jì)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(dòng)定位系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱為硅片臺(tái))的運(yùn)動(dòng)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(gè)Chip上。掩模版和硅片反 向按一定的速度比例作同步運(yùn)動(dòng)，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(tái)運(yùn)動(dòng)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(dòng)，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(tái)具有極高 的運(yùn)動(dòng)定位精度；由于硅片臺(tái)的運(yùn)動(dòng)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(tái)的運(yùn)動(dòng)速度不斷提高。
傳統(tǒng)的硅片臺(tái)，如專利EP 0729073和專利US 5996437所描述的，光刻機(jī)中只有一 個(gè)硅片運(yùn)動(dòng)定位單元，即一個(gè)硅片臺(tái)。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(shí)間很長(zhǎng)，特別是對(duì)準(zhǔn)，由于要求進(jìn)行精度極高的低速掃描(典型的對(duì)準(zhǔn)掃描速 度為lmm/s)，因此所需時(shí)間很長(zhǎng)。而要減少其工作時(shí)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(tái)的步進(jìn)和曝光掃描的運(yùn)動(dòng)速度。而速度的提 高將不可避免導(dǎo)致系統(tǒng)動(dòng)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(tái)的 運(yùn)動(dòng)精度，為保持現(xiàn)有精度或達(dá)到更高精度要付出的代價(jià)將大大提高。
專利W098/40791 (
公開日期1998.9.17;國(guó)別荷蘭)所描述的結(jié)構(gòu)采用雙硅片 臺(tái)結(jié)構(gòu)，將上下片、預(yù)對(duì)準(zhǔn)、對(duì)準(zhǔn)等曝光準(zhǔn)備工作轉(zhuǎn)移至第二個(gè)硅片臺(tái)上，且與曝光硅 片臺(tái)同時(shí)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。在不提高硅片臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度的前提下，曝光硅片臺(tái)大量的準(zhǔn)備工作由 第二個(gè)硅片臺(tái)分擔(dān)，從而大大縮短了每片硅片在曝光硅片臺(tái)上的工作時(shí)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(tái)系統(tǒng)的非質(zhì)心驅(qū)動(dòng)問題。
本申請(qǐng)人在2007年申請(qǐng)的發(fā)明專利"一種光刻機(jī)硅片臺(tái)雙臺(tái)交換系統(tǒng)" (公開號(hào)CN101101454 )公開了一種光刻機(jī)的雙臺(tái)交換系統(tǒng)，其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，空 間利用率高等優(yōu)點(diǎn)，提高了光刻機(jī)的曝光效率。但是該雙硅片臺(tái)系統(tǒng)也存在一些問題， 一是在硅片臺(tái)交換時(shí)氣浮軸承需交換導(dǎo)向面，導(dǎo)致對(duì)硅片臺(tái)尺寸一致性有極高的精度要 求，零部件的加工和裝配的精度都要求微米級(jí)以上；二是參與交換的導(dǎo)軌之間很難安裝 用于檢測(cè)相互位置的傳感器，上直線導(dǎo)軌之間可能發(fā)生碰撞；三是硅片臺(tái)系統(tǒng)非質(zhì)心驅(qū) 動(dòng)等。
實(shí)用新型內(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光刻機(jī)硅片臺(tái)雙臺(tái)交換系 統(tǒng)，以克服已有硅片臺(tái)雙臺(tái)交換系統(tǒng)存在非質(zhì)心驅(qū)動(dòng)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及要求極高的導(dǎo)軌對(duì) 接精度等缺點(diǎn)，使其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，空間利用率高以及無需對(duì)接輔助裝置等優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)而 提高光刻機(jī)的曝光效率。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下-
一種光刻機(jī)硅片臺(tái)雙臺(tái)交換系統(tǒng)，該系統(tǒng)含有運(yùn)行于曝光工位(3)的硅片臺(tái)(18) 和運(yùn)行于預(yù)處理工位(2)的硅片臺(tái)(17)，所述的兩個(gè)硅片臺(tái)設(shè)置在一基臺(tái)(l)上，其特 征在于在所述的基臺(tái)下層設(shè)置有一個(gè)大功率旋轉(zhuǎn)電機(jī)(16)。運(yùn)行于曝光工位(3)的 硅片臺(tái)(18)和運(yùn)行于預(yù)處理工位(2)的硅片臺(tái)(17)在分別完成曝光和預(yù)處理工作 后，基臺(tái)(1)和其上的硅片臺(tái)17、 18，四個(gè)單自由度驅(qū)動(dòng)單元4、 5、 6和7，兩個(gè)Y 方向?qū)к?4和15， 一起隨基臺(tái)沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)180° ，從而實(shí)現(xiàn)兩硅片臺(tái)的工位交 換。在交換過程中，基臺(tái)上的硅片臺(tái)17、 18，四個(gè)單自由度驅(qū)動(dòng)單元4、 5、 6和7，兩 個(gè)Y方向?qū)к?4和15都停止運(yùn)動(dòng)，待基臺(tái)旋轉(zhuǎn)到位后，重新開始各自運(yùn)動(dòng)。
本實(shí)用新型的技術(shù)特征還在于所述的上直線導(dǎo)軌和下直線導(dǎo)軌上均安裝有線性光 柵，用于作雙自由度驅(qū)動(dòng)單元的位置反饋。
本實(shí)用新型的又一技術(shù)特征是該系統(tǒng)還包含用于直線電機(jī)運(yùn)動(dòng)位置檢測(cè)的線性光 柵和用于硅片臺(tái)運(yùn)動(dòng)位置反饋的雙頻激光干涉儀。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下突出性的優(yōu)點(diǎn) 一是該系統(tǒng)在基臺(tái)下層設(shè)有
大功率旋轉(zhuǎn)電機(jī)來驅(qū)動(dòng)整個(gè)基臺(tái)旋轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)硅片臺(tái)的工位交換，因此避免了只交 換硅片臺(tái)所帶來的要求極高的導(dǎo)軌對(duì)接精度，以及需增加對(duì)接輔助裝置等缺陷，大大簡(jiǎn)
化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，二是該系統(tǒng)雙臺(tái)交換采用4個(gè)完全相同的單自由度驅(qū)動(dòng)單元實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)
的復(fù)雜性大大降低。
圖1為本實(shí)用新型提供的光刻機(jī)硅片臺(tái)雙臺(tái)交換系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖2為本實(shí)用新型提供的光刻機(jī)硅片臺(tái)雙臺(tái)交換系統(tǒng)的交換后狀態(tài)。 圖中
1: 基臺(tái)
2:預(yù)處理工位
3:曝光工位
4:單自由度驅(qū)動(dòng)單元
5:單自由度驅(qū)動(dòng)單元
6:單自由度驅(qū)動(dòng)單元
7:單自由度驅(qū)動(dòng)單元
8:直線電機(jī)定子磁鋼
9:直線電機(jī)定子磁鋼
10:雙頻激光干涉儀
11:雙頻激光干涉儀
12:雙頻激光干涉儀
13:雙頻激光干涉儀
14: Y方向?qū)к?br>
15: Y方向?qū)к?br>
16:大功率旋轉(zhuǎn)電機(jī)
17:硅片臺(tái)
18:硅片臺(tái)
具體實(shí)施方式
圖l顯示了光刻機(jī)硅片臺(tái)雙臺(tái)交換系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，該系統(tǒng)含有基臺(tái)l， 一個(gè)預(yù) 處理工位2， 一個(gè)曝光工位3。如圖1所示，硅片臺(tái)17運(yùn)行于預(yù)處理工位2，硅片臺(tái)18 運(yùn)行于曝光工位3。兩側(cè)長(zhǎng)邊邊緣即X方向分別設(shè)置有一條直線電機(jī)磁鋼定子8和9， 由X方向運(yùn)動(dòng)的單自由度驅(qū)動(dòng)單元4和5共用直線電機(jī)定子8，相同的，由X方向運(yùn)動(dòng) 的單自由度驅(qū)動(dòng)單元6和7共用直線電機(jī)定子9; Y方向的導(dǎo)軌14穿過硅片臺(tái)17并驅(qū) 動(dòng)硅片臺(tái)17沿Y方向運(yùn)動(dòng)，并且Y方向的導(dǎo)軌14分別與X方向運(yùn)動(dòng)的單自由度驅(qū)動(dòng) 單元4和6聯(lián)結(jié)，共同驅(qū)動(dòng)硅片臺(tái)17在X-Y平面運(yùn)動(dòng)，相同的，Y方向的導(dǎo)軌15穿過 硅片臺(tái)18并驅(qū)動(dòng)硅片臺(tái)18沿Y方向運(yùn)動(dòng)，并且Y方向的導(dǎo)軌15分別與X方向運(yùn)動(dòng)的 單自由度驅(qū)動(dòng)單元5和7聯(lián)結(jié)，共同驅(qū)動(dòng)硅片臺(tái)18在X-Y平面運(yùn)動(dòng)；在基臺(tái)周圍分別 布置有測(cè)量X方向位移的雙頻激光干涉儀10和12，以及測(cè)量Y方向位移的雙頻激光干 涉儀11和13 。硅片臺(tái)底部裝有真空預(yù)載氣浮軸承，基臺(tái)l上表面為導(dǎo)向面，Y方向?qū)к墢墓杵_(tái) 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(dòng)子安裝在硅片 臺(tái)上，在硅片臺(tái)兩個(gè)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(tái)沿Y 方向的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
單自由度驅(qū)動(dòng)單元的底部均裝有直線電機(jī)線圈動(dòng)子和真空預(yù)載氣浮軸承，直線電機(jī) 磁鋼定子8和9分別安裝在基臺(tái)1長(zhǎng)邊兩側(cè)。單自由度驅(qū)動(dòng)單元4和6與Y方向?qū)к?14聯(lián)接，驅(qū)動(dòng)硅片臺(tái)17沿X-Y平面運(yùn)動(dòng)。單自由度驅(qū)動(dòng)單元5和7與Y方向?qū)к?5 聯(lián)接，驅(qū)動(dòng)硅片臺(tái)18沿X-Y平面運(yùn)動(dòng)。
圖2顯示的是本發(fā)明提供的光刻機(jī)硅片臺(tái)雙臺(tái)交換系統(tǒng)的交換過程。由于本發(fā)明方 案中在基臺(tái)1下層設(shè)有一個(gè)大功率旋轉(zhuǎn)電機(jī)16，為交換提供了另一種方式。如圖2(a) 所示，當(dāng)運(yùn)行于曝光工位3的硅片臺(tái)18完成曝光工作，運(yùn)行于預(yù)處理工位2的硅片臺(tái) 17完成預(yù)處理工作后，在基臺(tái)1下層的大功率旋轉(zhuǎn)電機(jī)16帶動(dòng)整個(gè)基臺(tái)1、兩個(gè)硅片 臺(tái)17和18 ，四個(gè)在單自由度驅(qū)動(dòng)單元4、 5、 6和7，以及兩個(gè)Y方向?qū)к?4和15 一起沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)180° (如圖1中箭頭所示方向)，從而使兩硅片臺(tái)交換工位，交 換到位后硅片臺(tái)18進(jìn)行預(yù)處理工作，硅片臺(tái)17進(jìn)行曝光工作，從而進(jìn)入下一個(gè)工作循 環(huán)。四周的四個(gè)激光干涉儀IO、 11、 12和13固定不動(dòng)。
權(quán)利要求1.一種光刻機(jī)硅片臺(tái)雙臺(tái)交換裝置，該裝置含有運(yùn)行于曝光工位(3)的硅片臺(tái)(18)和運(yùn)行于預(yù)處理工位(2)的硅片臺(tái)(17)，所述的兩個(gè)硅片臺(tái)設(shè)置在一基臺(tái)(1)上，其特征在于在所述的基臺(tái)下層設(shè)置有一個(gè)大功率旋轉(zhuǎn)電機(jī)(16)；所述在基臺(tái)(1)兩側(cè)長(zhǎng)邊兩側(cè)長(zhǎng)邊邊緣X方向分別設(shè)置有一條直線電機(jī)定子磁鋼(8)和直線電機(jī)定子磁鋼(9)，由X方向運(yùn)動(dòng)的第一單自由度驅(qū)動(dòng)單元(4)和第二單自由度驅(qū)動(dòng)單元(5)共用直線電機(jī)定子磁鋼(8)；所述由X方向運(yùn)動(dòng)的第三單自由度驅(qū)動(dòng)單元(6)和第四單自由度驅(qū)動(dòng)單元(7)共用直線電機(jī)定子磁鋼(9)；所述Y方向的導(dǎo)軌(14)分別與X方向運(yùn)動(dòng)的第一單自由度驅(qū)動(dòng)單元(4)和第三單自由度驅(qū)動(dòng)單元(6)聯(lián)結(jié)，共同驅(qū)動(dòng)硅片臺(tái)17在X-Y平面運(yùn)動(dòng)；所述Y方向的導(dǎo)軌(15)分別與X方向運(yùn)動(dòng)的第二單自由度驅(qū)動(dòng)單元(5)和第四單自由度驅(qū)動(dòng)單元(7)聯(lián)結(jié)，共同驅(qū)動(dòng)硅片臺(tái)18在X-Y平面運(yùn)動(dòng)；所述在基臺(tái)(1)周圍分別布置有測(cè)量X方向位移的雙頻激光干涉儀(10)和(12)，測(cè)量Y方向位移的雙頻激光干涉儀(11)和(13)。
2. 按照權(quán)利要求l所述的一種光刻機(jī)硅片臺(tái)雙臺(tái)交換裝置，其特征在于所述單自由度 驅(qū)動(dòng)單元(4-7)的底部均裝有直線電機(jī)動(dòng)子線圈和真空預(yù)載氣浮軸承，直線電機(jī)磁鋼定子(8) 和(9)分別安裝在基臺(tái)(1)長(zhǎng)邊兩側(cè)，單自由度驅(qū)動(dòng)單元(4)和(6)與Y方向?qū)к?14) 聯(lián)接，驅(qū)動(dòng)硅片臺(tái)(17)沿X-Y平面運(yùn)動(dòng)；單自由度驅(qū)動(dòng)單元(5)和(7)與Y方向?qū)к?15) 聯(lián)接，驅(qū)動(dòng)硅片臺(tái)(18)沿X-Y平面運(yùn)動(dòng)。
3. 按照權(quán)利要求l所述的一種光刻機(jī)硅片臺(tái)雙臺(tái)交換裝置，其特征在于所述硅片臺(tái)底 部裝有真空預(yù)載氣浮軸承，基臺(tái)(1)上表面為導(dǎo)向面，Y方向?qū)к墢墓杵_(tái)內(nèi)部貫穿，Y方 向?qū)к壣习惭b有直線電機(jī)定子磁鋼8和9，線圈作為直線電機(jī)動(dòng)子安裝在硅片臺(tái)上，在硅片 臺(tái)兩個(gè)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(tái)沿Y方向的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
4. 按照權(quán)利要求l所述的一種光刻機(jī)硅片臺(tái)雙臺(tái)交換系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)還包含 用于硅片臺(tái)運(yùn)動(dòng)位置反饋的雙頻激光干涉儀。
專利摘要一種光刻機(jī)硅片臺(tái)雙臺(tái)交換裝置，該裝置含有基臺(tái)，運(yùn)行于預(yù)處理工位硅片臺(tái)，運(yùn)行于曝光工位的硅片臺(tái)。在基臺(tái)兩側(cè)長(zhǎng)邊邊緣分別設(shè)置有一條直線電機(jī)定子與兩個(gè)X方向運(yùn)動(dòng)的單自由度驅(qū)動(dòng)單元組成直線電機(jī)，一條Y方向的導(dǎo)軌穿過硅片臺(tái)，Y方向的導(dǎo)軌分別與基臺(tái)兩側(cè)的X方向運(yùn)動(dòng)的單自由度驅(qū)動(dòng)單元聯(lián)結(jié)，共同驅(qū)動(dòng)硅片臺(tái)在X-Y平面運(yùn)動(dòng)，在基臺(tái)下方裝有大功率旋轉(zhuǎn)電機(jī)，在兩硅片臺(tái)完成預(yù)處理和曝光運(yùn)動(dòng)后，旋轉(zhuǎn)整個(gè)基臺(tái)，以完成硅片臺(tái)工位的交換。本實(shí)用新型避免了只有硅片臺(tái)參與交換所帶來的要求極高的導(dǎo)軌對(duì)接精度，以及需增加對(duì)接輔助裝置等缺陷，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；二是該系統(tǒng)雙臺(tái)交換采用4個(gè)完全相同的單自由度驅(qū)動(dòng)單元實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)的復(fù)雜性大大降低。
文檔編號(hào)G03F7/20GK201364459SQ20092010525
公開日2009年12月16日 申請(qǐng)日期2009年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月20日
發(fā)明者尹文生, 鳴 張, 徐登峰, 煜 朱, 廣 李, 段廣洪, 汪勁松, 賈松濤 申請(qǐng)人:清華大學(xué)