专利名称：具有掩模台功能的基于叠加电机的物料传输系统及其方法
技术领域：
本发明属于半导体工艺设备技术领域，特别涉及掩模台和基于电机的物料传输系统。
技术背景在半导体工艺设备中，通常会用到基于电机的物料传输系统，以传输掩模、硅片等物料。 在日本尼康(NIKON)公司申请的美国专利(公开号US2002/0089655)中，使用直线电机传 输硅片。该技术方案中，由直线电机携带硅片做直线运动，实现硅片在硅片台、预对准单元 和下片台之间传输。由于直线电机只能实现在直线方向上的运动，即物料交接地点比较固定， 这使得硅片台、预对准台和下片台需要布局在同一直线上，在机械手携带硅片运动的时候需 要避让这些装置，造成使用不便，影响工作效率。发明内容本发明的目的在于，提供一种具有掩模台功能的基于叠加电机的物料传输系统，以使个 系统的结构更加紧凑，并且制造成本更低。 本发明采用如下技术方案一种具有掩模台功能的基于叠加电机的物料传输系统，包括叠加的X方向驱动装置、Y 方向驱动装置和旋转装置，与所述旋转装置相连接的机械手。其中，所述X方向驱动装置驱动所述Y方向驱动装置、旋转装置、机械手在X方向运动； 所述Y方向驱动装置驱动所述旋转装置、机械手在Y方向运动；所述旋转装置用于驱动所述机械手作旋转运动。进一步地，所述旋转装置和机械手处于叠加的物理位置的最上方。进一步地，所述X方向驱动装置包括直线驱动的第一电机和位于X方向上的该第一电机对应的第一导轨。进一步地，所述Y方向驱动装置包括直线驱动的第二电机和位于Y方向上的该第二电机 对应的第二导轨。进一步地，所述旋转装置为电机。进一步地，还包括布局在X方向或Y方向的物料存储结构。 进一步地，所述物料存储结构为机械标准介面的掩模盒。进一步地，所述X方向驱动装置包括设于第一导轨上的第一滑动块，所述Y方向驱动装 置、旋转装置、机械手设于该第一滑动块上。进一步地，还包括一个微行程的升降电机，该升降电机位于旋转电机的下方和第二导轨 的上方。进一步地，所述Y方向驱动装置包括设于第二导轨上的第二滑动块，所述旋转装置、机 械手在Y设于该第二滑动块上。进一步地，所述机械手为一足够坚固的叉形机械结构。进一步地，所述机械手包括连接臂和分别固定于该连接臂两端的吸附掩模作用的吸附结构。进一步地，所述吸附结构在与掩模接触的部分设置一个或多个真空吸附窗口，通过真空 吸附作用把掩模吸附在该结构上。该系统提供物料传输功能的基础上同时能够起到掩模台的承载掩模曝光的作用， 进一步地，所述机械手还包括设于吸附结构外侧的加粗的外支撑结构，外支撑结构固定 于连接臂上。进一步地，所述机械手上还设有一个或多个机械手标记。进一步地，所述对准系统通过光电位置传感器探测掩模上的标记，并通过该标记确定掩 模版相对自身的位置。进一步地，所述对准系统还包括另一套探测机械手水平和垂直位置的机构，该机构亦是 通过光学的方式探测掩模机械手上的标记。 进一歩地，进一步地，还包括对准装置。使用时，该对准装置位于投影物镜上方。 进一步地，所述机械手上设有一个或多个机械手标记，所述对准装置为测量机械手标记 高度和水平位置的对准装置。进一步地，所述^T准装置为测量掩模高度和水平位置的对准装置。进一步地，还包括用于夹持和松开机械手前端的机械手固定结构。使用时，该机械手固 定结构可位于投影物镜侧上方。所述机械手固定结构并夹持和松开的过程中，不改变机械手 的位置，保证曝光过程中掩模相对于投影物镜的位置是固定的；当曝光结束后放开机械手， 由机械手把掩模传输回掩模盒。本发明提供的具有掩模台功能的基于叠加电机的物料传输系统，通过提高装置的定位精度、可靠性以及增强装置对于掩模的调整能力，并增加必要的对准结构，使该装置不但能够 实现掩模传输功能，而且能够实现掩模台的功能，即根据对准系统的测量结果精确调整掩模 的位置，并且在曝光过程中夹持(吸附)和固定掩模。并且使得物料在传输的过程中更加灵 活，解决了布局和占用空间的问题。本发明应用于掩模传输时，可有效地提高运动的精度， 并且能够完成专用步进曝光光刻装置掩模载物台的功能，大幅降低了整个光刻的成本，并且 简化机械结构。
图l、图2、图3为本发明具有掩模台功能的基于叠加电机的物料传输系统在掩模传输系 统中应用的实施例结构示意图；图4为光刻机与本发明实施例的示意图； 图5为掩模结构示意图； 图6为机械手结构示意图。
具体实施方式
本实施例中，以本发明应用于半导体生产设备——光刻机的掩模传输系统为例进行说明。 如图1所示， 一种具有掩模台功能的基于叠加电机的物料传输系统，应用于光刻机的掩 模传输系统中，图中区域101对应着本发明物料传输系统与光刻机掩模台交接的具体位置。 图中显示的物料传输系统包括叠加电机结构，其功能在于实现携带掩模进行四个自由度的运 动。其具体包括X方向驱动装置，该X方向驱动装置包括直线驱动的第一电机102和位于X方向上的该第 一电机102的第一导轨103;其中第一导轨103的方向为该X方向；Y方向驱动装置，该Y方向驱动装置包括直线驱动的第二电机104和位于Y方向上的该第 二电机104的第二导轨105;其中第二导轨105的方向为该Y方向；旋转电机107及与该旋转电机107连接的用于夹持掩模的机械手108;旋转电机107的作 用是带动机械手108旋转，并最终带动掩模做旋转运动。其中较好的实现方式是，所述旋转 电机107及机械手108的物理位置处于最上方。上述三个电机的位置叠加在一起，在该第一电机102的作用下，包括第二电机104、第二 导轨105、旋转电机107以及机械手108将会在X方向上运动，最终目的是机械手108所夹持的掩模在X方向运动。在第二电机104的作用下，旋转电机107和机械手108将会在Y方向 上做直线运动，携带掩模在Y方向上运动。通过上述三个电机的作用，能够使掩模达到传输系统的传输范围内的任意位置，而在三 个电机的复合作用下，掩模能够做平面内的复杂运动。图中的物料存储结构106，在本实例中 采用的是机械标准介面(Standard Mechanical Interface, SMIF)的掩模盒，但是本发明所 涉及的范围不限于此。本发明中，在掩模传输机构结构优化的基础上，减少了掩模摆放位置 的限制。在本实施例中掩模存储机构可以布局在X方向或Y方向所能够到达的任意位置，且 数量不限于2个。本实例中优选在X方向对称分布的第一区域106A和第二区域106B摆放两 个掩模存储结构。图2是本发明实施例的前视图。从这个方向可以更加明确地看到叠加电机的结构以及与 物料存储结构之间的位置关系。图中第一电机102和第一导轨103处于叠加电机的最下方， 承担着其上部件的重量。整个叠加电机系统和第一电机102及第一导轨103通过第一固定结 构111固定。并且当第一电机102驱动的时候，其上部件(即第二电机104、第二导轨105、 旋转电机107以及机械手108等)也会跟随运动。本实施例中，在第一导轨103上还设有一 第一滑动块111，其上部件设于该第一滑动块111上，当第一电机102驱动第一滑动块111在 第一导轨103上运动时，其上部件随该第一滑动块111运动。由于本实施例中采用的是SMIF的掩模盒106，因此在掩模的交接过程中，只需要微小的 垂直方向的运动即能从掩模盒106中取出掩模，本实施例中还包括一个能够在垂直方向上有 一定抬升能力的机构一升降装置实现该功能。该升降装置只需要位于机械手108下方的叠加 电机上即可，本实施例中优选的升降装置为升降电机113，该升降电机113位于旋转电机107 的下方且在第二导轨105的上方。图3显示了叠加电机结构的侧视图，从图中可以看到电机之间的承托和固定结构。本实 施例中的机械手108固定在旋转电机107上；旋转电机107通过第三固定结构125固定在升 降电机113上。然后升降电机113再通过第四固定结构121固定在第二电机104上，本实施 例中，与第一电机102类似，可同样采用在第二导轨105上设置一第二滑动块，其上部件设 于该第二滑动块上，当第一电机104驱动第二滑动块在第二导轨105上运动时，其上部件随 该第二滑动块运动。其中第二导轨105固定在直线第一电机102的第一滑块111上；最后第 一电机102的第一导轨103固定在机器框架上。通过以上结构实现本发明的核心装置能够在 平面内承托物料做任何运动的叠加电机系统。本发明实施例是基于后道专用重复步进曝光装置，该类曝光装置的特点为曝光过程中掩模位置固定，只是在曝光间隙的过程中进行图形切换以及根据对准系统的测量结果进行四个 自由度或者六个自由度的位置调整。典型的光刻装置结构，掩模调整的功能由掩模台实现， 而在本实施例中，掩模传输系统在上版后并不需要把掩模放置于掩模台上，而是根据自身配 置的四个自由度的对准系统调整传输手臂，达到调整掩模位置的目的，并且在曝光过程中承 载掩模曝光，从而简化了系统结构，并节省了整机成本。如图4所示，图中光刻机的主要曝光部件——投影物镜207,在曝光的过程中，掩模208 通常要放置于掩模台上，掩模台的作用在于定位掩模208并且能够根据对准系统的需求四自 由度调整掩模的位置，并能够实现在曝光过程中的工位切换。而在本实施例中，应用于光刻 机的掩模传输系统中的具有掩模台功能的基于叠加电机的物料传输系统取代现有技术中的掩 模台的功能。图4中，机械手i08吸附掩模208并在叠加电机结构的驱动下运动，能够实现水平面内 的大行程运动以及垂向运动和旋转运动，在该结构下满足掩模台的四自由度运动功能。要达 实现掩模台的功能，掩模传输系统需要具有对准结构并实现在对准的闭环控制下的定位功能。 图4中掩模208的对准机构202位于掩模208上方。根据实际曝光精度的需求，如果需要四 自由度的调整则需要两个对准机构并且布局在掩模208图形区的两侧，利用光学方法探测掩 模208的水平和垂向位置。机械手108能够根据该对准装置的测量结果进行调整。如果需要 对掩模208进行六自由度的调整，则需要三个测量机构测量掩模208的垂向位置，以调节掩 模208的水平。图4中对准机构203采用光学或者电磁的方法来测量掩模传输机械手的位置， 该对准机构的目的在于，必须实现机械手108的位置到掩模位置的转换，才能在掩模调整和 工位切换的过程中更有效地进行位置控制。图中固定机构201 (该固定机构201可采用现有技 术实现，在此省略对其的详细描述)能够与机械手108的前端结合并能够做一定的垂向调整， 实现Rx， Ry方向上得掩模调整，以满足六自由度的掩模调整的要求。为配合机械手108的定位，要求掩模208上配置相应的标记。图5所示为一片典型的6 英寸掩模301，为了能够降低用户成本以及节省掩模，往往在掩模上布局2个以上的图形区， 如图中的第一图形区302A和第二图形区302B。对准的光学标记分别位于图形区的两侧，如图 中两个光学标记303。当掩模上有两个光学标记时，通过对准装置能够实现掩模位置X、 Y、 Z 以及Rz方向的位置确定。如果需要进行Rx和Ry方向的测量，需要在图形区周围布局三个光 学标记，如图中光学标记304，通过三个光学标记测量掩模面的水平并进行调整。为了更安全地进行掩模208的传输，并且更加有利于掩模208进行精确定位和在曝光过 程中进行固定，本实施例中对机械手108进行了改进，如图6所示。该机械手108为一叉形机械结构，其具体包括连接臂404和分别固定于该连接臂404两端的吸附结构406的固定 结构405，其中吸附结构406用于吸附掩模208，该吸附结构406可采用在与掩模208接触的 部分设置一个或多个真空吸附窗口 407的方式实现；通过固定结构与其下的旋转电机和垂向 及水平向电机连接。进一步地，还可包括设于吸附结构406外侧的加粗的外支撑结构402,外 支撑结构402固定于连接臂404上。通过该外支撑结构402使其具有更大的承重能力以满足 进行掩模Rx和Ry方向调整的需求。进一步地，在叉形机械结构的机械手108上还设有一个 或多个机械手标记403，该机械手标记403可由对准机构203识别并可以确定机械手108的位 置，在切换曝光工位时，可由固定机构201夹住机械手108并对机械手108的Rx、 Ry进行调 整。一种具有掩模台功能的基于叠加电机的物料传输方法，采用上述具有掩模台功能的基于 叠加电机的物料传输系统，包括以下步骤步骤一、在第一电机102的作用下，机械手108到达掩模盒106取版的一个预备位置。 因为这种传输结构的特殊性，所以从物料存储结构中取掩模或硅片的过程需要从特定的位置 开始，这个位置要保证机械手108能够安全的旋转(向掩模盒106):步骤二、在预备位置处，机械手108在旋转电机107的作用下旋转一定角度，使机械手 108的方向朝向掩模盒106。步骤三、在第二电机104的作用下，机械手108到指定的物料存储结构的前方，由于本 实例中存在两个掩模盒，所以两个掩模盒的取版位置是不同的，也就是说，机械手108要在 第二电机104作用下，在Y方向上运动。步骤四、机械手108在第一电机102的作用下前伸直至物料存储结构内部，完成与掩模 盒106的交接；步骤五、完成交接后，在直线第一电机102的作用下整个机械手108收回；步骤六、在第二电机104的作用下，机械手108回到取版的预备位置，这一步的主要作用是避免运动过程中机械手108与其它部件相互碰撞；步骤七、在旋转电机107的作用下，机械手108旋转一定角度使机械手108的方向朝向掩模交接的位置；步骤八、在第一电机102的作用后，再经第二电机104的作用，机械手108运行到曝光 位置处；步骤九、在曝光之前，利用对准系统对掩模的精确位置进行确定，即调整机械手108，使 机械手108上的掩模的位置满足曝光要求后，进行曝光操作。
权利要求
1、一种具有掩模台功能的基于叠加电机的物料传输系统，其特征在于包括叠加的X方向驱动装置、Y方向驱动装置和旋转装置，与所述旋转装置相连接的机械手，其中，所述X方向驱动装置驱动所述Y方向驱动装置、旋转装置、机械手在X方向运动；所述Y方向驱动装置驱动所述旋转装置、机械手在Y方向运动；所述旋转装置用于驱动所述机械手作旋转运动。
2、 根据权利要求1所述的具有掩模台功能的基于叠加电机的物料传输系统，其特征在于: 所述旋转装置和机械手处于叠加的物理位置的最上方。
3、 根据权利要求1所述的具有掩模台功能的基于叠加电机的物料传输系统，其特征在于-所述X方向驱动装置包括直线驱动的第一电机和位于X方向上的该第一电机对应的第一导轨。
4、 根据权利要求1所述的具有掩模台功能的基于叠加电机的物料传输系统，其特征在于所述Y方向驱动装置包括直线驱动的第二电机和位于Y方向上的该第二电机对应的第二导轨。
5、 根据权利要求1所述的具有掩模台功能的基于叠加电机的物料传输系统，其特征在于所述旋转装置为电机。
6、 根据权利要求1所述的具有掩模台功能的基于叠加电机的物料传输系统，其特征在于还包括布局在X方向或Y方向的物料存储结构。
7、 根据权利要求6所述的具有掩模台功能的基于叠加电机的物料传输系统，其特征在于所述物料存储结构为两个，对称分布在x方向的两侧。
8、 根据权利要求6所述的具有掩模台功能的基于叠加电机的物料传输系统，其特征在于所述物料存储结构为机械标准介面的掩模盒。
9、 根据权利要求6所述的具有掩模台功能的基于叠加电机的物料传输系统，其特征在于-所述X方向驱动装置包括设于第一导轨上的第一滑动块，所述Y方向驱动装置、旋转装置、机械手设于该第一滑动块上。
10、 根据权利要求8所述的具有掩模台功能的基于叠加电机的物料传输系统，其特征在于还包括一升降电机，该升降电机位于旋转电机的下方和第二导轨的上方。
11、 根据权利要求6所述的具有掩模台功能的基于叠加电机的物料传输系统，其特征在于所述Y方向驱动装置包括设于第二导轨上的第二滑动块，所述旋转装置、机械手在Y设于该第二滑动块上。
12、 根据权利要求1所述的具有掩模台功能的基于叠加电机的物料传输系统，其特征在 于所述机械手为一叉形机械结构。
13、 根据权利要求ll中所述的具有掩模台功能的基于叠加电机的物料传输系统，其特征在于所述机械手包括连接臂和分别固定于该连接臂两端的吸附结构的固定结构。
14、 根据权利要求13中所述的具有掩模台功能的基于叠加电机的物料传输系统，其特征 在于所述吸附结构在与掩模接触的部分设置一个或多个真空吸附窗口。
15、 根据权利要求13中所述的具有掩模台功能的基于叠加电机的物料传输系统，其特征 在于所述机械手还包括设于吸附结构外侧的加粗的外支撑结构，外支撑结构固定于连接臂 上。
16、 根据权利要求1所述的具有掩模台功能的基于叠加电机的物料传输系统，其特征在于还包括对准装置。
17、 根据权利要求16所述的具有掩模台功能的基于叠加电机的物料传输系统，其特征在于所述机械手上设有一个或多个机械手标记，所述对准装置为测量机械手标记高度和水平 位置的对准装置。
18、 根据权利要求16所述的具有掩模台功能的基于叠加电机的物料传输系统，其特征在于所述对准装置为测量掩模高度和水平位置的对准装置。
19、 根据权利要求16所述的具有掩模台功能的基于叠加电机的物料传输系统，其特征在于还包括夹持和松开机械手前端的机械手固定结构。
20、 一种具有掩模台功能的基于叠加电机的物料传输方法，采用权利要求1至19中任一所述的具有掩模台功能的基于叠加电机的物料传输系统，其特征在于包括以下步骤 步骤l、在机械手取得掩模后，将掩模传输至曝光位置处； 步骤2、调整机械手，使机械手上的掩模位置满足曝光要求后，进行曝光操作。
21、 根据权利要求20所述宾具有掩模台功能的基于叠加电机的物料传输方法，其特征在 于所述步骤1具体包括以下步骤-步骤一、在第-电机的作用下，机械手到达掩模盒取版的一个预备位置； 步骤二、在预备位置处，机械手在旋转电机的作用下旋转一定角度，使机械手的方向朝 向掩模盒；步骤三、在第二电机的作用下，机械手到指定的掩模盒的前方； 步骤四、机械手在第一电机的作用下前伸直至掩模盒内部，取得掩模； 步骤五、在直线第一电机的作用下机械手收回； 步骤六、在第二电机的作用下，机械手回到取版的预备位置；步骤七、在旋转电机的作用下，机械手旋转一定角度使机械手的方向朝向掩模交接位置; 步骤八、在第一电机的作用后，再经第二电机的作用，机械手运行曝光位置处。
全文摘要
一种具有掩模台功能的基于叠加电机的物料传输系统及其方法，包括叠加的X方向驱动装置、Y方向驱动装置、旋转装置及与所述旋转装置相连接的机械手，其中，所述X方向驱动装置驱动所述Y方向驱动装置、旋转装置、机械手在X方向运动；所述Y方向驱动装置驱动所述旋转装置、机械手在Y方向运动；所述旋转装置用于驱动所述机械手作旋转运动。本发明使该装置不但能够实现掩模传输功能，而且能够实现掩模台的功能。并且使得硅片或掩模在传输的过程中更加灵活，解决了布局和占用空间的问题。应用于掩模传输时，可有效地提高运动的精度，并且能够完成专用曝光光刻装置掩模载物台的功能，大幅降低了整个光刻的成本，并且简化机械结构。
文档编号G03F7/20GK101241311SQ20081003434
公开日2008年8月13日 申请日期2008年3月6日 优先权日2008年3月6日
发明者畅 周, 钢 李, 李若庆, 马喜宝 申请人:上海微电子装备有限公司