一种光刻装置的制作方法

本发明涉及集成电路制造光刻设备技术领域，特别是涉及一种具有旋转交换双工件台的光刻装置。

背景技术：

为了提高产能，现有的光刻机一般是采用如同荷兰asml公司的双工件台技术，或者是采用日本nikon公司的串列工件台技术。

请参考图1，图1是荷兰asml公司的双工件台光刻机曝光方法示意图。如图1a所示，在光刻机的测量工位和曝光工位上各设有一个工件台，每个工件台上放置一个硅片1、2。每个工件台的四角上设有用于对准等用途的传感器，例如tis传感器等。其中，位于测量工位上的硅片1可通过tis传感器进行坐标对准和调平；同时，位于曝光工位上的硅片2可通过tis传感器进行掩模版对准，并曝光。之后，两个工件台通过水平移动方式交换工位，移动后，两个工件台的方位保持不变，如图1b所示。然后，交换到测量工位上的硅片2可通过tis传感器进行坐标对准和调平；同时，交换到曝光工位上的硅片1可通过tis传感器进行掩模版对准，并曝光，如图1c所示。

请参考图2，图2是日本nikon公司的串列工件台光刻机曝光方法示意图。如图2a所示，其设置一个工件台和一个测量台。其中，在工件台上进行硅片的上下片和预对准；测量台先后移动至曝光工位和对准工位，完成掩模版对准。然后，对工件台上的硅片进行对准和调平，图2b所示。之后，对硅片进行曝光，如图2c所示。

因此，有必要减少曝光之外的待机时间，以进一步提高产能。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种光刻装置。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种光刻装置，包括：对应分设于测量工位和曝光工位下方的第一工件台和第二工件台，所述第一工件台和所述第二工件台在完成针对各自放置的晶圆的操作后，通过作相对水平旋转，实现在所述测量工位和所述曝光工位之间的位置交换。

进一步地，所述第一工件台和所述第二工件台共设于一旋转平台的两端上，所述旋转平台通过水平旋转，带动所述第一工件台和所述第二工件台在所述测量工位和所述曝光工位之间交换位置。

进一步地，所述旋转平台下方设有驱动其旋转的磁悬浮平面电机。

进一步地，所述磁悬浮平面电机包括设于所述旋转平台下方的永磁平面电机定子和对应设于所述旋转平台底面上的平面电机线圈。

进一步地，所述永磁平面电机定子还作为平衡质量体。

进一步地，所述永磁平面电机定子采用哈尔巴赫排布方式设置。

进一步地，所述第一工件台和所述第二工件台各自通过一套水平双频干涉仪进行位置测控。

进一步地，所述水平双频干涉仪至少为6轴水平双频干涉仪。

进一步地，所述旋转平台的上方设有测量支架，所述测量支架上设有柱面光栅尺，所述旋转平台上对应设有5个或者以上水平编码器读数头和一个测高干涉仪。

进一步地，所述水平编码器读数头通过一垂直伸缩机构升起至所述旋转平台的上表面以上，或者缩回至所述旋转平台的内部。

进一步地，所述垂直伸缩机构采用机械直线轴承构成。

进一步地，所述柱面光栅尺的周期为2400线/毫米以上。

进一步地，所述第一工件台和所述第二工件台通过平面光栅尺进行位置测控。

进一步地，所述第一工件台和所述第二工件台的表面上分别设有4个双轴平面光栅尺读数头，且所述第一工件台和所述第二工件台的上方分别对应设有相拼合的4块平面光栅尺，所述相拼合的4块平面光栅尺的中间设有容纳投影物镜和测量系统的开孔，两个所述相拼合的4块平面光栅尺之间设有中继光栅尺。

进一步地，所述第一工件台和所述第二工件台相对于所述旋转平台具有6个自由度。

进一步地，所述光刻装置包括深紫外光刻装置，深紫外浸没式光刻装置或极紫外光刻装置。

本发明采用双工件台构架的光刻机设计，其中一个工件台对应测量工位，另一个工件台对应曝光工位，两个工件台可以同时进行2片硅片操作，并可在完成各自硅片的操作后，通过整体作180度旋转来实现工位交换，因而能节省曝光之外的待机时间，从而有效提高了产能。

附图说明

图1是荷兰asml公司的双工件台光刻机曝光方法示意图。

图2是日本nikon公司的串列工件台光刻机曝光方法示意图。

图3是本发明一较佳实施例的一种光刻装置结构示意图。

图4是本发明一较佳实施例的一种水平双频干涉仪的布置示意图。

图5是本发明一较佳实施例的一种平面光栅的布置示意图。

图6是本发明的工位交换状态示意图。

图7是本发明的光刻装置曝光方法示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本发明的实施方式时，为了清楚地表示本发明的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本发明的限定来加以理解。

在以下本发明的具体实施方式中，请参考图3，图3是本发明一较佳实施例的一种光刻装置结构示意图。如图3所示，本发明的一种光刻装置，采用双工件台11、15的构架设计，其中一个工件台11对应光刻装置中的测量工位，另一个工件台15对应光刻装置中的曝光工位。测量工位上设有光刻装置的测量机构，曝光工位上设有光刻装置的投影物镜。双工件台(短程工件台(shortstrokestage))11、15具体可包括：对应设于测量工位下方的第一工件台11，和对应设于曝光工位下方的第二工件台15。

其中，第一工件台11和第二工件台15可以同时进行针对2片不同晶圆(硅片)1、2的操作，并可在完成针对各自放置的晶圆1、2的操作后，通过作相对水平旋转，实现在测量工位和曝光工位之间的位置交换，从而能够节省曝光之外的待机时间，提高产能。

请参考图3。第一工件台11和第二工件台15共同设置在一个旋转平台(长程平台(longstrokestage))17的两端上。旋转平台17可通过水平旋转，带动第一工件台11和第二工件台15在测量工位和曝光工位之间交换位置。

作为一优选的实施方式，旋转平台17可采用磁悬浮旋转方式进行旋转。具体地，在旋转平台17的下方，可设置驱动旋转平台17水平旋转的磁悬浮平面电机。磁悬浮平面电机包括设于旋转平台17下方的永磁平面电机定子16，和对应设于旋转平台17底面上的多组平面电机线圈(未显示)。

其中，永磁平面电机定子16可采用哈尔巴赫(halbach)排布方式进行设置，以最大限度地使得磁场位于永磁平面电机定子16向上的一侧。并且，永磁平面电机定子16同时还可作为平衡质量体。工作状态下，旋转平台17可悬浮于永磁平面电机定子16之上，并在永磁平面电机定子16上实现无接触旋转。

平面电机线圈可放置于旋转平台17内，并露出于旋转平台17的底面，且可通过接受外部指令完成水平移动，通过磁悬浮平面电机内各平面电机线圈的协同运动，完成旋转平台17的水平旋转运动。

第一工件台11和第二工件台15的四角上可设有用于对准等用途的传感器12，例如tis传感器等。

请参考图4。第一工件台11和第二工件台15可各自通过一套水平双频干涉仪进行位置测控，即对应第一工件台11和第二工件台15分别设置一套水平双频干涉仪进行位置测控。

较佳地，水平双频干涉仪可采用至少为6轴的水平双频干涉仪，以对应第一工件台11和第二工件台15在三维空间上相对于旋转平台17的6个自由度：即3个平移，3个倾转。图中x1、x2、x3、y1、y2、y3、z1和z2所指示的线条，分别表示水平双频干涉仪沿x轴、y轴和z轴向的测量光路。使用水平双频干涉仪测控时，每个轴需要拥有短程台绝对位置测量。

在旋转平台17的上方可设有光刻装置的测量支架(图略)，可将z轴水平双频干涉仪反射镜19固定在测量支架上。

在使用水平双频干涉仪测控方式中，在测量支架上还设有柱面光栅尺(柱形光栅尺)14；柱面光栅尺14的周期可为2400线/毫米以上。同时，在旋转平台17上对应设有多个水平编码器读数头(encoderreader)(柱面光栅尺读数头)13，来完成对旋转的测控，确保旋转平台17准确无误地做纯转动180度。

例如图3和图4中显示的5个水平编码器读数头13和一个测高干涉仪，共6个自由度，以确保纯转动。水平编码器读数头13可为6轴。

第一工件台11和第二工件台15与旋转平台17之间也可以采用悬浮机构(例如采用常规洛伦茨电机形式的悬浮机构)10，实现第一工件台11和第二工件台15相对于旋转平台17的3个平移和3个倾转动作。

进一步地，水平编码器读数头13可通过一个设置在旋转平台17上的垂直伸缩机构进行升起或下降；垂直伸缩机构可带动将水平编码器读数头13升起至旋转平台17的上表面以上，或者缩回至旋转平台17的内部。其中，在旋转平台17转动之外的时刻，垂直伸缩机构可带动水平编码器读数头13下降，使水平编码器读数头13缩回至旋转平台17的内部(旋转平台17的上表面以下)，以避免在工件台11、15扫描和步进过程中撞到柱面光栅尺14，或者撞到投影物镜和测量机构的外壳。

作为一可选的实施方式，垂直伸缩机构可采用机械直线轴承形式。

请参考图5。第一工件台11和第二工件台15也可通过平面光栅尺21进行位置测控。

例如，可在第一工件台11和第二工件台15表面上的四个角部再分别设置1个双轴平面光栅尺读数头20，同时，在第一工件台11和第二工件台15的上方，分别对应设有相拼合的4块平面光栅尺23，即每个工位上都拥有4块平面光栅尺23。其中，对于12英寸设备，每块平面光栅尺的边长大于300mm，如350mm；同时，位于每个工件台上方的相拼合的4块平面光栅尺23的中间，都设有一个开孔，用于容纳投影物镜和测量系统。

并且，在第一工件台11和第二工件台15之间，即两个相拼合的4块平面光栅尺23之间，还设有例如两个中继光栅尺22，中继光栅尺22也采用平面光栅尺形式。设置中继光栅尺22，是为了在旋转交换工位的时候，至少可有4个双轴平面光栅尺读数头20能够从工位之间连续跨越。

这样，一共就设有10个平面光栅尺21。两个中继光栅尺22的两侧各自与两个相拼合的4块平面光栅尺23的其中一个的侧部相邻。由于接缝的存在，跨越的时候至少可有两个平面光栅尺读数头20能够被平面光栅尺(22)所覆盖。

10个平面光栅尺21可固定在测量支架上。

如果使用平面光栅尺方式进行测控，上述的柱面光栅尺14就不需要设置了。

以12英寸设备为例，可在旋转平台17下表面上设置直径至少为350mm的槽孔，同时，在作为平衡质量体的永磁平面电机定子16的中央，也对应设有直径至少为350mm的槽孔，以容纳用于连接第一工件台11和第二工件台15，旋转平台17，外部控制和支持系统，如冷却设备，电气设备等的线缆，冷却水管，气管/真空管等。线缆等可通过通道18及固定于旋转平台17上的中央平台连接到第一工件台11和第二工件台15。

本发明装置如果用于带有液体浸没式的光刻机，如193nm水浸没式光刻机，浸没头在第一工件台11和第二工件台15转动的过程中，需要使用圆形闷盘来确保浸没头的水不漏下。在第一工件台11和第二工件台15完成转动的时候，再放下闷盘。

请参考图6和图7，其中图6a和图7a显示第一工件台11和第二工件台15处于工位交换前状态，图6b和图7b显示第一工件台11和第二工件台15处于工位交换过程中状态，图6c和图7c显示第一工件台11和第二工件台15处于工位交换后状态。在将一个硅片1装入位于测量工位上的第一工件台(短程工件台/短程台)11前，先做预对准和温控。完成后，将硅片1装入第一工件台11，并相对于第一工件台11上的tis传感器12，开始进行硅片1上坐标对准和调平。此时，位于曝光工位上的第二工件台15正在进行硅片2的曝光，掩模版采用第二工件台15上的tis传感器12进行硅片2上坐标对准和调平。

硅片1、2上，对准记号的放置和调平位置的选择由曝光位置决定。其中一半对准记号可放置于切割道，而调平位置可位于曝光区内，与曝光扫描位置相同。

第二工件台15上的对准方式可采用离轴对准方式，即完成硅片2内对准记号相对于工件台上的格栅式掩模版对准传感器(reticlealignmentsensor)12的相对位置测量。当工件台转动到曝光一侧，此格栅掩模版对准传感器12通过物镜对准掩模版对准记号(reticlealignmentmark)完成对准，然后硅片1曝光开始。

第一工件台11和第二工件台15共享一个旋转平台17(长程工件台/长程台)，在完成针对各自放置的晶圆(硅片)1、2的操作后，通过旋转平台17的水平旋转，实现在测量工位和曝光工位之间的位置交换。第一工件台11进行测量时，柱形光栅尺读数头13降下；当旋转平台17进行旋转时，柱形光栅尺读数头13升起，旋转平台17作整体旋转，此时，以柱形光栅尺14作为旋转位置参考；当工件台交换完成后，柱形光栅尺读数头13再次降下以便于测量。

需要注意的是，经过整体旋转后，第一工件台11和第二工件台15及其上放置的硅片1、2的前后方位也发生了180度转变。

本发明中，每个短程台11、15可具有6个自由度，长程台17可拥有至少3个自由度，即水平移动和垂直悬浮。其中，长程台17的移动定位精度可约为在-4～+4微米之间的范围内，而短程台11、15的最大移动范围可约为在-5～+5微米之间的范围内。短程台11、15可由干涉仪，或者编码器实时定位和闭环控制，使得其定位精度可在±1纳米以内。

本发明双工件台11、15整体的转动交换位置精度可在-4～+4微米之间的范围内，或者不亚于长程台17的移动定位精度，和不大于对准记号的捕捉范围，如在-4.4～+4.4微米之间的范围内。

本发明水平编码器读数头13连接的垂直伸缩机构，可由机械直线轴承构成，其精度要求在-0.4～+0.4微米之间的范围内，或者造成转动180度后，工件台的位置偏差在-4～+4微米之间的范围内。

测量支架上固定的柱面光栅尺14相对于工件台中央的垂直度，由校准决定，其标准可为：造成转动180度后，工件台的位置偏差在-4～+4微米之间的范围内。

两个短程工件台11、15分别在旋转前后两个工位，即测量和曝光工位处的位置，需要进行校准，如扫描-旋转(scanrotationmatrix)，扫描-倾斜矩阵(scantiltmatrix)，镜面的平整度(mirrormap)，和绝对位置校准等。

本发明的光刻装置可应用于深紫外光刻装置，深紫外浸没式光刻装置或极紫外光刻装置。

以上的仅为本发明的优选实施例，实施例并非用以限制本发明的保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。