专利名称：高精度硅片台及其用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体设备制造领域，涉及一种高精度硅片台及其用途。
背景技术：
传统的硅片台结构大多采用接触式的导轨基座，运动摩擦阻力较大，发热量较高，动、静摩擦系数很难保持一致，运行及反应速度较慢，运行精度不高，低速情况下还会出现爬行现象。这种传统的硅片台结构已根本无法满足硅片处在高速或高加速度下的高精度定位问题，在很大程度上影响了半导体设备的制造精度，也因此而阻碍了半导体制造业的发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高精度硅片台及其用途，可使硅片在工作台上同时具有六个自由度，实现硅片在工件台上的精确定位，保证硅片的垂向安装精度为50nm以内，水平安装精度在10nm以内，从而大幅度提高半导体设备的制造精度。
本发明的目的是这样实现的高精度硅片台，其实质性特点在于，包括自下而上依次连接的气浮支座、调平机构、平面电机、簧片，簧片的上方为一方镜，方镜的上表面设有一用来放置硅片的吸盘；所述的方镜由至少三个方镜支柱支撑，方镜支柱的底部设置在所述调平机构的上表面；所述的气浮支座与方镜之间还设有电涡流传感器；所述的调平机构包括至少三个沿周向均布的调平执行器，所述的方镜支柱与所述的调平执行器对应设置；所述的方镜上分别设有对准标记板和反射激光束的镜面。
上述的高精度硅片台，其中，所述的三个调平执行器在气浮支座和方镜之间呈三角形布置，它们可以沿垂向调节并操纵方镜，使其相对于气浮支座的Rx、Ry和Z方向运动。
上述的高精度硅片台，其中，所述的三个电涡流传感器在硅片台上与所述的三个调平执行器之间呈相互倒置的三角形布置。
上述的高精度硅片台，其中，所述的吸盘与方镜之间呈真空状态，方镜的中部设有一圆形凹槽，吸盘通过真空吸附在方镜的圆形凹槽内。
上述的高精度硅片台，其中，所述的簧片为叶片状的柔性弹簧。
上述的高精度硅片台，其中，所述的平面电机包括至少三个高精度洛仑兹电机；其中一个沿X轴方向运动，另两个沿Y轴方向运动。
上述的高精度硅片台，其中，所述方镜上的反射镜面设置在其前面和左面，用以测量方镜在X、Y、Rx、Ry、Rz方向的位置。
上述的高精度硅片台，其中，所述的对准标记板设置在位于真空吸盘外围的方镜上表面。
上述高精度硅片台的用途，用于硅片的高精度定位安装，它包括以下主要环节(1)设置水平和垂向两个闭环控制系统，从结构和环境上保证了硅片台运动的稳定可靠，通过结构、控制和测量使硅片实现高精度定位；其中，水平闭环控制系统通过伺服平面电机控制硅片台的X、Y、Rz方向运动；垂向闭环控制系统通过调平执行器控制硅片台的Z、Rx、Ry方向运动，从而实现硅片在硅片台上六个自由度的控制和调节；(2)利用设置在方镜上X、Y向的反射镜，为硅片台微动控制提供测量基准；(3)采用电涡流传感器测量垂向高度，并用音圈电机调平，实现高精度调节。即采用闭环控制进行垂向调节，利用高精度的电涡流传感器采集的信号通过矩阵进行运算，由音圈电机执行；(4)采用洛仑兹电机驱动，提高运动精度；(5)采用气浮支座1，使硅片台能有效地隔离震动和减少摩擦；(6)利用设置在方镜上的对准标记为硅片在硅片台上的精确定位提供基准。
本发明高精度硅片台及其用途由于采用了上述的技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果1、由于本发明运用气浮支座作为支撑，运动摩擦阻力极小，发热量极低；动、静摩擦系数几乎一致，运行及反应速度快；运行精度高，低速情况下无爬行现象，可确保硅片在高速、高加速度下的高精度定位问题。
2、本发明由于采用电涡流传感器作为硅片台调平的测量传感器，在不影响精度的前提下安装和更换均容易。
3、由于本发明驱动电机经由柔性簧片机构驱动方镜，因而，可有效地减少电机处于加速或减速情况下对方镜的所造成的冲击，确保运行精度。
4、由于本发明的吸盘是通过真空吸附在方镜上，因此，拆卸非常方便。
5、由于本发明采用洛仑兹电机驱动，可进一步提高硅片台的运动精度。
6、由于本发明方镜上设置的对准标记板为其精确定位提供了基准，设置的反射镜面，为硅片台的旋转提供测量基准。
7、由于本发明控制了硅片在硅片台上高精度定位安装的几个主要环节，从而实现了硅片在硅片台上的精确定位，使硅片的垂向精度控制在为50nm以内，水平精度控制在10nm以内。因此，大大提高了半导体设备的制造精度，在很大程度上促进我国了半导体制造业的发展。
通过以下对本发明高精度硅片台及其用途的一实施例结合其附图的描述，可以进一步理解其发明的目的、具体结构特征和优点。其中，附图为图1为本发明高精度硅片台的整体剖视结构示意图；图2为图1的俯视结构示意图；图3为本发明高精度硅片台的垂向伺服环。
附图中1-气浮支座；2-调平机构；21-调平执行器；3-平面电机；4-簧片；5-方镜；6-吸盘；7-方镜立柱；8-电涡流传感器；9-对准标记板；10-反射镜面。
具体实施例方式
如图1、2所示的高精度硅片台，包括自下而上依次连接的气浮支座1、调平机构2、平面电机3、簧片4，簧片4的上方为一方镜5，方镜5的上表面设有一用来放置硅片的吸盘6。
本发明运用双刚度气浮支座1作为基座，用其隔离机架振动，并降低运动摩擦，消除基座平台的制造误差，保证扫描运动的速度稳定性。此外，还可防止加速过程的倾覆力矩造成的微量位移对气浮导轨造成的剪切压力。以克服硅片在高速、高加速度下的高精度定位问题。气浮支座1的特点是运动摩擦阻力极小，发热量极低；动、静摩擦系数几乎一致，运行及反应速度快；运行精度高，低速无爬行。
本发明的调平机构2包括至少三个沿周向均布的调平执行器21，三个调平执行器21在气浮支座1和方镜5之间沿垂向调节并操纵方镜5，相对于气浮支座1的Rx、Ry和Z方向呈三角形布置。
方镜5由至少三个方镜支柱7支撑，方镜支柱7的底部设置在调平机构2的上表面；本实施例中，调平机构2与方镜5之间对应设有三个方镜支柱7，方镜支柱7与调平执行器21对应设置；方镜5通过方镜支柱7传递运动，它也是一个柔生块，可以提供缓冲，防止硅片台在失控时损坏方镜5。
本发明还包括作为硅片台调平的测量传感器-设置在气浮支座与方镜之间的电涡流传感器8，用电涡流传感器8作为硅片台调平的测量传感器，在不影响精度的前提下安装和更换容易。三个电涡流传感器8在硅片台上与三个调平执行器21之间呈相互倒置的三角形布置。
本发明用来放置硅片的吸盘6由Zerodur材料制成，吸盘6与方镜5之间呈真空状态，方镜5的中部设有一圆形凹槽，吸盘6通过真空吸附在方镜5的圆形凹槽内，使用时可方便地从方镜5上取下。
由zerodur材料制成的方镜5设置在硅片台的上表面，主要是支撑硅片和提供精确的对准标记。方镜5上分别设有对准标记板9和反射激光束的镜面10。反射激光束的镜面10分别设置在方镜5的左面和后面，可以测量方镜5的X、Y、Rx、Ry、Rz的位置。
平面电机3包括至少三个高精度洛仑兹电机；其中一个沿X轴方向运动，另两个沿Y轴方向运动。设置在平面电机3与方镜5之间的簧片4为叶片状的柔性弹簧。平面电机3经由柔性簧片4机构驱动方镜，因而，可有效地减少平面电机3处在加速或减速情况下对方镜5所造成的冲击，确保硅片台的运行精度。
设置在位于真空吸盘6外围的方镜5上表面的对准标记板9，为硅片台的精确定位提供了定位基准；设置在方镜5的前面和左面的反射镜面10，用以测量方镜5的所在位置，同时，也为硅片台的旋转提供了测量基准。
上述结构，可以实现硅片在工件台的精确定位。保证硅片的垂向精度为50nm以内，水平精度在10nm以内。
其作用机理大致如下由金属圆盘构成的气浮支座1“漂浮”在大理石平台上，通过双向气浮轴承使得大理石和气浮支座1之间有一个恒定的距离，也为调平机构2、方镜5提供了底座，保证了整个硅片台整体在水平方向运动的稳定性。
设置在气浮支座1和方镜5之间的三个调平执行器21采用音圈电机控制，沿垂向调节并通过方镜支柱7操纵方镜5，相对于气浮支座1的Rx，Ry和Z方向(高度和倾斜)呈三角形布置。三个电涡流传感器8测量气浮支座1和方镜5之间的距离变化量。利用这套调焦调平系统，可以实现亚微米级的调节。
平面电机3由三个小的高精度的小范围运动的洛仑兹电机组成。其中一个沿X轴运动，另两个沿Y轴运动(Y1，Y2)。组合在一起就可以在小范围内沿X，Y和Rz工作。马达的磁铁部分固定在硅片台上，线圈固定在长行程电机动子上，可实现水平精确定位。
簧片4是一个叶片状弹簧，利用该簧片4实现平面电机3和调平机构2之间柔性连接，为调平机构2提供阻尼，从而提高硅片台的水平精度。
本发明高精度硅片台的用途，用于硅片的高精度定位安装，它包括以下主要环节1、设置水平和垂向两个闭环控制系统，从结构和环境上保证了硅片台运动的稳定可靠，通过结构、控制和测量等几个方面实现硅片在硅片台上的高精度定位安装。
其中，水平闭环控制系统通过伺服平面电机3控制硅片台的X、Y、Rz方向运动；垂向闭环控制系统通过调平执行器21控制硅片台的Z、Rx、Ry方向运动；从而实现硅片在硅片台上六个自由度的控制和调节。
本发明的伺服环如图3所示，其基本工作原理是设置点的位置和伺服位的数据进行比较，其结果通过控制器生成伺服力，伺服力再和干扰力进行比较，由执行器来驱动硅片台，使硅片台到达伺服位；到达的伺服位再循环和设置点比较，直到伺服位和设置点的差值到达允许的范围内。
硅片台在水平向的位置由激光干涉仪检测并实时反馈到伺服(控制)系统进行实时控制，在垂向的位置由三个电涡流传感器检测并实时反馈到伺服(控制)系统进行实时控制。硅片台的加工和装配误差通过前馈补偿。
2、利用设置在方镜5上X、Y向的反射镜面10，为硅片台微动控制提供测量基准；把激光照在方镜5两侧的镜面10上，镜子将激光束反射回来，干涉仪接受到反射光并和原光束进行比较，结果传输到接收器，接收器将光信号转换成电信号然后传送到干涉仪板。干涉仪板将此信号和直接从激光头过来的信号进行比较，以信号的相位变化来显示镜子的运动，信号经过处理控制洛仑兹电机，实现精密控制硅片台的位置。
3、采用电涡流传感器8测量气浮支座1与方镜5之间的垂向高度，并采用音圈电机控制，实现高精度调节。其中，垂向调节采用闭环控制，利用高精度的电涡流传感器8采集的信号通过矩阵运算，由音圈电机执行。
4、采用洛仑兹电机驱动，提高运动精度。
5、采用气浮支座1，使硅片台有效地隔离震动和减少摩擦。
6、利用设置在方镜5上的对准标记9为硅片在硅片台上的精确定位提供基准。
权利要求
1.高精度硅片台，其特征在于，包括自下而上依次连接的气浮支座、调平机构、平面电机、簧片，簧片的上方为一方镜，方镜的上表面设有一用来放置硅片的吸盘；所述的方镜由至少三个方镜支柱支撑，方镜支柱的底部设置在所述调平机构的上表面；所述的气浮支座与方镜之间还设有电涡流传感器；所述的调平机构包括至少三个沿周向均布的调平执行器，所述的方镜支柱与所述的调平执行器对应设置；所述的方镜上分别设有对准标记板和反射激光束的镜面。
2.如权利要求1所述的高精度硅片台，其特征在于，所述的三个调平执行器在气浮支座和方镜之间呈三角形布置，它们可以沿垂向调节并操纵方镜，使其相对于气浮支座的Rx、Ry和Z方向运动。
3.如权利要求1所述的高精度硅片台，其特征在于，所述的三个电涡流传感器在硅片台上与所述的三个调平执行器之间呈相互倒置的三角形布置。
4.如权利要求1所述的高精度硅片台，其特征在于，所述的吸盘与方镜之间呈真空状态，方镜的中部设有一圆形凹槽，吸盘通过真空吸附在方镜的圆形凹槽内。
5.如权利要求1所述的高精度硅片台，其特征在于，所述的簧片为叶片状的柔性弹簧。
6.根据权利要求1所述的高精度硅片台，其特征在于，所述的平面电机包括至少三个高精度洛仑兹电机；其中一个沿X轴方向运动，另两个沿Y轴方向运动。
7.如权利要求1所述的高精度硅片台，其特征在于，所述方镜上的反射镜面设置在其前面和左面，用以测量方镜在X、Y、Rx、Ry、Rz方向的位置。
8.如权利要求1所述的高精度硅片台，其特征在于，所述的对准标记板均布于真空吸盘外围的方镜上表面。
9.如权利要求1所述高精度硅片台的用途，其特征在于，用于硅片的高精度定位安装，它包括以下主要环节(1)设置水平和垂向两个闭环控制系统，从结构和环境上保证了硅片台运动的稳定可靠，通过结构、控制和测量使硅片实现高精度定位；其中，水平闭环控制系统通过伺服平面电机控制硅片台的X、Y、Rz方向运动；垂向闭环控制系统通过调平执行器控制硅片台的Z、Rx、Ry方向运动，从而实现硅片在硅片台上六个自由度的控制和调节；(2)利用设置在方镜上X、Y向的反射镜，为硅片台微动控制提供测量基准；(3)采用电涡流传感器测量垂向高度，并用音圈电机调平，实现高精度调节。即采用闭环控制进行垂向调节，利用高精度的电涡流传感器采集的信号通过矩阵进行运算，由音圈电机执行；(4)采用洛仑兹电机驱动，提高运动精度；(5)采用气浮支座，使硅片台能有效地隔离震动和减少摩擦；(6)利用设置在方镜上的对准标记为硅片在硅片台上的精确定位提供基准。
全文摘要
本发明涉及高精度硅片台及其用途，硅片台包括自下而上依次连接的气浮支座、调平机构、平面电机、簧片，簧片的上方为方镜，方镜的上表面设用来放置硅片的吸盘；方镜由至少三个方镜支柱支撑，方镜支柱的底部设置在调平机构的上表面；气浮支座与方镜之间还设有电涡流传感器；调平机构包括至少三个沿周向均布的调平执行器，方镜支柱与所述的调平执行器对应设置；方镜上设有对准标记板和反射激光束的镜面。硅片台用于硅片的高精度定位安装，依靠水平和垂向两个闭环控制系统，确保了硅片台精度的稳定可靠，使硅片同时具有六个自由度，实现精确定位，其垂向精度控制在50nm以内，水平精度控制在10nm以内，从而大幅度提高了半导体设备的制造精度。
文档编号H01L21/68GK1866494SQ20061002759
公开日2006年11月22日 申请日期2006年6月12日 优先权日2006年6月12日
发明者齐芊枫, 李正贤 申请人:上海微电子装备有限公司