专利名称：一种光刻机硅片台双台交换装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种光刻机硅片台双台交换装置，该装置应用于半导体光刻机中， 属于半导体制造设备技术领域。
背景技术：
在集成电路芯片的生产过程中，芯片的设计图形在硅片表面光刻胶上的曝光转印 (光刻)是其中最重要的工序之一，该工序所用的设备称为光刻机(曝光机)。光刻机 的分辨率和曝光效率极大的影响着集成电路芯片的特征线宽(分辨率)和生产率。而作
为光刻机关键系统的硅片超精密运动定位系统(以下简称为硅片台)的运动精度和工作 效率，又在很大程度上决定了光刻机的分辨率和曝光效率。
步进扫描投影光刻机基本原理如图1所示。来自光源45的深紫外光透过掩模版47、 透镜系统49将掩模版上的一部分图形成像在硅片50的某个Chip上。掩模版和硅片反 向按一定的速度比例作同步运动，最终将掩模版上的全部图形成像在硅片的特定芯片 (Chip)上。
硅片台运动定位系统的基本作用就是在曝光过程中承载着硅片并按设定的速度和 方向运动，以实现掩模版图形向硅片上各区域的精确转移。由于芯片的线宽非常小(目 前最小线宽已经达到45nm)，为保证光刻的套刻精度和分辨率，就要求硅片台具有极高 的运动定位精度；由于硅片台的运动速度在很大程度上影响着光刻的生产率，从提高生 产率的角度，又要求硅片台的运动速度不断提高。
传统的硅片台，如专利EP 0729073和专利US 5996437所描述的，光刻机中只有一 个硅片运动定位单元，即一个硅片台。调平调焦等准备工作都要在上面完成，这些工作 所需的时间很长，特别是对准，由于要求进行精度极高的低速扫描(典型的对准扫描速 度为lmm/s)，因此所需时间很长。而要减少其工作时间却非常困难。这样，为了提高 光刻机的生产效率，就必须不断提高硅片台的步进和曝光扫描的运动速度。而速度的提 高将不可避免导致系统动态性能的恶化，需要釆取大量的技术措施保障和提高硅片台的 运动精度，为保持现有精度或达到更高精度要付出的代价将大大提高。
专利W098/40791 (
公开日期1998.9.17;国别荷兰)所描述的结构采用双硅片 台结构，将上下片、预对准、对准等曝光准备工作转移至第二个硅片台上，且与曝光硅 片台同时独立运动。在不提高硅片台运动速度的前提下，曝光硅片台大量的准备工作由 第二个硅片台分担，从而大大縮短了每片硅片在曝光硅片台上的工作时间，大幅度提高了生产效率。然而该系统存在的主要缺点在于硅片台系统的非质心驱动问题。
本申请人在2007年申请的发明专利"一种光刻机硅片台双台交换系统" (公开号CN101101454 )公开了一种光刻机的双台交换系统，其具有结构简单，空 间利用率高等优点，提高了光刻机的曝光效率。但是该双硅片台系统也存在一些问题，
一是在硅片台交换时气浮轴承需交换导向面，导致对硅片台尺寸一致性有极高的精度要 求，零部件的加工和装配的精度都要求微米级以上；二是参与交换的导轨之间很难安装 用于检测相互位置的传感器，上直线导轨之间可能发生碰撞；三是硅片台系统非质心驱 动等。
实用新型内容
针对现有技术的不足和缺陷，本实用新型的目的是提供一种光刻机硅片台双台交换 系统，以克服已有硅片台双台交换系统存在非质心驱动、结构复杂以及要求极高的导轨 对接精度等缺点，使其具有结构简单，空间利用率高以及无需对接辅助装置等优点，进 而提高光刻机的曝光效率。
本实用新型的技术方案如下
一种光刻机硅片台双台交换装置，该装置含有基台(l)，两个预处理工位(2)、 (4)， 曝光工位(3);
所述在基台(1)上设有运行于预处理工位(2)的硅片台(16)、运行于曝光工位 (3)的硅片台(17);
所述在基台(1)两侧长边边缘X方向分别设置有一条直线电机磁钢定子(9)和(10)， 由X方向运动的第一单自由度驱动单元(5)，第二单自由度驱动单元(6)共用直线电 机定子磁钢(9)，所述由X方向运动的第三单自由度驱动单元(7)，第四单自由度驱动 单元(8)共用直线电机定子磁钢(10);
所述两侧长边边缘Y方向的导轨(18)穿过硅片台(16)并驱动硅片台(16)沿Y 方向运动，且Y方向的导轨(18)分别与X方向运动的第一单自由度驱动单元(5)和 第三单自由度驱动单元(7)联结，共同驱动硅片台(16)在X-Y平面运动；
所述两侧长边边缘Y方向的导轨(19)穿过硅片台(17)并驱动硅片台(17)沿Y 方向运动，并且Y方向的导轨(19)分别与X方向运动的第二单自由度驱动单元(6) 和第四单自由度驱动单元(8)联结，共同驱动硅片台(17)在X-Y平面运动；
所述在基台(1)周围分别布置有测量X方向位移的双频激光干涉仪(11)和(15)， 在测量Y方向位移的双频激光干涉仪(12)、 (13)和(14)。
本实用新型的技术特征还在于所述的上直线导轨和下直线导轨上均安装有线性光 栅，用于作双自由度驱动单元的位置反馈。
本实用新型的又一技术特征是该系统还包含用于直线电机运动位置检测的线性光栅和用于硅片台运动位置反馈的双频激光千涉仪。
本实用新型与现有技术相比，具有以下突出性的优点 一是该系统的有两个预处理 工位，包括硅片台，.连接的两个单自由度驱动单元和Y方向导轨在内的整体结构交换， 因此避免了只交换硅片台所带来的要求极高的导轨对接精度，以及需增加对接辅助装置 等缺陷，大大简化了系统结构，二是该系统双台交换采用4个完全相同的单自由度驱动 单元实现，系统的复杂性大大降低。
图1为本实用新型提供的光刻机硅片台双台交换系统结构图。
图2a为本实用新型提供的光刻机硅片台双台交换系统的交换过程1。
图2b为本实用新型提供的光刻机硅片台双台交换系统的交换过程2。
图中-
1:基台
2:预处理工位
3:曝光工位
4:预处理工位
5:单自由度驱动单元
6:单自由度驱动单元
7:单自由度驱动单元
8:单自由度驱动单元
9:直线电机定子磁钢
10:直线电机定子磁钢
11:双频激光干涉仪
12:双频激光干涉仪
13:双频激光干涉仪
14:双频激光干涉仪
15:双频激光干涉仪
16:硅片台
17:硅片台
18:Y方向导轨
19:Y方向导轨
具体实施方式
图l显示了光刻机硅片台双台交换系统的结构示意图，该系统含有基台l，两个预
处理工位2和4， 一个曝光工位3。如图1所示，硅片台16运行于预处理工位2，硅片台17运行于曝光工位3。两侧长边边缘即X方向分别设置有一条直线电机磁钢定子9 和10，由X方向运动的单自由度驱动单元5和6共用直线电机定子9，相同的，由X 方向运动的单自由度驱动单元7和8共用直线电机定子10; Y方向的导轨18穿过硅片 台16并驱动硅片台16沿Y方向运动，并且Y方向的导轨18分别与X方向运动的单自 由度驱动单元5和7联结，共同驱动硅片台16在X-Y平面运动，相同的，Y方向的导 轨19穿过硅片台17并驱动硅片台17沿Y方向运动，并且Y方向的导轨19分别与X 方向运动的单自由度驱动单元6和8联结，共同驱动硅片台17在X-Y平面运动；在基 台周围分别布置有测量X方向位移的双频激光干涉仪11和15，以及测量Y方向位移的 双频激光干涉仪12、 13和14。
硅片台底部装有真空预载气浮轴承，基台l上表面为导向面，Y方向导轨从硅片台 内部贯穿，Y方向导轨上安装有直线电机定子磁钢，线圈作为直线电机动子安装在硅片 台上，在硅片台两个内侧垂直面装有闭式预载气浮轴承来约束Y方向导轨与硅片台沿Y 方向的相对运动。
单自由度驱动单元5、 6、 7和8的底部均装有直线电机线圈动子和真空预载气浮轴 承，直线电机磁钢定子9和10分别安装在基台1长边两侧。单自由度驱动单元5和7 与Y方向导轨18联接，驱动硅片台16沿X-Y平面运动。单自由度驱动单元6和8与 Y方向导轨19联接，驱动硅片台17沿X-Y平面运动。
图2显示的是本发明提供的光刻机硅片台双台交换系统的交换过程。由于本发明方 案中在基台1两侧分别设有一个预处理工位，为交换提供了便利。如图2(a)所示，当运 行于曝光工位3的硅片台17完成曝光工作后，在单自由度驱动单元6和8以及Y方向 导轨的配合下共同驱动硅片台17沿X方向运动至右侧预处理工位4，同时，在左侧预 处理工位2等待的硅片台16在单自由度驱动单元6和8以及Y方向导轨的配合下共同 驱动下沿X方向运动至中间曝光工位3并开始曝光工作。
如图2(b)所示，当硅片台16完成曝光工作后沿X方向运动回左侧预处理工位2进 行上下片等预处理，同时在完成与处理工作并等待在预处理工位4的硅片台17沿X方 向向左运动至曝光工位3，进入下一个循环。
权利要求1.一种光刻机硅片台双台交换装置，该装置含有基台(1)，两个预处理工位(2)、(4)，曝光工位(3)；所述在基台(1)上设有运行于预处理工位(2)的硅片台(16)、运行于曝光工位(3)的硅片台(17)；所述在基台(1)两侧长边边缘X方向分别设置有一条直线电机磁钢定子(9)和(10)，由X方向运动的第一单自由度驱动单元(5)，第二单自由度驱动单元(6)共用直线电机定子磁钢(9)，所述由X方向运动的第三单自由度驱动单元(7)，第四单自由度驱动单元(8)共用直线电机定子磁钢(10)；所述两侧长边边缘Y方向的导轨(18)穿过硅片台(16)并驱动硅片台(16)沿Y方向运动，且Y方向的导轨(18)分别与X方向运动的第一单自由度驱动单元(5)和第三单自由度驱动单元(7)联结，共同驱动硅片台(16)在X-Y平面运动；所述两侧长边边缘Y方向的导轨(19)穿过硅片台(17)并驱动硅片台(17)沿Y方向运动，并且Y方向的导轨(19)分别与X方向运动的第二单自由度驱动单元(6)和第四单自由度驱动单元(8)联结，共同驱动硅片台(17)在X-Y平面运动；所述在基台(1)周围分别布置有测量X方向位移的双频激光干涉仪(11)和(15)，在测量Y方向位移的双频激光干涉仪(12)、(13)和(14)。
2. 按照权利要求1所述的一种光刻机硅片台双台交换装置，其特征在于所述在单自由 度驱动单元(5)、单自由度驱动单元(6)、单自由度驱动单元(7)和单自由度驱动单元(8) 的底部均分别装有直线电机线圈动子和真空预载气浮轴承，所述直线电机磁钢定子(9)和(10) 分别安装在基台(1)长边两侧。
3. 按照权利要求1所述的一种光刻机硅片台双台交换系统，其特征在于该系统还包含 用于硅片台运动位置反馈的双频激光干涉仪。
专利摘要一种光刻机硅片台双台交换装置，该装置含有基台，两个预处理工位和一个曝光工位。在基台上设有运行于预处理工位硅片台，运行于曝光工位的硅片台。在基台两侧长边边缘分别设置有一条直线电机定子与两个X方向运动的单自由度驱动单元组成直线电机，一条Y方向的导轨穿过硅片台，Y方向的导轨分别与基台两侧的X方向运动的单自由度驱动单元联结，共同驱动硅片台在X-Y平面运动；本实用新型避免了只有硅片台参与交换所带来的要求极高的导轨对接精度，以及需增加对接辅助装置等缺陷，大大简化了系统结构，二是该系统双台交换采用4个完全相同的单自由度驱动单元实现，系统的复杂性大大降低。
文档编号G03F7/20GK201364460SQ20092010525
公开日2009年12月16日 申请日期2009年1月20日 优先权日2009年1月20日
发明者尹文生, 鸣 张, 徐登峰, 煜 朱, 广 李, 段广洪, 汪劲松, 贾松涛 申请人:清华大学