專利名稱：一種采用十字導(dǎo)軌的光刻機(jī)硅片臺(tái)雙臺(tái)交換系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光刻機(jī)硅片臺(tái)雙臺(tái)交換系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要應(yīng)用于半導(dǎo)體光刻機(jī)中，屬于半導(dǎo) 體制造裝備技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景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l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1 mm/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2003年申請(qǐng)的發(fā)明專利"步進(jìn)投影光刻機(jī)雙臺(tái)輪換曝光超精密定位硅片系 統(tǒng)"(專利申請(qǐng)?zhí)朲L03156436.4)公開了一種帶雙側(cè)直線導(dǎo)軌的雙硅片臺(tái)交換結(jié)構(gòu)，該雙硅片臺(tái)系統(tǒng)在工作空間上不存在重疊，因此不需采用碰撞預(yù)防裝置。但是該雙硅片臺(tái)系統(tǒng)也存 在一些問題， 一是該系統(tǒng)要求極高的導(dǎo)軌對(duì)接精度；二是該系統(tǒng)雙側(cè)導(dǎo)軌只有一側(cè)空間被同 時(shí)利用，導(dǎo)致該硅片臺(tái)系統(tǒng)外形尺寸較大，這對(duì)空間利用率要求較高的半導(dǎo)體芯片廠無疑顯 得很重要。三是該系統(tǒng)硅片臺(tái)交換時(shí)需采用帶驅(qū)動(dòng)裝置的橋接裝置，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。 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)"(專利申請(qǐng)?zhí)?200710119275.7)公開了一種由4組雙自由度驅(qū)動(dòng)單元實(shí)現(xiàn)硅片臺(tái)雙臺(tái)交換的結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng) 具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，外形尺寸較小等優(yōu)點(diǎn)。然而，由于硅片臺(tái)的運(yùn)動(dòng)是靠?jī)上噜忞p自由度驅(qū)動(dòng)單 元同步運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，因此系統(tǒng)對(duì)同步控制要求較高。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對(duì)上述發(fā)明申請(qǐng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及對(duì)系統(tǒng)同步控制要求較高的不足和缺陷，提出一 種采用十字導(dǎo)軌的光刻機(jī)硅片臺(tái)雙臺(tái)交換系統(tǒng)。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種采用十字導(dǎo)軌的光刻機(jī)硅片臺(tái)雙臺(tái)交換系統(tǒng)，該系統(tǒng)含有運(yùn)行于預(yù)處理工位的硅片 臺(tái)和運(yùn)行于曝光工位的硅片臺(tái)，所述的兩個(gè)硅片臺(tái)設(shè)置在一基臺(tái)上，并通過氣浮軸承懸浮在 基臺(tái)表面，其特征在于該系統(tǒng)釆用兩個(gè)十字導(dǎo)軌驅(qū)動(dòng)單元，分別設(shè)置在基臺(tái)相對(duì)兩邊的邊 緣上，每個(gè)十字導(dǎo)軌驅(qū)動(dòng)單元包含X向直線電機(jī)、Y向直線電機(jī)和推桿，X向直線電機(jī)的定 子安裝在基臺(tái)邊緣的凹槽中，動(dòng)子安裝在十字導(dǎo)軌驅(qū)動(dòng)單元的下底部；Y向直線電機(jī)與X向 直線電機(jī)疊層布置，并與X向直線電機(jī)正交；所述的十字導(dǎo)軌驅(qū)動(dòng)單元與硅片臺(tái)之間通過真 空軸承吸住，真空軸承布置在推桿與硅片臺(tái)的側(cè)面。本發(fā)明與本申請(qǐng)人在先申請(qǐng)的光刻機(jī)硅片臺(tái)雙臺(tái)交換系統(tǒng)(申請(qǐng)?zhí)?00710119275. 7)相比，減少了兩套雙自由度驅(qū)動(dòng)單元，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大大得以簡(jiǎn)化，有效降低了同步控制的要求。


圖1顯示了步進(jìn)掃描投影光刻機(jī)基本工作原理。圖2是單硅片臺(tái)的運(yùn)動(dòng)定位系統(tǒng)。圖3是本發(fā)明提供的雙硅片臺(tái)運(yùn)動(dòng)定位系統(tǒng)。圖4a顯示了十字導(dǎo)軌驅(qū)動(dòng)單元中X向和Y向直線電機(jī)的安裝位置。圖4b為推桿的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5a、圖5b和圖5c分別表示了雙硅片臺(tái)交換過程中的狀態(tài)示意圖。 圖中l(wèi)一硅片臺(tái)；4一十字導(dǎo)軌驅(qū)動(dòng)單元；5 — X向直線電機(jī)；7—Y向直線電機(jī)；8 —推桿；11一基臺(tái)；45—光源；47—掩模版；49—透鏡系統(tǒng)；50_硅片。
具體實(shí)施方式
傳統(tǒng)的步進(jìn)掃描投影光刻機(jī)硅片臺(tái)如圖2所示，光刻機(jī)中只有一個(gè)硅片運(yùn)動(dòng)定位系統(tǒng)，即只有一個(gè)硅片臺(tái)。調(diào)平、調(diào)焦及對(duì)準(zhǔn)等準(zhǔn)備工作都要在同一個(gè)硅片臺(tái)上完成，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1 mm/s)，因此所需時(shí)間很長(zhǎng)。為了提高光刻機(jī)的曝光效率，本發(fā)明所述一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的光刻機(jī) 硅片臺(tái)輪換曝光系統(tǒng)，將調(diào)平、調(diào)焦及對(duì)準(zhǔn)等曝光準(zhǔn)備工作轉(zhuǎn)移至預(yù)處理工位的硅片臺(tái)上， 且與曝光工位的硅片臺(tái)同時(shí)獨(dú)立工作，從而大大縮短硅片在曝光硅片臺(tái)上的工作時(shí)間。所述硅片臺(tái)雙臺(tái)交換系統(tǒng)如圖3所示，該系統(tǒng)包含一個(gè)運(yùn)行于預(yù)處理工位的硅片臺(tái)1和 一個(gè)運(yùn)行于曝光工位的硅片臺(tái)1，所述的兩個(gè)硅片臺(tái)l設(shè)置在一基臺(tái)ll上，并通過氣浮軸承 懸浮在基臺(tái)11表面。氣浮軸承設(shè)置在硅片臺(tái)1的底面，用以平衡硅片臺(tái)1的重力，將硅片臺(tái) l懸浮在基臺(tái)ll上。基臺(tái)ll上表面作為氣浮面，要求較高的平面度。氣浮軸承只起平衡硅 片臺(tái)1重力的作用，硅片臺(tái)1在基臺(tái)11上表面的運(yùn)動(dòng)靠十字導(dǎo)軌驅(qū)動(dòng)單元4的推動(dòng)或拉動(dòng)實(shí) 現(xiàn)。硅片臺(tái)1由2個(gè)十字導(dǎo)軌驅(qū)動(dòng)單元4帶動(dòng)，每個(gè)十字導(dǎo)軌驅(qū)動(dòng)單元4由X向直線電機(jī)5 和Y向直線電機(jī)7和推桿8組成。直線電機(jī)包含定子和動(dòng)子。X向直線電機(jī)5的定子安裝在 基臺(tái)ll的邊緣凹槽中，動(dòng)子位于十字導(dǎo)軌驅(qū)動(dòng)單元4下層的底部。Y向直線電機(jī)7與X向直 線電機(jī)5疊層布置，并與X向直線電機(jī)5正交。其定子位于十字導(dǎo)軌驅(qū)動(dòng)單元4上層的底部， 動(dòng)子安裝在用以推動(dòng)硅片臺(tái)運(yùn)動(dòng)的推桿8中。十字導(dǎo)軌驅(qū)動(dòng)單元4設(shè)置在基臺(tái)11兩相對(duì)的邊 緣。十字導(dǎo)軌驅(qū)動(dòng)單元4與硅片臺(tái)1之間通過真空軸承吸住，真空軸承布置在推桿8與硅片 臺(tái)1的側(cè)面。除非需要交換，推桿8與硅片臺(tái)l之間始終吸住，在十字導(dǎo)軌驅(qū)動(dòng)單元4X向 直線電機(jī)5和Y向直線電機(jī)7作用下，帶動(dòng)硅片臺(tái)1作大范圍X方向或Y方向運(yùn)動(dòng)。交換時(shí)真空軸承氣源切斷，推桿8與硅片臺(tái)1之間松開。硅片臺(tái)雙臺(tái)交換過程如圖8所示。當(dāng)硅片臺(tái)1完成調(diào)平、調(diào)焦及對(duì)準(zhǔn)等曝光準(zhǔn)備工作后， 硅片臺(tái)l運(yùn)動(dòng)至基臺(tái)11中間并排位置，此時(shí)切斷真空軸承氣源，推桿8與硅片臺(tái)l之間松開, 十字導(dǎo)軌驅(qū)單元4運(yùn)動(dòng)至另一硅片臺(tái)1側(cè)面，兩者之間再次通過真空軸承吸住，從而帶動(dòng) 另一硅片臺(tái)l運(yùn)動(dòng)，完成雙臺(tái)交換。
權(quán)利要求
1.一種采用十字導(dǎo)軌的光刻機(jī)硅片臺(tái)雙臺(tái)交換系統(tǒng)，該系統(tǒng)含有運(yùn)行于預(yù)處理工位的硅片臺(tái)(1)和運(yùn)行于曝光工位的硅片臺(tái)(1)，所述的兩個(gè)硅片臺(tái)設(shè)置在一基臺(tái)(11)上，并通過氣浮軸承懸浮在基臺(tái)表面，其特征在于該系統(tǒng)采用兩個(gè)十字導(dǎo)軌驅(qū)動(dòng)單元(4)，分別設(shè)置在基臺(tái)(11)相對(duì)兩邊的邊緣上，每個(gè)十字導(dǎo)軌驅(qū)動(dòng)單元(4)包含X向直線電機(jī)(5)、Y向直線電機(jī)(7)和推桿(8)，X向直線電機(jī)(5)的定子安裝在基臺(tái)邊緣的凹槽中，動(dòng)子安裝在十字導(dǎo)軌驅(qū)動(dòng)單元的下底部；Y向直線電機(jī)(7)與X向直線電機(jī)(5)疊層布置，并與X向直線電機(jī)(5)正交；所述的十字導(dǎo)軌驅(qū)動(dòng)單元與硅片臺(tái)之間通過真空軸承吸住，真空軸承布置在推桿與硅片臺(tái)的側(cè)面。
全文摘要
一種采用十字導(dǎo)軌的光刻機(jī)硅片臺(tái)雙臺(tái)交換系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要應(yīng)用于半導(dǎo)體光刻機(jī)中。本發(fā)明含有運(yùn)行于預(yù)處理工位的硅片臺(tái)、運(yùn)行于曝光工位的硅片臺(tái)和兩個(gè)十字導(dǎo)軌驅(qū)動(dòng)單元，每個(gè)十字導(dǎo)軌驅(qū)動(dòng)單元包含X向直線電機(jī)、Y向直線電機(jī)和用以推動(dòng)硅片臺(tái)運(yùn)動(dòng)的推桿；十字導(dǎo)軌驅(qū)動(dòng)單元與硅片臺(tái)之間通過真空軸承吸住，帶動(dòng)硅片臺(tái)作大范圍X、Y方向運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明采用兩個(gè)雙自由度驅(qū)動(dòng)單元，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大大得以簡(jiǎn)化，有效降低了同步控制的要求。
文檔編號(hào)G03F7/20GK101221367SQ20071030371
公開日2008年7月16日 申請(qǐng)日期2007年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月21日
發(fā)明者尹文生, 鳴 張, 徐登峰, 煜 朱, 廣 李, 楊開明, 段廣洪, 汪勁松, 胡金春, 偉 閔 申請(qǐng)人:清華大學(xué)