專利名稱：采用十字導(dǎo)軌的光刻機硅片臺雙臺交換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種光刻機硅片臺雙臺交換裝置，該裝置主要應(yīng)用于半導(dǎo)體光刻機中， 屬于半導(dǎo)體制造裝備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在集成電路芯片的生產(chǎn)過程中，芯片的設(shè)計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(曝光機)。光刻機的分辨率和曝光 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。而作為光刻機關(guān)鍵裝置的
硅片超精密運動定位裝置(以下簡稱為硅片臺)的運動精度和工作效率，又在很大程度上決 定了光刻機的分辨率和曝光效率。
步進掃描投影光刻機基本原理如圖l所示。來自光源45的深紫外光透過掩模版47、透 鏡裝置49將掩模版上的一部分圖形成像在硅片50的某個Chip上。掩模版和硅片反向按一定 的速度比例作同步運動，最終將掩模版上的全部圖形成像在硅片的特定芯片(Chip)上。
硅片臺運動定位裝置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 動，以實現(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)達到45nm)，為保證光刻的套刻精度和分辨率，就要求硅片臺具有極高的運動定位精度； 由于硅片臺的運動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 片臺的運動速度不斷提高。
傳統(tǒng)的硅片臺，如專利EP 0729073和專利US 5996437所描述的，光刻機中只有一個硅 片運動定位單元，即一個硅片臺。調(diào)平調(diào)焦等準備工作都要在上面完成，這些工作所需的時 間很長，特別是對準，由于要求進行精度極高的低速掃描(典型的對準掃描速度為l mm/s)， 因此所需時間很長。而要減少其工作時間卻非常困難。這樣，為了提高光刻機的生產(chǎn)效率， 就必須不斷提高硅片臺的步進和曝光掃描的運動速度。而速度的提高將不可避免導(dǎo)致裝置動 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的運動精度，為保持現(xiàn)有精度或 達到更高精度要付出的代價將大大提高。
專利W098/40791 (
公開日期1998.9.17;國別荷蘭)所描述的結(jié)構(gòu)采用雙硅片臺結(jié) 構(gòu)，將上下片、預(yù)對準、對準等曝光準備工作轉(zhuǎn)移至第二個硅片臺上，且與曝光硅片臺同時 獨立運動。在不提高硅片臺運動速度的前提下，曝光硅片臺大量的準備工作由第二個硅片臺 分擔，從而大大縮短了每片硅片在曝光硅片臺上的工作時間，大幅度提高了生產(chǎn)效率。然而 該裝置存在的主要缺點在于硅片臺裝置的非質(zhì)心驅(qū)動問題。
本申請人在2003年申請的實用新型專利"步進投影光刻機雙臺輪換曝光超精密定位硅片 裝置"(專利申請?zhí)朲L03156436.4)公開了一種帶雙側(cè)直線導(dǎo)軌的雙硅片臺交換結(jié)構(gòu)，該雙
硅片臺裝置在工作空間上不存在重疊，因此不需采用碰撞預(yù)防裝置。但是該雙硅片臺裝置也 存在一些問題， 一是該裝置要求極高的導(dǎo)軌對接精度；二是該裝置雙側(cè)導(dǎo)軌只有一側(cè)空間被 同時利用，導(dǎo)致該硅片臺裝置外形尺寸較大，這對空間利用率要求較高的半導(dǎo)體芯片廠無疑 顯得很重要。三是該裝置硅片臺交換時需采用帶驅(qū)動裝置的橋接裝置，增加了裝置的復(fù)雜性。
本申請人在2007年申請的實用新型專利"一種光刻機硅片臺雙臺交換裝置"(專利申請 號200710119275.7)公開了一種由4組雙自由度驅(qū)動單元實現(xiàn)硅片臺雙臺交換的結(jié)構(gòu)，該 裝置具有結(jié)構(gòu)簡單，外形尺寸較小等優(yōu)點。然而，由于硅片臺的運動是靠兩相鄰雙自由度驅(qū) 動單元同步運動實現(xiàn)，因此裝置對同步控制要求較高。

實用新型內(nèi)容
本實用新型針對上述實用新型申請結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及對裝置同步控制要求較高的不足和缺 陷，提出一種采用十字導(dǎo)軌的光刻機硅片臺雙臺交換裝置
本實用新型的技術(shù)方案如下
一種采用十字導(dǎo)軌的光刻機硅片臺雙臺交換裝置，該裝置含有運行于預(yù)處理工位的硅片 臺和運行于曝光工位的硅片臺，所述的兩個硅片臺設(shè)置在一基臺上，并通過氣浮軸承懸浮在 基臺表面，其特征在于該裝置采用兩個十字導(dǎo)軌驅(qū)動單元，分別設(shè)置在基臺相對兩邊的邊 緣上，每個十字導(dǎo)軌驅(qū)動單元包含X向直線電機、Y向直線電機和推桿，X向直線電機的定 子安裝在基臺邊緣的凹槽中，動子安裝在十字導(dǎo)軌驅(qū)動單元的下底部；Y向直線電機與X向 直線電機疊層布置，并與X向直線電機正交；所述的十字導(dǎo)軌驅(qū)動單元與硅片臺之間通過真 空軸承吸住，真空軸承布置在推桿與硅片臺的側(cè)面。
本實用新型與本申請人在先申請的光刻機硅片臺雙臺交換裝置(申請?zhí)?00710119275. 7)
相比，減少了兩套雙自由度驅(qū)動單元，使裝置結(jié)構(gòu)大大得以簡化，有效降低了同步控制的要 求。


圖1顯示了步進掃描投影光刻機基本工作原理。
圖2是單硅片臺的運動定位裝置。
圖3是本實用新型提供的雙硅片臺運動定位裝置。
圖4a顯示了十字導(dǎo)軌驅(qū)動單元中X向和Y向直線電機的安裝位置。
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交換過程中的狀態(tài)示意圖。
圖中
l一硅片臺；4—十字導(dǎo)軌驅(qū)動單元；5 — X向直線電機；7—Y向直線電機；8 —推桿；11
一基臺；45—光源；47—掩模版；49—透鏡裝置；50—硅片。
具體實施方式
傳統(tǒng)的步進掃描投影光刻機硅片臺如圖2所示，光刻機中只有一個硅片運動定位裝置， 即只有一個硅片臺。調(diào)平、調(diào)焦及對準等準備工作都要在同一個硅片臺上完成，這些工作所 需的時間很長，特別是對準，由于要求進行精度極高的低速掃描(典型的對準掃描速度為1 mm/s)，因此所需時間很長。為了提高光刻機的曝光效率，本實用新型所述一種結(jié)構(gòu)簡單的光 刻機硅片臺輪換曝光裝置，將調(diào)平、調(diào)焦及對準等曝光準備工作轉(zhuǎn)移至預(yù)處理工位的硅片臺 上，且與曝光工位的硅片臺同時獨立工作，從而大大縮短硅片在曝光硅片臺上的工作時間。
所述硅片臺雙臺交換裝置如圖3所示，該裝置包含一個運行于預(yù)處理工位的硅片臺1和 一個運行于曝光工位的硅片臺1，所述的兩個硅片臺l設(shè)置在一基臺ll上，并通過氣浮軸承 懸浮在基臺11表面。氣浮軸承設(shè)置在硅片臺1的底面，用以平衡硅片臺1的重力，將硅片臺 l懸浮在基臺ll上?；_11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1重力的作用，硅片臺1在基臺11上表面的運動靠十字導(dǎo)軌驅(qū)動單元4的推動或拉動實 現(xiàn)。
硅片臺1由2個十字導(dǎo)軌驅(qū)動單元4帶動，每個十字導(dǎo)軌驅(qū)動單元4由X向直線電機5 和Y向直線電機7和推桿8組成。直線電機包含定子和動子。X向直線電機5的定子安裝在 基臺ll的邊緣凹槽中，動子位于十字導(dǎo)軌驅(qū)動單元4下層的底部。Y向直線電機7與X向直 線電機5疊層布置，并與X向直線電機5正交。其定子位于十字導(dǎo)軌驅(qū)動單元4上層的底部， 動子安裝在用以推動硅片臺運動的推桿8中。十字導(dǎo)軌驅(qū)動單元4設(shè)置在基臺11兩相對的邊 緣。
十字導(dǎo)軌驅(qū)動單元4與硅片臺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1的側(cè)面。除非需要交換，推桿8與硅片臺1之間始終吸住，在十字導(dǎo)軌驅(qū)動單元4 X向 直線電機5和Y向直線電機7作用下，帶動硅片臺1作大范圍X方向或Y方向運動。
交換時真空軸承氣源切斷，推桿8與硅片臺1之間松開。
硅片臺雙臺交換過程如圖8所示。當硅片臺1完成調(diào)平、調(diào)焦及對準等曝光準備工作后， 硅片臺1運動至基臺11中間并排位置，此時切斷真空軸承氣源，推桿8與硅片臺1之間松開， 十字導(dǎo)軌驅(qū)動單元4運動至另一硅片臺l側(cè)面，兩者之間再次通過真空軸承吸住，從而帶動 另一硅片臺l運動，完成雙臺交換。
權(quán)利要求1.一種采用十字導(dǎo)軌的光刻機硅片臺雙臺交換裝置，該裝置含有運行于預(yù)處理工位的硅片臺(1)和運行于曝光工位的硅片臺(1)，所述的兩個硅片臺設(shè)置在一基臺(11)上，并通過氣浮軸承懸浮在基臺表面，其特征在于該裝置采用兩個十字導(dǎo)軌驅(qū)動單元(4)，分別設(shè)置在基臺(11)相對兩邊的邊緣上，每個十字導(dǎo)軌驅(qū)動單元(4)包含X向直線電機(5)、Y向直線電機(7)和推桿(8)，X向直線電機(5)的定子安裝在基臺邊緣的凹槽中，動子安裝在十字導(dǎo)軌驅(qū)動單元的下底部；Y向直線電機(7)與X向直線電機(5)疊層布置，并與X向直線電機(5)正交；所述的十字導(dǎo)軌驅(qū)動單元與硅片臺之間通過真空軸承吸住，真空軸承布置在推桿與硅片臺的側(cè)面。
專利摘要采用十字導(dǎo)軌的光刻機硅片臺雙臺交換裝置，該裝置主要應(yīng)用于半導(dǎo)體光刻機中。本實用新型含有運行于預(yù)處理工位的硅片臺、運行于曝光工位的硅片臺和兩個十字導(dǎo)軌驅(qū)動單元，每個十字導(dǎo)軌驅(qū)動單元包含X向直線電機、Y向直線電機和用以推動硅片臺運動的推桿；十字導(dǎo)軌驅(qū)動單元與硅片臺之間通過真空軸承吸住，帶動硅片臺作大范圍X、Y方向運動。本實用新型采用兩個雙自由度驅(qū)動單元，使裝置結(jié)構(gòu)大大得以簡化，有效降低了同步控制的要求。
文檔編號G03F7/20GK201181387SQ20072018734
公開日2009年1月14日 申請日期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 申請人:清華大學