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CN2938172Y - 双台轮换曝光精密定位系统 - Google Patents

双台轮换曝光精密定位系统 Download PDF

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CN2938172Y
CN2938172Y CNU2006200440002U CN200620044000U CN2938172Y CN 2938172 Y CN2938172 Y CN 2938172Y CN U2006200440002 U CNU2006200440002 U CN U2006200440002U CN 200620044000 U CN200620044000 U CN 200620044000U CN 2938172 Y CN2938172 Y CN 2938172Y
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李小平
杨志勇
关俊
高少文
孙文凤
李刚
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Abstract

本实用新型公开了一种双台轮换曝光精密定位系统，至少包括基台、设置在基台上并运行于预处理工位的硅片台定位单元、运行于曝光工位的硅片台定位单元，每个硅片台定位单元至少包括硅片台、运动定位检测装置、X向导轨、Y向导轨、线性光栅。该系统的预处理工位和曝光工位均设置有两个X向导轨，所述X向导轨位于Y向导轨上方，可沿Y向导轨运动，相邻工位的X向导轨可进行对接。有益效果是：硅片台的交换路径短，导轨受力均匀，受工位尺寸约束小，极大地提高了系统的交换速度，运行精度和可扩展性。同时，本实用新型的结构不需采用额外的防碰撞装置，简化了系统，降低了成本，有效地提高了可靠性。

Description

双台轮换曝光精密定位系统
所属技术领域
本实用新型涉及运动定位技术领域，特别是指一种双台轮换曝光精密定位系统。
背景技术
曝光工序是指将掩模上的芯片图形曝光转印到硅片上，它是半导体制造过程中重要的工序之一。一道曝光工序中包含多道子工序：上下片、预对准、对准、调平检测、曝光等。该工序所用设备称为光刻机。作为光刻机主要组成部分的硅片台运动定位系统，该系统的运行效率很大程度上影响了光刻机的生产效率(throughput)。
目前高分辨率的光刻机设备主要趋向于采用双硅片台结构，如图1所示，采用双硅片台结构的光刻机设备由上至下顺序，包括照明系统4，掩模台定位系统3，投影物镜系统2，调焦调平检测系统5、对准装置6，硅片台定位单元100a、100b，基台1等。上下片、预对准、对准、调平检测等曝光前预处理工作在硅片台单元100a上进行，可与执行曝光动作的硅片台单元100b并行工作。双硅片台结构的专利如WO98/40791(公开日期：1998.9.17；国别：荷兰)所描述，每个硅片台包含两个可交换的配合单元和一个台支持座，台支持座与导轨相连。工作时，一个硅片可在预处理工位进行曝光前的预处理工作，另外一个硅片在曝光工位进行曝光。当两项工作结束后，两个硅片台都分别移动到交换位置，进行台支持座的交换，从一个台的可配合单元，移动到另外一个台的可配合单元，从而实现两硅片台的交换。该结构可实现双台并行工作和交换，但也存在一些问题：两硅片台交换时，在短时间内，硅片台将处于自由状态，从而影响了系统的定位精度；另外在交换时存在碰撞的危险，由于两硅片台的运动范围有重叠区域，并且都处于高速运行状态，任何碰撞都会造成严重后果，虽然可用软件控制对其进行保护，但是如果软件出错或者电源突然切断等都可能造成碰撞的发生。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种双台轮换曝光精密定位系统，以提高光刻机设备的运行精度和生产效率。
为达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：该系统至少包括基台、设置在基台上并运行于预处理工位的硅片台定位单元、运行于曝光工位的硅片台定位单元，每个硅片台定位单元至少包括硅片台、运动定位检测装置、X向导轨、Y向导轨、线性光栅，其特征在于：每个工位均设置两个X向导轨，所述X向导轨位于Y向导轨上方，可沿Y向导轨运动，相邻工位的X向导轨可进行对接。所述X向导轨的功能一致，皆用于承载硅片台。所述线性光栅安装在导轨上，配合运动定位检测装置用于预处理工位硅片对准和曝光工位硅片曝光的位置测量和反馈。
所述每个硅片台分别连接所述系统包括的线缆台，线缆台通过所述系统包括的线缆台导轨可在基台两侧运动。
所述硅片台与X向导轨的连接，X向导轨与Y向导轨的连接采用气浮轴承。所述气浮轴承是真空预载气浮轴承或永磁预载气浮轴承，用于减少步进运动的摩擦。
所述硅片台位于任一个X向导轨上，并可沿该X向导轨作步进运动。每个工位均设置两个Y向导轨，所述Y向导轨与该工位的任一个X向导轨构成H型。安装于X向导轨两端的直线电机可驱动X向导轨在Y向导轨上作步进运动。
所述运动定位检测装置是激光干涉仪，用于预处理工位硅片的调平检测与对准，以及曝光工位硅片的曝光位置测量与定位。所述至少一个X向导轨和至少一个Y向导轨上设有线性光栅，辅助运动定位检测装置而用于硅片的位置测量和反馈。
本实用新型与现有技术相比的有益效果是：由于每个工位均设有两个X向导轨，执行硅片台交换动作时，交换路径短，极大地提高了硅片台的交换速度，从而提高了设备的生产效率；另外，硅片台处于导轨中心线对称位置，在两工位独立工作和相互交换过程中也始终与导轨保持连接，保证了设备的运行精度；另外，该双台结构的工作路径消除了重叠区域，可减少额外的防碰撞装置的设计，从而简化了系统；此外，所述系统的硅片台尺寸受整个工位尺寸约束很小，可方便地扩展用于不同尺寸的硅片曝光，并且两工位的硅片台定位单元相似，可方便地扩展为多台定位系统。
附图说明
图1双硅片台轮换步进扫描投影光刻机结构示意图
图2为本实用新型的双台定位系统结构布局图
图3为双硅片台处于工作状态时的俯视图
图4为双硅片台处于交换位的俯视图
图5为双硅片台交换中间过程的俯视图
图6为双硅片台交换完毕后的俯视图
图7为多台扩展示意图
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作详细说明。
图2显示了本实用新型双硅片台定位系统处于工作时的状态，其结构包括基台1、设置在基台上并运行于预处理工位的硅片台定位单元和运行于曝光工位的硅片台定位单元。每个硅片台定位单元包括硅片台100a(预处理工位的硅片台)或100b(曝光工位的硅片台)、运动定位检测装置(激光干涉仪)50a、51a、50b、51b；两个X向导轨10a、11a或10b、11b，X向导轨10a、11a属于处于预处理工位的硅片台定位单元，X向导轨10b、11b属于处于曝光工位的硅片台定位单元；两个Y向导轨20a、21a或20b、21b，Y向导轨20a、21a属于处于预处理工位的硅片台定位单元，Y向导轨20b、21b属于处于曝光工位的硅片台定位单元。硅片台安装于X向导轨上，可沿X向导轨运动，X向导轨位于Y向导轨垂直上方，在直线电机的驱动下可沿Y向导轨运动，两个工位的X向导轨可进行对接。导轨上安装有线性光栅40a、41a、42a、40b、41b、42b，40a安装于X向导轨11a上，41a安装于X向导轨10a上，42a安装于Y向导轨20a上，40b安装于X向导轨11b上，41b安装于X向导轨10b上，42b安装于Y向导轨20b上。硅片台100a连接线缆台30a，该线缆台在线缆台导轨39a上滑动，硅片台100b连接线缆台30b，该线缆台在线缆台导轨39b上滑动。
如图2所示，此时X向导轨10a承载硅片台100a，在预处理工位作曝光前的预处理工作；X向导轨11b承载硅片台100b，在曝光工位进行曝光工作。X向导轨11a、10b暂时处于闲置状态，分别置于两个工位两端的边缘位置，不会与处于工作状态的硅片台产生干涉。线缆台30a、30b由设置于其内部的驱动装置驱动，保持线缆与硅片台100a、100b同步运动。
本实用新型的硅片台100a与X向导轨10a、11a之间，硅片台100b与X向导轨10b、11b之间，X向导轨10a、11a与Y向导轨20a、21a之间，X向导轨10b、11b与Y向导轨20b、21b之间采用了无摩擦的真空预载气浮轴承，视需要也可以采用永磁预载气浮轴承。
本实用新型的导轨上均分别装有线性光栅40a、41a、42a、40b、41b、42b，光栅40a、41a可作为硅片台100a沿X方向运动的位置反馈装置，光栅40b、41b可作为硅片台100b沿X方向运动的位置反馈装置，线性光栅42a可作为X向导轨10a、11a沿Y方向运动的位置反馈装置，线性光栅42b可作为X向导轨10b、11b沿Y方向运动的位置反馈装置。对预处理工位的对准、调平检测和曝光工位的曝光位置的确定，可采用运动定位检测装置50a、51a、50b、51b进行实时检测与控制。
图3--图6为双台轮换的过程示意图。
图3为双硅片台处于工作状态时的俯视图，闲置的X向导轨11a、10b分别置于两工位两端的边缘位置，保证硅片台100a、100b在正常的对准、调平检测和曝光行程范围内运行，相互之间不产生干涉。
图4为双硅片台100a、100b处于交换位的俯视图。当硅片台100a、100b在各自工位的工作结束后，原闲置的X向导轨11a、10b由直线电机驱动，分别在Y向导轨20a、21a和20b、21b上从边缘位置移动到交换位置，承载硅片台的X向导轨10a、11b也分别移动到交换位置，使得X向导轨11a与11b、10a与10b精确对接。然后，硅片台100a、100b在直线电机驱动下X向移动，100a从预处理工位移动到曝光工位，100b从曝光工位移动到预处理工位。
图5为双硅片台100a、100b交换中间过程的俯视图。
当两台分别交换到达指定工位后，即可进行相应工位的一系列工作。图6为双硅片台交换完毕后的俯视图。此时，X向导轨10a、11b移动到两工位两端的边缘位置，处于闲置状态。硅片台100a、100b分别由X向导轨10b、11a承载，100a于曝光工位作曝光工作，100b于预处理工位作曝光前预处理工作。当两台的曝光及预处理工作结束后，按前述的过程驱动四个X向导轨到交换位置，重复图4、5、6的动作。这样即可完成连续且完整的硅片曝光动作。
图7为上述系统扩展为三个工位的俯视图，说明本实用新型的可扩展性。所述系统的两个工位结构相似，在其他工作环境下，如需多工位工作时，此系统可以很方便地扩展为多台结构。如图7所示，引入带有两个X向导轨10c、11c的硅片台定位单元c，运行和检测方法同上述两个定位单元。当硅片台100a或100b需移动到c工位时，同理，可进行X向导轨10c、11c与10a、11a的对接，驱动硅片台X向移动，实现其相应的位置交换。推广之，可扩展为三工位以上的多台系统。
以上已描述了本实用新型的具体实施方式，但本实用新型不局限用于半导体光刻工序中硅片的运动定位。具体的说，可以用于任何需要精确定位，并实现两台交换和并行工作的装置或系统。因此，虽然已公开了本实用新型的优选实施例，但本领域技术人员将会意识到，在不背离权利要求书中公开的本实用新型范围的情况下，任何修改、添加和替换均属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种双台轮换曝光精密定位系统，至少包括基台、设置在基台上并运行于预处理工位的硅片台定位单元、运行于曝光工位的硅片台定位单元，每个硅片台定位单元至少包括硅片台、运动定位检测装置、X向导轨、Y向导轨、线性光栅，其特征在于：每个工位均设置两个X向导轨，所述X向导轨位于Y向导轨上方，可沿Y向导轨运动，相邻工位的X向导轨可进行对接。
2.如权利要求1所述的双台轮换曝光精密定位系统，其特征在于：所述每个硅片台分别连接所述系统包括的线缆台，所述线缆台通过所述系统包括的线缆台导轨在基台两侧运动。
3.如权利要求1所述的双台轮换曝光精密定位系统，其特征在于：所述硅片台与所述X向导轨通过气浮轴承连接。
4.如权利要求1所述的双台轮换曝光精密定位系统，其特征在于：所述X向导轨与所述Y向导轨通过气浮轴承连接。
5.如权利要求3或4所述的双台轮换曝光精密定位系统，其特征在于：所述气浮轴承是真空预载气浮轴承或永磁预载气浮轴承。
6.如权利要求1所述的双台轮换曝光精密定位系统，其特征在于：所述硅片台位于所述的任一个X向导轨上，并可沿该X向导轨作步进运动。
7.如权利要求1所述的双台轮换曝光精密定位系统，其特征在于：所述每个工位均设置两个Y向导轨，所述Y向导轨与该工位的任一个X向导轨构成H型。
8.如权利要求1所述的双台轮换曝光精密定位系统，其特征在于：所述X向导轨两端安装直线电机，可驱动X向导轨在Y向导轨上作步进运动。
9.如权利要求1所述的双台轮换曝光精密定位系统，其特征在于：所述运动定位检测装置是激光干涉仪。
10.如权利要求1所述的双台轮换曝光精密定位系统，其特征在于：所述至少一个X向导轨和至少一个Y向导轨上设有线性光栅。
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