專利名稱：光刻機硅片臺雙臺交換系統(tǒng)及其交換方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光刻機硅片臺雙臺交換系統(tǒng)及其交換方法，該系統(tǒng)應(yīng)用于半導(dǎo)體
光刻機中，屬于半導(dǎo)體制造設(shè)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)鍵系統(tǒng)的硅片超精密運動定位系統(tǒng)(以下簡稱為硅片臺系統(tǒng))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(jìn)掃描投影光刻機基本原理如圖1所示。來自光源26的深紫外光透過掩模版 27、透鏡系統(tǒng)28將掩模版上的一部分圖形成像在硅片29的某個特定芯片(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 Chip上。 硅片臺運動定位系統(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 和方向運動，以實現(xiàn)掩模版圖形向硅片各區(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，就必須要求硅片臺具有極高的 運動定位精度；另外，硅片臺的運動速度在很大程度上影響著光刻的生產(chǎn)率，因此必須不斷 提高硅片臺的運動速度以提高生產(chǎn)率。 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(zhǔn)備工作都要在其上面完成，這些工作所 需的時間很長，特別是對準(zhǔn)，由于要求進(jìn)行精度極高的低速掃描(典型的對準(zhǔn)掃描速度為 lmm/s)，因此所需時間很長。而要減少其工作時間卻非常困難。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(jìn)和曝光掃描的運動速度。而速度的提高將不可避免地導(dǎo) 致系統(tǒng)動態(tài)性能的惡化，因此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，且 為保持現(xiàn)有精度或達(dá)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)所述的結(jié)構(gòu)采用雙硅片臺 結(jié)構(gòu)，將上下片、預(yù)對準(zhǔn)、對準(zhǔn)等曝光準(zhǔn)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(zhǔn)備工作由第二個硅 片臺分擔(dān)，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。 然而該系統(tǒng)存在的主要缺點是硅片臺系統(tǒng)的非質(zhì)心驅(qū)動問題。 本申請人在2007年申請的發(fā)明專利"一種光刻機硅片臺雙臺交換系統(tǒng)"(公開號 CN101101454)公開了一種光刻機的雙臺交換系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡單、曝光效率高等優(yōu)點。但是 該雙硅片臺交換系統(tǒng)也存在一些問題，一是在硅片臺交換時氣浮軸承需交換導(dǎo)向面，導(dǎo)致 對硅片臺尺寸一致性有極高的精度要求，零部件的加工和裝配的精度都要求微米級以上； 二是參與交換的導(dǎo)軌之間很難安裝用于檢測相互位置的傳感器，直線導(dǎo)軌之間可能發(fā)生碰撞；三是硅片臺系統(tǒng)非質(zhì)心驅(qū)動；四是硅片臺系統(tǒng)的空間利用率還不夠高等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有光刻機硅片臺雙臺交換系統(tǒng)存在的不足和缺陷，提出一種光刻機
硅片臺雙臺交換系統(tǒng)及交換方法，以克服現(xiàn)有硅片臺雙臺交換系統(tǒng)非質(zhì)心驅(qū)動、空間利用
率還不夠高、以及加工和裝配精度要求極高等缺點，使其具有結(jié)構(gòu)簡單、空間利用率較高以
及交換時不會發(fā)生直線導(dǎo)軌間相互碰撞等優(yōu)點，進(jìn)一步提高光刻機的效率。 本發(fā)明的技術(shù)方案如下 —種光刻機硅片臺雙臺交換系統(tǒng)，該系統(tǒng)含有運行于曝光工位的第一硅片臺、運 行于預(yù)處理工位的第二硅片臺、基臺、第一 X方向直線導(dǎo)軌、第二 X方向直線導(dǎo)軌、第一單 自由度輔助驅(qū)動單元、第二單自由度輔助驅(qū)動單元、第三單自由度輔助驅(qū)動單元、第四單自 由度輔助驅(qū)動單元、第一 Y方向?qū)к墶⒌诙?Y方向?qū)к?、第一硅片臺輔助驅(qū)動單元和第二硅 片臺輔助驅(qū)動單元，第一 Y方向?qū)к壌┻^第一硅片臺，第二 Y方向?qū)к壌┻^第二硅片臺；其 特征在于所述系統(tǒng)還含有設(shè)置在第一 X方向直線導(dǎo)軌上的第一主驅(qū)動單元和設(shè)置在第二 X方向直線導(dǎo)軌上的第二主驅(qū)動單元；所述的第一主驅(qū)動單元具有沿X方向的移動自由度 和垂直于基臺平面的轉(zhuǎn)動自由度，所述的第一主驅(qū)動單元與第一 Y方向?qū)к壍囊欢讼嗦?lián)， 第一 Y方向?qū)к壍牧硪欢伺c第三單自由度輔助驅(qū)動單元或第四單自由度輔助驅(qū)動單元對 接；所述的第二主驅(qū)動單元具有沿X方向的移動自由度，第二主驅(qū)動單元與第二 Y方向?qū)к?的一端相聯(lián)，導(dǎo)軌的另一端與第一單自由度輔助驅(qū)動單元或第二單自由度輔助驅(qū)動單元對 接；所述的Y方向?qū)к壟c單自由度輔助驅(qū)動單元采用分離式結(jié)構(gòu)，在兩硅片臺位置交換時 斷開。 本發(fā)明提供的光刻機硅片臺雙臺交換系統(tǒng)，其特征在于所述的第一主驅(qū)動單元 由直線電機動子、力矩電機和真空預(yù)載氣浮軸承組成，或由步進(jìn)電機動子代替所述的直線 電機動子，由永磁預(yù)載氣浮軸代替所述的真空預(yù)載氣浮軸承；所述的第二主驅(qū)動單元由直 線電機動子和真空預(yù)載氣浮軸承組成，或采用步進(jìn)電機動子代替其中的直線電機動子，采 用永磁預(yù)載氣浮軸承代替其中的真空預(yù)載氣浮軸承。 上述技術(shù)方案中，所述的第一主驅(qū)動單元的頂部與第一X方向?qū)к壷g、第二主 驅(qū)動單元的頂部與第二 X方向?qū)к壷g分別安裝有滾珠導(dǎo)軌或氣浮軸承作為導(dǎo)向支撐；所 述的第一主驅(qū)動單元和第二主驅(qū)動單元的底部均裝有直線電機動子，與基臺接觸的底面均 裝有永磁預(yù)載氣浮軸承；所述的第一單自由度輔助驅(qū)動單元、第二單自由度輔助驅(qū)動單元、 第三單自由度輔助驅(qū)動單元和第四單自由度輔助驅(qū)動單元的底部均裝有直線電機動子，與 基臺接觸的側(cè)面均裝有真空預(yù)載氣浮軸承，與基臺接觸的底面均裝有永磁預(yù)載氣浮軸承。
本發(fā)明所述的光刻機硅片臺雙臺交換系統(tǒng)還包含用于硅片臺運動位置反饋的雙 頻激光干涉儀；在所述的第一主驅(qū)動單元、第二主驅(qū)動單元、第一單自由度輔助驅(qū)動單元、 第二單自由度輔助驅(qū)動單元、第三單自由度輔助驅(qū)動單元、第四單自由度輔助驅(qū)動單元、第 一硅片臺輔助驅(qū)動單元以及第二硅片臺輔助驅(qū)動單元上分別安裝有用于位置反饋的線性 本發(fā)明提供的一種光刻機硅片臺雙臺交換方法，其特征在于該交換方按如下步驟 進(jìn)行
a)兩硅片臺交換位置時，首先，第一主驅(qū)動單元驅(qū)動第一Y方向?qū)к壖暗谝还杵?臺在基臺平面內(nèi)做順時針方向旋轉(zhuǎn)運動，同時，第一硅片臺輔助驅(qū)動單元驅(qū)動第一硅片臺 沿第一 Y方向?qū)к壋虻谝恢黩?qū)動單元方向運動，且第三單自由度輔助驅(qū)動單元沿X正方 向運動； b)當(dāng)?shù)谝籝方向?qū)к壟c第一X方向?qū)к壠叫袝r，第二主驅(qū)動單元驅(qū)動第二Y方向 導(dǎo)軌并帶動第二硅片臺沿X正方向運動，同時，第二硅片臺沿第二Y方向?qū)к壋虻诙黩?qū) 動單元運動，第一Y方向?qū)к壓偷谝还杵_在第一主驅(qū)動單元的驅(qū)動下沿X負(fù)方向運動，第 一單自由度輔助驅(qū)動單元也沿X負(fù)方向運動； c)當(dāng)?shù)诙?Y方向?qū)к壓偷诙杵_從第一 Y方向?qū)к壓偷谝还杵_的一側(cè)移動到 另一側(cè)時，第一主驅(qū)動單元驅(qū)動第一Y方向?qū)к壖暗谝还杵_在基臺平面內(nèi)做逆時針旋轉(zhuǎn) 運動，同時，第四單自由度輔助驅(qū)動單元運動至第一 Y方向?qū)к壍膶?yīng)位置并與之對接，第 二單自由度輔助驅(qū)動單元運動至第二 Y方向?qū)к壍膶?yīng)位置并與之對接，這樣就完成了第 一硅片臺和第二硅片臺的位置交換，并進(jìn)入下一循環(huán)。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下突出優(yōu)點一是該系統(tǒng)的硅片臺為質(zhì)心驅(qū)動； 二是交換面不采用氣浮軸承交換，降低了尺寸一致性的要求；三是四個輔助驅(qū)動單元都是 單自由度的，簡化了控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低了系統(tǒng)零部件的安裝精度要求；四是進(jìn)一步提高了 空間利用率和系統(tǒng)效率。


圖1為光刻機的工作原理示意圖。 圖2為本發(fā)明的光刻機硅片臺雙臺交換系統(tǒng)及其交換前的狀態(tài)圖。
圖3顯示了硅片臺兩側(cè)驅(qū)動單元的結(jié)構(gòu)。
圖4顯示了硅片臺和Y方向?qū)к壍慕Y(jié)構(gòu)。 圖5硅片臺、Y方向?qū)к壟c單自由度輔助驅(qū)動單元之間的連接方式。
圖6為兩自由度主驅(qū)動單元的結(jié)構(gòu)。
圖7為單自由度輔助驅(qū)動單元的結(jié)構(gòu)。
圖8顯示了兩個硅片臺交換過程。 圖中l(wèi)-第一單自由度輔助驅(qū)動單元；2-第一X方向?qū)к墸?-第一硅片臺；4_第 一 Y方向?qū)к墸?_基臺；6_第二 X方向?qū)к墸?_第二單自由度輔助驅(qū)動單元；8_第二硅片 臺；9_第二 Y方向?qū)к墸?0-第一主驅(qū)動單元；11-第一硅片臺輔助驅(qū)動單元；12-第二硅 片臺輔助驅(qū)動單元；13-第二主驅(qū)動單元；14-力矩電機；15-第三單自由度輔助驅(qū)動單元； 16-第四單自由度輔助驅(qū)動單元；17-單自由度驅(qū)動單元直線電機動子；18-主驅(qū)動單元直 線電機動子；19-真空預(yù)載氣浮軸承；20-永磁預(yù)載氣浮軸承；21-Y方向?qū)к壷本€電機定子 磁鋼；22-硅片臺底面氣浮軸承；23-Y方向?qū)к墯飧≥S承；24-閉式預(yù)載氣浮軸承；25a-Y方 向?qū)к墝觽?cè)面；25b-單自由度輔助驅(qū)動單元對接側(cè)面；26-光源；27-掩模版；28-透鏡系 統(tǒng)；29-硅片。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、原理和工作過程做進(jìn)一步的說明
圖2為本發(fā)明提供的光刻機硅片臺雙臺交換系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，該系統(tǒng)含有運行 于曝光工位的第一硅片臺3、運行于預(yù)處理工位的第二硅片臺8、第一 X方向直線導(dǎo)軌2、第 二 X方向直線導(dǎo)軌6、第一單自由度輔助驅(qū)動單元1、第二單自由度輔助驅(qū)動單元7、第三單 自由度輔助驅(qū)動單元15、第四單自由度輔助驅(qū)動單元16、第一 Y方向?qū)к?、第二 Y方向?qū)?軌9、第一硅片臺輔助驅(qū)動單元11、第二硅片臺輔助驅(qū)動單元12、第一主驅(qū)動單元10、第二 主驅(qū)動單元13以及基臺5，基臺的長邊為X方向，短邊為Y方向；第一主驅(qū)動單元10具有 沿X方向的移動自由度和垂直于基臺平面的轉(zhuǎn)動自由度，第一主驅(qū)動單元與第一 Y方向?qū)?軌的一端相聯(lián)，第一 Y方向?qū)к壍牧硪欢伺c第三單自由度輔助驅(qū)動單元或第四單自由度輔 助驅(qū)動單元對接；所述的第二主驅(qū)動單元13具有沿X方向的移動自由度，第二主驅(qū)動單元 與第二 Y方向?qū)к?的一端相聯(lián)，第二 Y方向?qū)к壾壍牧硪欢伺c第一單自由度輔助驅(qū)動單 元1或第二單自由度輔助驅(qū)動單元7對接；所述的Y方向?qū)к壴谥黩?qū)動單元的驅(qū)動下或與 單自由度輔助驅(qū)動單元的共同驅(qū)動下，能夠?qū)崿F(xiàn)硅片臺沿X方向的移動，且Y方向?qū)к壟c單 自由度輔助驅(qū)動單元采用分離式結(jié)構(gòu)，在兩硅片臺位置交換時斷開。 第一主驅(qū)動單元10、第三單自由度輔助驅(qū)動單元15和第四單自由度輔助驅(qū)動單 元16共用第一 Y方向直線導(dǎo)軌4 ;第二主驅(qū)動單元13、第一單自由度輔助驅(qū)動單元1和第 二單自由度輔助驅(qū)動單元7共用第二 Y方向直線導(dǎo)軌9 ;第一 Y方向?qū)к?穿過第一硅片 臺3，第一 Y方向?qū)к?的一端與第一主驅(qū)動單元10聯(lián)接，另一端與第三單自由度輔助驅(qū)動 單元15聯(lián)接，在第一主驅(qū)動單元10和第三單自由度輔助驅(qū)動單元15共同驅(qū)動下，可實現(xiàn) 第一硅片臺沿X方向的移動；第一 Y方向?qū)к?在第一主驅(qū)動單元10的驅(qū)動下可實現(xiàn)垂直 于基臺平面的旋轉(zhuǎn)運動；第二 Y方向?qū)к?穿過第二硅片臺8，第二 Y方向?qū)к壍囊欢伺c第 二主驅(qū)動單元13聯(lián)接，另一端與第一單自由度輔助驅(qū)動單元1連接，在第二主驅(qū)動單元13 和第一單自由度輔助驅(qū)動單元1共同驅(qū)動下，可實現(xiàn)第二硅片臺沿X方向的移動。
圖3和圖4顯示了硅片臺、X方向?qū)к?、Y方向?qū)к?、氣浮軸承、單自由度輔助驅(qū)動 單元、主驅(qū)動單元的結(jié)構(gòu)和聯(lián)接方式；第一單自由度輔助驅(qū)動單元1、第二單自由度輔助驅(qū) 動單元7、第三單自由度輔助驅(qū)動單元15和第四單自由度輔助驅(qū)動單元16的底部均安裝有 直線電機動子，與基臺接觸的底面均裝有永磁預(yù)載氣浮軸承或真空預(yù)載氣浮軸承，定子安 裝在基臺5上，第三單自由度輔助驅(qū)動單元或第四單自由度輔助驅(qū)動單元與第一 Y方向?qū)?軌4對接，就可與第一主驅(qū)動單元10配合，共同驅(qū)動第一硅片臺沿X方向運動；X方向?qū)к?和主驅(qū)動單元的聯(lián)接方式可采用滾珠導(dǎo)軌或氣浮軸承導(dǎo)向、磁力或真空預(yù)載等方式實現(xiàn)；Y 方向?qū)к壓椭黩?qū)動單元的聯(lián)接方式采用螺釘固接等方式實現(xiàn)，另一端與一個單自由度輔助 驅(qū)動單元連接，采用電磁或真空吸附等方式實現(xiàn)精確對接；Y方向?qū)к壴诹仉姍C、直線電 機或步進(jìn)電機的驅(qū)動下，可實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動和沿X方向的移動。 圖4顯示了硅片臺與Y方向?qū)к壍穆?lián)接結(jié)構(gòu)。第一硅片臺3底部裝有真空預(yù)載氣 浮軸承，基臺上表面為導(dǎo)向面，第一 Y方向?qū)к?從第一硅片臺3內(nèi)部貫穿，第一 Y方向?qū)?軌4上安裝有Y方向?qū)к壷本€電機定子磁鋼，線圈作為直線電機動子安裝在硅片臺上；第一 硅片臺3的兩內(nèi)側(cè)垂直面還裝有閉式預(yù)載氣浮軸承，以約束第一硅片臺3沿Y方向?qū)к夁\ 動。 圖5顯示了第一Y方向?qū)к?與單自由度輔助驅(qū)動單元15之間的聯(lián)接。第三單 自由度輔助驅(qū)動單元15與第一 Y方向?qū)к?對接，在聯(lián)接面可采用電磁或真空吸附等方式
7實現(xiàn)精確對接和脫離，以實現(xiàn)硅片臺的位置交換。 圖6顯示了第一主驅(qū)動單元的結(jié)構(gòu)。第一主驅(qū)動單元10裝有直線電機動子18和 力矩電機14，具有平動和轉(zhuǎn)動兩個自由度，以力矩電機、直線電機或步進(jìn)電機等作為驅(qū)動， 可實現(xiàn)沿X方向的平動和繞第一主驅(qū)動單元的轉(zhuǎn)動；第一主驅(qū)動單元10和第二主驅(qū)動單元 13的底部均裝有直線電機動子18，底面均裝有永磁預(yù)載氣浮軸承20，與Y方向?qū)к壷g均 采用滾珠導(dǎo)軌或氣浮軸承作為導(dǎo)向支撐。 圖7顯示了單自由度輔助驅(qū)動單元的結(jié)構(gòu)。單自由度輔助驅(qū)動單元和主驅(qū)動單元 一起驅(qū)動硅片臺沿X方向移動，單自由度輔助驅(qū)動單元的底部均裝有直線電機動子17，側(cè) 面均裝有真空預(yù)載氣浮軸承19，底面均裝有永磁預(yù)載氣浮軸承。 圖8顯示了本發(fā)明光刻機硅片臺雙臺交換系統(tǒng)的交換過程，按如下步驟進(jìn)行
a)兩硅片臺位于交換前的位置狀態(tài)，即第三單自由度輔助驅(qū)動單元15與第一Y方 向?qū)к?對接，并和第一主驅(qū)動單元10共同驅(qū)動第一硅片臺3于曝光工位，第一單自由度 輔助驅(qū)動單元1與第二 Y方向?qū)к?對接，并和第二主驅(qū)動單元13共同驅(qū)動第二硅片臺8 于預(yù)處理工位，硅片臺各自完成預(yù)處理和曝光工序后，系統(tǒng)進(jìn)入雙臺交換狀態(tài)；
b)首先，第一Y方向?qū)к?與第三單自由度輔助驅(qū)動單元15脫離，第一主驅(qū)動單 元10驅(qū)動第一 Y方向?qū)к?并帶動第一硅片臺3在基臺平面內(nèi)做順時針方向旋轉(zhuǎn)運動，同 時，第一硅片臺輔助驅(qū)動單元11驅(qū)動第一硅片臺3沿第一 Y方向?qū)к?朝向第一主驅(qū)動單 元10方向運動，且第三單自由度輔助驅(qū)動單元15沿X正方向運動，如圖7(a)所示，直至第 一 Y方向?qū)к?與第一 X方向?qū)к?平行； c)其次，第二Y方向?qū)к?與第一單自由度輔助驅(qū)動單元1脫離，第二主驅(qū)動單 元13驅(qū)動第二 Y方向?qū)к?并帶動第二硅片臺8沿X正方向運動，同時，第二硅片臺8沿 第二 Y方向?qū)к?朝向第二主驅(qū)動單元13方向運動，第一 Y方向?qū)к?和第一硅片臺在第 一主驅(qū)動單元10的驅(qū)動下沿X負(fù)方向運動，第一單自由度輔助驅(qū)動單元1也沿X負(fù)方向運 動，運動至邊緣停止，如圖7(b)所示； d)然后，當(dāng)?shù)诙?Y方向?qū)к?和第二硅片臺8從第一 Y方向?qū)к?和第一硅片臺3 的一側(cè)移動到另一側(cè)時，第一主驅(qū)動器10就驅(qū)動第一 Y方向?qū)к?并帶動第一硅片臺3繞 其做逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時，硅片臺3沿背離第一主驅(qū)動器10的方向運動，第二單自由度輔 助驅(qū)動單元7沿X負(fù)方向運動，第四單自由度輔助驅(qū)動單元16沿X正方向運動，如圖7(c) 所示； e)最后，當(dāng)?shù)谝?Y方向?qū)к?在第一主驅(qū)動單元10的驅(qū)動下平行于Y方向時，第 四單自由度輔助驅(qū)動單元16運動至第一 Y方向?qū)к?的對應(yīng)位置并與之對接，并與第一主 驅(qū)動單元10及第一硅片臺輔助驅(qū)動單元11共同驅(qū)動第一硅片臺3運動至預(yù)處理工位的初 始位置，第二單自由度輔助驅(qū)動單元7運動至第二 Y方向?qū)к?的對應(yīng)位置并與之對接，并 與第二主驅(qū)動單元13及第二輔助驅(qū)動單元12共同驅(qū)動第二硅片臺8運動至曝光工位的初 始位置，如圖7(d)所示，至此第一硅片臺3和第二硅片臺8完成了位置交換，并開始下一個 循環(huán)。
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權(quán)利要求
一種光刻機硅片臺雙臺交換系統(tǒng)，該系統(tǒng)含有運行于曝光工位的第一硅片臺(3)、運行于預(yù)處理工位的第二硅片臺(8)、基臺(5)、第一X方向直線導(dǎo)軌(2)、第二X方向直線導(dǎo)軌(6)、第一單自由度輔助驅(qū)動單元(1)、第二單自由度輔助驅(qū)動單元(7)、第三單自由度輔助驅(qū)動單元(15)、第四單自由度輔助驅(qū)動單元(16)、第一Y方向?qū)к?4)、第二Y方向?qū)к?9)、第一硅片臺輔助驅(qū)動單元(11)和第二硅片臺輔助驅(qū)動單元(12)，第一Y方向?qū)к?4)穿過第一硅片臺(3)，第二Y方向?qū)к?9)穿過第二硅片臺(8)；其特征在于所述系統(tǒng)還含有設(shè)置在第一X方向直線導(dǎo)軌(2)上的第一主驅(qū)動單元(10)和設(shè)置在第二X方向直線導(dǎo)軌(6)上的第二主驅(qū)動單元(13)；所述的第一主驅(qū)動單元(10)具有沿X方向的移動自由度和垂直于基臺平面的轉(zhuǎn)動自由度，所述的第一主驅(qū)動單元(10)與第一Y方向?qū)к?4)的一端相聯(lián)，第一Y方向?qū)к?4)的另一端與第三單自由度輔助驅(qū)動單元(15)或第四單自由度輔助驅(qū)動單元(16)對接；所述的第二主驅(qū)動單元(13)具有沿X方向的移動自由度，第二主驅(qū)動單元(13)與第二Y方向?qū)к?9)的一端相聯(lián)，導(dǎo)軌的另一端與第一單自由度輔助驅(qū)動單元(1)或第二單自由度輔助驅(qū)動單元(7)對接；所述的Y方向?qū)к壟c單自由度輔助驅(qū)動單元采用分離式結(jié)構(gòu)，在兩硅片臺位置交換時斷開。
2. 按照權(quán)利要求1所述的一種光刻機硅片臺雙臺交換系統(tǒng)，其特征在于所述的第一 主驅(qū)動單元(10)由主驅(qū)動單元直線電機動子(18)、力矩電機(14)和真空預(yù)載氣浮軸承 (20)組成，或由步進(jìn)電機代替所述的直線電機，由永磁預(yù)載氣浮軸代替所述的承真空預(yù)載 氣浮軸承；所述的第二主驅(qū)動單元(13)由主驅(qū)動單元直線電機動子(18)和真空預(yù)載氣浮 軸承(20)組成，或采用步進(jìn)電機代替其中的直線電機，采用永磁預(yù)載氣浮軸承代替其中的 真空預(yù)載氣浮軸承。
3. 按照權(quán)利要求1所述的一種光刻機硅片臺雙臺交換系統(tǒng)，其特征在于所述的第一 主驅(qū)動單元(10)的頂部與第一X方向?qū)к?2)之間、第二主驅(qū)動單元(13)的頂部與第二 X方向?qū)к?6)之間分別安裝有滾珠導(dǎo)軌或氣浮軸承作為導(dǎo)向支撐；所述的第一主驅(qū)動單 元(10)和第二主驅(qū)動單元(13)與基臺(5)接觸的底面均裝有永磁預(yù)載氣浮軸承。
4. 按照權(quán)利要求1所述的一種光刻機硅片臺雙臺交換系統(tǒng)，其特征在于在所述的第 一主驅(qū)動單元(10)、第二主驅(qū)動單元(13)、第一單自由度輔助驅(qū)動單元(1)、第二單自由度 輔助驅(qū)動單元(7)、第三單自由度輔助驅(qū)動單元(15)、第四單自由度輔助驅(qū)動單元(16)、第 一硅片臺輔助驅(qū)動單元(11)以及第二硅片臺輔助驅(qū)動單元(12)的直線電機上分別安裝有 用于位置反饋的線性光柵。
5. 按照權(quán)利要求1、2、3或4所述的一種光刻機硅片臺雙臺交換系統(tǒng)，其特征在于所 述的第一單自由度輔助驅(qū)動單元(1)、第二單自由度輔助驅(qū)動單元(7)、第三單自由度輔助 驅(qū)動單元(15)和第四單自由度輔助驅(qū)動單元(16)的底部均安裝有直線電機動子(17)，與 基臺(5)接觸的側(cè)面均裝有真空預(yù)載氣浮軸承(19)，與基臺(5)接觸的底面均裝有永磁預(yù) 載氣浮軸承(20)。
6. 按照權(quán)利要求5所述的一種光刻機硅片臺雙臺交換系統(tǒng)，其特征在于所述的光刻 機硅片臺雙臺交換系統(tǒng)還包含用于硅片臺運動位置反饋的雙頻激光干涉儀。
7. —種采用如權(quán)利要求1所述系統(tǒng)的光刻機硅片臺雙臺交換方法，其特征在于該交換 方按如下步驟進(jìn)行a)兩硅片臺交換位置時，首先，第一主驅(qū)動單元(10)驅(qū)動第一Y方向?qū)к?4)及第一硅片臺(3)在基臺(5)平面內(nèi)做順時針方向旋轉(zhuǎn)運動，同時，第一硅片臺輔助驅(qū)動單元(ll) 驅(qū)動第一硅片臺(3)沿第一Y方向?qū)к?4)朝向第一主驅(qū)動單元(10)方向運動，且第三單 自由度輔助驅(qū)動單元(15)沿X正方向運動；b) 當(dāng)?shù)谝籝方向?qū)к?4)與第一X方向?qū)к?2)平行時，第二主驅(qū)動單元(13)驅(qū)動第 二Y方向?qū)к?9)并帶動第二硅片臺(8)沿X正方向運動，同時，第二硅片臺(8)沿第二Y 方向?qū)к?9)朝向第二主驅(qū)動單元(13)運動，第一Y方向?qū)к?4)和第一硅片臺(3)在第 一主驅(qū)動單元(10)的驅(qū)動下沿X負(fù)方向運動，第一單自由度輔助驅(qū)動單元(1)也沿X負(fù)方 向運動；c) 當(dāng)?shù)诙方向?qū)к?9)和第二硅片臺(8)從第一Y方向?qū)к?4)和第一硅片臺(3) 的一側(cè)移動到另一側(cè)時，第一主驅(qū)動單元(10)驅(qū)動第一Y方向?qū)к?4)及第一硅片臺(3) 在基臺平面內(nèi)做逆時針旋轉(zhuǎn)運動，同時，第四單自由度輔助驅(qū)動單元(16)運動至第一Y方 向?qū)к?4)的對應(yīng)位置并與之對接，第二單自由度輔助驅(qū)動單元(7)運動至第二Y方向?qū)?軌(9)的對應(yīng)位置并與之對接，這樣就完成了第一硅片臺(3)和第二硅片臺(8)的位置交 換，并進(jìn)入下一循環(huán)。
全文摘要
一種光刻機硅片臺雙臺交換系統(tǒng)及其交換方法，該系統(tǒng)含有兩個硅片臺、基臺、X方向直線導(dǎo)軌、Y方向直線導(dǎo)軌、硅片臺輔助驅(qū)動單元以及四個單自由度輔助驅(qū)動單元，所述系統(tǒng)還包括設(shè)置在第一X方向直線導(dǎo)軌上的第一主驅(qū)動單元和設(shè)置在第二X方向直線導(dǎo)軌上的第二主驅(qū)動單元。在主驅(qū)動單元驅(qū)動下，Y方向?qū)к壙蓪崿F(xiàn)沿X方向的移動和基臺平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)運動；當(dāng)Y方向?qū)к墡庸杵_旋轉(zhuǎn)至與X方向平行時，另一帶有硅片臺的Y方向?qū)к壙稍谥黩?qū)動單元的驅(qū)動下沿X方向平移運動，以實現(xiàn)兩硅片臺的位置交換。本發(fā)明避免了硅片臺尺寸一致性、零部件加工和裝配的極高精度要求等缺陷，不僅簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，而且提高了系統(tǒng)的空間利用率和精度。
文檔編號G03F7/20GK101727019SQ200910241909
公開日2010年6月9日 申請日期2009年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月15日
發(fā)明者尹文生, 張利, 張鳴, 徐登峰, 朱煜, 楊開明, 段廣洪, 汪勁松, 胡金春, 董立立, 馬競 申請人:清華大學(xué)