專利名稱：一種光刻機(jī)硅片臺雙臺交換系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光刻機(jī)硅片臺雙臺交換系統(tǒng)，該系統(tǒng)應(yīng)用于半導(dǎo)體光刻機(jī)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(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)(以下簡稱為硅片臺)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1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，就要求硅片臺具有極高 的運(yùn)動(dòng)定位精度；由于硅片臺的運(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，又要求硅片臺的運(yùn)動(dòng)速度不斷提高。
傳統(tǒng)的硅片臺，如專利EP0729073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。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，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(shí)間很長。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(zhǔn)、對準(zhǔn)等曝光準(zhǔn)備工作轉(zhuǎn)移至第二個(gè)硅片臺上，且與曝光硅 片臺同時(shí)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。在不提高硅片臺運(yùn)動(dòng)速度的前提下，曝光硅片臺大量的準(zhǔn)備工作由 第二個(gè)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(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)在于硅片臺系統(tǒng)的非質(zhì)心驅(qū)動(dòng)問題。
本申請人在2003年申請的發(fā)明專利"步進(jìn)投影光刻機(jī)雙臺輪換曝光超精密定位硅 片系統(tǒng)"(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)致該硅片臺系統(tǒng)外形尺寸較大，這對于對設(shè)備空間利用 率要求較嚴(yán)的半導(dǎo)體芯片廠商而言無疑顯得非常重要。三是該系統(tǒng)硅片臺交換時(shí)需釆用 帶驅(qū)動(dòng)裝置的橋接裝置，從而增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。
發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種光刻機(jī)硅片臺雙臺交換系 統(tǒng)，以克服已有硅片臺雙臺交換系統(tǒng)存在非質(zhì)心驅(qū)動(dòng)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及要求極高的導(dǎo)軌對 接精度等缺點(diǎn)，使其具有結(jié)構(gòu)簡單，空間利用率高以及無需對接輔助裝置等優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)而 提高光刻機(jī)的曝光效率。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種光刻機(jī)硅片臺雙臺交換系統(tǒng)，該系統(tǒng)含有運(yùn)行于曝光工位的硅片臺和運(yùn)行于預(yù) 處理工位的硅片臺，所述的兩個(gè)硅片臺設(shè)置在一基臺上，其特征在于在所述的基臺邊 緣設(shè)置有4個(gè)沿X向和Y向運(yùn)動(dòng)的雙自由度驅(qū)動(dòng)單元，兩個(gè)硅片臺位于4個(gè)雙自由度
驅(qū)動(dòng)單元圍成的空間內(nèi)，并通過氣浮軸承懸浮在基臺上表面，所述的每個(gè)雙自由度驅(qū)動(dòng) 單元包括上直線導(dǎo)軌、下直線導(dǎo)軌和導(dǎo)套，上直線導(dǎo)軌和下直線導(dǎo)軌呈十字安裝在導(dǎo)套 中。所述的雙自由度驅(qū)動(dòng)單元與硅片臺之間通過永磁預(yù)載的氣浮軸承連接。硅片臺實(shí)現(xiàn)
X向或Y向的運(yùn)動(dòng)是通過一個(gè)雙自由度驅(qū)動(dòng)單元的上直線導(dǎo)軌對硅片臺施加推力或拉 力，另一個(gè)相鄰驅(qū)動(dòng)單元的下直線導(dǎo)軌跟隨硅片臺做等速同向同步運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明所述的上直線導(dǎo)軌和下直線導(dǎo)軌中均安裝有直線電機(jī)和氣浮軸承。所述的4 個(gè)雙自由度驅(qū)動(dòng)單元位于基臺邊緣的凹槽中。
本發(fā)明的技術(shù)特征還在于所述的上直線導(dǎo)軌和下直線導(dǎo)軌上均安裝有線性光柵，
用于作雙自由度驅(qū)動(dòng)單元的位置反饋。
本發(fā)明的又一技術(shù)特征是該系統(tǒng)還包含用于硅片臺運(yùn)動(dòng)位置反饋的雙頻激光干涉儀。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下突出性的優(yōu)點(diǎn) 一是該系統(tǒng)的雙自由度驅(qū)動(dòng)單元 與硅片臺之間通過帶永磁預(yù)載或/和真空預(yù)載的空氣軸承相連，因此避免了采用對接導(dǎo)軌 所帶來的要求極高的導(dǎo)軌對接精度，以及需增加對接輔助裝置等缺陷，大大簡化了系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)，二是該系統(tǒng)雙臺交換采用4個(gè)完全相同的2自由度驅(qū)動(dòng)單元實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)的復(fù)雜性 大大降低。
圖1為光刻機(jī)的工作原理示意圖。
圖2為本發(fā)明提供的光刻機(jī)硅片臺雙臺交換系統(tǒng)及其交換前的狀態(tài)圖。
圖3顯示了雙自由度驅(qū)動(dòng)單元的結(jié)構(gòu)。
圖4顯示了導(dǎo)套和上直線導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)。
圖5硅片臺與雙自由度驅(qū)動(dòng)單元之間的聯(lián)接方式
圖6顯示了交換前兩個(gè)硅片臺運(yùn)動(dòng)到交換位置的狀態(tài)圖。
圖7顯示了交換后兩個(gè)硅片臺在交換位置的狀態(tài)。
圖8顯示了系統(tǒng)完成交換后的狀態(tài)。
圖9為硅片臺采用激光干涉儀作位置反饋的測量方案。
圖中
l一基臺；
2—基臺上表面； 5 —凹槽；
6— 曝光工位；
7— 預(yù)處理工位；
10—曝光工位的硅片臺； 12—預(yù)處理工位的硅片臺；
21— 第一雙自由度驅(qū)動(dòng)單元；
22— 第二雙自由度驅(qū)動(dòng)單元；
23— 第三雙自由度驅(qū)動(dòng)單元；
24— 第四雙自由度驅(qū)動(dòng)單元； 30—下直線導(dǎo)軌；
30a—下直線電機(jī)定子；
30b—下直線電機(jī)動(dòng)子；
35 —導(dǎo)套；
40—上直線導(dǎo)軌；
40a—上直線電機(jī)定子；
40b—上直線電機(jī)動(dòng)子；
45—光源；
47—掩模版；
49一透鏡系統(tǒng)；
50—硅片；
60a—下直線導(dǎo)軌側(cè)向閉式預(yù)載氣浮軸承60b—下直線導(dǎo)軌垂直向永磁預(yù)載氣浮軸承； 61a—上直線導(dǎo)軌側(cè)向閉式預(yù)載氣浮軸承 61b—上直線導(dǎo)軌垂直向永磁預(yù)載氣浮軸承 80—永磁預(yù)載或(和)的氣浮軸承 100a—上直線導(dǎo)軌線性光柵 100b—下直線導(dǎo)軌線性光柵；
IIO—長行程反射鏡； 111一45度彎光鏡； 112—上反射鏡； 115—雙頻激光干涉儀。
具體實(shí)施例方式
圖2顯示了光刻機(jī)硅片臺雙臺交換系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，該系統(tǒng)含有基臺l，運(yùn)行于 曝光工位6的硅片臺10，運(yùn)行于預(yù)處理工位7的硅片臺12，以及設(shè)置在基臺邊緣的4 個(gè)沿X向和Y向運(yùn)動(dòng)的雙自由度驅(qū)動(dòng)單元。兩個(gè)硅片臺位于4個(gè)雙自由度驅(qū)動(dòng)單元圍 成的空間內(nèi)，并通過氣浮軸承懸浮在基臺上表面。每個(gè)雙自由度驅(qū)動(dòng)單元包含上直線導(dǎo) 軌40、下直線導(dǎo)軌30和導(dǎo)套35,上直線導(dǎo)軌和下直線導(dǎo)軌呈十字安裝在導(dǎo)套中。雙自 由度驅(qū)動(dòng)單元與硅片臺之間通過永磁預(yù)載或/和真空預(yù)載的氣浮軸80承連接。
圖3、 4顯示了雙自由度驅(qū)動(dòng)單元的結(jié)構(gòu)及氣浮軸承的布置。上直線導(dǎo)軌40頂面安 裝有線性光柵100a，下直線導(dǎo)軌30中也安裝有線性光柵100b，用于雙自由度驅(qū)動(dòng)單元 位置反饋。上直線導(dǎo)軌和下直線導(dǎo)軌中均裝有直線電機(jī)和氣浮軸承，直線電機(jī)由永磁組 和線圈組成；上直線導(dǎo)軌40中直線電機(jī)的線圈作為上直線電機(jī)定子40a安裝在導(dǎo)套35 中，永磁組作為直線電機(jī)動(dòng)子40b安裝在上直線導(dǎo)軌中，驅(qū)動(dòng)硅片臺運(yùn)動(dòng)。下直線導(dǎo)軌 30中直線電機(jī)的永磁組作為該直線電機(jī)定子30a安裝在基臺凹槽5中，與之對應(yīng)的線圈 作為該直線電機(jī)動(dòng)子30b安裝在導(dǎo)套35中。
圖3還顯示了雙自由度驅(qū)動(dòng)單元中氣浮軸承的布置位置。上直線導(dǎo)軌和下直線導(dǎo)軌 中安裝均安裝有氣浮軸承。下直線導(dǎo)軌通過下直線導(dǎo)軌側(cè)向閉式預(yù)載氣浮軸承60a、下 直線導(dǎo)軌垂直向永磁預(yù)載氣浮軸承60b支撐在基臺凹槽5中，上直線導(dǎo)軌中的上直線導(dǎo) 軌側(cè)向閉式預(yù)載氣浮軸承61a、上直線導(dǎo)軌垂直向永磁預(yù)載氣浮軸承61b布置在導(dǎo)套35 內(nèi)側(cè)面和底面，如圖3中所示。
圖5顯示了硅片臺與雙自由度驅(qū)動(dòng)單元之間的聯(lián)接方式。二者通過永磁預(yù)載的空氣 軸承80聯(lián)接。
如圖2、 3、 4所示，硅片臺12沿X向的運(yùn)動(dòng)通過雙自由度驅(qū)動(dòng)單元21中的上直線 導(dǎo)軌40的推動(dòng)或拉動(dòng)實(shí)現(xiàn)，其相鄰的雙自由度驅(qū)動(dòng)單元22此時(shí)位于該硅片臺的側(cè)面，
其下直線導(dǎo)軌30與雙自由度驅(qū)動(dòng)單元21中的上直線導(dǎo)軌40作等速同向同步的跟隨運(yùn) 動(dòng)，此時(shí)雙自由度驅(qū)動(dòng)單元22中的上直線導(dǎo)軌40的位置保持不變，從而實(shí)現(xiàn)硅片臺沿 X向運(yùn)動(dòng)。硅片臺12沿Y向運(yùn)動(dòng)通過雙自由度驅(qū)動(dòng)單元22中的上直線導(dǎo)軌40的推動(dòng) 或拉動(dòng)實(shí)現(xiàn)，其相鄰的雙自由度驅(qū)動(dòng)單元21中的下直線導(dǎo)軌30與雙自由度驅(qū)動(dòng)單元22 中的上直線導(dǎo)軌40作等速同向同步的跟隨運(yùn)動(dòng)，此時(shí)雙自由度驅(qū)動(dòng)單元21中的上直線 導(dǎo)軌40的位置保持不變，從而實(shí)現(xiàn)硅片臺沿Y向運(yùn)動(dòng)。另外一組雙自由度驅(qū)動(dòng)單元23、 24驅(qū)動(dòng)硅片臺IO運(yùn)動(dòng)的工作原理與上述原理相同。
系統(tǒng)完成硅片臺雙臺交換的過程如圖2、圖6-8所示。硅片臺10和12交換以前， 如圖2所示硅片臺所處位置作為起始位置，第一雙自由度驅(qū)動(dòng)單元21和第二雙自由度 驅(qū)動(dòng)單元22中的上直線導(dǎo)軌通過空氣軸承80推(拉)動(dòng)硅片臺12在曝光工位6作曝 光運(yùn)動(dòng)，與此同時(shí)第三雙自由度驅(qū)動(dòng)單元23、第四雙自由度驅(qū)動(dòng)單元24中的上直線導(dǎo) 軌通過空氣軸承80推(拉)動(dòng)硅片臺10在預(yù)處理工位7作預(yù)處理運(yùn)動(dòng)。
在硅片臺各自完成預(yù)處理和曝光工序后，系統(tǒng)進(jìn)入雙臺交換狀態(tài)，如圖6-8所示。 此時(shí)第一雙自由度驅(qū)動(dòng)單元21通過下直線導(dǎo)軌30運(yùn)動(dòng)到曝光工位的硅片臺IO的側(cè)面， 第三雙自由度驅(qū)動(dòng)單元23通過下直線導(dǎo)軌30運(yùn)動(dòng)到預(yù)處理工位的硅片臺12的側(cè)面， 這樣硅片臺10由交換前由雙自由度驅(qū)動(dòng)單元23、 24驅(qū)動(dòng)變?yōu)橛呻p自由度驅(qū)動(dòng)單元21、 24驅(qū)動(dòng)并且由交換前的預(yù)處理工位運(yùn)行至曝光工位；而硅片臺12改為由22、 23驅(qū)動(dòng)并 且由交換前的曝光工位運(yùn)行至預(yù)處理工位，從而完成了兩個(gè)硅片臺位置的交換，并開始 下一個(gè)循環(huán)。圖6顯示了第一雙自由度驅(qū)動(dòng)單元21和第三雙自由度驅(qū)動(dòng)單元23側(cè)向移 動(dòng)前的位置，圖7為第一雙自由度驅(qū)動(dòng)單元21和第三雙自由度驅(qū)動(dòng)單元23側(cè)向移動(dòng)后 的位置。
圖9顯示了本發(fā)明采用雙頻激光干涉儀115作為位置反饋的空間布置形式。硅片臺 安裝有L型的長行程反射鏡llO，并安裝有一個(gè)45度彎光鏡111，該彎光鏡用以測量硅 片臺在豎直方向的微小位移。由于該測量系統(tǒng)與硅片臺定位系統(tǒng)在物理上通過隔振裝置 隔離，因此本圖僅表示雙頻激光干涉儀的空間布置。本測量方案可對每個(gè)硅片臺在空間 的6個(gè)自由度進(jìn)行高精度測量并實(shí)現(xiàn)最終位置反饋。
權(quán)利要求
1.一種光刻機(jī)硅片臺雙臺交換系統(tǒng)，該系統(tǒng)含有運(yùn)行于曝光工位(6)的硅片臺(10)和運(yùn)行于預(yù)處理工位(7)的硅片臺(12)，所述的兩個(gè)硅片臺設(shè)置在一基臺(1)上，其特征在于在所述的基臺邊緣設(shè)置有4個(gè)沿X向和Y向運(yùn)動(dòng)的雙自由度驅(qū)動(dòng)單元，兩個(gè)硅片臺位于4個(gè)雙自由度驅(qū)動(dòng)單元圍成的空間內(nèi)，并通過氣浮軸承懸浮在基臺上表面；所述的每個(gè)雙自由度驅(qū)動(dòng)單元包括上直線導(dǎo)軌(40)、下直線導(dǎo)軌(30)和導(dǎo)套(35)，上直線導(dǎo)軌和下直線導(dǎo)軌呈十字安裝在導(dǎo)套中；所述的雙自由度驅(qū)動(dòng)單元與硅片臺之間通過永磁預(yù)載或/和真空預(yù)載的氣浮軸承(80)連接；硅片臺實(shí)現(xiàn)X向或Y向的運(yùn)動(dòng)是通過一個(gè)雙自由度驅(qū)動(dòng)單元的上直線導(dǎo)軌對硅片臺施加推力或拉力，另一個(gè)相鄰驅(qū)動(dòng)單元的下直線導(dǎo)軌跟隨硅片臺做等速同向同步運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)。
2. 按照權(quán)利要求1所述的一種光刻機(jī)硅片臺雙臺交換系統(tǒng)，其特征在于所述的上直線 導(dǎo)軌和下直線導(dǎo)軌中均安裝有直線電機(jī)和氣浮軸承；上直線導(dǎo)軌40中直線電機(jī)的線圈作為上 直線電機(jī)定子(40a)安裝在導(dǎo)套(35)中，永磁組作為直線電機(jī)動(dòng)子(40b)安裝在上直線 導(dǎo)軌中，驅(qū)動(dòng)硅片臺運(yùn)動(dòng)；下直線導(dǎo)軌(30)中直線電機(jī)的永磁組作為該直線電機(jī)定子G0a) 安裝在基臺凹槽(5)中，與之對應(yīng)的線圈作為該直線電機(jī)動(dòng)子(30b)安裝在導(dǎo)套(35)中。
3. 按照權(quán)利要求1或2所述的一種光刻機(jī)硅片臺雙臺交換系統(tǒng)，其特征在于所述的4 個(gè)雙自由度驅(qū)動(dòng)單元位于基臺邊緣的凹槽(5)中。
4. 按照權(quán)利要求3所述的一種光刻機(jī)硅片臺雙臺交換系統(tǒng)，其特征在于在所述的上直 線導(dǎo)軌和下直線導(dǎo)軌上分別安裝有用于作雙自由度驅(qū)動(dòng)單元位置反饋的線性光柵(100a、 聽)
5. 按照權(quán)利要求1所述的一種光刻機(jī)硅片臺雙臺交換系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)還包含 用于硅片臺運(yùn)動(dòng)位置反饋的雙頻激光干涉儀(115)。
全文摘要
一種光刻機(jī)硅片臺雙臺交換系統(tǒng)，該系統(tǒng)含有運(yùn)行于曝光工位的硅片臺和運(yùn)行于預(yù)處理工位的硅片臺，兩個(gè)硅片臺設(shè)置在一基臺上，在基臺邊緣設(shè)置有4個(gè)沿X向和Y向運(yùn)動(dòng)的雙自由度驅(qū)動(dòng)單元，兩個(gè)硅片臺位于4個(gè)雙自由度驅(qū)動(dòng)單元圍成的空間內(nèi)，并通過氣浮軸承懸浮在基臺上表面；每個(gè)雙自由度驅(qū)動(dòng)單元包括上、下直線導(dǎo)軌和導(dǎo)套，上直線導(dǎo)軌安裝在導(dǎo)套中；兩個(gè)雙自由度驅(qū)動(dòng)單元相互配合驅(qū)動(dòng)硅片臺實(shí)現(xiàn)X向或Y向的運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明避免了采用對接導(dǎo)軌所帶來的要求極高的導(dǎo)軌對接精度，以及需增加對接輔助裝置等缺陷，大大簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，二是該系統(tǒng)雙臺交換采用4個(gè)完全相同的兩自由度驅(qū)動(dòng)單元實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)的復(fù)雜性大大降低。
文檔編號H01L21/027GK101101454SQ20071011927
公開日2008年1月9日 申請日期2007年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月19日
發(fā)明者尹文生, 鳴 張, 徐登峰, 煜 朱, 廣 李, 段廣洪, 汪勁松, 賈松濤 申請人:清華大學(xué)