CN102495532A

CN102495532A - 基于单/双驱步进扫描的双工件台外侧交换装置

Info

Publication number: CN102495532A
Application number: CN2011103780745A
Authority: CN
Inventors: 谭久彬; 崔继文; 马伟; 金国良
Original assignee: Harbin Institute of Technology Shenzhen
Current assignee: Harbin Institute of Technology Shenzhen
Priority date: 2011-11-12
Filing date: 2011-11-12
Publication date: 2012-06-13

Abstract

基于单/双驱步进扫描的双工件台外侧交换装置属于半导体制造装备技术领域，该装置包括基台，位于预对准工位和曝光工位的硅片台，在平衡质量块上预设4个Y向直线运动单元和2个X向直线运动单元，同时在预对准工位和曝光工位之间增加了Y向过渡直线运动单元，通过Y向直线运动单元的直线电机定子与Y向过渡直线运动单元的对接完成硅片台在预对准区域和曝光区域之间的运动从而实现三节拍换台；本发明在换台过程中采用三节拍，提高了换台效率，同时本发明具体实施过程中硅片台始终运行于基台上，运动更平稳，而且Y向直线电机动子与硅片台固联，避免了硅片台的抓卡机构，具有运动惯量小、稳定时间短和具有结构紧凑和结构刚度大等优点。

Description

基于单/双驱步进扫描的双工件台外侧交换装置

技术领域

本发明属于半导体制造装备，主要涉及一种基于单/双驱步进扫描的双工件台外侧交换装置。

背景技术

光刻技术是通过曝光的方法将掩模版上的图形转移到涂覆于硅片表面的光刻胶上，利用后续的显影、刻蚀等技术将光刻胶上的图形转移到硅片上。光刻机是光刻技术中重要的超精密系统型工程设备之一，其整体性能对于整个光刻工艺具有非常重要的作用。工件台的主要作用是在高速和高加速度的条件下承载晶圆实现纳米级定位，完成光刻过程中的上下片、预对准、对准等工序，同时与掩模台配合完成曝光动作。工件台技术对于提高光刻机分辨率、套刻精度和产率具有至关重要的作用。

产率是光刻机产业化发展的主要追求目标之一。为了提高产率，避免频繁更换晶圆，目前晶圆直径从150m、200mm逐步增加到目前的300mm。在晶圆直径增大的同时，工件台的运动速度和运动加速度也进行了相应的提高。工件台的运动速度和运动加速度的提高对纳米级定位提出更大的考验，对整体性能造成很大影响。为了进一步提高产率，从减小对准测量的时间出发，有人提出双工件台技术，即在工件台上设定曝光工位和预对准工位，两个硅片台分别位于曝光工位和预对准工位，采用这种方式实现预对准和曝光的同时进行。荷兰ASML公司的TwinScan系统是国际上最早提出的双工件台系统，基于TwinScan技术(即双工件台技术)光刻机也是目前最具有代表性的双工件台光刻机。

采用双工件台技术可以很大的提高光刻机的运行效率，提高产率。不同的公司采用不同的实现方法。双台专利WO98/40791中，每个硅片台有两个可交换配合的单元来实现双台的交换，实现预处理和曝光的同时独立工作，提高了生产效率。但是由于硅片台与导轨采用耦合连接方式，在交换过程中硅片台与驱动单元会存在短暂的分离，对硅片台的定位精度造成影响。专利US2001/0004105A1中，采用双台交换技术，实现在不提高硅片台运动速度的前提下提高了产率，但由于硅片台与导轨之间也采用耦合连接方式，同样在换台过程中同样会出现硅片台与驱动单元的短暂分离，影响硅片台的定位精度。同时运动单元和导轨较长，运动质量较大，对于运动速度和加速度的提高都产生不良影响。专利CN101231471A中，采用H型驱动单元与过渡承接装置上的摩擦轮对接，以避免导轨对接精度问题，但是硅片台在换台时需要等待驱动单元与摩擦轮完成对接后才可进行换台操作，对产率带来很大影响。专利CN1828427A中，在预处理工位设置了一个X向导轨，曝光工位设置有两个X向导轨，实现两个工位的并行工作，但由于驱动单元固定在基座上，在硅片台运动时会有较大力传递到基座上，对整体带来不良影响。

上述方案中，换台时都没有考虑换台时导向驱动单元的运动对效率的影响。从换台节拍上考虑都采用五节拍形式，即在换台过程中，两个硅片台需要停留一段时间使得抓卡装置完成交换，从而完成换台工作。在对产率要求越来越高的情况下，抓卡装置的交换时间也会对产率产生很大的影响。专利CN101201555中，利用传送带和对接滑块完成换台过程，运动节拍少，操作维护简单，但传送带机构和对接滑块固定在基台上，因此在换台过程中，会有较大的力作用在基台上，对整体动态性能影响较大。专利CN1485694中，利用Y向直线电机和直线导轨的对接完成换台操作，但由于基台中间的间隙过大而引入桥接装置，使得运动节拍增加，增加了换台时间，同时X向直线电机磁钢部分固定在基台上，换台时运动部件的运动会对基台产生较大的反作用力，进而影响整个系统的动态性能。专利CN101770181中利用置换单元的对接完成换台工作，但其导向装置固定在基台上，在换台运动中，运动部件会对基台产生较大的反作用力，进而影响整个系统的动态性能。因此目前的双台方案有待改进。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于单/双驱步进扫描的双工件台外侧交换装置，此装置采用通过Y向直线运动单元的直线电机定子与Y向过渡直线运动单元的对接完成硅片台在预对准区域和曝光区域之间的运动从而实现三节拍换台，可提高换台效率，同时本发明具体实施过程中硅片台始终运行于基台上，运动更平稳，而且Y向直线电机动子与硅片台固联，避免了硅片台的抓卡机构，具有运动惯量小、稳定时间短和具有结构紧凑和结构刚度大等优点。

本发明的目的是这样实现的：

基于单/双驱步进扫描的双工件台外侧交换装置，该系统包括基台，设定在基台上并运行于预对准工位的第一硅片台和曝光工位的第二硅片台，沿基台预对准工位设置有由X向第一静压气浮导轨、X向第一直线电机定子、X向第一直线电机动子、X向第二静压气浮导轨、X向第二直线电机定子、X向第二直线电机动子构成的X向第一直线运动单元，在X向第一直线运动单元上设置有由Y向第一直线电机动子、Y向第一直线电机定子、Y向第一静压气浮导轨构成的Y向第一直线运动单元和由Y向第二静压气浮导轨、Y向第二直线电机定子构成的Y向第二直线运动单元；在基台曝光工位设置有由X向第三静压气浮导轨、X向第三直线电机定子、X向第三直线电机动子、X向第四静压气浮导轨、X向第四直线电机定子、X向第四直线电机动子构成的X向第二直线运动单元，在X向第二直线运动单元设置有由Y向第三静压气浮导轨、Y向第三直线电机定子构成的Y向第三直线运动单元和由Y向第四直线电机动子、Y向第四直线电机定子、Y向第四静压气浮导轨构成的Y向第四直线运动单元，Y向第一直线运动单元和Y向第二直线运动单元与X向第一直线运动单元呈H型配置，Y向第三直线运动单元和Y向第四直线运动单元与X向第二直线运动单元呈H型配置；Y向第一直线运动单元和Y向第三直线运动单元共用Y向第一直线电机动子；Y向第二直线运动单元和Y向第四直线运动运单元共用Y向第四直线电机动子；Y向第一直线电机动子与第一硅片台刚性连接，Y向第四直线电机动子与第二硅片台刚性连接；X向第一直线运动单元和X向第二直线运动单元设置在平衡质量单元上，平衡质量单元底部为气浮面，平衡质量单元气浮于基台上。

X向第一、二直线运动单元和Y向第一、二、三、四直线运动单元的直线电机为平板型或U型电机，直线电机的布置形式采用立式或卧式。

与现有直线运动换台方案相比，本发明的创新点和显著优势在于：

1、本装置实现了平行跨桥式三节拍换台。工件台与Y向气浮导轨套及直线电机动子固联在一起，所以在换台过程中没有抓卡动作和换卡动作，三个节拍即可完成两工件台位置的交换，比现有双工件台交换方案节省两个节拍；同时交换过程中第一节拍靠边接轨和第三节拍到工作位两个动作均是Y向双导轨双驱方式，驱动力大，且被驱动体，即y向导轨(小于y向全程的1/2)和工件台，质量和惯量小，驱动速度快，综合上述技术优势，本方案的换台时间可显著短于现有方法和装置方案，这是本发明的创新点和显著优点之一；

2、提出平行跨桥式双工件台系统结构方案。将两个气浮导轨和直线电机平行安置于桥上，两组(4个)y向气浮导轨滑套和直线电机动子与之配合安装。在曝光时，曝光位工件台与两y向气浮导轨与直线电机构成步进扫描系统；预对准位工件台与另两y向气浮导轨与直线电机构成预对准系统(卸片、上片、测量及调整)。在两工件台交换位置时，两系统的对应上方气浮导轨和直线电机迅速滑向上底边，在桥上组成一贯穿y向平台上底边的长气浮导轨和直线电机；同理，组成一贯穿y向平台下底边的长气浮导轨和直线电机。两工件台在桥上分别沿上、下底边气浮导轨和直线电机滑向对面，并与两工位上的两组y向气浮导轨构成新的步进扫描系统和预对准系统。该结构方可保证两工件台在工作时都以短导轨形式实现x向和y向的双导轨和双驱形式，运动质量和惯量小，整体结构刚度和角刚度明显提升，使驱动力倍增，换台和步进扫描速度显著提升，产率明显提升；同时步进扫描精度和精度稳定时间明显改善。这是本方案的创新点和显著优点之二。

提出x向运动单元的一体化结构方案。将工件台与y向直线电机相固联，实现了硅片台和y向气浮导轨和直线电机的一体化设计，使结构更紧凑，结构刚度显著提高，有利于控制特性的提升。这既可明显提升两工件台在换台时长行程驱动的速度，而且使曝光过程中的步进和扫描速度显著提升。综合上述技术优势，本方案可使单片加工周期较现有技术明显缩短，这是本发明的创新点与显著优点之三。

附图说明

图1本发明的总体结构示意图。

图2总体结构示意图的侧视图。

图3、4、5、6为工件台换台流程示意图。

图中件号：1-基台；2-平衡质量单元；3a-第一硅片台；3b-第二硅片台；4-X向第一直线运动单元；4a-X向第一静压气浮导轨；4b-X向第一直线电机定子；4c-X向第二静压气浮导轨；4d-X向第二直线电机定子；4e-X向第一直线电机动子；4f-X向第二直线电机动子；5-Y向第一直线运动单元；5a-Y向第一直线电机动子；5b-Y向第一直线电机定子；5c-Y向第一静压气浮导轨；6-Y向第二直线运动单元；6a-Y向第二静压气浮导轨；6b-Y向第二直线电机定子；7-X向第二直线运动单元；7a-X向第三静压气浮导轨；7b-X向第三直线电机定子；7c-X向第四静压气浮导轨；7d-X向第四直线电机定子；7e-X向第三直线电机动子；7b-X向第四直线电机动子；8-Y向第三直线运动单元；8a-Y向第三静压气浮导轨；8b-Y向第三直线电机定子；9-Y向第四直线运动单元；9a-Y向第四直线电机动子；9b-Y向第四直线电机定子；9c-Y向第四静压气浮导轨；

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明：

基于单/双驱步进扫描的双工件台外侧交换装置，该系统包括基台1，设定在基台1上并运行于预对准工位的第一硅片台3a和曝光工位的第二硅片台3b，沿基台1预对准工位设置有由X向第一静压气浮导轨4a、X向第一直线电机定子4b、X向第一直线电机动子4e、X向第二静压气浮导轨4c、X向第二直线电机定子4d、X向第二直线电机动子4f构成的X向第一直线运动单元4，在X向第一直线运动单元4上设置有由Y向第一直线电机动子5a、Y向第一直线电机定子5b、Y向第一静压气浮导轨5c构成的Y向第一直线运动单元5和由Y向第二静压气浮导轨6a、Y向第二直线电机定子6b构成的Y向第二直线运动单元6；在基台1曝光工位设置有由X向第三静压气浮导轨7a、X向第三直线电机定子7b、X向第三直线电机动子7e、X向第四静压气浮导轨7c、X向第四直线电机定子7d、X向第四直线电机动子7f构成的X向第二直线运动单元7，在X向第二直线运动单元7设置有由Y向第三静压气浮导轨8a、Y向第三直线电机定子8b构成的Y向第三直线运动单元8和由Y向第四直线电机动子9a、Y向第四直线电机定子9b、Y向第四静压气浮导轨9c构成的Y向第四直线运动单元9，Y向第一直线运动单元5和Y向第二直线运动单元6与X向第一直线运动单元4呈H型配置，Y向第三直线运动单元8和Y向第四直线运动单元9与X向第二直线运动单元7呈H型配置；Y向第一直线运动单元5和Y向第三直线运动单元8共用Y向第一直线电机动子5a；Y向第二直线运动单元6和Y向第四直线运动运单元9共用Y向第四直线电机动子9a；Y向第一直线电机动子5a与第一硅片台3a刚性连接，Y向第四直线电机动子9a与第二硅片台3b刚性连接；X向第一直线运动单元4和X向第二直线运动单元7设置在平衡质量单元2上，平衡质量单元2底部为气浮面，平衡质量单元2气浮于基台1上。

X向第、二直线运动单元4、7和Y向第一、二、三、四直线运动单元5、6、8、9的直线电机为平板型或U型电机，直线电机的布置形式采用立式或卧式。

本发明的换台方案工作流程如下：

如图3所示，初始工作状态，处于预对准工位的第一硅片台3a装载新晶圆完毕，处于曝光工位的第二硅片台3b预对准完毕，之后处于预处理工位的第一硅片台3a开始进行预对准处理，与此同时处于曝光工位的的第二硅片台3b开始进行曝光处理，由于完成预对准处理和曝光处理的时间不同，曝光时间相对于预处理时间较长，因此位于预处理工位的第一硅片台3a完成预对准操作后等待位于曝光工位的第二硅片台3b完成曝光操作后进行硅片台交换。

如图4所示，曝光完毕的第二硅片台3b和Y向第四直线运动单元9由X向第二直线运动单元7驱动到换台预定位置，此时Y向第二直线电机定子6b和Y向第四直线电机定子9b完成对接操作，预对准完毕后处于等待状态的第一硅片台3a和Y向第一直线运动单元5由X向第一直线运动单元4驱动到换台预定位置，此时Y向第一直线电机定子5b和Y向第三直线电机定子8b完成对接操作。

如图5所示，曝光完毕的第二硅片台3b在Y向第四直线电机动子9a的驱动下沿着由Y向第二直线电机定子6b和Y向第四直线电机定子9b运动到预对准区域，预对准完毕的第一硅片台3a在Y向第一直线电机动子5a的驱动下沿着由Y向第一直线电机定子5b和Y向第三直线电机定子8b运动到曝光区域，完成换台动作。

如图6所示，曝光完毕的第二硅片台3b和Y向第二直线运动单元6由X向第一直线运动单元4驱动到下片工位，此时Y向第二直线电机定子6b与Y向第四直线电机定子9b解除对接关系，完成晶圆的下片和上片后，第二硅片台3b运动到预对准工位。预对准完毕的第一硅片台3a和Y向第三直线运动单元8由X向第二直线运动单元7驱动到曝光工位，此时Y向第一直线电机定子5b与Y向第三直线电机定子8b解除对接关系。此时系统回到初始状态，完成一个工作周期。

Claims

1.基于单/双驱步进扫描的双工件台外侧交换装置，该系统包括基台(1)，设定在基台(1)上并运行于预对准工位的第一硅片台(3a)和曝光工位的第二硅片台(3b)，其特征在于：沿基台(1)预对准工位设置有由X向第一静压气浮导轨(4a)、X向第一直线电机定子(4b)、X向第一直线电机动子(4e)、X向第二静压气浮导轨(4c)、X向第二直线电机定子(4d)、X向第二直线电机动子(4f)构成的X向第一直线运动单元(4)，在X向第一直线运动单元(4)上设置有由Y向第一直线电机动子(5a)、Y向第一直线电机定子(5b)、Y向第一静压气浮导轨(5c)构成的Y向第一直线运动单元(5)和由Y向第二静压气浮导轨(6a)、Y向第二直线电机定子(6b)构成的Y向第二直线运动单元(6)；在基台(1)曝光工位设置有由X向第三静压气浮导轨(7a)、X向第三直线电机定子(7b)、X向第三直线电机动子(7e)、X向第四静压气浮导轨(7c)、X向第四直线电机定子(7d)、X向第四直线电机动子(7f)构成的X向第二直线运动单元(7)，在X向第二直线运动单元(7)设置有由Y向第三静压气浮导轨(8a)、Y向第三直线电机定子(8b)构成的Y向第三直线运动单元(8)和由Y向第四直线电机动子(9a)、Y向第四直线电机定子(9b)、Y向第四静压气浮导轨(9c)构成的Y向第四直线运动单元(9)，Y向第一直线运动单元(5)和Y向第二直线运动单元(6)与X向第一直线运动单元(4)呈H型配置，Y向第三直线运动单元(8)和Y向第四直线运动单元(9)与X向第二直线运动单元(7)呈H型配置；Y向第一直线运动单元(5)和Y向第三直线运动单元(8)共用Y向第一直线电机动子(5a)；Y向第二直线运动单元(6)和Y向第四直线运动运单元(9)共用Y向第四直线电机动子(9a)；Y向第一直线电机动子(5a)与第一硅片台(3a)刚性连接，Y向第四直线电机动子(9a)与第二硅片台(3b)刚性连接；X向第一直线运动单元(4)和X向第二直线运动单元(7)设置在平衡质量单元(2)上，平衡质量单元(2)底部为气浮面，平衡质量单元(2)气浮于基台(1)上。

2.根据权利要求1所述的基于单/双驱步进扫描的双工件台外侧交换装置，其特征在于：X向第一、二直线运动单元(4、7)和Y向第一、二、三、四直线运动单元(5、6、8、9)的直线电机为平板型或U型电机，直线电机的布置形式采用立式或卧式。