[發明專利]采用磁懸浮平面電機的硅片臺多臺交換系統

有效

• 申請號: 200910088892.4
• 申請日: 2009-07-21
• 公開（公告）號: CN101609265A
• 公開（公告）日: 2009-12-23
• 發明（設計）人: 朱煜;張鳴;汪勁松;閔偉;胡金春;尹文生;楊開明;徐登峰;段廣洪;蔡田
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20;H02N15/00
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司
• 代理人: 邸更巖

技術領域

本發明涉及光刻機硅片臺多臺交換系統，該系統主要應用于半導體光刻機中，屬于半導體制造裝備領域。

背景技術

在集成電路芯片的生產過程中，芯片的設計圖形在硅片表面光刻膠上的曝光轉印(光刻)是其中最重要的工序之一，該工序所用的設備稱為光刻機(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)和生產率。而作為光刻機關鍵系統的硅片超精密運動定位系統(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1所示。來自光源45的深紫外光透過掩模版47、透鏡系統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。

硅片臺運動定位系統的基本作用就是在曝光過程中承載著硅片并按設定的速度和方向運動，以實現掩模版圖形向硅片上各區域的精確轉移。由于芯片的線寬非常小(目前最小線寬已經達到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率，從提高生產率的角度，又要求硅片臺的運動速度不斷提高。

傳統的硅片臺，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。調平調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1mm/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致系統動態性能的惡化，需要采取大量的技術措施保障和提高硅片臺的運動精度，為保持現有精度或達到更高精度要付出的代價將大大提高。

專利WO98/40791(公開日期：1998.9.17；國別：荷蘭)所描述的結構采用雙硅片臺結構，將上下片、預對準、對準等曝光準備工作轉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，大幅度提高了生產效率。然而該系統存在的主要缺點在于硅片臺系統的非質心驅動問題。

本申請人在2003年申請的發明專利“步進投影光刻機雙臺輪換曝光超精密定位硅片系統”(專利申請號：ZL03156436.4)，公開了一種帶雙側直線導軌的雙硅片臺交換結構，該硅?片臺多臺交換系統在工作空間上不存在重疊，因此不需采用碰撞預防裝置。但是該硅片臺多臺交換系統也存在一些問題，一是該系統要求極高的導軌對接精度；二是該系統雙側導軌只有一側空間被同時利用，導致該硅片臺系統外形尺寸較大，這對空間利用率要求較高的半導體芯片廠而言無疑顯得非常重要。三是該系統硅片臺交換時需采用帶驅動裝置的橋接裝置，增加了系統的復雜性。

本申請人在2007年申請的發明專利“一種采用十字導軌的光刻機硅片臺多臺交換系統”(專利申請號：200710303713.5)公開了一種由4組雙自由度驅動單元實現硅片臺雙臺交換的結構，該硅片臺的運動是靠兩相鄰雙自由度驅動單元同時運動實現，因此系統對同步控制具有一定要求。同時，本申請人在2007年申請的發明專利“一種采用過渡承接裝置的光刻機硅片臺多臺交換系統”(專利申請號：200710303712.0)和“一種采用傳送帶結構的光刻機硅片臺多臺交換系統”(專利申請號：200710303648.6)都在在預處理工位和曝光工位上分別設有一個H型驅動單元。

所有上述發明專利中的硅片臺都是通過將多個單自由度直線電機疊加成H型或十字型等疊層結構來實現多自由度平面運動。這種疊層驅動結構在實現平面運動時，上層直線電機及其直接驅動的硅片臺都需要底層直線電機來驅動，大大增加了底層直線電機的負擔，同時帶來了非質心驅動，需要高精度同步控制等問題，系統結構也很復雜，限制了硅片臺的運動定位精度，妨礙了其定位響應速度的提高。

發明內容

為了提高光刻機硅片臺的加速度，速度和定位精度，進而促進光刻機的生產率、套刻精度和分辨率的提高，本發明提供了一種采用磁懸浮平面電機的硅片臺多臺交換系統。

本發明的技術方案如下：