[发明专利]采用气浮平面电机的硅片台双台交换系统

说明书

技术领域

本发明涉及光刻机硅片台双台交换系统，该系统主要应用于半导体光刻机中，属于半导体制造装备领域。

背景技术

在集成电路芯片的生产过程中，芯片的设计图形在硅片表面光刻胶上的曝光转印(光刻)是其中最重要的工序之一，该工序所用的设备称为光刻机(曝光机)。光刻机的分辨率和曝光效率极大的影响着集成电路芯片的特征线宽(分辨率)和生产率。而作为光刻机关键系统的硅片超精密运动定位系统(以下简称为硅片台)的运动精度和工作效率，又在很大程度上决定了光刻机的分辨率和曝光效率。

步进扫描投影光刻机基本原理如图1所示。来自光源45的深紫外光透过掩模版47、透镜系统49将掩模版上的一部分图形成像在硅片50的某个Chip上。掩模版和硅片反向按一定的速度比例作同步运动，最终将掩模版上的全部图形成像在硅片的特定芯片(Chip)上。

硅片台运动定位系统的基本作用就是在曝光过程中承载着硅片并按设定的速度和方向运动，以实现掩模版图形向硅片上各区域的精确转移。由于芯片的线宽非常小(目前最小线宽已经达到45nm)，为保证光刻的套刻精度和分辨率，就要求硅片台具有极高的运动定位精度；由于硅片台的运动速度在很大程度上影响着光刻的生产率，从提高生产率的角度，又要求硅片台的运动速度不断提高。

传统的硅片台，如专利EP 0729073和专利US 5996437所描述的，光刻机中只有一个硅片运动定位单元，即一个硅片台。调平调焦等准备工作都要在上面完成，这些工作所需的时间很长，特别是对准，由于要求进行精度极高的低速扫描(典型的对准扫描速度为1mm/s)，因此所需时间很长。而要减少其工作时间却非常困难。这样，为了提高光刻机的生产效率，就必须不断提高硅片台的步进和曝光扫描的运动速度。而速度的提高将不可避免导致系统动态性能的恶化，需要采取大量的技术措施保障和提高硅片台的运动精度，为保持现有精度或达到更高精度要付出的代价将大大提高。

专利WP98/40791(公开日期：1998.9.17；国别：荷兰)所描述的结构采用双硅片台结构，将上下片、预对准、对准等曝光准备工作转移至第二个硅片台上，且与曝光硅片台同时独立运动。在不提高硅片台运动速度的前提下，曝光硅片台大量的准备工作由第二个硅片台分担，从而大大缩短了每片硅片在曝光硅片台上的工作时间，大幅度提高了生产效率。然而该系统存在的主要缺点在于硅片台系统的非质心驱动问题。

本申请人在2003年申请的发明专利“步进投影光刻机双台轮换曝光超精密定位硅片系统”(专利申请号：ZL03156436.4)，公开了一种带双侧直线导轨的双硅片台交换结构，该硅片台双台交换系统在工作空间上不存在重叠，因此不需采用碰撞预防装置。但是该硅片台双台交换系统也存在一些问题，一是该系统要求极高的导轨对接精度；二是该系统双侧导轨只有一侧空间被同时利用，导致该硅片台系统外形尺寸较大，这对空间利用率要求较高的半导体芯片厂而言无疑显得非常重要。三是该系统硅片台交换时需采用带驱动装置的桥接装置，增加了系统的复杂性。

本申请人在2007年申请的发明专利“一种采用十字导轨的光刻机硅片台双台交换系统”(专利申请号：200710303713.5)公开了一种由4组双自由度驱动单元实现硅片台双台交换的结构，该硅片台的运动是靠两相邻双自由度驱动单元同时运动实现，因此系统对同步控制具有一定要求。同时，本申请人在2007年申请的发明专利“一种采用过渡承接装置的光刻机硅片台双台交换系统”(专利申请号：200710303712.0)和“一种采用传送带结构的光刻机硅片台双台交换系统”(专利申请号：200710203648.6)都在在预处理工位和曝光工位上分别设有一个H型驱动单元。

所有上述发明专利中的硅片台都是通过将多个单自由度直线电机叠加成H型或十字型等叠层结构来实现多自由度平面运动。这种叠层驱动结构在实现平面运动时，上层直线电机及其直接驱动的硅片台都需要底层直线电机来驱动，大大增加了底层直线电机的负担，同时带来了非质心驱动，需要高精度同步控制等问题，系统结构也很复杂，限制了硅片台的运动定位精度，妨碍了其定位响应速度的提高。本申请人于2007年申请的发明专利“动圈式做大范围平面运动磁浮六自由度工作台”(专利申请号：200710304519.9)与本发明专利的技术相似，但是存在线圈布置不对称导致的动子受力不对称，需要电磁力提供悬浮支承，发热大，控制复杂等缺点。

发明内容