[发明专利]一种光刻机硅片台双台交换方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种高效的光刻机双硅片台交换系统，该系统应用于半导体光刻机中，属于半导体制造设备技术领域。

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(以下简称为硅片台系统)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26的深紫外光透过掩模版27、透镜系统28将掩模版上的一部分图形成像在硅片29的某个特定芯片(Chip)上。掩模版和硅片反向按一定的速度比例作同步运动，最终将掩模版上的全部图形成像在硅片的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，就必须要求硅片台具有极高的运动定位精度；另外，硅片台的运动速度在很大程度上影响着光刻的生产率，因此必须不断提高硅片台的运动速度以提高生产率。

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其上面完成，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。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地导致系统动态性能的恶化，因此需要采取大量的技术措施保障和提高硅片台的运动精度，且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WO98/40791(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是硅片台系统的非质心驱动问题。

本申请人在2007年申请的发明专利“一种光刻机硅片台双台交换系统”(公开号：CN101101454)公开了一种光刻机的双台交换系统，具有结构简单、空间利用率高等优点，还提高了光刻机的曝光效率。但是该双硅片台系统也存在一些问题，一是在硅片台交换时气浮轴承需交换导向面，导致对硅片台尺寸一致性有极高的精度要求，零部件的加工和装配的精度都要求微米级以上；二是参与交换的导轨之间很难安装用于检测相互位置的传感器，直线导轨之间可能发生碰撞；三是硅片台系统非质心驱动；四是双硅片台交换系统的交换效率和空间利用率还不够高等。

发明内容

本发明针对现有光刻机硅片台技术的不足和缺陷，提出了一种具有结构简单、交换效率高、空间利用率高以及交换时不会发生直线导轨间碰撞等优点的、新的高效的光刻机双硅片台交换系统，能够克服现有双硅片台交换系统非质心驱动、空间利用率还不够高、以及加工和装配精度要求极高等缺点，使其具有结构简单、空间利用率较高以及交换时不会发生直线导轨间相互碰撞等优点，进一步提高光刻机的交换效率和曝光效率。

本发明的技术方案如下：