专利名称：硅片台双台交换曝光系统及双台交换方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体制造设备，具体涉及一种用于半导体光刻机中的硅 片台双台交换曝光系统。本发明还涉及一种基于上述系统的硅片台双台交换方 法。
背景技木
光刻是半导体制造过程中 一道非常重要的工序，它是将一 系列掩模版上的 芯片图形通过曝光依次转移到硅片相应层上的工艺过程，被认为是大规模集成 电路制造中的核心步骤。半导体制造中 一 系列复杂而耗时的光刻工艺主要由相 应的光刻机来完成，而光刻工艺的效率对半导体芯片的生产率具有至关重要的 影响。
对于一道典型的光刻流程而言，用于承载硅片的硅片台将依次完成以下各
道工序预对准、接片、对准、曝光、下片。作为光刻机重要组成部分的硅片 台系统，其运行效率在很大程度上决定着光刻机的生产效率。
为了提高硅片台的运行效率，不断提高其运动速度是途径之一。然而，速 度的不断提高势必会导致系统动态性能的恶化，从而提高了对保护装置和运动 精度控制，以及对硅片台结构的要求，其成本必然会大幅增加。
目前，采用双硅片台技术的曝光系统成为一种较为理想的解决方案。由于 用于硅片曝光工序的时间相对较长，因此，在一个硅片台进行曝光工作的同时， 可将预对准、接片、对准、下片等测量工作转移至另外一个硅片台上进行。在 不提高硅片台速度的前提下，两个硅片台可以并行作业，待曝光工序完成后， 两硅片台进行工位交换，因此，在单位时间内，光刻才几可以对更多的硅片进4亍 曝光，大幅提高了芯片的生产效率。
美国专利US6498350B2公布了一种双珪片台技术，实现了两硅片台的工位 交换。然而，两硅片台在实现工位交换时，耦合连接件与硅片台短暂分离，虽有定位装置来保证各硅片台的位置不动，但硅片台与导轨的短暂脱离仍会对系 统的定位精度造成影响。另外，系统在基台上增加了防护和检测装置，防止两 硅片台在工位交换时发生碰撞，增加了系统的复杂度，可靠性也会相应下降。
美国专利US6654100B2给出的双台曝光系统则在两个测量工位之间设置了 一个公用的曝光工位。每个测量工位都独立配置一套上下片和对准装置，处于 两测量工位的硅片台交替移至中间的曝光工位进行曝光，而后再回到各自原来 的测量工位。相比而言，该方案由于增加了一对上下片和对准装置，整个双台 曝光系统的成本将会增加。
中国专利03156436.4采用一对双侧直线导轨实现双石圭片台的工位交换，交 换方式简单，效率较高。然而，该系统对导轨的对接精度要求高。在硅片台交 换时需要采用带驱动装置的桥接结构，也增加了系统的复杂性。
中国专利200710119275.7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，该装置整体布局简单，但需要两相邻双自由度驱动单元同步 运动，因此对同步控制要求较高。其次，4组驱动单元结构复杂，两硅片台在工 位交换时，同样存在发生碰撞的可能。
针对上述问题，本发明的技术方案旨在提供一种结构简单，安全可靠，交 换效率较高的双台曝光系统。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种硅片台双台交换曝光系统，它可以 简单快速地完成两硅片台的工位互换，避免两硅片台之间发生碰撞，且能够提 高工位交换时两硅片台的位置精度。为此，本发明还要提供一种基于上迷系统 的硅片台双台交换方法。
为了解决以上技术问题，本发明提供了一种硅片台双台交换曝光系统，包 括基台，处于不同工位的2个硅片台，相互垂直设置的X梁和Y梁，分别对称 设置于基台两侧的2个X向直线导轨和2个Y向直线导轨，及驱动与夹紧单元； 所述X梁和Y梁的两端分别设置在所述Y向直线导轨和X向直线导轨中且能够 沿直线导轨自由滑动；
所述Y梁由双侧直线导轨和连接架组成，所述双侧直线导轨和连接架为错层结构，所述X梁设置在所述Y梁的连接架下方；
所述2个X向直线导轨、所述2个Y向直线导轨，以及所述Y梁的双侧直 线导轨在同一水平高度上；
所述驱动与夹紧单元分别设置于X梁和Y梁上，用于驱动并携带硅片台移 动，当所述的2个硅片台移动至一交换位置时，其中至少1个硅片台同时被X 梁和Y梁上的驱动与夹紧单元承载，从而实现该硅片台从X梁至Y梁上的转移， 或者从Y梁至X梁上的转移。
基于上述硅片台双台交换曝光系统，本发明还提供了 一种硅片台双台交换 方法，包括如下步骤
(1)第一硅片台由Y梁上的一驱动与夹紧单元携带，第二硅片台由X梁 上的一驱动与夹紧单元携带，分别在测量工位区和曝光工位区进行测量和曝光 工序，所述Y梁和X梁上还各自具有另一空闲的驱动与夹紧单元，分别与Y梁 和X梁作同步运动；
(2 ) Y梁和Y梁上的驱动夹紧单元携带第一硅片台移至交换位置，X梁和 X梁上的驱动夹紧单元携带第二硅片台移至交换位置，在所述交换位置，第一 和第二硅片台均同时被X梁和Y梁上的驱动与夹紧单元承载；
(3) 使承载着同一硅片台的两个驱动与夹紧单元同时夹紧该硅片台，再使 该硅片台脱离原先夹紧它的驱动与夹紧单元，实现第二硅片台从X梁至Y梁的 转移，和第一硅片台从Y梁至X梁的转移；
(4) 第一硅片台由Y梁和Y梁上的驱动与夹紧单元携带至曝光工位区， 第二硅片台由X梁和X梁上的驱动与夹紧单元携带至测量工位区，完成工位互 换。
基于上述硅片台双台交换曝光系统，本发明还提供了另一种硅片台双台交 换方法，包括如下步骤
(1)第一硅片台由Y梁上的一驱动与夹紧单元携带，第二硅片台由X梁 上的一驱动与夹紧单元携带，分别在测量工位区和曝光工位区进行测量和曝光 工序，所述Y梁上还具有另一空闲的驱动与夹紧单元，与Y梁作同步运动；
(2 ) Y梁和Y梁上的驱动夹紧单元携带第一硅片台移至交换位置，X梁和 X梁上的驱动夹紧单元携带第二硅片台移至交换位置，在所述交换位置，第二硅片台同时被X梁上的驱动与夹紧单元和Y梁上闲置的驱动与夹紧单元承载；
(3) Y梁上闲置的驱动与夹紧单元夹紧第二硅片台，然后第二硅片台脱开 X梁上的驱动与夹紧单元，净皮脱开的X梁的驱动与夹紧单元移动至第一硅片台 下方并夹紧第一硅片台，然后第一硅片台脱开Y梁上的驱动与夹紧单元，实现 第二硅片台从X梁至Y梁的转移，和第一硅片台从Y梁至X梁的转移；
(4) 第一硅片台由Y梁和Y梁上的驱动与夹紧单元携带至曝光工位区， 第二硅片台由X梁和X梁上的驱动与夹紧单元携带至测量工位区，完成工位互 换。
本发明采用垂直设置的X梁、Y梁及驱动与夹紧单元进行硅片台位置交换， 具有以下优点1、工位交换流程筒单，交换效率高；2、工位交换时，硅片台 没有脱离导轨，保证了其位置精度；3、工位交换时，两硅片台不会发生碰撞。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细说明。 图1是本发明的硅片台双台交换曝光系统的整体结构布局示意图； 图2A至图2D是实施例1中双硅片台交换过程的分步示意图； 图3A至图3E是实施例2中双硅片台交换过程的分步示意图； 图4是实施例3的硅片台双台交换曝光系统的结构示意图； 图5是实施例3的硅片台双台交换曝光系统的俯视图。 图中的附图标记为la、硅片台；lb、硅片台；2、基台；201、测量工位 区；202、曝光工位区；3a、驱动与夹紧单元；3b、驱动与夹紧单元；4a、 Y向 直线导轨；4b、 Y向直线导轨；5、 X梁；6、电枢；7a、 X向直线导轨；7b、 X 向直线导轨；8、硅片台框架；9、 Y梁；901、双侧直线导轨；902、连接架； 10a、驱动与夹紧单元；10b、驱动与夹紧单元。
具体实施例方式
实施例1
如图l所示，为本发明的硅片台双台交换曝光系统的整体结构布局示意图。 硅片台框架8为双台系统的支撑框架，系统主要包括基台2，处于不同工位的2个硅片台la、 lb,相互垂直设置的X梁5和Y梁9，分别对称设置于基台2两 侧的2个X向直线导轨7a、 7b和2个Y向直线导轨4a、 4b，及用于驱动并携 带硅片台la、 lb移动的驱动与夹紧单元3a、 3b、 10a、 10b。两石圭片台la和lb 在硅片台底部的垂向真空预载轴承或永磁预载轴承的作用下可以在基台2上做 无摩擦移动。
X梁5与Y梁9相互正交，Y梁9由双侧直线导轨901和连接架902组成， 双侧直线导轨901和连接架902为错层结构，连接架902的高度高于双侧直线 导轨901,且该高度可允许X梁5及其上的驱动与夹紧单元承载着硅片台通过Y 梁9的连接架902下方。
Y梁9借助两端电枢6a与对称设置在硅片台框架8两侧的X向直线导轨7a、 7b相耦合，在电》兹驱动力作用下携带硅片台la可沿X方向运动。同理X梁5 借助两端电枢6b与对称设置在硅片台框架8两侧的Y向直线导轨4a、 4b相耦 合，在电磁驱动力作用下携带硅片台lb可沿Y方向运动。
X向直线导轨7a、 7b, Y向直线导轨4a、 4b，以及Y梁9的双侧直线导轨 901在同一水平高度上。
硅片台la通过Y梁上的驱动与夹紧单元10a与双侧直线导轨901相耦合， 驱动与夹紧单元10a在电磁驱动力作用下携带硅片台la可沿Y梁9在Y方向运 动。同理，硅片台lb通过X梁上的驱动与夹紧单元3b与X梁5相耦合，驱动 与夹紧单元3b在电磁驱动力作用下携带硅片台lb可沿X梁5在X方向运动。
参见图2A,虚线所示测量工位区201和曝光工位区202分别表示硅片台在 测量工位和曝光工位的运动范围，两^f圭片台的交换位置在测量工位区201和曝 光工位区202的交界处(即图2C中的硅片台la、 lb所在的位置)。Y梁9在X 方向的移动范围位于测量工位区201内，X梁5在Y方向的移动范围位于曝光 工位区202内。4组相同的驱动与夹紧单元3a、 3b、 10a和10b功能在于夹持相 应工位的硅片台，并与相应横梁的直线导轨发生耦合，携带硅片台沿横梁运动； 同时，4组驱动与夹紧单元3a、 3b、 10a和10b可在交换位置时，在两硅片台之 间实现夹紧切换，顺利完成工位交换。
图2A至图2D阐述了硅片台la、lb在一般情况下完成一轮工位交换的过程， 详细i兌明i口下第一步，如图2A所示，系统工作状态下，硅片台la由Y梁上的驱动与夹 紧单元10a携带，硅片台lb由X梁上的驱动与夹紧单元3b携带，并分别在测 量工位区201和曝光工位区202进行测量和曝光工作。
第二步，如图2B和2C所示，当两硅片台完成各自工位的工作，即开始交 换工位。Y梁9和Y梁的驱动与夹紧单元10a协同运动将硅片台la移至交换位 (图2B )， X梁5和X梁的驱动与夹紧单元3b协同运动将硅片台lb移至交换 位包括两步首先X梁的驱动与夹紧单元3b携带硅片台lb穿过Y梁9的连接 架902的下方，到达Y梁9的另一侧(图2B);然后X梁携同驱动与夹紧单元 3b以及其上的硅片台lb移至交换位置(图2C)。此时，驱动与夹紧单元3a和 10b均处于闲置状态。
第三步，如图2C所示，当闲置的驱动与夹紧单元3a、 10b以及^f圭片台la、 lb均运动至交换位置(即图2C中的硅片台la、 lb所在的位置)时，X梁上的 驱动与夹紧单元3a恰好位于硅片台la的右侧底部，而Y梁9上的驱动与夹紧 单元10b则恰好位于硅片台lb的上侧底部。驱动与夹紧单元3a夹紧硅片台la， 然后，驱动与夹紧单元10a脱开硅片台la;与此同时，驱动与夹紧单元10b夹 紧硅片台lb,然后，驱动与夹紧单元3b脱开硅片台lb,从而实现两硅片台的 交换。由图中可见，硅片台la、 lb在交换工位时，分别位于Y梁9的两侧，从 而避免了两硅片台之间发生碰撞。另外，硅片台la、 lb在交换时， 一个驱动与 夹紧单元先夹紧硅片台，另外一个再脱开，每个硅片台没有脱离直线导轨的状 态，从而保证了工位交换时两硅片台的位置精度。
第四步，如图2D所示，两硅片台顺利实现工位交换，硅片台la到达曝光 工位区202,硅片台lb到达测量工位区201,并开始在区域内进行各自的工作。
两硅片台完成图2D所示工位工作并再次交换工位时，各硅片台的运动过程 与上述过程相逆即可。
从上述两硅片台工位交换流程来看，交换方式简捷，交换步骤少，效率高。 采用直线导轨利用电磁力驱动硅片台运动，从而使整个双台交换曝光系统的结 构可以很简单。
实施例2
去掉实施例1中的驱动与夹紧单元3a可得到实施例2。此时，双台交换曝光系统在工位交换时的动作与实施例l略有不同，i兌明如下
如图3A和图3B所示，前两步的动作流程与实施例1相同，参见实施例1 中的相应内容。具体交换过程包括
第三步，参考图3C，当闲置的驱动与夹紧单元10a以及硅片台la、 lb运动 至交换工位时，Y梁9上的驱动与夹紧单元10b恰好位于硅片台lb的上侧底部， 驱动与夹紧单元10b夹紧硅片台lb,然后，驱动与夹紧单元3b脱开硅片台lb。
第四步，参考图3D,脱开的驱动与夹紧单元3b沿X梁5移动至硅片台la 的右侧底部，到达Y梁9另一侧的交换位置。该移动过程可以是驱动与夹紧单 元3b从图3C所示的位置直接向上移动到图3D所示的位置，也可以先向右移动 X梁一定距离，再使驱动与夹紧单元3b向上移动，然后再使X梁向左移动至交 换位置，如此可以避免驱动与夹紧单元3b在移动过程中与Y梁发生干涉。当驱 动与夹紧单元3b移动至图3D所示的位置时，驱动与夹紧单元3b夹紧硅片台 la，然后，驱动与夹紧单元10a脱开硅片台la,实现交换。
当两硅片台la、 lb顺利实现X梁携带变为Y梁携带或Y梁携带变为X梁 携带后，硅片台la移至曝光工位区202内的曝光工位，硅片台lb移至测量工 位区201内的测量工位，至此两硅片台la、 lb完成了工位交换，并开始在区域 内进行各自的工作。
与实施例l相比，实施例2减少了一个驱动与夹紧单元3a,同样实现了两 硅片台的工位交换，但交换步骤增加，在一定程度上P争低了交换效率。
实施例3
如图4和图5所示，修改实施例1中连接架902的结构得到实施例3。实施 例3中两硅片台的工位交换过程与实施例1完全相同。不同之处在于连接架902 平行于基台2的截面呈"l」"形的弯折结构，该弯折结构可以给曝光工位区202 让出更多的空间，曝光过程中曝光工位上方设有投影物镜，具有"l」"形的弯折 结构的连接架902可以在更大范围内沿X方向运动而不与曝光工位上方的投影 物镜发生干涉，因此，硅片台在曝光工位区202和测量工位区201的运动范围 比实施例1有所增大，从另一方面说，可以使整个双台系统的外形尺寸相应减 小。
权利要求
1、一种硅片台双台交换曝光系统，其特征在于，包括基台，处于不同工位的2个硅片台，相互垂直设置的X梁和Y梁，分别对称设置于基台两侧的2个X向直线导轨和2个Y向直线导轨，及驱动与夹紧单元；所述X梁和Y梁的两端分别设置在所述Y向直线导轨和X向直线导轨中且能够沿直线导轨自由滑动；所述Y梁由双侧直线导轨和连接架组成，所述双侧直线导轨和连接架为错层结构，所述X梁设置在所述Y梁的连接架下方；所述2个X向直线导轨、所述2个Y向直线导轨，以及所述Y梁的双侧直线导轨在同一水平高度上；所述驱动与夹紧单元分别设置于X梁和Y梁上，用于驱动并携带硅片台移动，当所述的2个硅片台移动至一交换位置时，其中至少1个硅片台同时被X梁和Y梁上的驱动与夹紧单元承载，从而实现该硅片台从X梁至Y梁上的转移，或者从Y梁至X梁上的转移。
2、 如权利要求1所述的硅片台双台交换曝光系统，其特征在于，所述X 梁和Y梁两端均通过电枢与所述Y向直线导轨和X向直线导轨连接。
3、 如权利要求1所述的硅片台双台交换曝光系统，其特征在于，所述X 梁和Y梁上各设置有2个所述的驱动与夹紧单元。
4、 如权利要求l所述的硅片台双台交换曝光系统，其特征在于，所述Y 梁上设置有2个所述的驱动与夹紧单元，所述X梁上设置有1个所述的驱动与 夹紧单元。
5、 如权利要求1所述的硅片台双台交换曝光系统，其特征在于，所述Y 梁的连接架与所述基台平行的截面为"U"形的弯折结构。
6、 如权利要求1所述的硅片台双台交换曝光系统，其特征在于，所述的 不同工位包括曝光工位和测量工位，所述基台被划分为曝光工位区和测量工位 区。
7、 如权利要求6所述的硅片台双台交换曝光系统，其特征在于，所述的 交换位置在曝光工位区和测量工位区的交界处。
8、 如权利要求7所述的硅片台双台交换曝光系统，其特征在于，所述Y 梁在X方向的移动范围位于所述测量工位区内，所述X梁在Y方向的移动范 围位于所述曝光工4立区内。
9、 一种硅片台双台交换方法，其特征在于，包括如下步骤(1) 第一硅片台由Y梁上的一驱动与夹紧单元携带，第二硅片台由X梁 上的一驱动与夹紧单元携带，分别在测量工位区和曝光工位区进行测量和曝光 工序，所述Y梁和X梁上还各自具有另一空闲的驱动与夹紧单元，分别与Y 梁和X梁作同步运动；(2) Y梁和Y梁上的驱动夹紧单元携带第一硅片台移至交换位置，X梁 和X梁上的驱动夹紧单元携带第二硅片台移至交换位置，在所述交换位置，第 一和第二硅片台均同时被X梁和Y梁上的驱动与夹紧单元承载；(3) 使承载着同一硅片台的两个驱动与夹紧单元同时夹紧该硅片台，再 使该硅片台脱离原先夹紧它的驱动与夹紧单元，实现第二硅片台从X梁至Y 梁的转移，和第一硅片台从Y梁至X梁的转移；(4) 第一硅片台由Y梁和Y梁上的驱动与夹紧单元携带至曝光工位区， 第二硅片台由X梁和X梁上的驱动与夹紧单元携带至测量工位区，完成工位 互换。
10、 如权利要求9所述的硅片台双台交换方法，其特征在于，步骤(3) 具体包括X梁上闲置的驱动与夹紧单元夹紧第一硅片台，然后Y梁上的驱动与夹紧 单元脱开第一硅片台；Y梁上闲置的驱动与夹紧单元夹紧第二硅片台，然后X梁上的驱动与夹紧 单元脱开第二硅片台。
11、 如权利要求9所述的硅片台双台交换方法，其特征在于，步骤(2) 所述的X梁和X梁上的驱动夹紧单元携带第二硅片台移至交换位置包括X梁的驱动与夹紧单元携带第二硅片台穿过Y梁的连接架的下方，到达Y 梁的另一侧；X梁携同驱动与夹紧单元以及其上的第二硅片台移至交换位置。
12、 一种硅片台双台交换方法，其特征在于，包括如下步骤(1) 第一硅片台由Y梁上的一驱动与夹紧单元携带，第二硅片台由X梁 上的一驱动与夹紧单元携带，分别在测量工位区和曝光工位区进行测量和曝光 工序，所述Y梁上还具有另一空闲的驱动与夹紧单元，与Y梁作同步运动；(2) Y梁和Y梁上的驱动夹紧单元携带第一硅片台移至交换位置，X梁 和X梁上的驱动夹紧单元携带第二硅片台移至交换位置，在所述交换位置，第 二硅片台同时被X梁上的驱动与夹紧单元和Y梁上闲置的驱动与夹紧单元承载；(3) Y梁上闲置的驱动与夹紧单元夹紧第二硅片台，然后第二硅片台脱 开X梁上的驱动与夹紧单元，被脱开的X梁的驱动与夹紧单元移动至第一硅 片台下方并夹紧第一硅片台，然后第一硅片台脱开Y梁上的驱动与夹紧单元， 实现第二硅片台从X梁至Y梁的转移，和第一硅片台从Y梁至X梁的转移；(4) 第一硅片台由Y梁和Y梁上的驱动与夹紧单元携带至曝光工位区， 第二硅片台由X梁和X梁上的驱动与夹紧单元携带至测量工位区，完成工位 互换。
13、 如权利要求12所述的硅片台双台交换方法，其特征在于，步骤(2) 所述的X梁和X梁上的驱动夹紧单元携带第二硅片台移至交换位置包括X梁的驱动与夹紧单元携带第二硅片台穿过Y梁的连接架的下方，到达Y 梁的另一侧；X梁携同驱动与夹紧单元以及其上的第二硅片台移至交换位置。
全文摘要
本发明公开了一种硅片台双台交换曝光系统，包括基台、处于不同工位的2个硅片台、相互垂直设置的X梁和Y梁、分别对称设置于基台两侧的2个X向直线导轨和2个Y向直线导轨、及驱动与夹紧单元；X梁和Y梁沿直线导轨自由滑动，Y梁由错层结构的双侧直线导轨和连接架组成，X梁设置在连接架下方；直线导轨和双侧直线导轨在同一水平高度上；驱动与夹紧单元用于驱动并携带硅片台移动。本发明硅片台交换位置时，至少1个硅片台同时被X梁和Y梁上的驱动与夹紧单元承载，从而实现从X梁至Y梁的转移，或者从Y梁至X梁的转移。本发明流程简单，交换效率高，工位交换时硅片台没有脱离导轨，保证了其位置精度，且两硅片台也不会发生碰撞。
文档编号G03F7/20GK101614964SQ200910056279
公开日2009年12月30日 申请日期2009年8月11日 优先权日2009年8月11日
发明者育 刘, 王天明, 磊 秦, 袁志扬 申请人:上海微电子装备有限公司