一种基于双驱双桥换台工位的双工件台高精度交换装置制造方法及图纸

一种基于双驱双桥换台工位的双工件台高精度交换装置属于半导体制造装备技术，该装置增加了一个具有双驱双桥结构的换台工位，两组双驱桥式结构分别由两根Ｕ型槽式直线电机定子和静压气浮导轨对称配置构成；双驱双桥换台工位结构，使Ｘ方向和Ｙ方向气浮导轨均变成短导轨形式，可明显减小被驱动体的体积和惯量，有利于提高起、停驱动速度，缩短响应时间和定位稳定时间；硅片台的长行程直线运动单元在Ｘ方向和Ｙ方向上都采用了严格平行对称布置的双直线电机同步驱动形式，驱动力过硅片台质心，有效减小了硅片台的惯性转矩扰动，提高了系统稳定性和可靠性，为实现系统的动态和静态定位精度提供了可靠的保障。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体制造装备
，主要涉及一种基于双驱双桥换台工位的双 工件台高精度交换装置。
技术介绍
光刻机是极大规模集成电路制造中重要的超精密装备之一，分为步进式光刻机和 扫描式光刻机等。而工件台技术又是光刻机的核心技术之一，其主要特点是要实现高速和 高加、减速度的超精密运动控制。光刻机工件台的超精密运动以配合光刻过程中的装片、预 对准、对准、曝光和卸片等加工制造工序。无论是步进重复曝光还是步进扫描曝光，都要求 工件台在高速和高加速度条件下具有纳米定位精度，所以工件台的超精密运动定位系统是 光刻机重要的组成部分，而且运行效果直接影响光刻机的生产效率和光刻质量。生产效率和最小特征尺寸是光刻机发展的主要追求目标。随着半导体芯片特征尺 寸的缩小和生产效率的提高，光刻机的精度要求越来越高。为了提高生产效率，传统的方式 是提高硅片台的运动速度，但需要增加大量装置以抑制系统动态性能的恶化，这将大大提 高代价以保证原有精度。双工件台技术是如今提高光刻机生产效率最有效的技术手段。两 工位并行工作，可缩短硅片的曝光工序时间，从而能在不提高硅片台的运动速度与加速度 的情况下提高生产效率。荷兰ASML公司基于TwinScan技术(即双工件台技术)光刻机是 目前最具有代表性的光刻机。提高双工件台的运动精度是实现最小特征尺寸的主要技术手段之一。所以具有超 精密运动精度特性的双工件台系统是未来光刻机的主要发展目标之一。但目前双工件台 系统受限于机械结构，很难保证各自在X和Y两个方向上都实现对称双驱动方式，一般是 在Y方向上采用双驱动方式，在X方向上采用单电机驱动方式。例如专利200610116453. 6 采用此非对称驱动方式，其存在的最主要问题就是单电机驱动将导致驱动力方向不过硅片 台质心，运动过程中因产生不对称的惯性力而出现转矩。其次，气浮导轨较长，增加了被驱 动体的体积惯量，不利于提高起、停驱动速度和缩短响应时间和定位稳定时间。光刻机系统 静压气浮导轨的刚度相对较低，在高速和高加、减速度下硅片台容易产生较大的惯性转矩 扰动，这将对硅片台的运动定位精度产生严重影响，同时也会降低系统的可靠性。例如专利 200710119275. 7采用4个双自由度驱动单元对硅片台进行推、拉配合从而实现换台运动， 该专利虽然简化了系统结构，却由于难以找到硅片台质心而导致在运动过程中存在较大的 转矩扰动。例如专利200810137566. 3将直线电机定子嵌入到基台中，直线电机定子上表面 和基台基准面经研磨后作为气浮工作面，但直线电机定子上表面作为气浮工作面一部分破 坏了气浮工作面的完整性，降低了气浮的稳定性和可靠性，且高平面度要求增加了研磨难 度，结构难以实现。
技术实现思路
本专利技术针对上述已有技术中存在的不足，提出了基于双驱双桥换台工位的双工件台高精度交换装置。此装置可使驱动力过硅片台质心，有效减小了硅片台的惯性转矩扰动， X向被驱动体的体积和惯量明显减小，装置驱动力大，驱动速度快，可使硅片台运行更平稳， 并有效缩短硅片台的定位稳定时间，提高了系统稳定性和可靠性。本专利技术的目的是这样实现的—种基于双驱双桥换台工位的双工件台高精度交换装置，该装置包括曝光工位和 预处理工位，其曝光工位和预处理工位的机械结构包括在基台左右侧部上对称配置的硅片 台、由Y向U型槽式第一直线电机和Y向U型槽式第二直线电机以及Y向静压气浮导轨构 成的两个Y向长行程直线运动单元、由X向U型槽式第一直线电机、X向U型槽式第二直 线电机、X向静压气浮导轨以及Y向长行程直线运动单元承载梁构成的两个X向长行程直 线运动单元，左右侧部的硅片台可滑动地分别配装在左右侧部的Y向长行程直线运动单元 上，两个X向长行程直线运动单元分别与左右侧的Y向长行程直线运动单元成H型配置；在 曝光工位和预处理工位之间增加了一个具有双驱双桥结构的换台工位，换台工位上的两组 双驱桥式结构分别由两根U型槽式直线电机定子和换台工位静压气浮导轨对称配置构成； Y向U型槽式第一直线电机和Y向U型槽式第二直线电机结构、功率全部相同；X向U型槽 式第一直线电机和X向U型槽式第二直线电机结构、功率全部相同；X向U型槽式第一直线 电机安装在基台表面，X向U型槽式第二直线电机内嵌于基台表面。所述的一种基于双驱双桥换台工位的双工件台高精度交换装置，Y向静压气浮导 轨、X静压气浮导轨和换台工位静压气浮导轨采用陶瓷材料或硬质金属材料制作。本专利技术的特点和效果1)提出X-Y向平行对称直线驱动方式，即工件台换台的过程中，硅片台的长行程 直线运动单元在X方向和Y方向上都采用了严格平行对称布置的双直线电机同步驱动形 式，可有效克服硅片台质心偏移产生的转矩，有效避免高速和高加、减速情况下单边驱动产 生的反作用力矩引起的硅片台的偏移振动和不平稳性，为实现系统的动态和静态定位精度 提供了可靠的保障。另外，双直线电机同步驱动形式驱动力大，驱动速度快，频响高，可保证 硅片台运行平稳，并有效缩短定位稳定时间，提高步进精度和扫描平稳性。这是本方案区别 于现有技术的特点之一；2)提出双驱双桥换台工位结构，使X方向和Y方向气浮导轨均变成短导轨形式，可 明显减小被驱动体的体积和惯量，有利于提高起、停驱动速度，缩短响应时间和定位稳定时 间。这是本方案明显区别于现有技术的特点之二。附图说明图1本专利技术的总体结构示意图。图2总体结构示意图中预处理工位部分的仰视图。图3、4、5、6、7、8为工件台换台流程图。图中件号1_基台；2-曝光工位；3-预处理工位；4-硅片台；5-Y向长行程直线运 动单元；5a-Y向U型槽式第一直线电机；5b-Y向U型槽式第二直线电机；5c-Y向静压气浮 导轨；6-X向长行程直线运动单元；6a-X向U型槽式第一直线电机；6b-X向U型槽式第二直 线电机；6c-X向静压气浮导轨；6d-Y向长行程直线运动单元承载梁；7-换台工位；7a、7b-U 型槽式直线电机定子；7c-换台工位静压气浮导轨。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明一种基于双驱双桥换台工位的双工件台高精度交换装置，该装置包括曝光工位2 和预处理工位3，其曝光工位2和预处理工位3的机械结构包括在基台1左右侧部上对称 配置的硅片台4、由Y向U型槽式第一直线电机5a和Y向U型槽式第二直线电机5b以及Y 向静压气浮导轨5c构成的两个Y向长行程直线运动单元5、由X向U型槽式第一直线电机 6a、X向U型槽式第二直线电机6b、X向静压气浮导轨6c以及Y向长行程直线运动单元承 载梁6d构成的两个X向长行程直线运动单元6，左右侧部的硅片台4可滑动地分别配装在 左右侧部的Y向长行程直线运动单元5上，两个X向长行程直线运动单元6分别与左右侧 的Y向长行程直线运动单元5成H型配置；在曝光工位2和预处理工位3之间增加了一个 具有双驱双桥结构的换台工位7，换台工位7上的两组双驱桥式结构分别由两根U型槽式直 线电机定子7a、7b和换台工位静压气浮导轨7c对称配置构成；Y向U型槽式第一直线电机 5a和Y向U型槽式第二直线电机5b结构、功率全部相同；X向U型槽式第一直线电机6a和 X向U型槽式第二直线电机6b结构、功率全部相同；X向U型槽式第一直线电机6a安装在 基台表面，X向U型槽式第二直本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于双驱双桥换台工位的双工件台高精度交换装置，该装置包括曝光工位（２）和预处理工位（３），其曝光工位（２）和预处理工位（３）的机械结构包括在基台（１）左右侧部上对称配置的硅片台（４）、由Ｙ向Ｕ型槽式第一直线电机（５ａ）和Ｙ向Ｕ型槽式第二直线电机（５ｂ）以及Ｙ向静压气浮导轨（５ｃ）构成的两个Ｙ向长行程直线运动单元（５）、由Ｘ向Ｕ型槽式第一直线电机（６ａ）、Ｘ向Ｕ型槽式第二直线电机（６ｂ）、Ｘ向静压气浮导轨（６ｃ）以及Ｙ向长行程直线运动单元承载梁（６ｄ）构成的两个Ｘ向长行程直线运动单元（６），左右侧部的硅片台（４）可滑动地分别配装在左右侧部的Ｙ向长行程直线运动单元（５）上，两个Ｘ向长行程直线运动单元（６）分别与左右侧的Ｙ向长行程直线运动单元（５）成Ｈ型配置；其特征在于：在曝光工位（２）和预处理工位（３）之间增加了一个具有双驱双桥结构的换台工位（７），换台工位（７）上的两组双驱桥式结构分别由两根Ｕ型槽式直线电机定子（７ａ、７ｂ）和换台工位静压气浮导轨（７ｃ）对称配置构成；Ｙ向Ｕ型槽式第一直线电机（５ａ）和Ｙ向Ｕ型槽式第二直线电机（５ｂ）结构、功率全部相同；Ｘ向Ｕ型槽式第一直线电机（６ａ）和Ｘ向Ｕ型槽式第二直线电机（６ｂ）结构、功率全部相同；Ｘ向Ｕ型槽式第一直线电机（６ａ）安装在基台表面，Ｘ向Ｕ型槽式第二直线电机（６ｂ）内嵌于基台表面。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谭久彬，王雷，王威，杨远源，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]