用于光刻设备的预对准装置

摘要

本发明公开一种用于光刻设备的预对准装置，用于实现硅片传输中的预对准，包括温度稳定单元及用于支撑所述温度稳定单元的差分调平单元，定向吸盘单元及用于驱动所述定向吸盘单元运动的第一运动机构，定心吸盘单元及用于驱动所述定心吸盘单元运动的第二运动机构；所述温度稳定单元的中心贯通设有一内孔供定向吸盘单元和定心吸盘单元穿过，所述定向吸盘单元位于所述温度稳定单元内孔中心位置处，所述定心吸盘单元位于所述温度稳定单元与定向吸盘单元之间。

权利要求

1.一种用于光刻设备的预对准装置，用于实现硅片传输中的预对准，包括温度稳定单元及用于对所述温度稳定单元支撑和水平度调节的差分调平单元，定向吸盘单元及用于驱动所述定向吸盘单元运动的第一运动机构，定心吸盘单元及用于驱动所述定心吸盘单元运动的第二运动机构；其特征在于，所述温度稳定单元的中心贯通设有一内孔供定向吸盘单元和定心吸盘单元穿过，所述定向吸盘单元位于所述温度稳定单元内孔中心位置处，所述定心吸盘单元位于所述温度稳定单元与定向吸盘单元之间，所述温度稳定单元包括位于下层的水冷吸盘及位于上层的气浮吸盘，多个温度传感器，所述温度传感器均匀分布于所述温度稳定单元上，以及至少一个硅片存在传感器。

2.如权利要求1所述的预对准装置，其特征在于，所述预对准装置还包括一硅片边缘数据采集处理装置。

3.如权利要求1所述的预对准装置，其特征在于，所述定心吸盘单元为半圆形状且包围所述定向吸盘单元。

4.如权利要求1所述的预对准装置，其特征在于，所述差分调平单元包括依次连接的底座、差分螺母、导向杆、球头销和球窝，所述差分螺母的两端分别通过螺距不同的螺纹与导向杆、底座相配合实现上下差分运动，所述球窝固定安装于硅片温度稳定装置底部。

5.如权利要求4所述的预对准装置，其特征在于，所述差分螺母与导向杆、底座之间分别通过一上锁紧螺母与一下锁紧螺母固定，所述球窝与球头销之间通过一锁紧环锁紧。

6.如权利要求1所述的预对准装置，其特征在于，所述第一运动机构包括一Z向运动台及一θ向运动台，所述Z向运动台用于提供沿Z向运动，所述θ向运动台用于提供沿θ向运动。

7.如权利要求1所述的预对准装置，其特征在于，所述第二运动机构包括X向运动台及一V向运动台，所述X向运动台及V向运动台均为由直线电机驱动的直线运动台。

8.如权利要求7所述的预对准装置，其特征在于，所述V向运动台还包括一重力补偿元件用以抵消V向运动负载重力。

说明书

用于光刻设备的预对准装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种集成电路制造装备领域，尤其涉及一种光刻设备中所使用的具有硅片温度稳定功能的预对准装置。

背景技术

[0002] 光刻设备是一种应用于集成电路制造的装备，该装备可以包括但不限于：集成电路制造光刻装置、液晶面板光刻装置、光掩模刻印装置、MEMS(微电子机械系统)/MOMS(微
光机系统)光刻装置、先进封装光刻装置、印刷电路板光刻装置及印刷电路板加工装置等。

[0003] 在高端光刻设备中，硅片需要从片盒传递至工件台预定位置。在传输过程中，硅片必须以高精度、均匀的温度，并以精确的偏心、偏向传送到工件台。

[0004] 现有技术中所设计的硅片传输系统，硅片温度通过气浴的方式来稳定，硅片偏心、偏向误差仅通过预对准装置来纠正。随着硅片尺寸不断增大、光刻精度不断提高、产率要求
越来越高，通过气浴的方式来稳定硅片温度已不能满足高精度光刻设备需求，并且仅通过
预对准装置对比较薄的硅片进行定心、定向时，由于预对准旋转吸盘直径远小于硅片直径，
硅片边缘会因自重而发生变形，从而影响硅片的定心、定向精度。

[0005] 专利US6370793B1公开了一种对预对准上硅片进行气浴以实现硅片温度稳定的装置。该技术方案的主要缺点是难以实现对硅片温度的高精度稳定，并且该技术方案未涉
及到对硅片稳定温度的精密测量，在使用过程，无法确切知道硅片温度是否达标。

[0006] 基于现有技术中存在的诸多缺点，亟需要一种新的具有硅片温度稳定功能的预对准装置。

发明内容

[0007] 为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种用于光刻设备的预对准装置，该预对准装置可以实现在硅片预对准过程中对硅片温度进行高精度稳定与检测，并且有助
于提高预对准的定心、定向精度。

[0008] 为了实现上述发明目的，本发明公开一种用于光刻设备的预对准装置，用于实现硅片传输中的预对准，包括温度稳定单元及用于支撑所述温度稳定单元的差分调平单元，
定向吸盘单元及用于驱动所述定向吸盘单元运动的第一运动机构，定心吸盘单元及用于驱
动所述定心吸盘单元运动的第二运动机构；所述温度稳定单元的中心贯通设有一内孔供定
向吸盘单元和定心吸盘单元穿过，所述定向吸盘单元位于所述温度稳定单元内孔中心位置
处，所述定心吸盘单元位于所述温度稳定单元与定向吸盘单元之间。

[0009] 更进一步地，所述预对准装置还包括一硅片边缘数据采集处理装置。

[0010] 更进一步地，所述定心吸盘单元为半圆形状且包围所述定向吸盘单元。

[0011] 更进一步地，所述温度稳定单元包括位于下层的水冷盘及位于上层的气浮盘。

[0012] 更进一步地，所述温度稳定单元还包括多个温度传感器，所述温度传感器均匀分布于所述温度稳定单元上；所述温度稳定单元还包括至少一个硅片存在传感器。

[0013] 更进一步地，所述差分调平单元包括依次连接的底座、差分螺母、导向杆、球头销和球窝，所述差分螺母的两端分别通过螺距不同的螺纹与导向杆、底座相配合实现上下差
分运动，所述球窝固定安装于硅片温度稳定装置底部。所述差分螺母与导向杆、底座之间分
别通过一锁紧螺母固定，所述球窝与球头销之间通过一锁紧环锁紧。

[0014] 更进一步地，所述第一运动机构包括一Z向运动台及一θ向运动台，所述Z向运动台用于提供沿Z向运动，所述θ向运动台用于提供沿θ向运动。所述第二运动机构包
括X向运动台及一V向运动台，所述X向运动台及V向运动台均为由直线电机驱动的直线
运动台。所述V向运动台还包括一重力补偿元件用以抵消V向运动负载重力。

[0015] 与现有技术相比较，本发明具有如下技术效果：

[0016] 本发明所公开的技术方案在预对准装置中集成了硅片温度稳定装置。该硅片温度稳定装置通过使用高精度镜头冷却水对硅片进行温度辐射、气浴稳定相结合的方法对硅片
进行温度稳定。该硅片预对准装置设置有温度传感器，可以实时检测预对准上硅片温度的
范围与均匀度。该硅片预对准装置还设置有硅片存在传感器，可以对装置上是否有硅片存
在进行实时检测。该硅片预对准装置可以实现对硅片边缘自重形变进行补偿，有助于提高
硅片的定心、定向精度。该硅片预对准装置通过特别设计的差分调平结构来实现硅片温度
稳定装置的水平度调节。该硅片预对准装置具有X、θ、Z、V四个运动轴，可以实现硅片的定
心、定向、气膜调节、硅片交接功能，其中θ、Z轴运动通过一种旋转升降运动机构实现，X、V轴运动通过两组组合在一起的直线电机驱动运动台实现，并在垂向使用重力补偿元件来提
升V向运动性能。该硅片预对准装置的定心、定向吸盘通过特别设计与布置，可以实现在真
空断开的情况下，硅片不会掉落。

附图说明

[0017] 关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

[0018] 图1是本发明所涉及的预对准装置的结构示意图；

[0019] 图2是本发明所涉及的预对准装置的硅片温度稳定与边缘自重补偿原理示意图；

[0020] 图3是本发明所涉及的预对准装置的传感器布置结构示意图；

[0021] 图4是本发明所涉及的预对准装置的差分调平机构的结构示意图；

[0022] 图5是本发明所涉及的预对准装置的运动机构的结构示意图；

[0023] 图6是本发明所涉及的预对准装置的定心、定向吸盘与硅片温度稳定装置的结构示意图。

[0024] 主要图示说明

[0025] 101-硅片温度稳定装置 102-定向吸盘

[0026] 103-定心吸盘 104-差分调平机构

[0027] 105-X向与V向运动机构 106-Z向与θ向运动机构

[0028] 107-视觉系统 202-高精度镜头冷却水接头

[0029] 203-未进行边缘自重形变补偿的硅片 204-硅片温度稳定装置与硅片间气隙

[0030] 205-进行边缘自重形变补偿后的硅片 207-气浮盘

[0031] 208-水冷盘 301-温度传感器

[0032] 302-硅片存在传感器 303-硅片存在传感器支架

[0033] 304-温度传感器支架 402-底座

[0034] 403-下锁紧螺母 404-差分螺母

[0035] 405-上锁紧螺母 406-导向杆

[0036] 407-球头销 408-锁紧环

[0037] 409-球窝 501-Z向运动台

[0038] 502-θ向运动台 505-V向运动台

[0039] 506-重力补偿元件 507-X向运动台

具体实施方式

[0040] 下面结合附图详细说明本发明的一种具体实施例的预对准装置。然而，应当将本发明理解成并不局限于以下描述的这种实施方式，并且本发明的技术理念可以与其他公知
技术或功能与那些公知技术相同的其他技术组合实施。

[0041] 在以下描述中，为了清楚展示本发明的结构及工作方式，将借助诸多方向性词语进行描述，但是应当将“前”、“后”、“左”、“右”、“外”、“内”、“向外”、“向内”、“上”、“下”等词语理解为方便用语，而不应当理解为限定性词语。此外，在以下描述中所使用的“X向”一词
主要指于水平向平行的方向；“V向”一词主要指与水平向垂直的方向；“Z向”一词主要指
与水平向垂直，并与V向平行的方向；“θ向”一词主要指绕Z向旋转的方向。

[0042] 本发明所公开的具有硅片温度稳定功能的预对准装置总体结构见图1。该预对准装置用于将硅片放置于预定的位置，保持硅片定心定向并保持硅片的温度均匀不变。如图
1中所示，该预对准装置包括一硅片温度稳定装置101，硅片温度稳定装置101用以实现对
预对准装置上硅片进行高精度、快速、均匀的温度稳定。硅片(图中未示出)被放置于该硅
片温度稳定装置101上时，该硅片温度稳定装置101可以与硅片进行热交换以保证硅片处
于一个恒温环境内。硅片温度稳定装置101放置于一差分调平机构104之上，通过该差分
调平机构104实现对硅片温度稳定装置的支撑与水平度调节。该预对准装置除硅片温度稳
定装置101外，还包括一定向吸盘单元102和定心吸盘单元103用以实现硅片的定心与定
向调节。其中该定向吸盘单元102通过Z向与θ向运动机构106带动，实现硅片的定向与
交接运动。该定心吸盘单元103通过X向与V向运动机构105带动实现硅片的定心与气膜
调节。除此之外，该预对准装置还包括一视觉系统107，用以实现硅片边缘数据采集，计算硅
片偏向、偏心数值。

[0043] 本发明所述的具有硅片温度稳定功能的预对准装置对硅片进行温度稳定的工作原理见图2，高精度镜头冷却水经由高精度镜头冷却水接头202进入硅片温度稳定装置201
下层的水冷盘208，并在硅片温度稳定装置101内循环，其热辐射与硅片进行热交换，达到
硅片温度稳定目的；同时，从硅片温度稳定装置101上层气浮盘207流出的空气也可以与硅
片进行热交换，带走硅片多余热量。

[0044] 本发明所述的具有硅片温度稳定功能的预对准装置还具有补偿硅片边缘自重形变功能。8英寸、12英寸乃至16英寸的硅片，在只有定向吸盘支撑的情况下，其边缘会因自
重产生数百微米的变形，见图2中未进行边缘自重形变补偿的硅片203，影响预对准定心、
定向精度。本装置所集成的硅片温度稳定装置101上层气浮盘207可以在气浮盘207表面
与硅片底面间形成10-20μm厚度的气膜204，对该变形进行补偿，使硅片面水平，见图2中
进行边缘自重形变补偿后的硅片205，有助于提高大尺寸硅片定心、定向精度。

[0045] 本发明所述的具有硅片温度稳定功能的预对准装置均匀配置有4个温度传感器301和1个硅片存在传感器302，见图3，可以对硅片温度进行实时检测，并对是否有硅片在
预对准装置上进行判断。该4个温度传感器与1个硅片存在传感器分别使用温度传感器支
架304与硅片存在传感器支架303从下往上安装相应传感器，方便维修维护，且不会影响预
对准已装调好的精度。

[0046] 本发明所述的具有硅片温度稳定功能的预对准装置通过一种差分调平机构104对所集成的硅片温度稳定装置101进行安装与调节。该差分调平机构104由底座402、下锁
紧螺母403、差分螺母404、上锁紧螺母405、导向杆406、球头销407、锁紧环408、球窝409
组成。如图4中所示，导向杆406插入底座402中，起上下运动的导向作用。同时，导向杆
406与底座402靠近差分螺母404的一端分别具有螺距不同的同向外螺纹。差分螺母404
内孔两侧分别具有与导向杆406、底座402外螺纹螺距、旋向相同的内螺纹。差分螺母404
与导向杆406、底座402相配合实现上下差分运动。上下位置调节完毕后，使用上锁紧螺母
405、下锁紧螺母403固定差分螺母404与导向杆406、底座402的相对位置。球窝409安装
在硅片温度稳定装置101上，与固定在导向杆406上部的球头销407相配，支撑硅片温度稳
定装置101。当通过拧动三组差分螺母404调节硅片温度稳定装置表面水平度时，球窝409
与球头销407的配合可以对硅片温度稳定装置101的三个旋转自由度解耦。调节完毕后，
通过锁紧环408锁紧球窝409与球头销407。

[0047] 本发明所述的具有硅片温度稳定功能的预对准装置具有X、V、Z、θ四个运动轴，分别由四个运动台实现，如图5中所示。X向运动台507、V向运动台505组合在一起，带动
定心吸盘103实现硅片的定心与气膜调节。X向运动台507与V向运动台505的结构相同，
均为由直线电机(驱动元件)、交叉滚柱导轨(导向元件)、光栅尺和霍尔传感器(测量元
件)组成的结构紧凑的直线运动台。其中，V向运动台505使用了重力补偿元件506抵消V
向运动负载重力，使V向运动工况与X向运动工况相似，易于V向运动控制，利于提高V向
运动性能。Z向运动台501与θ向运动台502组合在一起，带动定向吸盘102实现硅片的
定向与交接运动。

[0048] 本发明所述的具有硅片温度稳定功能的预对准装置通过如图6所示布置硅片温度稳定装置101、定向吸盘102、定心吸盘103实现即使在吸盘真空断开情况下，硅片仍不会
掉落的功能。定心吸盘如图6所示，形为半圆，包围定向吸盘102；定心、定向吸盘103、102
同时从硅片温度稳定装置101内孔中穿过。硅片重心落入定心、定向支撑范围内，在无真空
情况下，硅片亦不会掉落。

[0049] 本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理
或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。