基于平面光栅测量的动磁钢磁浮双工件台矢量圆弧换台方法及装置制造方法及图纸

基于平面光栅测量动磁钢磁浮双工件台矢量圆弧换台方法及装置属于半导体制造装备技术，该装置包括支撑框架、平衡质量块、无线充电和无线通讯磁浮工件台、工件台测量装置、工件台驱动装置，两个工件台工作于测量位和曝光位之间，采用平面光栅对工件台位置进行测量，采用平面片簧和电磁阻尼器组成的被动补偿结构对平衡质量块进行运动补偿，工件台采用磁悬浮平面电机驱动，双工件台交换过程中，采用平面电机驱动两个工件台实现单节拍弧线快速换台；本发明专利技术解决了现有换台方案节拍多、轨迹长、起停环节多、稳定时间长、线缆扰动大等问题，减少换台环节，缩短了换台时间，提高了光刻机的产率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体制造装备
，主要涉及一种基于平面光栅测量的动磁钢磁浮双工件台矢量圆弧回转换台方法及装置。
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。作为光刻机关键子系统的工件台在很大程度上决定了光刻机的分辨率、套刻精度和产率。产率是光刻机发展的主要追求目标之一。在满足分辨率和套刻精度的条件下，提高工件台运行效率进而提高提高光刻机产率是工件台技术的发展方向。提高工件台运行效率最直接的方式就是提高工件台的运动加速度和速度，但是为保证原有精度，速度和加速度不能无限制提高。最初的工件台只有一个硅片承载装置，光刻机一次只能处理一个硅片，全部工序串行处理，生产效率低。为此有人提出了双工件台技术，这也是目前提高光刻机生产效率的主流技术手段。双工件台技术在工件台上设有曝光、预处理两个工位和两个工件台，曝光和测量调整可并行处理，大大缩短了时间，提高了生产效率。目前的代表产品为荷兰ASML公司基于Twinscan技术即双工件台技术的光刻机。提高双工件台的运行效率是目前光刻机工件台技术的发展目标之一。双工件台技术的牵扯到工件台在两个工位之间切换的问题，换台效率直接影响到光刻机工件台的运行效率即光刻机的产率。如何在尽可能缩短换台时间的条件下减小换台对其他系统的干扰一直是研究的重点。在传统双台切换过程中，工件台在曝光和预处理工序中一样为直线驱动，双台专利US2001/0004105A1和W098/40791中，每个工件台有两个可交换配合的单元来实现双台的交换，在不提高工件台运动速度的前提下提高了产率，但由于工件台与导轨之间采用耦合连接方式，在换台过程中工件台与驱动单元会出现短暂的分离，对工件台的定位精度产生较大影响。同时运动单元和导轨较长，运动质量较大，对于运动速度和加速度的提高都产生不利影响。中国专利CN101609265提出了一种平面电机驱动的硅片台多台交换系统，平面电机定子设置在基台顶部，动子设置在硅片台底部，相对于直线电机驱动不存在工件台和驱动单元的分离；中国专利CN101694560中提出了一种采用气浮支撑永磁平面电机驱动的双台交换系统，工件台采用平面电机驱动并通过气浮支撑，避免了前述换台过程中驱动单元与工件台分离问题，减小了工件台运行阻力，减小了平面电机驱动电流，减小了散热问题。上述专利换台时采用直线换台方案，回转换台方案较直线换台方案有独特优势，因此出现了采用回转换台的双工件台技术。中国专利CN101071275采用回转整个基台的方式实现双工件台的换位，简化了系统结构，同时两个工件台运动无重叠区域，避免了碰撞安全隐患。但是通过回转整个基台实现工件台换位存在转动惯量大，大功率回转电机精密定位困难和发热量大引起系统温升等问题，同时回转半径大，使光刻机主机结构显著增大。中国专利CN102495528在基台中心采用一种回转转接台完成双工件台换台，换台分为三个节拍，提高了换台效率，但回转换台机构结构复杂，回转定位精度较低。工件台的位置测量精度直接影响到光刻机工件台的定位精度，进而影响到光刻机的最小线宽。工件台在运动过程中速度较大，测量方案必须满足高速测量和精度要求，在美国专利US6498350B2和US20100279232A1中采用多个激光干涉仪来实现一个工件台的位置测量，采用激光干涉仪测量精度高、工作距离长，但是测量光路过长，对湿度和空气紊流所引起误差非常敏感，而且成本较高。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本专利技术提出了一种基于平面光栅测量的动磁钢磁浮双工件台矢量圆弧回转换台方法及装置，达到实现工件台单节拍快速弧线换台、减少换台环节、缩短换台时间、有效提高了光刻机产率的目的。本专利技术的目的是这样实现的：一种基于平面光栅测量动磁钢磁浮双工件台矢量圆弧换台方法，该方法包括以下步骤：初始工作状态，测量位第一工件台处于预对准状态，曝光位第二工件台处于曝光状态；第一步，测量位第一工件台预对准完毕后由动磁钢驱动运动到测量位换台预定位置A并充电和等待，曝光位第二工件台曝光完毕后由动磁钢驱动运动到曝光位预定位置C；第二步，第一工件台与第二工件台通过平面电机矢量控制沿圆弧轨迹逆时针运动，在运动过程中，两个工件台的相位不发生变化，运动位置由平面光栅进行测量，当第一工件台由动磁钢驱动运动到曝光位预定位置C、第二工件台由动磁钢驱动运动到测量位预定位置D时，换台结束，第一工件台在曝光位进行硅片光刻曝光，第二工件台在测量位进行硅片上片及硅片预对准操作；第三步，测量位第二工件台预对准完毕后由动磁钢驱动运动到测量位换台预定位置A'并充电和等待，曝光位第一工件台曝光完毕后由动磁钢驱动运动到曝光位预定位置C；第四步，第二工件台与第一工件台通过平面电机矢量控制沿圆弧轨迹顺时针运动，当第二工件台由动磁钢驱动运动到曝光位预定位置C、第一工件台由动磁钢驱动运动到测量位预定位置D时，换台结束，曝光位第二工件台进入曝光状态，测量位第一工件台进行上下片及预对准操作，此时系统回到初始工作状态，完成了包含两次换台操作的一个工作周期，在测量、曝光和换台过程中采用无线通讯方式完成。一种基于平面光栅测量动磁钢磁浮双工件台矢量圆弧换台装置，该装置包括支撑框架、平衡质量块、第一工件台、第二工件台、无线充电发射器，所述平衡质量块位于支撑框架上方，宏动平面电机定子安装在平衡质量块上的平面上，第一工件台和第二工件台配置在宏动平面电机定子上方，所述第一工件台和第二工件台运行于测量位和曝光位之间，在第一工件台和第二工件台上平面上分别安装测量位平面光栅和曝光位平面光栅；支撑框架通过由平面片簧和电磁阻尼器并行组成的运动补偿机构与平衡质量块相连接，所述平面片簧由1对X向片簧、1对Y向片簧、1个Z向片簧和1个Rz柔性铰链组成，电磁阻尼器由阻尼器上背板、阻尼器下背板、Y向永磁铁阵列和X向永磁铁阵列、紫铜板和不锈钢立柱装配构成，其中阻尼器上背板和阻尼器下背板通过不锈钢立柱相连接，Y、X向永磁铁阵列安装于阻尼器上、下背板之间，并在气隙间构成强磁场，在气隙强磁场中安装紫铜板，紫铜板固定于支撑框架上，阻尼器上背板与平衡质量块固定，相对于上、下背板紫铜板可以产生X、Y向平动和Rz转动；第一工件台和第二工件台为六自由度磁浮微动台，所述六自由度磁浮微动台由Chuck、吸盘、微动电机、防撞框、宏动平面电机动子、平面光栅读数头、调平调焦传感器、无线充电接收器、无线通讯收发器组成，所述微动电机由微动平面电机动子与重力补偿器动子集成在一起构成，所述吸盘安装在Chuck上，Chuck四个角上安装有四个平面光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于平面光栅测量动磁钢磁浮双工件台矢量圆弧换台方法，其特征在于该方法包括以下步骤：初始工作状态，测量位第一工件台处于预对准状态，曝光位第二工件台处于曝光状态；第一步，测量位第一工件台预对准完毕后由动磁钢驱动运动到测量位换台预定位置A并充电和等待，曝光位第二工件台曝光完毕后由动磁钢驱动运动到曝光位预定位置C；第二步，第一工件台与第二工件台通过平面电机矢量控制沿圆弧轨迹逆时针运动，在运动过程中，两个工件台的相位不发生变化，运动位置由平面光栅进行测量，当第一工件台由动磁钢驱动运动到曝光位预定位置C、第二工件台由动磁钢驱动运动到测量位预定位置D时，换台结束，第一工件台在曝光位进行硅片光刻曝光，第二工件台在测量位进行硅片上片及硅片预对准操作；第三步，测量位第二工件台预对准完毕后由动磁钢驱动运动到测量位换台预定位置A'并充电和等待，曝光位第一工件台曝光完毕后由动磁钢驱动运动到曝光位预定位置C；第四步，第二工件台与第一工件台通过平面电机矢量控制沿圆弧轨迹顺时针运动，当第二工件台由动磁钢驱动运动到曝光位预定位置C、第一工件台由动磁钢驱动运动到测量位预定位置D时，换台结束，曝光位第二工件台进入曝光状态，测量位第一工件台进行上下片及预对准操作，此时系统回到初始工作状态，完成了包含两次换台操作的一个工作周期，在测量、曝光和换台过程中采用无线通讯方式完成。...

【技术特征摘要】
1.一种基于平面光栅测量动磁钢磁浮双工件台矢量圆弧换台方法，其特征在于该方法
包括以下步骤：初始工作状态，测量位第一工件台处于预对准状态，曝光位第二工件台处于
曝光状态；第一步，测量位第一工件台预对准完毕后由动磁钢驱动运动到测量位换台预定
位置A并充电和等待，曝光位第二工件台曝光完毕后由动磁钢驱动运动到曝光位预定位置
C；第二步，第一工件台与第二工件台通过平面电机矢量控制沿圆弧轨迹逆时针运动，在运
动过程中，两个工件台的相位不发生变化，运动位置由平面光栅进行测量，当第一工件台由
动磁钢驱动运动到曝光位预定位置C、第二工件台由动磁钢驱动运动到测量位预定位置D
时，换台结束，第一工件台在曝光位进行硅片光刻曝光，第二工件台在测量位进行硅片上片
及硅片预对准操作；第三步，测量位第二工件台预对准完毕后由动磁钢驱动运动到测量位
换台预定位置A'并充电和等待，曝光位第一工件台曝光完毕后由动磁钢驱动运动到曝光位
预定位置C；第四步，第二工件台与第一工件台通过平面电机矢量控制沿圆弧轨迹顺时针运
动，当第二工件台由动磁钢驱动运动到曝光位预定位置C、第一工件台由动磁钢驱动运动到
测量位预定位置D时，换台结束，曝光位第二工件台进入曝光状态，测量位第一工件台进行
上下片及预对准操作，此时系统回到初始工作状态，完成了包含两次换台操作的一个工作
周期，在测量、曝光和换台过程中采用无线通讯方式完成。
2.一种基于平面光栅测量动磁钢磁浮双工件台矢量圆弧换台装置，其特征在于该装置
包括支撑框架（1）、平衡质量块（2）、第一工件台（4a）、第二工件台（4b）、无线充电发射器
（30），所述平衡质量块（2）位于支撑框架（1）上方，宏动平面电机定子（3）安装在平衡质量块
（2）上的平面上，第一工件台（4a）和第二工件台（4b）配置在宏动平面电机定子（3）上方，所
述第一工件台（4a）和第二工件台（4b）运行于测量位（11）和曝光位（12）之间，在第一工件台
（4a）...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘永猛，谭久彬，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23