一种硅片台大行程三自由度位移测量系统技术方案

一种硅片台大行程三自由度测量系统属于半导体制造装备技术领域，应用于硅片台在玻璃基板平面内沿X方向、Y方向和θz方向做平面三自由度运动的测量。该测量系统包含玻璃基板平面、硅片台、一维光电编码器。玻璃基板分成宽度相等的几部分，每部分刻有间距相等且相互平行的标志线，相邻两部分的标志线方向相互垂直。按要求在硅片台下表面布置四对一维光电编码器。当硅片台在玻璃基板表面运动时，采集三个或四个有效光电编码器的数据计算得出硅片台在xy平面内的位移和绕z轴的转动。这种测量系统可实现硅片台在玻璃基板上大行程运动过程中任意时刻的三自由度位移和角度的测量。

Three DOF displacement measuring system for silicon chip large country travel

A wafer Taiwan stroke three degree of freedom measurement system which belongs to the technical field of semiconductor manufacturing equipment, is used to measure the wafer stage in glass substrate plane along the X direction, Y direction and Z direction is three degrees of freedom motion plane. The measuring system comprises a glass substrate plane, a silicon wafer table and a one-dimensional photoelectric encoder. The glass substrate is divided into a plurality of equal parts, each part of which is engraved with a mark line with equal spacing and parallel to each other, and the direction of the marking lines of the two adjacent parts is perpendicular to each other. According to the requirements, four pairs of one dimension photoelectric encoders are arranged on the surface of the silicon wafer table. When the silicon wafer is moving on the surface of the glass substrate, the data of three or four effective photoelectric encoders are collected to calculate the displacement of the silicon wafer table in the XY plane and the rotation around the Z axis. The measurement system can realize the measurement of the three degree of freedom displacement and angle at any time in the process of large stroke motion on the glass substrate.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种硅片台大行程三自由度测量系统，该硅片台三自由度位移测量系统应用于半导体光刻机中，属于半导体制造装备

技术介绍
光刻机的工件台系统分为掩膜台和硅片台两个子系统，为准确的测量硅片台的位移和转动，需在硅片台上安装光电编码器。传统的硅片台三自由度测量系统采用二维光电编码器，经过复杂的计算得出硅片台的位移信息，比较复杂。为了简化硅片台运动位移和角度的测量，提高测量的精度和准确性，扩大硅片台运动的可测量行程范围，提出本专利技术阐述的大行程三自由度测量系统。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种平面内三自由度位移和转动的测量系统，能够实现硅片台在平面内大行程运动状态的测量，不受运动范围的限制。本专利技术的技术方案如下：一种硅片台大行程三自由度测量系统，所述测量系统包含玻璃基板、硅片台和一维光电编码器。一维光电编码器安装在硅片台的下表面，硅片台放在玻璃基板的上表面。其特征在于：玻璃基板沿竖直方向分成宽度相等的几部分，每部分刻有间距相等且相互平行的标志线，相邻两部分的标志线方向相互垂直；在硅片台的下表面的四个角分别布置一对光电编码器，左上角布置第一对光电编码器，右上角布置第二对光电编码器，右下角布置第三对光电编码器，左下角布置第四对光电编码器，四对光电编码器的布置方向相同；每对光电编码器由两个互相垂直放置的一维光电编码器组成，且两个一维光电编码器的中心连线与一维光电编码器本身中心线垂直或平行；第一对和第四对光电编码器的中心距等于第二对和第三对光电编码器的中心距，都等于玻璃基板每部分的宽度；第一对和第四对光电编码器的中心连线平行于第二对和第三对光电编码器的中心连线，第一对和第二对光电编码器的中心位置在Y方向至少相差一个标志线的宽度。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点及突出性的技术效果：通过玻璃基板刻线，利用一维光电编码器可以测量硅片台大行程的平面运动，且可以根据精度需求设置玻璃基板上标志线的间距，理论上可实现任意精度的测量。该测量系统结构简单，测量信号易于处理。附图说明图1是本专利技术提供的一种硅片台大行程三自由度测量系统的示意图。图2是本专利技术提供的一维光电编码器在硅片台下表面的布置示意图。图3是本专利技术提供的玻璃基板刻线示意图。图4是本专利技术提供的四对光电编码器分布在玻璃基板的三部分，且其中两个光电编码器位于标志线分界处的四种情况的示意图。图5是本专利技术提供的光电编码器分布在玻璃基板的两部分，且没有任何一个光电编码器位于标志线分界处的示意图。图中：1-玻璃基板平面；2-硅片台；3-承载玻璃基板的基座；4-一维光电编码器；5-竖直标志线；6-水平标志线。具体实施方式本专利技术是一种可实现硅片台大行程三自由度运动的测量系统，包括玻璃基板1、硅片台2、承载玻璃基板的基座3、一维光电编码器4。所述的测量系统可实现硅片台大行程三自由度位移和转动的测量，其信号采集与处理包含两种情况。第一种情况：当硅片台携带的四对光电编码器位于玻璃基板的相邻两部分，且没有任何一个光电编码器在相邻两部分的交界处时，有四个有效的光电编码器，其中两个光电编码器测量位移，两个光电编码器测量转动。第二种情况：当硅片台携带的四对光电编码器位于玻璃基板的三部分，且其中两个光电编码器在相邻两部分的交界处时，有三个有效的光电编码器，其中一个光电编码器测量位移，两个光电编码器测量转动。下面结合附图对本专利技术的结构、测量情况作进一步的说明。图1是本专利技术提供的一种硅片台大行程三自由度测量系统的示意图，图2是一维光电编码器在硅片台下表面的布置示意图，本专利技术提供的一种硅片台大行程三自由度测量系统包括玻璃基板1、硅片台2、承载玻璃基板的基座3、一维光电编码器4。图2是本专利技术提供的一维光电编码器在硅片台下表面的布置示意图。在硅片台的下表面的四个角分别布置一对光电编码器，左上角布置第一对光电编码器，右上角布置第二对光电编码器，右下角布置第三对光电编码器，左下角布置第四对光电编码器，四对光电编码器的布置方向相同；每对光电编码器由两个互相垂直放置的一维光电编码器组成，且两个一维光电编码器的中心连线与一维光电编码器本身中心线垂直或平行；第一对和第四对光电编码器的中心距等于第二对和第三对光电编码器的中心距，都等于玻璃基板每部分的宽度；第一对和第四对光电编码器的中心连线平行于第二对和第三对光电编码器的中心连线，第一对和第二对光电编码器的中心位置在Y方向至少相差一个标志线的宽度。图3是本专利技术提供的玻璃基板刻线示意图。玻璃基板沿Y方向分成宽度相等的几部分，每部分刻有间距相等且相互平行的标志线，相邻两部分的标志线方向相互垂直。图4是本专利技术提供的四对光电编码器分布在玻璃基板的三部分，且其中两个光电编码器位于标志线分界处的四种情况的示意图。当硅片台沿Y方向运动，图4a是第一对和第四对光电编码器的竖直方向的一维光电编码器位于标志线的分界处，失效，第二对光电编码器的竖直方向的一维光电编码器测量沿Y方向的移动，第三对和第四对光电编码器的水平方向的一维光电编码器测量绕Z轴的转动；图4b是第二对和第三对光电编码器的竖直方向的一维光电编码器位于标志线的分界处，失效，第四对光电编码器的竖直方向的一维光电编码器测量沿Y方向的移动，第三对和第四对光电编码器的水平方向的一维光电编码器测量绕Z轴的转动；图4c是第一对和第四对光电编码器的水平方向的一维光电编码器位于标志线的分界处，失效，第三对和第四对光电编码器的竖直方向的一维光电编码器测量沿Y方向的移动，第三对光电编码器的水平方向的一维光电编码器测量绕Z轴的转动；图4d是第二对和第三对光电编码器的水平方向的一维光电编码器位于标志线的分界处，失效，第三对和第四对光电编码器的竖直方向的一维光电编码器测量沿Y方向的移动，第一对光电编码器的水平方向的一维光电编码器测量绕Z轴的转动；当硅片台沿X方向运动时，测量方法相同。图5是本专利技术提供的光电编码器分布在玻璃基板的两部分，且没有任何一个光电编码器位于标志线分界处的示意图。假设硅片台沿Y方向运动，图中硅片台的第一对和第二对光电编码器位于竖直标志线处，第三对和第四对光电编码器位于水平标志线处，此时第三对和第四对光电编码器的竖直方向的一维光电编码器测量沿Y方向的移动，第一对和第二对光电编码器的水平方向的一维光电编码器测量绕Z轴的转动。当硅片台第一对和第二对光电编码器位于水平标志线处，第三对和第四对光电编码器位于竖直标志线处时，此时第一对和第二对光电编码器的竖直方向的一维光电编码器测量沿Y方向的移动，第三对和第四对光电编码器的水平方向的一维光电编码器测量绕Z轴的转动。当硅片台沿X方向运动时，测量方法相同。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅片台大行程三自由度测量系统，所述测量系统包含玻璃基板(1)、硅片台(2)和光电编码器(4)，所述硅片台放置在玻璃基板上方；其特征在于：玻璃基板沿Y方向分成宽度相等的几部分，每部分刻有间距相等且相互平行的标志线，相邻两部分的标志线方向相互垂直；在硅片台的下表面的四个角分别布置一对光电编码器，即左上角布置第一对光电编码器，右上角布置第二对光电编码器，右下角布置第三对光电编码器，左下角布置第四对光电编码器，四对光电编码器的布置方向相同；每对光电编码器由两个互相垂直放置的一维光电编码器组成，且两个一维光电编码器的中心连线与一维光电编码器本身中心线垂直或平行；第一对和第四对光电编码器的中心距等于第二对和第三对光电编码器的中心距，都等于玻璃基板每部分的宽度；第一对和第四对光电编码器的中心连线平行于第二对和第三对光电编码器的中心连线，第一对和第二对光电编码器的中心位置在Y方向至少相差一个标志线的宽度。

【技术特征摘要】
1.一种硅片台大行程三自由度测量系统，所述测量系统包含玻璃基板(1)、硅片台(2)和光电编码器(4)，所述硅片台放置在玻璃基板上方；其特征在于：玻璃基板沿Y方向分成宽度相等的几部分，每部分刻有间距相等且相互平行的标志线，相邻两部分的标志线方向相互垂直；在硅片台的下表面的四个角分别布置一对光电编码器，即左上角布置第一对光电编码器，右上角布置第二对光电编码器，右下角布置第三对光电编码器，左下角布置第四对光...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱煜，张利，周坤玲，张鸣，胡海，胡清平，成荣，杨开明，
申请(专利权)人：清华大学，北京华卓精科科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11