基于平面光柵測量動磁鋼氣磁結(jié)合氣浮雙工件臺矢量圓弧換臺方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體制造裝備技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及一種基于平面光柵測量動磁鋼氣磁結(jié)合氣浮雙工件臺矢量圓弧回轉(zhuǎn)換臺方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]光刻機(jī)是極大規(guī)模集成電路制造中重要的超精密裝備之一。作為光刻機(jī)關(guān)鍵子系統(tǒng)的工件臺在很大程度上決定了光刻機(jī)的分辨率、套刻精度和產(chǎn)率。
[0003]產(chǎn)率是光刻機(jī)發(fā)展的主要追求目標(biāo)之一。在滿足分辨率和套刻精度的條件下，提尚工件臺運(yùn)彳丁效率進(jìn)而提尚提尚光刻機(jī)廣率是工件臺技術(shù)的發(fā)展方向。提尚工件臺運(yùn)彳丁效率最直接的方式就是提高工件臺的運(yùn)動加速度和速度，但是為保證原有精度，速度和加速度不能無限制提高。最初的工件臺只有一個硅片承載裝置，光刻機(jī)一次只能處理一個硅片，全部工序串行處理，生產(chǎn)效率低。為此有人提出了雙工件臺技術(shù)，這也是目前提高光刻機(jī)生產(chǎn)效率的主流技術(shù)手段。雙工件臺技術(shù)在工件臺上設(shè)有曝光、預(yù)處理兩個工位和兩個工件臺，曝光和測量調(diào)整可并行處理，大大縮短了時間，提高了生產(chǎn)效率。目前的代表產(chǎn)品為荷蘭ASML公司基于Twinscan技術(shù)即雙工件臺技術(shù)的光刻機(jī)。
[0004]提高雙工件臺的運(yùn)行效率是目前光刻機(jī)工件臺技術(shù)的發(fā)展目標(biāo)之一。雙工件臺技術(shù)的牽扯到工件臺在兩個工位之間切換的問題，換臺效率直接影響到光刻機(jī)工件臺的運(yùn)行效率即光刻機(jī)的產(chǎn)率。如何在盡可能縮短換臺時間的條件下減小換臺對其他系統(tǒng)的干擾一直是研究的重點(diǎn)。在傳統(tǒng)雙臺切換過程中，工件臺在曝光和預(yù)處理工序中一樣為直線驅(qū)動，雙臺專利US2001/0004105A1和W098/40791中，每個工件臺有兩個可交換配合的單元來實現(xiàn)雙臺的交換，在不提高工件臺運(yùn)動速度的前提下提高了產(chǎn)率，但由于工件臺與導(dǎo)軌之間采用親合連接方式，在換臺過程中工件臺與驅(qū)動單元會出現(xiàn)短暫的分離，對工件臺的定位精度產(chǎn)生較大影響。同時運(yùn)動單元和導(dǎo)軌較長，運(yùn)動質(zhì)量較大，對于運(yùn)動速度和加速度的提高都產(chǎn)生不利影響。中國專利CN101609265提出了一種平面電機(jī)驅(qū)動的硅片臺多臺交換系統(tǒng)，平面電機(jī)定子設(shè)置在基臺頂部，動子設(shè)置在硅片臺底部，相對于直線電機(jī)驅(qū)動不存在工件臺和驅(qū)動單元的分離；中國專利CN101694560中提出了一種采用氣浮支撐永磁平面電機(jī)驅(qū)動的雙臺交換系統(tǒng)，工件臺采用平面電機(jī)驅(qū)動并通過氣浮支撐，避免了前述換臺過程中驅(qū)動單元與工件臺分離問題，減小了工件臺運(yùn)行阻力，減小了平面電機(jī)驅(qū)動電流，減小了散熱問題。
[0005]上述專利換臺時采用直線換臺方案，回轉(zhuǎn)換臺方案較直線換臺方案有獨(dú)特優(yōu)勢，因此出現(xiàn)了采用回轉(zhuǎn)換臺的雙工件臺技術(shù)。中國專利CN101071275采用回轉(zhuǎn)整個基臺的方式實現(xiàn)雙工件臺的換位，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，同時兩個工件臺運(yùn)動無重疊區(qū)域，避免了碰撞安全隱患。但是通過回轉(zhuǎn)整個基臺實現(xiàn)工件臺換位存在轉(zhuǎn)動慣量大，大功率回轉(zhuǎn)電機(jī)精密定位困難和發(fā)熱量大引起系統(tǒng)溫升等問題，同時回轉(zhuǎn)半徑大，使光刻機(jī)主機(jī)結(jié)構(gòu)顯著增大。中國專利CN102495528在基臺中心采用一種回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)接臺完成雙工件臺換臺，換臺分為三個節(jié)拍，提高了換臺效率，但回轉(zhuǎn)換臺機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，回轉(zhuǎn)定位精度較低。
[0006]工件臺的位置測量精度直接影響到光刻機(jī)工件臺的定位精度，進(jìn)而影響到光刻機(jī)的最小線寬。工件臺在運(yùn)動過程中速度較大，測量方案必須滿足高速測量和精度要求，在美國專利US6498350B2和US20100279232A1中采用多個激光干涉儀來實現(xiàn)一個工件臺的位置測量，采用激光干涉儀測量精度高、工作距離長，但是測量光路過長，對濕度和空氣紊流所引起誤差非常敏感，而且成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種基于平面光柵測量動磁鋼氣磁結(jié)合氣浮雙工件臺矢量圓弧回轉(zhuǎn)換臺方法及裝置，達(dá)到實現(xiàn)工件臺單節(jié)拍快速弧線換臺、減少換臺環(huán)節(jié)、縮短換臺時間、有效提高了光刻機(jī)產(chǎn)率的目的。
[0008]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:
一種基于平面光柵測量動磁鋼氣磁結(jié)合氣浮雙工件臺矢量圓弧換臺方法，其特征在于該方法包括以下步驟:初始工作狀態(tài)，測量位第一工件臺處于預(yù)對準(zhǔn)狀態(tài)，曝光位第二工件臺處于曝光狀態(tài)；第一步，測量位第一工件臺預(yù)對準(zhǔn)完畢后由動磁鋼驅(qū)動運(yùn)動到測量位換臺預(yù)定位置A并等待，曝光位第二工件臺曝光完畢后由動磁鋼驅(qū)動運(yùn)動到曝光位換臺預(yù)定位置B;第二步，第一工件臺與第二工件臺通過平面電機(jī)矢量控制沿圓弧軌跡逆時針運(yùn)動，在運(yùn)動過程中，兩個工件臺的相位不發(fā)生變化，運(yùn)動位置由平面光柵進(jìn)行測量，與此同時，第一線纜臺跟隨第一工件臺由測量位一側(cè)向曝光位運(yùn)動，第二線纜臺跟隨第二工件臺由曝光位一側(cè)向測量位運(yùn)動，當(dāng)?shù)谝还ぜ_運(yùn)動到曝光位預(yù)定位置C、第二工件臺運(yùn)動到測量位預(yù)定位置D時，換臺結(jié)束，第一工件臺在曝光位進(jìn)行硅片光刻曝光，第二工件臺在測量位進(jìn)行硅片上片及硅片預(yù)對準(zhǔn)操作；第三步，測量位第二工件臺預(yù)對準(zhǔn)完畢后由動磁鋼驅(qū)動運(yùn)動到測量位換臺預(yù)定位置A’并等待，曝光位第一工件臺曝光完畢后由動磁鋼驅(qū)動運(yùn)動到曝光位換臺預(yù)定位置B’ ；第四步，第二工件臺與第一工件臺通過平面電機(jī)矢量控制沿圓弧軌跡順時針運(yùn)動，與此同時，第一線纜臺跟隨第一工件臺由曝光位一側(cè)向測量位運(yùn)動，第二線纜臺跟隨第二工件臺由測量位一側(cè)向曝光位運(yùn)動，當(dāng)?shù)诙ぜ_運(yùn)動到曝光位預(yù)定位置C、第一工件臺運(yùn)動到測量位預(yù)定位置D時，換臺結(jié)束，曝光位第二工件臺進(jìn)入曝光狀態(tài)，測量位第一工件臺進(jìn)行上下片及預(yù)對準(zhǔn)操作，此時系統(tǒng)回到初始工作狀態(tài)，完成了包含兩次換臺操作的一個工作周期。
[0009]—種基于平面光柵測量動磁鋼氣磁結(jié)合氣浮雙工件臺矢量圓弧換臺裝置，該裝置包括支撐框架、平衡質(zhì)量塊、第一工件臺、第二工件臺，所述平衡質(zhì)量塊位于支撐框架上方，宏動平面電機(jī)定子安裝在平衡質(zhì)量塊上的平面上，第一工件臺和第二工件臺配置在宏動平面電機(jī)定子上方，所述第一工件臺和第二工件臺運(yùn)行于測量位和曝光位之間，其特征在于在第一工件臺和第二工件臺上平面上分別安裝測量位平面光柵和曝光位平面光柵，所述第一工件臺通過第一線纜臺線纜、第一工件臺防轉(zhuǎn)板與第一線纜臺相連接，第二工件臺通過第二線纜臺線纜、第二工件臺防轉(zhuǎn)板與第二線纜臺相連接，第一線纜臺和第二線纜臺分別安裝在第一線纜臺導(dǎo)軌和第二線纜臺導(dǎo)軌上；支撐框架通過由平面片簧和電磁阻尼器并行組成的運(yùn)動補(bǔ)償機(jī)構(gòu)與平衡質(zhì)量塊相連接，所述平面片簧由1對X向片簧、1對Y向片簧、1個Z向片簧和1個Rz柔性鉸鏈組成，電磁阻尼器由阻尼器上背板、阻尼器下背板、Y向永磁鐵陣列和X向永磁鐵陣列、紫銅板和不銹鋼立柱裝配構(gòu)成，其中阻尼器上背板和阻尼器下背板通過不銹鋼立柱相連接，Y、X向永磁鐵陣列安裝于阻尼器上、下背板之間，紫銅板固定于支撐框架上，阻尼器上背板與平衡質(zhì)量塊固定，相對于上、下背板紫銅板可以產(chǎn)生X、Y向平動和Rz轉(zhuǎn)動；第一工件臺和第二工件臺為六自由度磁浮微動臺，所述六自由度磁浮微動臺由Chuck、吸盤、角錐棱鏡、防撞框、宏動平面電機(jī)動子，零位傳感器、調(diào)平調(diào)焦傳感器組成，微動平面電機(jī)動子與重力補(bǔ)償器動子集成在一起，氣足和真空吸附區(qū)均分布在六自由度磁浮微動臺的底部；所述吸盤安裝在Chuck上，Chuck四周安裝有四個角錐棱角，Chu