[發(fā)明專利]基于兩個(gè)平面光柵的氣浮臺三自由度位移測量系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610023026.7
• 申請日: 2016-01-14
• 公開（公告）號: CN105509644B
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉永猛;譚久彬
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體制造裝備技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及一種基于兩個(gè)平面光柵的氣浮臺三自由度位移測量系統(tǒng)。

背景技術(shù)

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。

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，提高工件臺運(yùn)行效率進(jìn)而提高提高光刻機(jī)產(chǎn)率是工件臺技術(shù)的發(fā)展方向。提高工件臺運(yùn)行效率最直接的方式就是提高工件臺的運(yùn)動(dòng)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(gè)硅片承載裝置，光刻機(jī)一次只能處理一個(gè)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(gè)工位和兩個(gè)工件臺，曝光和測量調(diào)整可并行處理，大大縮短了時(shí)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)。

對于雙工件臺系統(tǒng)，由于在工作過程中，硅片臺存在加速、減速運(yùn)動(dòng)過程以及換臺過程，會(huì)對氣浮臺產(chǎn)生較大的反作用沖擊力，必然造成氣浮臺產(chǎn)生X，Y和Rz的位移，對氣浮臺進(jìn)行三自由度位移測量，進(jìn)而在工件臺初始化過程中對漂移加以補(bǔ)償，是保證光刻機(jī)套刻精度和分辨率的關(guān)鍵。在傳統(tǒng)方案中，由于激光干涉儀具有測量靈敏、分辨力高的優(yōu)點(diǎn)，超精密氣浮臺的位移測量由激光干涉儀完成，但也存在由于測量光路較長，對空氣和濕度所引起的誤差非常敏感，而且體積大，成本較高的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

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的氣浮臺三自由度位移測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)安裝方便、阿貝誤差小，測量精度高，可實(shí)現(xiàn)氣浮臺的X，Y，Rz的三自由度位移測量。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種基于兩個(gè)平面光柵的氣浮臺三自由度位移測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括基座、氣浮臺、第一工件臺、第二工件臺，所述氣浮臺通過氣浮支撐位于基座上方，宏動(dòng)平面電機(jī)定子安裝在氣浮臺上的平面上，第一工件臺和第二工件臺配置在宏動(dòng)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，測量位位于基座的左側(cè)，曝光位位于基座的右側(cè)，該系統(tǒng)包括兩套平面光柵測量系統(tǒng)，所述平面光柵測量系統(tǒng)由平面光柵、光柵讀數(shù)頭、讀數(shù)頭座組成，平面光柵固定于基座上，光柵讀數(shù)頭通過讀數(shù)頭座固定在氣浮臺上，光柵讀數(shù)頭位于平面光柵正上方；兩套平面光柵測量系統(tǒng)安裝于基座中心對角對稱位置處；第一工件臺和第二工件臺為六自由度磁浮微動(dòng)臺，所述六自由度磁浮微動(dòng)臺由Chuck、吸盤、微動(dòng)電機(jī)、防撞框、宏動(dòng)平面電機(jī)動(dòng)子、零位傳感器、調(diào)平調(diào)焦傳感器、無線充電接收器、無線通訊收發(fā)器組成，所述微動(dòng)電機(jī)由微動(dòng)平面電機(jī)動(dòng)子與重力補(bǔ)償器動(dòng)子集成在一起構(gòu)成，所述吸盤安裝在Chuck上，Chuck四個(gè)角上安裝有四個(gè)零位傳感器和四個(gè)調(diào)平調(diào)焦傳感器，Chuck固定在微動(dòng)電機(jī)上，在微動(dòng)電機(jī)四周安裝有防撞框，所述宏動(dòng)平面電機(jī)動(dòng)子安裝在防撞框下方，宏動(dòng)平面電機(jī)動(dòng)子由磁鋼陣列交錯(cuò)排布構(gòu)成，宏動(dòng)平面電機(jī)定子由線圈陣列成人字形排布構(gòu)成。

本發(fā)明具有以下創(chuàng)新點(diǎn)和突出優(yōu)點(diǎn)：

1)提出的兩個(gè)平面光柵測量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)氣浮臺三自由度位移測量，利用4個(gè)已知量求3個(gè)未知量，利用多余的一個(gè)冗余量提高測量模型的測量準(zhǔn)確度，不存在數(shù)據(jù)耦合現(xiàn)象，這是本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)和突出優(yōu)點(diǎn)之一；

2)提出的動(dòng)磁鋼磁浮平面電機(jī)，采用復(fù)合電流驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)高功效矢量控制，具有運(yùn)動(dòng)范圍大、推力密度大、動(dòng)態(tài)特性好、繞組利用率高、溫度分布均勻、熱變形小等特點(diǎn)，同時(shí)采用動(dòng)磁鋼驅(qū)動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡單，定位精度高，這是本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)和突出優(yōu)點(diǎn)之二；

3)提出的基于平面光柵的測量系統(tǒng)，較激光干涉儀系統(tǒng)，在測量速度上滿足了光刻機(jī)系統(tǒng)的測量需求，同時(shí)由于其測量噪聲小，測量精度高于激光干涉儀，這是本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)和突出優(yōu)點(diǎn)之三。

附圖說明

圖1是工件臺整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是工件臺整體結(jié)構(gòu)剖視示意圖。

圖3是平面光柵測量系統(tǒng)示意圖。

圖4平面光柵安裝位置示意圖。

圖5是六自由度磁浮微動(dòng)臺結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是微動(dòng)平面電機(jī)動(dòng)子與重力補(bǔ)償器集成機(jī)構(gòu)示意圖。

圖7是宏動(dòng)平面電機(jī)動(dòng)子磁剛陣列排布示意圖。

圖8是宏動(dòng)平面電機(jī)定子線圈陣列排布示意圖。