基于两个平面光栅的气浮台三自由度位移测量系统

摘要

基于两个平面光栅的气浮台三自由度位移测量系统，该系统包括基座、气浮台、磁浮工件台、工件台驱动装置，两个工件台工作于测量位和曝光位之间，采用两个对角对称配置的平面光栅对气浮台位置进行测量，工件台采用磁悬浮平面电机驱动；本发明解决了现有气浮台位移测量的难题，可实现气浮台的精密测量，在工件台初始化过程中，指导气浮台归零。

说明书

技术领域

本发明属于半导体制造装备技术领域，主要涉及一种基于两个平面光栅的气浮台 三自由度位移测量系统。

背景技术

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。

对于双工件台系统，由于在工作过程中，硅片台存在加速、减速运动过程以及换台 过程，会对气浮台产生较大的反作用冲击力，必然造成气浮台产生X，Y和Rz的位移，对气浮 台进行三自由度位移测量，进而在工件台初始化过程中对漂移加以补偿，是保证光刻机套 刻精度和分辨率的关键。在传统方案中，由于激光干涉仪具有测量灵敏、分辨力高的优点， 超精密气浮台的位移测量由激光干涉仪完成，但也存在由于测量光路较长，对空气和湿度 所引起的误差非常敏感，而且体积大，成本较高的缺点。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提出了一种基于平面光栅的气浮台三自由度位 移测量系统，该系统安装方便、阿贝误差小，测量精度高，可实现气浮台的X，Y，Rz的三自由 度位移测量。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于两个平面光栅的气浮台三自由度位移测量系统，该系统包括基座、气浮台、第 一工件台、第二工件台，所述气浮台通过气浮支撑位于基座上方，宏动平面电机定子安装在 气浮台上的平面上，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，该系统包括两套平面光栅测量系统，所述 平面光栅测量系统由平面光栅、光栅读数头、读数头座组成，平面光栅固定于基座上，光栅 读数头通过读数头座固定在气浮台上，光栅读数头位于平面光栅正上方；两套平面光栅测 量系统安装于基座中心对角对称位置处；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、零位传 感器、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 装有四个零位传感器和四个调平调焦传感器，Chuck固定在微动电机上，在微动电机四周安 装有防撞框，所述宏动平面电机动子安装在防撞框下方，宏动平面电机动子由磁钢阵列交 错排布构成，宏动平面电机定子由线圈阵列成人字形排布构成。

本发明具有以下创新点和突出优点：

1)提出的两个平面光栅测量系统实现气浮台三自由度位移测量，利用4个已知量求3个 未知量，利用多余的一个冗余量提高测量模型的测量准确度，不存在数据耦合现象，这是本 发明的创新点和突出优点之一；

2)提出的动磁钢磁浮平面电机，采用复合电流驱动实现高功效矢量控制，具有运动范 围大、推力密度大、动态特性好、绕组利用率高、温度分布均匀、热变形小等特点，同时采用 动磁钢驱动，结构简单，定位精度高，这是本发明的创新点和突出优点之二；

3)提出的基于平面光栅的测量系统，较激光干涉仪系统，在测量速度上满足了光刻机 系统的测量需求，同时由于其测量噪声小，测量精度高于激光干涉仪，这是本发明的创新点 和突出优点之三。

附图说明

图1是工件台整体结构示意图。

图2是工件台整体结构剖视示意图。

图3是平面光栅测量系统示意图。

图4平面光栅安装位置示意图。

图5是六自由度磁浮微动台结构示意图。

图6是微动平面电机动子与重力补偿器集成机构示意图。

图7是宏动平面电机动子磁刚阵列排布示意图。

图8是宏动平面电机定子线圈阵列排布示意图。

图中件号：1-基座；2-气浮台；3-宏动平面电机定子；4a-第一工件台；4b-第二工件 台；5-平面光栅测量系统；6-平面光栅；7-光栅读数头；8-读数头座；11-测量位；12-曝光位； 401-Chuck；402-吸盘；403-微动电机；404-防撞框；405-宏动平面电机动子；406-零位传感 器；407-调平调焦传感器；408-微动平面电机动子；409-重力补偿器动子；411-磁钢阵列； 412-线圈阵列；413-无线充电接收器；414-无线通讯收发器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施方案作进一步详细说明：

一种基于两个平面光栅的气浮台三自由度位移测量系统，该系统包括基座1、气浮台2、 第一工件台4a、第二工件台4b，所述气浮台2通过气浮支撑位于基座1上方，宏动平面电机定 子3安装在气浮台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，该系统包括两 套平面光栅测量系统5，所述平面光栅测量系统5由平面光栅6、光栅读数头7、读数头座8组 成，平面光栅6固定于基座1上，光栅读数头7通过读数头座8固定在气浮台2上，光栅读数头7 位于平面光栅6正上方；两套平面光栅测量系统5安装于基座1中心对角对称位置处；第一工 件台4a和第二工件台4b为六自由度磁浮微动台，所述六自由度磁浮微动台由Chuck401、吸 盘402、微动电机403、防撞框404、宏动平面电机动子405、零位传感器406、调平调焦传感器 407、无线充电接收器413、无线通讯收发器414组成，所述微动电机403由微动平面电机动子 408与重力补偿器动子409集成在一起构成，所述吸盘402安装在Chuck401上，Chuck401四 个角上安装有四个零位传感器406和四个调平调焦传感器407，Chuck401固定在微动电机 403上，在微动电机403四周安装有防撞框404，所述宏动平面电机动子405安装在防撞框404 下方，宏动平面电机动子405由磁钢阵列411交错排布构成，宏动平面电机定子3由线圈阵列 412成人字形排布构成。

本发明工作流程如下：

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，期间存在加速运动， 匀速运动，减速运动等过程，第一工件台4a、第二工件台4b通过磁浮位于气浮台上方，在运 动过程中会对气浮台产生较大的反向作用力，引起气浮台的漂移，气浮台的漂移量由平面 光栅测量计算得出，为后续的校准提供数据。