CN103472679A - 双工件台长行程测量装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双工件台长行程测量装置及其使用方法，其用于实时控制硅片台或掩模台等精密工件台的位置以进行精确的光刻加工作业，所述双工件台长行程测量装置包括粗动平面电机装置、两根导轨、两个长行程平面测量装置和控制系统，该装置不仅能够使长行程平面测量装置自动跟随工件台一起沿Y向移动，其长行程平面测量装置中的弹性缓冲装置还能够保证在工件台长行程运动控制失效时，测量传感器不会被损坏，并且仍然能够得到工件台的位置信号并反馈回该装置的控制系统，控制工件台复位回到工作零位。

Description

双工件台长行程测量装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及半导体光刻工艺，尤其涉及一种双工件台长行程测量装置及其使用方法。

背景技术

在半导体光刻设备中，硅片台和掩模台等精密工件台运动系统是极其重要的关键部件，其定位精度直接影响光刻设备的性能，其运行速度直接影响光刻设备的生产效率。工件台系统通常需要完成的主要功能有：物料传输、快速步进、匀速扫描等。现有的精密工件台系统典型的结构形式如下：整个工件台由粗动台、微动台等组成，其中粗动台由X-Y工件台组成，主要用来完成高速步进，以满足系统对高速度和高加速度的要求，其定位精度不需要很高，允许的定位误差通常为几微米，而纳米级的定位精度通常由微动台上的微位移机构来完成，即整个工件台在空间六自由度方向的精密运动定位采用粗、微动相结合的方式来实现。针对磁浮双工件台系统，其长行程粗动台主要用来完成两微动台从交接片位到测量位、曝光位之间的往复运动和粗定位，作为一个精密运动定位系统，为了获得高精度的定位，必须采用位置闭环控制方法控制，位置检测装置为闭环系统中的反馈元件，其测量方式及结构布局在很大程度上决定了精密工件台的定位精度。

美国专利US20100066992A1中，提出了一种应用于光刻机双工件台的长行程测量方案，在该方案中，长行程测量装置由带一个U型测量支架的Y向滑台组成，每一个工件台对应有一个这样的长行程测量装置，该长行程测量装置由独立的电机驱动并与工件台在Y向保持同步运动，工件台Y向长行程测量采用一维光栅尺和电容式位移传感器来实现，而X向和Rz向长行程位置测量则通过正对布置在U型测量支架上的两组一维光栅尺来完成。该方案的不足之处在于长行程测量装置Y向尺寸较大，导致工件台系统整体Y向尺寸偏大，同时，该测量方案也并未考虑到当工件台沿X向运动控制失效时，如何使工件台回到工作零位，以及当工件台沿Y向运动控制失效时，如何防止测量支架上的光栅尺读头与工件台发生碰撞导致损坏。

发明内容

本发明的目的是提供一种双工件台长行程测量装置及其使用方法，使控制系统能够通过传感器及编码器反馈回的信息实时控制长行程平面测量装置跟随工件台沿Y向移动，保证该装置测量的精确性。

本发明提供一种双工件台长行程测量装置，用于实时控制工件台的位置以进行精确的光刻加工作业，所述双工件台长行程测量装置包括：

粗动平面电机装置，其用于移动所述工件台使所述工件台在该粗动平面电机装置的上表面沿X轴、Y轴或Z轴方向移动，或做Rx、Ry或Rz转动；

导轨，其设置于所述粗动平面电机装置的侧面；

长行程平面测量装置，其包括滑台部分和测量支架，所述滑台部分设置于所述导轨上；所述滑台部分能够做Y向移动或Rz转动；所述测量支架一端连接于所述滑台部分，其另一端连接于所述工件台；所述导轨上设置有Y向光栅尺，所述滑台部分底部设置有与所述Y向光栅尺对应的Y向光栅编码器，所述Y向光栅尺与Y向光栅编码器结合测量滑台部分的Y向长行程运动位置；所述测量支架能够实时测量工件台X向的位置、工件台相对测量支架在Y向的位置以及工件台Rz向的角位移，并将测到的位置信息实时反馈到工件台控制系统；

以及

控制系统，其分别与所述粗动平面电机装置及所述滑台部分电信连接，所述控制系统根据反馈回该控制系统的工件台与长行程平面测量装置的位置信息来调整所述工件台与长行程平面测量装置在X-Y-Z空间内的位置。

进一步的，所述双工件台长行程测量装置还包括长行程垂向测量装置，其由多个Z向位移传感器组成，所述多个Z向位移传感器设置于所述工件台的底部，所述多个Z向位移传感器用于测量工件台的Z向位移及Rx、Ry向的角位移。

进一步的，所述的测量支架包括支架本体、传感器支架、X向光栅尺、X向光栅编码器、传感器和永磁磁钢片，所述支架本体的一端与所述滑台部分连接；所述传感器支架设置在所述支架本体上并与所述工件台连接；所述X向光栅尺与永磁磁钢片均设置于所述支架本体上；所述X向光栅编码器与传感器均设置于所述传感器支架上；所述X向光栅尺与X向光栅编码器结合测量所述工件台X向的位置；所述传感器测量工件台相对测量支架在Y向的位置；多个所述传感器组和测量所述工件台Rz向的角位移。

进一步的，所述Z向位移传感器为电容式位移传感器或霍尔差分传感器。

进一步的，所述传感器为霍尔差分传感器。

进一步的，所述X向光栅编码器通过辨识X向光栅尺的刻度来读取工件台的X向位置；所述Y向光栅编码器通过辨识Y向光栅尺的刻度来读取工件台的Y向位置。

进一步的，所述支架本体开有一矩形槽，所述传感器支架设置于所述矩形槽中，所述矩形槽限制所述传感器支架的活动范围；所述X向光栅尺设置于所述矩形槽Y向的一侧，所述X向光栅编码器设置于所述传感器支架上并在Y向对准所述X向光栅尺；所述永磁磁钢片设置于所述矩形槽Y向的另一侧，所述传感器设置于所述传感器支架上并在Y向对准所述永磁磁钢片。

进一步的，所述传感器支架Y向的两侧设有Y向弹性缓冲装置，所述传感器支架X向的靠近工件台的一侧设有X向弹性缓冲装置；所述X向弹性缓冲装置与Y向弹性缓冲装置用于减缓传感器支架撞击矩形槽内壁时的冲击。

进一步的，所述传感器支架的剖面形状为U形，所述支架本体位于所述传感器支架的U形槽内，所述X向光栅尺与永磁磁钢片均设置于所述支架本体的底部，所述X向光栅编码器与传感器均设置于所述传感器支架U形槽内的平面上，所述X向光栅编码器与传感器分别Z向对准所述X向光栅编码器与永磁磁钢片，所述传感器支架U形槽的两侧内壁上均设有Y向弹性缓冲装置，所述支架本体靠近工件台的一端设有X向弹性缓冲装置，所述X向弹性缓冲装置与Y向弹性缓冲装置用于减缓传感器支架撞击支架本体时的冲击。

进一步的，所述滑台部分包括滑台、导轨电机定子、导轨电机动子和气浮轴承，所述滑台通过所述气浮轴承设置于所述导轨上；所述导轨电机定子设置于所述导轨上；所述导轨电机动子设置在所述滑台底部；所述导轨电机动子与导轨电机定子组成直线电机带动所述滑台沿Y向运动。

进一步的，所述直线电机为动线圈式直线电机或动磁铁式直线电机。

进一步的，所述滑台部分连接有线缆装置，所述线缆装置的一端安装于所述滑台部分上，所述线缆装置的另一端与所述工件台连接，所述线缆装置包括用于给工件台供电、供气、供水的线缆。

进一步的，所述粗动平面电机装置包括粗动平面电机定子与粗动平面电机动子，所述粗动平面电机动子安装于所述工件台的底部，所述粗动平面电机动子设置于所述粗动平面电子定子上，所述粗动平面电机装置驱动所述工件台在所述粗动平面电机定子的上表面沿X轴、Y轴或Z轴方向移动。

本发明还提供一种上述双工件台长行程测量装置的使用方法，包括：

步骤一：首先初始化控制系统，然后对长行程平面测量装置、粗动平面电机装置等模块执行初始化，系统仍保持开环，该装置不作任何运动；

步骤二：控制系统在控制滑台部分回到初始位置的同时，根据X、Y向位置测量与装置实时反馈的信息，控制粗动平面电机动子带动工件台跟随滑台部分一起移动到初始位置；

步骤三：控制系统先通过各测量装置反馈回的位置信号控制第一工件台移动到上下片位交接硅片，再控制交接完硅片的第一工件台移动到测量位进行离轴对准，同时控制第二工件台移动到上下片位交接硅片，控制系统接着控制进行完离轴对准的第一工件台移动到曝光位进行曝光作业，同时控制第二工件台移动到测量位进行离轴对准，控制系统最后控制进行完曝光作业的第一工作台移动到上下片位交接硅片，同时控制第二工作台移动到曝光位进行曝光作业；以及

步骤四：控制系统按照上下片位-测量位-曝光位的顺序控制两个工件台依次循环作业直至完成所有硅片的曝光工序。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明在现有的双工件台长行程测量方案的基础上，结合平面电机双工件台系统，提出了一种应用于采用平面电机来实现工件台长行程粗动测量的双工件台长行程测量装置及其使用方法，该测量装置结构相对简单，不仅能够用来进行工件台系统初始化之前的位置测量，还能够在双台交换等激光干涉仪测量不到的位置来测量工件台的位置信息，此外，该测量装置还能够保证在工件台长行程运动控制失效时，测量传感器不会被损坏，并且仍然能够得到工件台的位置信号并反馈回该装置的控制系统，控制工件台复位回到工作零位。本发明的创新点可归纳为如下几点：

1.该测量装置包括带测量支架的滑台部分，该滑台部分在Y向主动同步跟随工件台运动，能够保证测量支架上的测量元件有效测得工件台长行程粗动的位置信息；

2.该装置采用测量支架来进行工件台X、Y、Rz轴向长行程粗动位置测量的测量装置，该测量支架上设置有机械限位装置和弹性缓冲装置，可有效限制工件台沿Rz轴向的角位移以及工件台相对线缆台在X、Y轴向的相对位移，并能够保证发生碰撞时，长行程测量传感器不会发生损坏并且能够正常反馈回位置信号给工件台控制系统；

3.该装置采用两套一维光栅尺和两个霍尔差分位移传感器组成的工件台X、Y、Rz轴向长行程粗动位置测量传感器布局方式。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为本发明实施例一提供的双工件台长行程测量装置的结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的双工件台长行程测量装置中长行程平面测量装置的结构示意图；

图3为本发明实施例一提供的双工件台长行程测量装置中测量支架的结构示意图；

图4为本发明实施例二提供的双工件台长行程测量装置中测量支架的俯视图；

图5为本发明实施例二提供的双工件台长行程测量装置中测量支架的左视图；

图6为本发明实施例提供的双工件台长行程测量装置的使用方法的流程图。

在图1至图5中，

WST1、WST2：工件台；10：粗动平面电机装置；11：粗动平面电机定子；20：导轨；30：滑台部分；31：滑台；32：导轨电机定子；33：导轨电机动子；34：气浮轴承；35：Y向光栅尺；36：Y向光栅编码器；37：线缆装置；40：测量支架；41：支架本体；42：矩形槽；43：传感器支架；44：X向光栅尺；45：X向光栅编码器；46：永磁磁钢片；47：霍尔差分传感器；48：Y向弹性缓冲装置；49：X向弹性缓冲装置；50：测量支架；51：支架本体；52：传感器支架；53：X向光栅尺；54：X向光栅编码器；55：永磁磁钢片；56：霍尔差分传感器；57：Y向弹性缓冲装置；58：X向弹性缓冲装置；60：控制系统；70：Z向位移传感器。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的双工件台长行程测量装置及其使用方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明的核心思想在于，在现有的双工件台长行程测量方案的基础上，结合平面电机双工件台系统，提出了一种应用于采用平面电机来实现工件台长行程粗动测量的双工件台长行程测量装置及其使用方法，所述双工件台长行程测量装置包括粗动平面电机装置，其用于移动所述工件台使所述工件台在该粗动平面电机装置的上表面沿X轴、Y轴或Z轴方向移动，或做Rx、Ry或Rz转动；导轨，其设置于所述粗动平面电机装置的侧面；长行程平面测量装置，其包括滑台部分和测量支架，所述滑台部分设置于所述导轨上；所述滑台部分能够做Y向移动或Rz转动；所述测量支架一端连接于所述滑台部分，其另一端连接于所述工件台；所述导轨上设置有Y向光栅尺，所述滑台部分底部设置有与所述Y向光栅尺对应的Y向光栅编码器，所述Y向光栅尺与Y向光栅编码器结合测量滑台部分的Y向长行程运动位置；所述测量支架能够实时测量工件台X向的位置、工件台相对测量支架在Y向的位置以及工件台Rz向的角位移，并将测到的位置信息实时反馈到工件台控制系统；以及控制系统，其分别与所述粗动平面电机装置及所述滑台部分电信连接，所述控制系统根据反馈回该控制系统的工件台与长行程平面测量装置的位置信息来调整所述工件台与长行程平面测量装置在X-Y-Z空间内的位置，该测量装置结构相对简单，不仅能够用来进行工件台系统初始化之前的位置测量，还能够在双台交换等激光干涉仪测量不到的位置来测量工件台的位置信息。此外，该测量装置还能够保证在工件台长行程运动控制失效时，测量传感器不会被损坏，并且仍然能够得到工件台的位置信号并反馈回该装置的控制系统，控制工件台复位回到工作零位。

请参考图1至图5，图1为本发明实施例一提供的双工件台长行程测量装置的结构示意图；图2为本发明实施例一提供的双工件台长行程测量装置中长行程平面测量装置的结构示意图；图3为本发明实施例一提供的双工件台长行程测量装置中测量支架的结构示意图；图4为本发明实施例二提供的双工件台长行程测量装置中测量支架的结构示意图；图5为本发明实施例二提供的双工件台长行程测量装置中测量支架的左视图；图6为本发明实施例提供的双工件台长行程测量装置的使用方法的流程图。

实施例一

请重点参考图1至图3，如图1至图3所示，本发明实施例提供一种双工件台长行程测量装置，其用于实时控制工件台(例如是硅片台或掩模台等精密工件台)的位置以进行精确的光刻加工作业，所述双工件台长行程测量装置包括：

粗动平面电机装置10，其用于移动所述工件台WST1、WST2使所述工件台WST1、WST2在该粗动平面电机装置10的上表面沿X轴、Y轴或Z轴方向移动，或沿Rx轴、Ry轴或Rz轴转动；

两根导轨20，所述两根导轨20分别设置于所述粗动平面电机装置10的两侧，所述导轨20用于放置测量所述工件台长行程移动所用的测量装置；

两个长行程平面测量装置，所述两个长行程平面测量装置均包括滑台部分30和测量支架40，所述滑台部分30设置于所述导轨20上，所述滑台部分30能够沿Y向移动或沿Rz轴转动，所述滑台部分30上设有Y向位置测量装置，其用于测量工件台的Y向位置，所述测量支架40包括支架本体41、传感器支架43、X向光栅尺44、X向光栅编码器45、两个霍尔差分传感器47和永磁磁钢片46，所述支架本体41的一端与所述滑台部分30连接，所述传感器支架43与所述工件台WST1、WST2连接，所述X向光栅尺44与永磁磁钢片46均设置于所述支架本体41上，所述X向光栅编码器45与两个霍尔差分传感器47均设置于所述传感器支架43上，所述两个霍尔差分传感器47之间沿X向间隔一端距离，所述X向光栅编码器45与两个霍尔差分传感器47的读头分别对准所述X向光栅尺44与永磁磁钢片46，所述X向光栅编码器45通过辨识X向光栅尺44的刻度来读取工件台WST1、WST2的X向位置，所述永磁磁钢片46与霍尔差分传感器47用于支架本体41与工件台WST1、WST2的Y向相对位置关系；以及

控制系统60，其分别与所述粗动平面电机装置10及所述滑台部分30电信连接，所述控制系统60根据反馈回该控制系统60的工件台WST1、WST2及长行程平面测量装置的位置信息来调整工件台WST1、WST2与长行程平面测量装置在X-Y-Z空间内的位置。

本发明实施例提供的双工件台长行程测量装置是在现有的双工件台长行程测量装置方案的基础上，结合了平面电机双工件台系统，使用控制系统60控制电机来实现工件台WST1、WST2与长行程平面测量装置中滑台部分30的移动。安装在传感器支架43上的两个霍尔差分传感器47能够通过测量设置在支架本体41上的永磁磁钢片46所发出的磁场中其受到的磁场强度，来得出其与永磁磁钢片46的距离，进而得出工件台WST1、WST2与支架本体41的距离信息，并同时将距离信息发送给控制系统60，让控制系统60在工件台WST1、WST2运动时实时控制导轨电机定子32驱动导轨电机动子33带动滑台部分30与测量支架40跟随工件台WST1、WST2一起移动，再通过Y向位置测量装置来测量工件台WST1、WST2的Y向位置，将位置信息反馈回控制系统60，让控制系统60将工件台WST1、WST2移动至硅片加工流程中所需的位置。该双工件台长行程测量装置通过控制系统60自动控制长行程平面测量装置跟随工件台WST1、WST2移动，提高了其位置测量的精度，并能够保证支架本体41上的测量元件有效测得工件台WST1、WST2的长行程粗动的位置信息。

进一步的，所述双工件台长行程测量装置还包括三个Z向位移传感器70，所述三个Z向位移传感器70为电容式位移传感器或霍尔差分传感器，所述三个Z向位移传感器70设置于所述工件台WST1、WST2的底部，所述三个Z向位移传感器70用于测量工件台WST1、WST2的Z向位移及沿Rx轴或Ry轴方向的角位移，如图2所示，工件台WST1、WST2底部的三个角上安装有三个Z向位移传感器70，这三个Z向位移传感器70能够通过将其自身测得的Z向位置信息反馈回控制系统60，从而计算得出工件台WST1、WST2的Z向的位移以及工件台WST1、WST2向各个位置倾斜的角度。

进一步的，所述粗动平面电机装置10包括粗动平面电机定子11与两个粗动平面电机动子，所述两个粗动平面电机动子分别安装于所述两个工件台WST1、WST2的底部，所述两个粗动平面电机动子均安装于所述粗动平面电子定子11上，所述粗动平面电机定子11用于驱动所述粗动平面电机动子带动所述工件台WST1、WST2在所述粗动平面电机定子11的上表面沿X轴或Y轴方向移动，所述粗动平面电机动子能够升降并带动所述工件台WST1、WST2沿Z轴方向移动，所述粗动平面电机动子还能够转动并带动所述工件台WST1、WST2沿Rx轴、Ry轴或Rz轴一起转动。

进一步的，所述支架本体41开有一矩形槽42，所述传感器支架43被束缚于矩形槽42中，所述X向光栅尺44设置于所述矩形槽42的Y向的一侧，所述X向光栅编码器45设置于所述传感器支架43上，所述X向光栅编码器45Y向对准所述X向光栅尺44，所述永磁磁钢片46设置于所述矩形槽42的Y向的另一侧，所述霍尔差分传感器47设置于所述传感器支架43上，所述霍尔差分传感器47朝向所述永磁磁钢片46，所述传感器支架43的Y向的两侧设有Y向弹性缓冲装置48，所述传感器支架43的X向的靠近工件台WST1、WST2的一侧设有X向弹性缓冲装置49，所述矩形槽42用于限制传感器支架43的活动范围，所述X向弹性缓冲装置49与Y向弹性缓冲装置48主要通过其弹簧的弹力来减缓传感器支架43撞击矩形槽42内壁时的冲击，上述测量支架40的结构主要特点是在传感器支架43的X向及Y向侧增加了弹性缓冲装置，并将传感器支架43限制于矩形槽42中，这样的结构使得与传感器支架43连接的工件台WST1、WST2不会因为失去控制而使传感器支架43撞坏测量支架40中的X向光栅尺44、永磁磁钢片46或支架本体41，导致测量装置失效，并且传感器支架43上的传感器还能够将位置信号正常地反馈给控制系统60，让控制系统60将工件台WST1、WST2复位回到工作零位。

进一步的，所述滑台部分30包括滑台31、导轨电机定子32、导轨电机动子33和气浮轴承34，所述滑台30通过所述气浮轴承34设置于所述导轨20上；所述导轨电机定子32设置于所述导轨20上；所述导轨电机动子33设置在所述滑台31底部；所述导轨电机动子33与导轨电机定子32组成直线电机带动所述滑台31沿Y向运动，所述直线电机为动线圈式直线电机或动磁铁式直线电机，所述支架本体41的一端与所述滑台31连接，所述直线电机用于带动所述滑台31沿Y向运动，所述气浮轴承34用于使滑台31更顺畅及快速地移动，所述滑台31能够沿Rz轴转动或沿Z轴方向移动。

进一步的，所述滑台部分30还包括线缆装置37，所述线缆装置37安装于所述滑台31上，所述线缆装置37与所述工件台WST1、WST2连接，所述线缆装置37包括用于给工件台WST1、WST2供电、供气、供水的线缆。

进一步的，所述Y向位置测量装置包括Y向光栅尺35和Y向光栅编码器36，所述Y向光栅尺35设置于所述导轨20上，所述Y向光栅尺35与所述导轨电机定子32互相平行，所述Y向光栅编码器36安装于所述滑台31底部，所述Y向光栅编码器36Z向对准所述Y向光栅尺35，所述Y向光栅编码器36通过辨识Y向光栅尺35的刻度来读取工件台WST1、WST2的Y向位置。

请重点参考图6，如图6所示，该发明实施例中提供的双工件台长行程测量装置的使用方法包括：

步骤一：首先初始化控制系统60，然后对长行程平面测量装置、粗动平面电机装置10等模块执行初始化，系统仍保持开环，该装置不作任何运动；

步骤二：控制系统60在控制滑台部分30回到初始位置的同时，根据X、Y向位置测量与装置实时反馈的信息，控制粗动平面电机动子带动工件台WST1、WST2跟随滑台部分30一起移动到初始位置；

步骤三：控制系统60先通过各测量装置反馈回的位置信号控制一工件台WST1(或WST2)移动到上下片位交接硅片，再控制交接完硅片的工件台WST1(或WST2)移动到测量位进行离轴对准，同时控制另一工件台WST2(或WST1)移动到上下片位交接硅片，控制系统60接着控制进行完离轴对准的工件台WST1(或WST2)移动到曝光位进行曝光作业，同时控制另一工件台WST2(或WST1)移动到测量位进行离轴对准，控制系统60最后控制进行完曝光作业的工作台WST1(或WST2)移动到上下片位交接硅片，同时控制另一工作台WST2(或WST1)移动到曝光位进行曝光作业；以及

步骤四：控制系统60按照上下片位-测量位-曝光位的顺序控制工件台WST1和WST2依次循环作业直至完成所有硅片的曝光工序。

实施例二

该实施例提供的双工件台长行程测量装置的测量支架与上述实施例一中所述测量支架的区别点如下：

请重点参考图4和图5，如图4和图5所示，所述传感器支架52的剖面形状为U形，所述支架本体51位于所述传感器支架52的U形槽内，所述X向光栅尺53与永磁磁钢片55均设置于所述支架本体51的底部，所述X向光栅编码器54与霍尔差分传感器56均设置于所述传感器支架52的U形槽内的平面上，所述X向光栅编码器54与霍尔差分传感器56分别Z向对准所述X向光栅编码器54与永磁磁钢片55，所述传感器支架52的U形槽的两侧内壁上均设有Y向弹性缓冲装置57，所述支架本体51靠近工件台WST1、WST2的一端设有X向弹性缓冲装置58，所述X向弹性缓冲装置58与Y向弹性缓冲装置57主要通过其弹簧的弹力来减缓传感器支架52撞击支架本体51时的冲击。

该实施例提供的双工件台长行程测量装置中其余部分的结构与其使用方法均与上述实施例一中双工件台长行程测量装置的结构一致，在此便不再赘述。

本实施例中的测量支架50的结构主要特点是在将传感器支架52设计成U形结构，并将支架本体51放入该U形槽内以限制传感器支架52的移动，同时在支架本体51的X向上与Y向的传感器支架U形槽内壁上均设置弹性缓冲装置，这样的结构使得与传感器支架52连接的工件台WST1、WST2不会因为失去控制而使传感器支架52损坏支架本体51或脱离测量范围，导致测量装置失效，并且传感器支架52上的传感器还能够将位置信号正常地反馈给控制系统60，让控制系统60将工件台WST1、WST2复位回到工作零位。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (14)

1.一种双工件台长行程测量装置，用于实时控制工件台的位置以进行精确的光刻加工作业，其特征在于，包括：

粗动平面电机装置，其用于移动所述工件台使所述工件台在该粗动平面电机装置的上表面沿X轴、Y轴或Z轴方向移动，或做Rx、Ry或Rz转动；

导轨，其设置于所述粗动平面电机装置的侧面；

长行程平面测量装置，其包括滑台部分和测量支架，所述滑台部分设置于所述导轨上；所述滑台部分沿所述导轨做Y向移动或Rz转动；所述测量支架一端连接于所述滑台部分，其另一端连接于所述工件台；所述导轨上设置有Y向光栅尺，所述滑台部分底部设置有与所述Y向光栅尺对应的Y向光栅编码器，所述Y向光栅尺与Y向光栅编码器结合测量所述滑台部分的Y向长行程运动位置；所述测量支架实时测量所述工件台X向的位置、所述工件台相对所述测量支架在Y向的位置以及所述工件台Rz向的角位移，并将测到的位置信息实时反馈到工件台控制系统；

以及

控制系统，其分别与所述粗动平面电机装置及所述滑台部分电信连接，所述控制系统根据反馈回该控制系统的工件台与长行程平面测量装置的位置信息来调整所述工件台与长行程平面测量装置在X-Y-Z空间内的位置。

2.根据权利要求1所述双工件台长行程测量装置，其特征在于，还包括长行程垂向测量装置，其由多个Z向位移传感器组成，所述Z向位移传感器设置于所述工件台的底部，所述Z向位移传感器用于测量工件台的Z向位移及Rx、Ry向的角位移。

3.根据权利要求2所述双工件台长行程测量装置，其特征在于，所述的测量支架包括支架本体、传感器支架、X向光栅尺、X向光栅编码器、传感器和永磁磁钢片，所述支架本体的一端与所述滑台部分连接；所述传感器支架设置在所述支架本体上并与所述工件台连接；所述X向光栅尺与永磁磁钢片均设置于所述支架本体上；所述X向光栅编码器与传感器均设置于所述传感器支架上；所述X向光栅尺与X向光栅编码器结合测量所述工件台X向的位置；所述传感器测量工件台相对测量支架在Y向的位置；多个所述传感器组和测量所述工件台Rz向的角位移。

4.根据权利要求2所述双工件台长行程测量装置，其特征在于，所述Z向位移传感器为电容式位移传感器或霍尔差分传感器。

5.根据权利要求3所述双工件台长行程测量装置，其特征在于，所述传感器为霍尔差分传感器。

6.根据权利要求3所述双工件台长行程测量装置，其特征在于，所述X向光栅编码器通过辨识X向光栅尺的刻度来读取工件台的X向位置；所述Y向光栅编码器通过辨识Y向光栅尺的刻度来读取工件台的Y向位置。

7.根据权利要求1至5任一项所述双工件台长行程测量装置，其特征在于，所述支架本体开有一矩形槽，所述传感器支架设置于所述矩形槽中，所述矩形槽限制所述传感器支架的活动范围；所述X向光栅尺设置于所述矩形槽Y向的一侧，所述X向光栅编码器设置于所述传感器支架上并在Y向对准所述X向光栅尺；所述永磁磁钢片设置于所述矩形槽Y向的另一侧，所述传感器设置于所述传感器支架上并在Y向对准所述永磁磁钢片。

8.根据权利要求7所述双工件台长行程测量装置，其特征在于，所述传感器支架Y向的两侧设有Y向弹性缓冲装置，所述传感器支架X向的靠近工件台的一侧设有X向弹性缓冲装置；所述X向弹性缓冲装置与Y向弹性缓冲装置用于减缓传感器支架撞击矩形槽内壁时的冲击。

9.根据权利要求1至5任一项所述双工件台长行程测量装置，其特征在于，所述传感器支架的剖面形状为U形，所述支架本体位于所述传感器支架的U形槽内，所述X向光栅尺与永磁磁钢片均设置于所述支架本体的底部，所述X向光栅编码器与传感器均设置于所述传感器支架U形槽内的平面上，所述X向光栅编码器与传感器分别Z向对准所述X向光栅编码器与永磁磁钢片，所述传感器支架U形槽的两侧内壁上均设有Y向弹性缓冲装置，所述支架本体靠近工件台的一端设有X向弹性缓冲装置，所述X向弹性缓冲装置与Y向弹性缓冲装置用于减缓传感器支架撞击支架本体时的冲击。

10.根据权利要求1至5任一项所述双工件台长行程测量装置，其特征在于，所述滑台部分包括滑台、导轨电机定子、导轨电机动子和气浮轴承，所述滑台通过所述气浮轴承设置于所述导轨上；所述导轨电机定子设置于所述导轨上；所述导轨电机动子设置在所述滑台底部；所述导轨电机动子与导轨电机定子组成直线电机带动所述滑台沿Y向运动。

11.根据权利要求10所述双工件台长行程测量装置，其特征在于，所述直线电机为动线圈式直线电机或动磁铁式直线电机。

12.根据权利要求1所述双工件台长行程测量装置，其特征在于，所述滑台部分连接有线缆装置，所述线缆装置的一端安装于所述滑台部分上，所述线缆装置的另一端与所述工件台连接，所述线缆装置包括用于给工件台供电、供气、供水的线缆。

13.根据权利要求1所述双工件台长行程测量装置，其特征在于，所述粗动平面电机装置包括粗动平面电机定子与粗动平面电机动子，所述粗动平面电机动子安装于所述工件台的底部，所述粗动平面电机动子设置于所述粗动平面电子定子上，所述粗动平面电机装置驱动所述工件台在所述粗动平面电机定子的上表面沿X轴、Y轴或Z轴方向移动。

14.一种如权利要求1所述的双工件台长行程测量装置的使用方法，其特征在于，包括：

步骤一：首先初始化控制系统，然后对长行程平面测量装置、粗动平面电机装置等模块执行初始化，系统仍保持开环，该装置不作任何运动；

步骤二：控制系统在控制滑台部分回到初始位置的同时，根据X、Y向位置测量与装置实时反馈的信息，控制粗动平面电机动子带动工件台跟随滑台部分一起移动到初始位置；

步骤三：控制系统先通过各测量装置反馈回的位置信号控制第一工件台移动到上下片位交接硅片，再控制交接完硅片的第一工件台移动到测量位进行离轴对准，同时控制第二工件台移动到上下片位交接硅片，控制系统接着控制进行完离轴对准的第一工件台移动到曝光位进行曝光作业，同时控制第二工件台移动到测量位进行离轴对准，控制系统最后控制进行完曝光作业的第一工作台移动到上下片位交接硅片，同时控制第二工作台移动到曝光位进行曝光作业；以及

步骤四：控制系统按照上下片位-测量位-曝光位的顺序控制两个工件台依次循环作业直至完成所有硅片的曝光工序。

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