CN103531502B - 一种工件台装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种无线控制的光刻机的工件台装置，利用交换窗口时间对微动台进行充电和提供冷却水，实现对微动台的运动控制。该工件台装置包括微动台，无线信号收发单元，储能单元和控制单元，其中微动台在一个工作循环中经历测量工位、等待工位和曝光工位，利用微动台处于测量工位和曝光工位的时间差，对工件台进行充电及换水过程，实现工件台装置的循环操作，并采用无线信号收发单元，对控制系统进行无线控制，克服线缆扰动对高精密微动台运动的干扰，提高整机运动精度。

Description

一种工件台装置
技术领域
本发明涉及光刻机领域，尤其是一种工件台装置，包括粗动台和微动台，利用无线控制系统实现微动台的无线运动控制。
背景技术
在半导体光刻设备中，工件台精密运动装置是极为关键的分系统，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。工件台精密定位一般采用粗微结合定位方式，大行程驱动装置驱动粗动台实现高速加速度的长距粗定位，而由微动台最终完成精密定位。粗动台和微动台的结合可实现大行程运动和纳米级的精密定位。
现有工件台装置，以工件台系统为例，由于平面电机具有出力密度高，高速度、高可靠性等特点，并且易于将其集成到被控对象中，具有响应速度快、控制灵敏度高、机械结构简单等优点，目前已经被应用于半导体光刻设备中，实现工件台的长行程粗动。但由于采用平面电机来实现长行程粗动的工件台无X、Y向导轨，而用于给工件台配套的各种通信线缆、功率线缆以及气管、水管等管线设施需要跟随工件台在XY平面内运动，因此需要设置线缆支撑导向装置，在工件台高速运动和纳米级精确定位时，这些拖动的管线设施及支撑导向装置对工件台产生的扰动将不可忽略。
为解决上述问题，除将已有的“动线圈”型的平面电机向“动磁铁”型平面电机转型外，对粗动台的无线控制系统亦有所尝试，但仍未解决微动台的高精度、小行程精密定位问题。
发明内容
为克服上述缺点，本发明提供了一种工件台装置，其特征是，包括工件台，该工件台包括微动台及储能单元，该储能单元为微动台提供电能，所述储能单元位于所述微动台上；该工件台装置还包括充电机械手、换水机械手以及无线控制系统，所述充电机械手为所述储能单元充电；所述换水机械手为所述工件台内的冷却循环系统更换冷却介质；所述无线控制系统控制所述充电机械手及换水机械手。
进一步地，无线控制系统包括无线信号发射器和无线信号接收器，该无线信号发射器位于工件台固定模块上，用于发射控制信号，无线信号接收器位于第一微动台上，用于接收控制信号。
进一步地，微动台在一个工作循环内经历等待工位、测量工位和曝光工位；当微动台处于等待工位时，该无线控制系统控制所述微动台的充电接口与所述充电机械手的充电接口连接，向所述储能单元充电；当微动台处于等待工位时，所述无线控制系统控制所述微动台的换液接口与所述换水机械手的换液接口连接，对所述工件台更换冷却介质。
进一步地，储能单元配置为可充电电池或大电容储能装置，该可充电电池配置为锂电池、镍镉电池或镍氢电池。
进一步地，冷却循环系统包括依次连接的第一电磁阀、微型泵、散热模块、冷却介质存储箱、温度传感器以及第二电磁阀。该第一电磁阀与第二电磁阀分别控制冷却介质的进入量和排出量。
本发明的另一方面还提供一种工件台装置，其特征是，包括至少一个工件台，该工件台包括微动台及储能单元，该储能单元为微动台提供电能，所述储能单元位于所述微动台上；该工件台装置还包括与所述工件台数量对应的充电机械手、换水机械手以及无线控制系统，所述每个充电机械手为对应工作台内的储能单元充电；所述每个换水机械手为对应的工件台内的冷却循环系统更换冷却介质；所述每个无线控制系统控制对应的充电机械手及换水机械手。
进一步地，无线控制系统包括无线信号发射器和无线信号接收器，该无线信号发射器位于工件台固定模块上，用于发射控制信号，无线信号接收器位于第一微动台上，用于接收控制信号。
进一步地，每个微动台在一个工作循环内经历等待工位、测量工位和曝光工位；当微动台处于等待工位时，与所述微动台对应的无线控制系统控制所述微动台的充电接口和与所述微动台对应的充电机械手的充电接口连接，向所述微动台上的储能单元充电；当微动台处于等待工位时，与所述微动台对应的无线控制系统控制所述微动台的换液接口和与所述微动台对应的换水机械手的换液接口连接，对所述工件台更换冷却介质。
进一步地，储能单元配置为可充电电池或大电容储能装置，该可充电电池配置为锂电池、镍镉电池或镍氢电池。
进一步地，冷却循环系统包括依次连接的第一电磁阀、微型泵、散热模块、冷却介质存储箱、温度传感器以及第二电磁阀。该第一电磁阀与第二电磁阀分别控制冷却介质的进入量和排出量。
本发明的有益效果如下：
(1)采用无线控制系统控制微动台的紧密定位，代替传统的线缆构架的微动台结构设计，减少线缆扰动对微动台精密运动的干扰，提高整机运动精度。
(2)利用工件台在曝光位工作时间长，而在测量位工作时间短，将这两者之间的差作为交换窗口时间(等待位时间)完成充电、储能切换及冷却水更换操作，提高工件台整机的效率。
附图说明
图1a-1b是本发明工件台装置的工作周期示意图。
图2是本发明工件台装置的微动台结构示意图。
图3-6是本发明第一实施例的工件台装置及其工作过程示意图。
图7是本发明第一实施例的供电和充电流程图。
图8-11是本发明第二实施例的工件台装置及其工作过程示意图。
图12是本发明第二实施例的供电和充电过程示意图。
图13是本发明第三实施例的供电和充电过程示意图。
图14是本发明工件台装置工件台内的冷却循环系统组成结构的示意图。
图15是本发明工件台装置工件台内的冷却循环系统的工作流程图。
具体实施方式
为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
总体而言，本发明旨于提出一种工件台装置，其特征是，包括至少一个工件台，该工件台包括微动台及储能单元，该储能单元为微动台提供电能，所述储能单元位于所述微动台上；该工件台装置还包括与所述工件台数量对应的充电机械手、换水机械手以及无线控制系统，所述每个充电机械手为对应的储能单元充电；所述每个换水机械手为对应的工件台内的冷却循环系统更换冷却介质；所述每个无线控制系统控制对应的充电机械手及换水机械手。
在一些方面本发明的工件台装置被构造为包括2个工件台，每个工件台具有一个微动台，如图1a及1b所示，在工件台装置的一个完整工作循环中，每个微动台所经历的位置包括测量工位、等待工位(第一等待工位和第二等待工位)和曝光工位。工件台装置利用上述两个工作台在对应的等待工位的时间，完成微动台上储能单元的充电过程以及冷却循环系统的换水过程。本发明的工件台装置内，在测量工位完成的过程包括：下片(下片机械手从硅片台上取走硅片)、上片(上片机械手把硅片放置于硅片台上)及测量操作；等待工位完成的过程包括：对储能单元充电及更换冷却介质；曝光工位则完成曝光过程。由于曝光的时间大于测量的时间，因此，每个微动台在测量工位完成测量后还需在等待工位稍作停留，之后再进入曝光工位。本发明利用了等待工位的停留时间作为工作窗口时间，通过无线控制系统对微动台进行充电、更换冷却介质，提高整个系统的工作效率和定位精度。
如图2所示为本发明第一实施例的工件台装置的微动台的结构示意图；如图3所示，本发明第一实施例的工件台装置包括第一工件台WS1和第二工件台WS2，分别具有第一微动台MS1和第二微动台MS2，图2示例性地表示出本发明工件台装置上的微动台MS1及MS2的结构示意图(微动台MS 1与MS2的结构相同)，每个微动台上安装有储能单元100，如可充电的锂电池，每个微动台上还具有充电接口101与储能单元连接，当微动台处于等待工位时，无线控制系统控制该充电接口101与工件台固定模块105上充电机械手的充电接口101’连接，向储能单元100充电。每个微动台上还具有用于更换冷却介质的换液接口102，当微动台处于等待工位时，无线控制系统控制该换液接口102与工件台固定模块105上换水机械手的换液接口102’连接，对工件台内的冷却循环系统106更换冷却介质。微动台MS 1和MS2上还具有主体部200、用于承载硅片的顶部模块300、容纳微动台平面电机和动磁铁的底部模块400和方镜600。
第一工件台WS1和第二工件台WS2由无线控制系统控制，具体地，每个工件台上具有无线信号发射器103和无线信号接收器104，其中无线信号发射器103位于工件台固定模块105上，无线信号接收器104位于微动台MS1和MS2上，其接收来自无线信号发射器103发出的控制信号，并执行该控制信号，完成微动台MS1和MS2的精密运动定位，以及当微动台位于等待工位时充电机械手(未示出)对储能单元100充电、更换电池，以及换水机械手(未示出)对工件台内的冷却循环系统106更换冷却介质等操作。
如图3所示，微动台MS1处在曝光工位，微动台MS2处在测量工位，此时微动台MS 1进行曝光过程，微动台MS2进行下片、上片及测量过程。
如图4所示，由于微动台MS1的曝光时间大于微动台MS2的测量时间，因此，微动台MS2完成测量过程后运动到一个第二等待工位，此时，工件台WS2上的无线控制系统控制工件台WS2上相应充电机械手的充电接口101’和换水机械手的换液接口102’与微动台MS2上的充电接口101和换液接口102连接起来，完成微动台MS2的储能单元100的充电过程和冷却循环系统106的换水过程。
如图5所示，微动台MS1完成曝光过程后，进入测量工位，以完成后续的下片、上片及测量过程，而微动台MS2则进入曝光工位，完成曝光过程。
由于微动台MS2的曝光过程时间大于微动台MS1的测量过程时间，因此，如图6所示，微动台MS1完成测量过程后将进入一个第一等待工位，并由工件台WS1上的无线控制系统控制执行微动台MS1的储能单元100的充电过程和冷却循环系统106的换水过程。在微动台MS2完成曝光过程后，微动台MS1由第一等待工位进入曝光工位，进行曝光过程。
如此地循环操作，两个工件台WS1和WS2交替地分别进入曝光工位、测量工位、等待工位及再一次进入曝光工位，交替地完成曝光过程，并由无线控制系统执行过程控制，利用曝光工位和测量工位之间的过程时间差，完成微动台上储能单元100的充电过程以及冷却循环系统106的更换冷却介质的过程，减少工件台系统的启动等待时间，提高整个系统的工作效率。
本实施例中，仅在每个微动台MS 1和MS2上安装一个可充电电池100，如锂电池，用于驱动微动台的内部元器件。显然地，储能单元100也可以是镍镉电池、镍氢电池等可充电电池。也可以采用大电容储能装置，其具备快速高效充电，保证工件台一段时间内运行所需的能量，保证微动台的不间断供电，避免内部元器件重新启动和初始化所需的等候时间。
图7示例性地表示本发明第一实施例的供电和充电流程，可充电电池100在等待工位完成连接充电接口101与101’、对可充电电池100快速充电及断开充电接口101与101’动作。在测量工位和曝光工位，可充电电池100用来向微动台MS1和MS2的平面电机等内部元器件提供电能。
如图8所示，本发明的第二实施例中，每个工件台上包括3个可充电电池，通过3个可充电电池的充电和供电切换，实现工件台装置的不间断运行。在图8中，微动台MS1位于曝光工位完成曝光过程，微动台MS2位于测量工位，微动台MS1上的电池1-A和1-B分别处于供电状态和待命状态，电池1-C处于工件台固定模块105上的与充电接口101’连接的充电台上，通过工件台WS1上充电机械手的充电接口101’对其进行充电。微动台MS2的电池2-A和电池2-B分别处于供电状态和待命状态，电池2-C处于工件台固定模块105上的与充电接口101’连接的充电台上，通过工件台WS2上充电机械手的充电接口101’对其进行充电。
如图9所示，由于微动台MS1的曝光时间大于微动台MS2的测量时间，MS2完成测量后运动到第二等待工位，此时，充电机械手将电池2-A和2-B进行电气切换，并把电池2-A取下来放到工件台固定模块105上的与充电接口101’连接的充电台上以对其进行快速充电，之后再把完成充电的电池2-C放置于微动台MS2上，电池2-C处于待命状态。
如图10所示，微动台MS1完成曝光过程后移动至测量工位，以完成后续的下片、上片及测量过程，而微动台MS2则进入曝光工位完成曝光过程。
如图11所示，由于微动台MS2的曝光时间大于微动台MS1的测量时间，微动台MS1在完成测量过程后移动到第一等待工位，此时电池1-A和1-B进行电气切换，充电机械手1把电池1-A取下来放到工件台固定模块105上的与充电接口101’连接的充电台上以对其进行快速充电，之后再把完成充电的电池1-C放置于微动台MS1上，电池1-C处于待命状态。
如图12所示的本发明实施例二的供电和充电操作示意图，图中阴影部分单元格的数量示例行地表示电池的电量状态，例如电池具有4格阴影部分则表示该电池为满电状态，其可以向微动台供电或处于待命状态(不充电)。工件台装置的每一个工件台均采用3可充电电池实现供电和充电切换，其中2个电池位于微动台上，执行供电操作以及电气切换。另外1个可充电电池位于工件台固定模块(微动台下)的充电台上，通过充电机械手对其进行充电，并在工件台装置上的微动台MS1和MS2位于等待工位时，将该可充电电池与微动台上的1个可充电电池物理交换，以进行供电切换。
图12中仅示出工件台WS1的供电和充电操作示意图，可以联想到地，工件台WS2或者更多的工件台WS(3.4...n)也具有与WS1相同的供电和充电操作过程和方式。
本发明的一些实施例中，每个工件台上包括2个可充电电池3-A和3-B并通过外部电源实现供电和充电切换，如图13所示的本发明的第三实施例工件台装置的充电和充电操作示意图，2个可充电电池3-A和3-B分别位于微动台MS1和工件台固定模块105上，电池3-A对微动台MS 1供电，电池3-B位于工件台固定模块105上并通过充电机械手对其进行充电，当微动台MS1在曝光工位完成曝光过程后，运动到电池交换位置(即指微动台运动到等待工位)，对电池3-A和外部电源500进行电气切换，此时，通过外部电源500对微动台MS 1供电，电池3-B已经完成充电操作并满电(此时微动台仍然在电池交换位置)，再对电池3-B和3-A进行物理交换，更换其位置，使电池3-A从运动模块中卸下，置于工件台固定模块上，并通过充电机械手对其进行充电，电池3-B位于微动台MS 1上并处于待命状态(此时微动台仍然在电池交换位置)，此时，仍然由外部电源500提供电能。再将电池3-B与外部电源500电气切换，由电池3-B向微动台供电，此时，电池3-A仍在充电，而外部电源500则处于挂起状态而不再向微动台供电。(此时无线控制系统控制微动台运动离开电池交换位置)
本发明的第三实施例中，上述微动台MS1的运动过程控制、充电机械手上充电接口对电池3-A及3-B的充电过程均由无线控制系统实现精确定位和控制。在工件台的一个工作循环内，通过无线控制系统控制电池3-A、外部电源500及电池3-B的循环供电，实现微动台的不间断供电。同时，在外部电源及其中一个电池处于供电状态时，另外一个电池通过充电机械手对其进行充电，如此地设置，避免微动台的内部元器件重新启动和初始化所需的等待时间，提高系统的效率。
本发明的工件台装置中，也可以调换曝光工位、等待工位及测量工位之间时间顺序，在微动台完成曝光过程后，先进入等待工位执行充电过程及更换冷却介质过程，然后再进入测量工位，完成下片、上片及测量过程。在微动台MS1完成曝光过程后，先进入一个等待工位，完成充电过程和换水过程后，再进入测量工位，进行下片、上片及测量过程。在微动台MS1进入等待工位时，微动台MS2进入曝光工位完成曝光过程，由于曝光过程时间大于测量过程时间，因此，在微动台MS2曝光过程时，微动台MS1将完成等待工位和测量工位的操作，交替地，微动台MS1曝光过程时，微动台MS2将完成等待工位和测量工位的操作，如此实现两个工件台的循环曝光过程。
如此地设置，将等待工位放在曝光工位之前，避免了由于等待工位的充电、换水过程对测量过程的干扰，进一步保证了测量的精度。
本发明工件台装置内每一个工件台对应地具有一个充电机械手、换水机械手和无线控制系统，如上述实施例中，工件台装置内包括2个工件台，对应地，工件台装置也分别包括2个充电机械手、2个换水机械手和2个无线控制系统。根据本发明的教导，本发明的工件台装置内可以包括多个工件台装置以及与之数目相对应的充电机械手、换水机械手和无线控制系统。
本发明的工件台装置由设置在工件台固定模块上的无线信号发射器和微动台上的无线信号接收器组成的无线控制系统控制，减少了传统的线缆式架构在工件台移动过程中对系统的干扰，能够实现纳米级等多种精密等级的运动定位，满足光刻设备的精密定位需求。
本发明的工件台装置的换水机械手为工件台内冷却水循环系统更换冷却介质，作用于工件台内部的冷却循环系统。参见图14所示，冷却循环系统包括依次连接的第一电磁阀71、微型泵72、散热模块73、冷却介质存储箱74、温度传感器75以及第二电磁阀76。所述第一电磁阀71与第二电磁阀76分别控制冷却介质的进水量和排水量。
图15所示为冷却循环系统冷却介质更换流程。首先，无线控制系统控制换水机械手的换水接口伸出并连接至微动台的换水接口，开启第二电磁阀的阀门，将高温水排出后关闭第二电磁阀的阀门，随后开启第一电磁阀的阀门，引入外界低温水(冷却介质)后关闭第一电磁阀的阀门，将换水机械手的换水接口与微动台的换水接口断开，微型泵将更新的冷却介质在冷却循环系统中循环冷却。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (8)

1.一种工件台装置，其特征是，包括至少一个工件台，该工件台包括微动台及储能单元，该储能单元为微动台提供电能，所述储能单元位于所述微动台上；该工件台装置还包括与工件台数量对应的充电机械手、换水机械手以及无线控制系统，所述充电机械手为对应工件台内的储能单元充电；所述换水机械手为对应的工件台内的冷却循环系统更换冷却介质；所述无线控制系统控制对应的充电机械手及换水机械手，所述工件台装置还包括工件台固定模块，所述换水机械手设置在所述工件台固定模块上。
2.如权利要求1的工件台装置，其特征是，所述每个无线控制系统均包括无线信号发射器和无线信号接收器。
3.如权利要求2的工件台装置，其特征是，所述无线信号发射器位于所述工件台固定模块上，用于发射控制信号；所述无线信号接收器位于所述微动台上，用于接收控制信号。
4.如权利要求1的工件台装置，其特征是，所述每个微动台在一个工作循环内经历等待工位、测量工位和曝光工位；当微动台处于等待工位时，与所述微动台对应的无线控制系统控制所述微动台的充电接口和与所述微动台对应的充电机械手的充电接口连接，向所述微动台上的储能单元充电；当微动台处于等待工位时，与所述微动台对应的无线控制系统控制所述微动台的换液接口和与所述微动台对应的换水机械手的换液接口连接，对所述工件台更换冷却介质。
5.如权利要求1-4中任意一项所述的工件台装置，其特征是，所述储能单元为可充电电池或大电容储能装置。
6.如权利要求5所述的工件台装置，其特征是，所述可充电电池为锂电池、镍镉电池或镍氢电池。
7.如权利要求1-4中任意一项所述的工件台装置，其特征是，所述的冷却循环系统包括依次连接的第一电磁阀、微型泵、散热模块、冷却介质存储箱、温度传感器以及第二电磁阀。
8.如权利要求7所述的工件台装置，其特征是，所述第一电磁阀与第二电磁阀分别控制冷却介质的进入量和排出量。
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