CN105549332B - 一种工件台三自由度位移测量方法 - Google Patents

一种工件台三自由度位移测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种应用于工件台多刚体结构的三自由度位移测量方法，该方法通过建立各连接结构之间的坐标位置转换关系，将坐标值层层迭代，最终得到微动台坐标系中任意一点在支撑框架坐标系中的坐标值。本方法解决了，光刻机工件台在换台结束后，激光干涉仪处于无法跟踪微动台的盲点问题，接替激光干涉仪知道微动台运动，进行归零设置。

Description

一种工件台三自由度位移测量方法
技术领域
本发明属于半导体制造装备技术领域，主要涉及一工件台三自由度位移测量方法。
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。
在双工件台光刻机系统中，微动台运动的测量是利用激光干涉仪实现的，但在换台后，激光干涉仪会出现盲点，无法知道微动台的运动。并且由于微动台对平衡质量块的冲击力，会引起平衡质量块的漂移，此外，对于H型导轨驱动，两个Y向导轨很难保证位移完全相同，也必然存在工件台两个Y向长行程电机位移不同，进而导致微动台产生旋转的现象，对于这种结构复杂的多层结构，必须建立一种精度足够高的三自由度测量系统，以指导微动台回到初始位置，进行归零。
发明内容
针对上述现有技术问题，本发明提出了一种工件台三自由位移测量方法。
本发明的目的是这样实现的：
一种工件台三自由度位移测量方法，该方法首先建立支撑框架坐标系、平衡质量块坐标系、长行程坐标系、微动台坐标系，然后进行以下步骤，步骤一，测量平衡质量块坐标系在支撑框架坐标系中的三自由度位移量，进而计算出平衡质量块坐标系上任意一点在支撑框架坐标系中的坐标，并得到平衡质量块坐标系到支撑框架坐标系的转换矩阵；步骤二，测量工件台X向长行程电机动子和Y向长行程电机动子的位移量，计算出工件台长行程坐标系在平衡质量块坐标系中的三自由度位移量，进而计算出长行程坐标系中任意一点在平衡质量块坐标中的坐标，并得到长行程坐标系到平衡质量块坐标系的转换矩阵；步骤三，测量微动台坐标系在长行程坐标系中的三自由度位移量，进而计算微动台坐标系中任意一点在长行程坐标系中的坐标，并得到微动台坐标系到长行程坐标系的转换矩阵；
所述的工件台三自由度位移测量方法，该方法将微动台坐标系中任意一点带入到微动台坐标系到长行程坐标系的转换矩阵中，得到微动台坐标系中任意一点在长行程坐标系中的坐标，再将该坐标值代入到长行程坐标系到平衡质量块坐标系的转换矩阵中，得到微动台坐标系中任意一点在平衡质量块坐标系中的坐标，再将该坐标值带入到平衡质量块坐标系到支撑框架坐标系的转换矩阵中，最终得到微动台坐标系中任意一点在支撑框架坐标系中的坐标。
所述的工件台三自由度位移测量方法，该方法中平衡质量块坐标系在支撑框架坐标系中三自由度位移采用3个直线光栅尺测量，所述直线光栅尺安装在支撑框架上，光栅读数头固定在平衡质量块上，其中两个直线光栅尺与直线光栅尺正交安装，直线光栅尺距平衡质量块质心的距离分别为L1、L2、L3。
本发明具有以下创新点和突出优点：
1)提出的工件台三自由度测量方法，平衡质量块三自由度位移测量采用布置3个直线光栅实现，相对于平面光栅，对旋转角度有较大的允许范围，且测量精度高；
2)提出的工件台三自由度测量方法，利用各坐标系之间的位置坐标变换，可实现微动台坐标到支撑框架坐标系的转换，得到微动台上任意一点在支撑框架坐标系中的坐标，进而指导微动运动。
附图说明
图1是本发明的方法所用的工件台的结构示意图。
图2是本发明的方法所用的工件台的上试示意图。
图3是平衡质量块三自由度位移示意图。
图4是平衡质量块上光栅安装位置示意图。
图5是工件台长行程运动示意图。
图中件号：1-基础框架；2-支撑框架；3-气足；4-平衡质量块；5a-Y向长行程电机定子；5b-Y向长行程电机动子；6a-X向长行程电机定子；6b-X向长行程电机动子；7-微动台；8-计量框架；9激光干涉仪。
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：
基础框架1放置在在地面上，计量框架8通过气浮连接位于在基础框架1的上方，6台激光干涉仪9安装在计量框架8上，在微动台曝光时由激光干涉仪进行测量。支撑框架2通过4个气足浮在地面上，支撑框架2位于基础框架1内部，平衡质量块4通过气浮连接位于支撑框架2的上方，平衡质量块4的四周为X向和Y向长行程电机的定子6a、5a，其上方是X向、Y向长行程电机动子6b、5b ，微动台7与长行程机构相连，可在水平面内进行（x，y，Rz）三自由度微动。
当微动台7在平衡质量4上方进行宏动加速运动时，会对平衡质量块4产生较大冲击，导致平衡质量块4产生平面内的三自由度位移，如图3所示。同时当微动台7进行长行程运动时，由于两个Y向的电机所产生的位移量不同，会产生偏转，如图5所示。
本发明的工作流程如下：
该方法首先建立支撑框架坐标系、平衡质量块坐标系、长行程坐标系、微动台坐标系，然后进行以下步骤，步骤一，测量平衡质量块坐标系在支撑框架坐标系中的三自由度位移量，进而计算出平衡质量块坐标系上任意一点在支撑框架坐标系中的坐标，并得到平衡质量块坐标系到支撑框架坐标系的转换矩阵；步骤二，测量工件台X向长行程电机动子6b和Y向长行程电机动子5b的位移量，计算出工件台长行程坐标系在平衡质量块坐标系中的三自由度位移量，进而计算出长行程坐标系中任意一点在平衡质量块坐标中的坐标，并得到长行程坐标系到平衡质量块坐标系的转换矩阵；步骤三，测量微动台坐标系在长行程坐标系中的三自由度位移量，进而计算微动台坐标系中任意一点在长行程坐标系中的坐标，并得到微动台坐标系到长行程坐标系的转换矩阵。

Claims (2)

1.一种工件台三自由度位移测量方法，其特征在于该方法首先建立支撑框架坐标系、平衡质量块坐标系、长行程坐标系、微动台坐标系，然后进行以下步骤，步骤一，测量平衡质量块坐标系在支撑框架坐标系中的三自由度位移量，进而计算出平衡质量块坐标系上任意一点在支撑框架坐标系中的坐标，并得到平衡质量块坐标系到支撑框架坐标系的转换矩阵；步骤二，测量工件台X向长行程电机动子(6b)和Y向长行程电机动子(5b)的位移量，计算出工件台长行程坐标系在平衡质量块坐标系中的三自由度位移量，进而计算出长行程坐标系中任意一点在平衡质量块坐标中的坐标，并得到长行程坐标系到平衡质量块坐标系的转换矩阵；步骤三，测量微动台坐标系在长行程坐标系中的三自由度位移量，进而计算微动台坐标系中任意一点在长行程坐标系中的坐标，并得到微动台坐标系到长行程坐标系的转换矩阵；将微动台坐标系中任意一点带入到微动台坐标系到长行程坐标系的转换矩阵中，得到微动台坐标系中任意一点在长行程坐标系中的坐标，再将该坐标值代入到长行程坐标系到平衡质量块坐标系的转换矩阵中，得到微动台坐标系中任意一点在平衡质量块坐标系中的坐标，再将该坐标值带入到平衡质量块坐标系到支撑框架坐标系的转换矩阵中，最终得到微动台坐标系中任意一点在支撑框架坐标系中的坐标。
2.根据权利要求1所述的工件台三自由度位移测量方法，其特征在于该方法中平衡质量块坐标系在支撑框架坐标系中三自由度位移采用第一直线光栅尺(101)、第二直线光栅尺(102)、第三直线光栅尺(103)测量，所述第一直线光栅尺(101)、第二直线光栅尺(102)、第三直线光栅尺(103)安装在支撑框架上，光栅读数头固定在平衡质量块上，第一直线光栅尺(101)与第二直线光栅尺(102)正交安装，第一直线光栅尺(101)、第二直线光栅尺(102)、第三直线光栅尺(103)距平衡质量块(2)质心的距离分别为L1、L2、L3。
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