TW202422237A - 定位裝置 - Google Patents

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亞真 貝克
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Abstract

揭示的是一種相對於安裝在攜載裝置(FAP)上的工具(T)來定位臺座(SSM)的定位裝置。定位裝置包括二相交的線性軸(LSX、LSY)，在垂直方向(Z)上一者配置在另一者上方且用於在二線性獨立方向(X、Y)上預先定位臺座(SSM)，臺座(SSM)則藉由第一磁浮單元(ML1)而支撐在二線性軸中的一者(LSX)上且可主動移動而以六個自由度(6-DOF)來精細定位。臺座(SSM)相對於攜載裝置(FAP)的位置可以經由安裝在二線性軸中之另一者(LSY)上的測量頭(FMH)與第一和第二6-DOF編碼器(A、B)而決定，因為第一6-DOF編碼器(A)配置在攜載裝置(FAP)和測量頭(FMH)之間，並且第二6-DOF編碼器(B)配置在測量頭(FMH)和臺座(SSM)之間。為此目的，測量頭(FMH)藉由二線性軸中之另一者(LSY)上的第二磁浮單元(ML2)而可以六個自由度來主動移動。

Description

定位裝置
本發明關於定位裝置，舉例而言可以用來相對於檢視設備或曝光機的透鏡而極準確地定位晶圓臺座上的晶圓，該透鏡安裝在攜載裝置上。
可移動的物體相對於靜態物體而以六個自由度來定位是經常發生的工程任務。於直角坐標系統，這六個自由度是三個正交的線性空間方向(在此以X、Y、Z來表示)和繞著這些線性空間方向的三個旋轉dX、dY、dZ。為了能夠使用閉路驅動系統而相對於物體來定位另一物體，必須以所有自由度來測量相對位置。為此目的所用的位置測量裝置時常稱為編碼器。已知編碼器有極為不同的設計。測量可以基於極為不同的物理原理。舉例而言，在二物體中的一者上有已知的光學、磁性、電容式或電感式結構，以適合該結構的掃描頭來做掃描則提供可以獲得想要之位置資訊的訊號。視編碼器而定，可以獲得至少一個、幾個或所有六個自由度的位置資訊。
歐洲專利第1019669 B1號提供編碼器的範例，可以提供關於物體相對於另一物體的位置資訊。為此目的，一物體攜載具有交叉光柵的刻度。另一物體攜載具有三個掃描手段的掃描頭，用於刻度平面的二個線性空間方向(面內(in-plane)自由度)，也可以獲得繞著第三空間方向的旋轉(面外(out-of-plane)自由度，在此垂直於刻度平面)。附帶而言，掃描頭含有三個距離感測器，每一者提供相對於面外自由度的位置數值，因此能夠決定面外自由度和繞著面內自由度的旋轉。
美國專利第9,979,262 B2號描述用於安裝在高架配置的交叉件上之晶圓臺座的定位裝置。由於產出要求所需之晶圓臺座的高加速度，故交叉件受到大力且不太適合作為位置測量的參考。因而，攜載了第二交叉件，該第二交叉件沒有晶圓臺座且因為其較低的質量而較適合作為位置參考。第一編碼器偵測晶圓臺座相對於第二交叉件的位置，並且第二編碼器偵測第二交叉件相對於靜態參考的位置。對於每個編碼器，使用了複數個掃描頭和複數個刻度，如此可以所有六個自由度來決定個別位置。此種編碼器也在此稱為「6-DOF編碼器」(6-DOF encoder)。第二交叉件因此作為可移動的參考結構，經此則可以藉由二編碼器而決定晶圓臺座相對於靜態參考的位置。
歐洲專利第1762828 B1號描述掃描頭，其掃描光學器材可以藉由掃描光柵而測量面內自由度(在光柵平面)和面外自由度(垂直於光柵平面)二者。二種尺度可以在次奈米範圍中以極高準確度來測量。藉由組合此種不同指向的掃描頭，則可以提供以六個自由度做位置測量的6-DOF編碼器，如在此的圖2所示範。
歐洲專利第1715384 B1號描述用於晶圓的定位裝置。晶圓臺座配置在磁浮單元上，磁浮單元可以六個自由度來定位臺座，但僅有小移動。對於在平行於安裝平面之水平面的大位移，二相交的線性軸配置在晶圓臺座之下，上線性軸攜載磁浮單元。藉由偵測晶圓臺座相對於具有第一6-DOF編碼器的共同移動之測量頭的位置，以及藉由偵測測量頭相對於具有第二6-DOF編碼器之靜態工具的位置，而完成晶圓臺座相對於靜態工具(例如曝光設備之透鏡)的定位。共同移動的測量頭安裝在二相交線性軸的下者上，因此當晶圓臺座以下線性軸來移動時保持靠近晶圓臺座。雖然以相交的線性軸來移動不導致二6-DOF編碼器的掃描距離有對應的大改變，但這些改變(舉例而言是由導引誤差所造成)仍太大而無法決定極準確的位置。舉例而言，有可能使用編碼器模型來模型化或校正6-DOF編碼器的掃描距離或掃描頭相對於刻度之傾斜的改變效應而達一定程度；然而，高準確度位置分析是難以於此配置中達成且極需工夫，或者可能在過多擾動的情形下失敗。
因而，本發明的目的是提供一種定位裝置，藉由進一步改善相對於工具之臺座位置的偵測，而可以用進一步增加的準確度以相對於工具來定位臺座。
此目的是由如請求項1所列的裝置而達成。此裝置的有利特徵和操作此裝置的方法也將從依附於請求項1的請求項而明顯。
揭示的是一種相對於安裝在攜載裝置上的工具來定位臺座的定位裝置。定位裝置包括二相交的線性軸，在垂直方向上一者配置在另一者上方且用於在二線性獨立方向上預先定位臺座，臺座則藉由第一磁浮單元而支撐在二線性軸中的一者上且可主動移動而以六個自由度來精細定位。臺座相對於攜載裝置的位置可以經由安裝在二線性軸中之另一者上的測量頭與第一和第二6-DOF編碼器而決定，因為第一6-DOF編碼器配置在攜載裝置和測量頭之間，並且第二6-DOF編碼器配置在測量頭和臺座之間。為此目的，測量頭藉由二線性軸中之另一者上的第二磁浮單元而可以六個自由度來主動移動。
由於配置在臺座和攜載裝置之間的測量頭現在也安裝在磁浮單元上，故測量頭可以補償所有不要的移動而排除二線性軸上所要的移動。多虧現在顯著減少掃描距離或傾斜的擾動，二6-DOF編碼器可以測量得更準確並且相當地減少了校正和模型化工夫。
本發明的進一步優點和特徵將從以下搭配圖式之多種具體態樣的敘述而明顯。
圖1極示意地顯示根據先前技術已知之原理所建造而非本發明之具體態樣的定位裝置。
在托架PED上(它本身舉例而言站在機器工場或無塵室的地板F上)，藉由主動阻尼器AD而以隔離震動的方式安裝了底架BF。底架BF攜載相交的線性軸LSY和LSX，一者配置在另一者上方且能夠在平行於底板F的X和Y方向上移動上面放置了晶圓W的臺座SSM，以允許工具T抵達晶圓W上的任一點。
臺座SSM安裝在磁浮單元ML上，磁浮單元ML轉而安裝在上線性軸LSX上。磁浮單元ML能夠以所有六個自由度來小量移動臺座且用於精細定位，即使在Z方向亦然，該方向沒設其他致動器。所有的旋轉自由度dX、dY、dZ也經由磁浮單元ML而可調整達一定程度。可移動的測量頭MMH在Y方向上與下線性軸LSY共同移動。在Y方向上做此種移動的期間，可移動的測量頭MMH和臺座SSM之間的距離不改變，或者僅有源自系統之機械誤差的小移動。6-DOF編碼器B以所有六個自由度來測量可移動的測量頭MMH和臺座SSM之間的相對位置。若編碼器B的刻度沿著垂直於圖式平面之臺座SSM的邊緣有足夠的長度，則上線性軸LSX的移動(垂直於圖面)可以由編碼器B所偵測。
攜載意欲處理晶圓W之工具T的攜載裝置FAP藉由進一步主動阻尼器AD而也以隔離震動的方式安裝在托架PED上。工具可能是用於晶圓W之曝光或檢視的透鏡。於任一情形，晶圓W必須相對於工具T而極準確地定位。為此，額外的6-DOF編碼器A測量攜載裝置FAP和可移動的測量頭MMH之間移動的所有六個自由度。當二編碼器A和B的測量加在一起時，吾人獲得臺座SSM相對於攜載裝置FAP且因此也相對於工具T的位置。
然而，攜載裝置FAP相對於托架PED而在主動阻尼裝置AD上且相對於總成的其餘者呈隔離關係而相對自由地移動。編碼器A尤其因而必須能夠補償其掃描頭相對於測量頭MMH上的刻度之掃描距離和傾斜的大擾動。此需要大量工夫來校正編碼器模型以及高運算工夫。再者，若超過了一定的極限，則不再可能獲得準確的測量。
因而，圖2顯示發明的定位裝置，相對於決定性細節而有所改善且其中提及的問題發生程度低很多。
首先，底架BF為了簡化緣故而直接配置在地板F上。然而，安裝在托架PED上(如先前圖1所示)構成了本發明的替代選擇性具體態樣。相較於圖1，二線性軸LSX和LSY、第一磁浮裝置ML1、及臺座SSM的配置維持不變。再次而言，攜載工具T的攜載裝置FAP經由主動阻尼裝置AD而與地面(在此為底架BF)隔離。
與圖1所示配置的決定性差異在於測量頭FMH現在藉由第二磁浮單元ML2而也被攜載。因為此點，透過第二磁浮單元ML2的適合控制，可以決定和補償6-DOF編碼器A所偵測的攜載裝置FAP和測量頭FMH之間的相對移動。以此方式，則使6-DOF編碼器A的掃描頭相對於攜載裝置FAP上的刻度之掃描距離和傾斜的擾動最小化、顯著簡化了測量、且至關重要地增加其準確度。
由於圖1和2僅極示意地顯示個別的測量概念，故本發明的特定具體態樣將參考圖3來解釋。圖3顯示的定位裝置部分移除了某些部分以顯露其內部架構。
於圖3，可以再次看到在底架BF上相交的線性軸LSY和LSX。這些線性軸是由二個別的線性導引件LGY、LGX可移動地支撐且由線性馬達LMY1、LMY2、LMX所驅動。編碼器EY、EX (其掃描頭掃描線性刻度SY和SX)可用於這些線性軸LSY、LSX。因此，線性軸LSY、LSX可以由較高階控制系統來定位。
第一磁浮單元ML1 (未顯示於此圖3)位在臺座SSM (晶圓W放在上面)和上線性軸LSX之間。測量頭FMH經由第二磁浮單元ML2 (也未顯示)而與下線性軸LSY共同移動。此第二磁浮單元ML2能夠補償測量頭FMH以六個自由度所做的移動。
攜載裝置FAP連同工具T (未顯示於此)經由主動阻尼裝置AD而在二側上連接至底架BF。這二阻尼裝置AD使攜載裝置FAP所可能做的移動導致攜載裝置FAP和6-DOF編碼器A的掃描頭EA之間有所述的移動，這可以由第二磁浮單元ML2所補償。
圖4和5當配合圖3來看時較容易體認6-DOF編碼器A、B的配置。為此目的，圖3配置中僅有相關的零件是以不同視圖而顯示於圖4和5。
可以在測量頭FMH之不同側上看到6-DOF編碼器A、B的掃描頭或掃描頭組EA、EB。掃描頭EA指向附接於攜載裝置FAP的一或更多個刻度SA。掃描頭EA和刻度SA一起形成6-DOF編碼器A。這些刻度SA和掃描頭EA的可能具體態樣將在下面做進一步描述。
6-DOF編碼器B的掃描頭EB指向臺座SSM上的一或更多個刻度SB。掃描頭EB和刻度SB一起形成6-DOF編碼器B。
適合地配置了刻度SA、SB和掃描頭EA、EB，6-DOF編碼器A、B因此可以提供六個自由度的位置決定。
圖6顯示測量頭FMH和上面安裝的掃描頭組EA、EB。每個掃描頭組EA、EB包括複數個掃描頭IP、OP，可以測量平行於刻度的方向(面內)或是與之垂直的方向(面外)。如在[先前技術]所解釋，也已知有掃描頭可以在二方向上測量組件。於任一情形，掃描頭組EA、EB之掃描頭IP、OP的數目及其測量方向必須一起能夠分別做測量頭FMH和臺座SSM (6-DOF編碼器B)之間以及測量頭FMH和攜載裝置FAP (6-DOF編碼器A)之間六個自由度的測量。
圖7顯示掃描頭組EA包括複數個掃描頭IP、OP，掃描複數個平行刻度SA。為了能夠測量所有六個自由度，平行於刻度SA之平面來測量的掃描頭IP以彼此相對的角度來配置。能夠垂直於刻度SA的平面來測量的掃描頭OP位在掃描頭組EA的角落，以致彼此隔開最大的距離且因此能夠更準確地測量掃描頭IP、OP和刻度SA的平面之間的傾斜。為了能夠決定所有六個自由度，掃描頭IP和掃描頭OP都必須不在一條線上。
刻度SA、SB可能是分開的元件或者可能是直接寫在定位裝置之組件上的標記。由於有可達成的高準確度，故雖然偏好在刻度上的光學結構，但在此也有可能是從上面引證而用於製造刻度之先前技術所知的所有原理。
也或可安裝交叉光柵板以取代複數個平行刻度SA。藉由使用能夠測量面內和面外二者的掃描頭EA，則該組測量任務或可恰以三個掃描頭來解決。
以圖3到7所示的配置及其所述的具體態樣而言，臺座SSM相對於攜載裝置FAP上之工具T的位置因此可以極準確地測量，這是將此測量分成二個位置測量，每個相對於測量頭FMH。多虧第二磁浮單元ML2，測量頭FMH可以採取相對於攜載裝置FAP的位置測量維持極準確的方式來控制，即使當攜載裝置FAP被主動阻尼裝置AD所移動亦然。
控制定位裝置的可能概念是要經由第二磁浮裝置ML2來補償測量頭FMH和攜載裝置FAP之間所有不要的移動。測量頭FMH因而總是跟隨攜載裝置FAP，而在臺座SSM於Y方向上做所要移動(由較高階控制系統所選擇)的情形為例外。附帶而言，臺座SSM經由其第一磁浮裝置ML1而總是跟隨測量頭FMH，而在臺座於X方向上做所要移動(由較高階控制系統所選擇)的事件為例外。
控制定位裝置之第一磁浮單元ML1的替代選擇性概念是要添加二6-DOF編碼器A、B的決定位置數值且藉此使臺座SSM直接跟隨攜載裝置FAP (X和Y上的所選移動則例外)。如同之前，測量頭也跟隨攜載裝置FAP。以此方式，則稍微減少了對第二磁浮單元ML2的控制要求，並且誤差較佳地分布在二6-DOF編碼器中。然而，添加位置數值並不容易，因為二6-DOF編碼器A、B恆定地改變其相對於彼此的指向，並且此改變必須在總和中考慮。相對傾斜尤其導致要相當的運算工夫。
依據熟知原理，磁浮裝置ML1、ML2可能是羅倫茲(Lorentz)或磁阻式致動器或此二者的組合。它們可能採已知方式而有重力補償及/或具有極低到無的勁度；亦即可能(幾乎)不用力而是可移動的。
就在此提及的位置測量來說，可以意謂絕對或相對位置測量或是測量位置改變。舉例而言，晶圓W經常攜載特殊的對齊記號以決定其相對於工具T的絕對位置。6-DOF編碼器A、B所做的相對位置測量便足以藉由較高階控制系統來控制定位裝置。然而，也有可能經由適當編碼的刻度SA、SB來做絕對位置測量。
A:六個自由度(6-DOF)編碼器 AD:主動阻尼器 B:6-DOF編碼器 BF:底架 EA,EB:掃描頭或掃描頭組 EX,EY:編碼器 F:地板 FAP:攜載裝置 FMH:測量頭 IP:掃描頭 LGX,LGY:線性導引件 LMX,LMY1,LMY2:線性馬達 LSX,LSY:線性軸 ML:磁浮單元 ML1:第一磁浮單元 ML2:第二磁浮單元 MMH:測量頭 OP:掃描頭 PED:托架 SA,SB:刻度 SSM:臺座 SX,SY:線性刻度 T:工具 W:晶圓
於圖式：
[圖1]顯示定位裝置的示意圖，如先前技術所已知；
[圖2]顯示根據本發明之定位裝置的示意圖；
[圖3]顯示根據本發明之定位裝置的特定具體態樣；
[圖4、5]以不同視圖來顯示圖3之6-DOF編碼器的配置細節；
[圖6]顯示圖3之6-DOF編碼器的掃描頭細節；
[圖7]顯示圖3之6-DOF編碼器的刻度細節。
A:六個自由度(6-DOF)編碼器
AD:主動阻尼器
B:6-DOF編碼器
BF:底架
F:地板
FAP:攜載裝置
FMH:測量頭
LSX,LSY:線性軸
ML1:第一磁浮單元
ML2:第二磁浮單元
SSM:臺座
T:工具
W:晶圓

Claims (9)

  1. 一種相對於安裝在攜載裝置(FAP)上的工具(T)來定位臺座(SSM)的定位裝置，該定位裝置包括二相交的線性軸(LSX、LSY)，在垂直方向(Z)上一者配置在另一者上方且用於在二線性獨立方向(X、Y)上預先定位該臺座(SSM)，該臺座(SSM)則藉由第一磁浮單元(ML1)而支撐在該二線性軸中的一者(LSX)上且可主動移動而以六個自由度(6-DOF)來精細定位，該臺座(SSM)相對於該攜載裝置(FAP)的位置經由安裝在該二線性軸中之另一者(LSY)上的測量頭(FMH)與第一和第二6-DOF編碼器(A、B)而是可決定的，因為該第一6-DOF編碼器(A)配置在該攜載裝置(FAP)和該測量頭(FMH)之間，並且該第二6-DOF編碼器(B)配置在該測量頭(FMH)和該臺座(SSM)之間， 其特徵在於：該測量頭(FMH)藉由該二線性軸中之另一者(LSY)上的第二磁浮單元(ML2)而可以六個自由度來主動移動。
  2. 如請求項1所述的定位裝置，其中該第一和第二6-DOF編碼器(A、B)各包括掃描頭組(EA、EB)，配置在該測量頭(FMH)的側面上且具有測量頭(IP、OP)；該測量頭(IP、OP)在該第一6-DOF編碼器(A)的情形是指向安裝在該攜載裝置(FAP)上的至少一第一刻度(SA)，在該第二6-DOF編碼器的情形則指向安裝在該臺座(SSM)上的至少一第二刻度(SB)。
  3. 如請求項2所述的定位裝置，其中該掃描頭組(EA、EB)各包括掃描頭(IP、OP)，能夠做平行於和垂直於該個別掃描的第一和第二刻度(SA、SB)之平面的位置測量。
  4. 如請求項3所述的定位裝置，其中該掃描頭(IP、OP)是以允許偵測該個別掃描的第一和第二刻度(SA、SB)之該平面的傾斜與繞著該個別掃描的第一和第二刻度(SA、SB)之該平面的法線之旋轉的方式而配置於該掃描頭組(EA、EB)中。
  5. 如請求項1至4中任一項所述的定位裝置，其中該相交的線性軸(LSX、LSY)安裝在底架(BF)上，以及其中阻尼裝置(AD)配置在該攜載裝置(FAP)和該底架(BF)之間以減少震動的傳遞。
  6. 如請求項1至4中任一項所述的定位裝置，其中該工具(T)是相機或曝光裝置的透鏡。
  7. 如請求項1至4中任一項所述的定位裝置，其中該臺座(SSM)是晶圓臺座。
  8. 一種操作根據請求項1至7中任一項之定位裝置的方法，其特徵在於：該第一和第二磁浮單元(ML1、ML2)是以該測量頭(FMH)藉由保持該第一編碼器(A)所測量的數值為恆定來跟隨該攜載裝置(FAP)的方式而由較高階控制系統所控制， 以及特徵在於：該臺座(SSM)藉由保持該第二編碼器(B)所測量的數值為恆定來跟隨該測量頭(FMH)，該臺座(SSM)或是藉由保持該第一和第二編碼器(A、B)所測量之該數值的總和為恆定來跟隨該攜載裝置(FAP)，因此補償該臺座(SSM)相對於該工具(T)之該位置中所不要的變異。
  9. 如請求項8所述的方法，其中不補償該較高階控制系統所命令之該臺座(SSM)相對於該工具(T)的位置改變。
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