[发明专利]双工件台长行程测量装置及其使用方法

说明书

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。