基于電制冷片動線圈磁浮雙工件臺矢量圓弧換臺方法及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于半導體制造裝備技術領域，主要涉及一種電制冷片動線圈磁浮雙工件臺矢量圓弧回轉換臺方法及裝置。
【背景技術】
[0002]光刻機是極大規模集成電路制造中重要的超精密裝備之一。作為光刻機關鍵子系統的工件臺在很大程度上決定了光刻機的分辨率、套刻精度和產率。
[0003]產率是光刻機發展的主要追求目標之一。在滿足分辨率和套刻精度的條件下，提尚工件臺運彳丁效率進而提尚提尚光刻機廣率是工件臺技術的發展方向。提尚工件臺運彳丁效率最直接的方式就是提高工件臺的運動加速度和速度，但是為保證原有精度，速度和加速度不能無限制提高。最初的工件臺只有一個硅片承載裝置，光刻機一次只能處理一個硅片，全部工序串行處理，生產效率低。為此有人提出了雙工件臺技術，這也是目前提高光刻機生產效率的主流技術手段。雙工件臺技術在工件臺上設有曝光、預處理兩個工位和兩個工件臺，曝光和測量調整可并行處理，大大縮短了時間，提高了生產效率。目前的代表產品為荷蘭ASML公司基于Twinscan技術即雙工件臺技術的光刻機。
[0004]提高雙工件臺的運行效率是目前光刻機工件臺技術的發展目標之一。雙工件臺技術的牽扯到工件臺在兩個工位之間切換的問題，換臺效率直接影響到光刻機工件臺的運行效率即光刻機的產率。如何在盡可能縮短換臺時間的條件下減小換臺對其他系統的干擾一直是研究的重點。在傳統雙臺切換過程中，工件臺在曝光和預處理工序中一樣為直線驅動，雙臺專利US2001/0004105A1和W098/40791中，每個工件臺有兩個可交換配合的單元來實現雙臺的交換，在不提高工件臺運動速度的前提下提高了產率，但由于工件臺與導軌之間采用親合連接方式，在換臺過程中工件臺與驅動單元會出現短暫的分離，對工件臺的定位精度產生較大影響。同時運動單元和導軌較長，運動質量較大，對于運動速度和加速度的提高都產生不利影響。中國專利CN101609265提出了一種平面電機驅動的硅片臺多臺交換系統，平面電機定子設置在基臺頂部，動子設置在硅片臺底部，相對于直線電機驅動不存在工件臺和驅動單元的分離；中國專利CN101694560中提出了一種采用氣浮支撐永磁平面電機驅動的雙臺交換系統，工件臺采用平面電機驅動并通過氣浮支撐，避免了前述換臺過程中驅動單元與工件臺分離問題，減小了工件臺運行阻力，減小了平面電機驅動電流，減小了散熱問題。
[0005]上述專利換臺時采用直線換臺方案，回轉換臺方案較直線換臺方案有獨特優勢，因此出現了采用回轉換臺的雙工件臺技術。中國專利CN101071275采用回轉整個基臺的方式實現雙工件臺的換位，簡化了系統結構，同時兩個工件臺運動無重疊區域，避免了碰撞安全隱患。但是通過回轉整個基臺實現工件臺換位存在轉動慣量大，大功率回轉電機精密定位困難和發熱量大引起系統溫升等問題，同時回轉半徑大，使光刻機主機結構顯著增大。中國專利CN102495528在基臺中心采用一種回轉轉接臺完成雙工件臺換臺，換臺分為三個節拍，提高了換臺效率，但回轉換臺機構結構復雜，回轉定位精度較低。

【發明內容】

[0006]針對上述現有技術的不足，本發明提出了一種基于電制冷片動線圈磁浮雙工件臺矢量圓弧回轉換臺方法及裝置，達到實現工件臺單節拍快速弧線換臺、減少換臺環節、縮短換臺時間、有效提尚了光刻機廣率的目的。
[0007]本發明的目的是這樣實現的:
一種基于電制冷片動線圈磁浮雙工件臺矢量圓弧換臺方法，該方法包括以下步驟:初始工作狀態，測量位第一工件臺處于預對準狀態，曝光位第二工件臺處于曝光狀態；第一步，測量位第一工件臺預對準完畢后由動線圈驅動運動到測量位換臺預定位置A并充電和等待，曝光位第二工件臺曝光完畢后由動線圈驅動運動到曝光位換臺預定位置B;第二步，第一工件臺與第二工件臺通過平面電機矢量控制沿圓弧軌跡逆時針運動，在運動過程中，兩個工件臺的相位不發生變化，運動位置由平面光柵進行測量，與此同時，第一線纜臺跟隨第一工件臺由測量位一側向曝光位運動，第二線纜臺跟隨第二工件臺由曝光位一側向測量位運動，當第一工件臺運動到曝光位預定位置C、第二工件臺運動到測量位預定位置D時，換臺結束，第一工件臺在曝光位進行硅片光刻曝光，第二工件臺在測量位進行硅片上片及硅片預對準操作;第三步，測量位第二工件臺預對準完畢后由動線圈驅動運動到測量位換臺預定位置A’并充電和等待，曝光位第一工件臺曝光完畢后由動線圈驅動運動到曝光位換臺預定位置B’；第四步，第二工件臺與第一工件臺通過平面電機矢量控制沿圓弧軌跡順時針運動，與此同時，第一線纜臺跟隨第一工件臺由曝光位一側向測量位運動，第二線纜臺跟隨第二工件臺由測量位一側向曝光位運動，當第二工件臺運動到曝光位預定位置C、第一工件臺運動到測量位預定位置D時，換臺結束，曝光位第二工件臺進入曝光狀態，測量位第一工件臺進行上下片及預對準操作，此時系統回到初始工作狀態，完成了包含兩次換臺操作的一個工作周期。
[0008]一種基于電制冷片動線圈磁浮雙工件臺矢量圓弧換臺裝置，該裝置包括支撐框架、平衡質量塊、第一工件臺、第二工件臺，所述平衡質量塊位于支撐框架上方，宏動平面電機定子安裝在平衡質量塊上的平面上，第一工件臺和第二工件臺配置在宏動平面電機定子上方，所述第一工件臺和第二工件臺運行于測量位和曝光位之間，支撐架固定在支撐框架上，6臺干涉儀安裝在支撐架上，第一工件臺通過第一線纜臺線纜與第一線纜臺相連接，第二工件臺通過第二線纜臺線纜與第二線纜臺相連接，第一線纜臺和第二線纜臺分別安裝在第一線纜臺導軌和第二線纜臺導軌上;支撐框架通過由四個平面片簧組成的運動補償機構與平衡質量塊相連接，所述平面片簧由一對X向片簧、一對Y向片簧、一個Z向片簧和一個Rz柔性鉸鏈組成，平面片簧固定在支撐框架上，平面片簧上表面與平衡質量塊連接;第一工件臺和第二工件臺為六自由度磁浮微動臺，所述六自由度磁浮微動臺由Chuck、吸盤、角錐棱鏡、防撞框、宏動平面電機動子、電制冷片、微動電機、充電模塊組成，微動平面電機動子與重力補償器動子集成在一起，所述吸盤安裝在Chuck上，微動電機安裝在Chuck下方，Chuck四周安裝有四個角錐棱鏡，工件臺四周安裝有防撞框，電制冷片安裝在防撞框下方、宏動平面電機動子上方，所述宏動平面電機動子包括四個基本運動單元，每個單元由四個相繞組組成，其中每相電樞繞組由若干同心的方形線圈構成，各個線圈由里到外依次串聯，固定在平板形的初級基板氣隙側，每相鄰的兩個線圈的繞向相反，宏動平面電機定子采用Halbach永磁陣列組成，宏動平面電機定子的Halbach永磁陣列之間含有氣隙。
[0009]本發明具有以下創新點和突出優點:
1)提出圓弧矢量換臺方法，并設計了圓弧矢量換臺裝置。采用矢量換臺策略將雙工件臺現有的多節拍直線換臺優化為單節拍快速換臺，起停次數少、穩定環節少；同時采用弧線軌跡規劃縮短了換臺路徑，回轉沖擊小、穩定時間短，同時交換過程實時測量系統監測，確保換臺過程中宏/微定位精度，直接溯源到激光波長，最終實現了換臺的高效率和高精度兩個特性的兼顧。這是本發明的創新點和突出優點之一；
2)提出了基于電制冷片的線圈冷卻方法，該方法代替了線圈水冷，減少了工件臺線纜中的水管，減少了線纜繞動力。這是本發明的創新點和突出優點之二；
3)提出了在線充電工件臺交換方法，并設計了帶有充電模塊的工件臺裝置。采用在線充電工件臺換臺方法使得結構省去了工件臺電機驅動線電纜，減少了線纜繞動力和對工件臺傳感器的電磁干擾。這是本發明的創新點和突出優點之三；
4)提出了集成繞組結構的矢量平面電機，并采用復合電流驅動實現高功效矢量控制，具有運動范圍大、結構簡單、推力密度大、動態特性好、繞組利用率高、溫度分布均勻、熱變形小、定位精度高等特點，同時采用純磁懸浮方案有效降低加工難度和成本，提高了運動的可靠性能，這是本發明的創新點和突出優點之四；
5)提出被動補償方法和沖量平衡方法，并設計了基于平面片簧和電磁阻尼器并行組成的被動補償機構和平衡質量機構。該機構可以實現平衡質量塊X向、Y向、Z向、Rz運動補償，相對于主動補償結構，降低了機構的復雜程度，減小了控制和實施難度，這是本發明的創新點和突出優點之五。
【附圖說明】
[0010]圖1是單節拍優化規劃弧線快速換臺流程示意圖。
[0011]圖2是基于電磁阻尼被動補償動線圈磁浮雙工件臺矢量圓弧換臺裝置總體結構示意圖。
[0012]圖3是雙工件臺系統的剖視圖。
[0013]圖4是運動補償機構與平衡質量塊裝配結構示意圖。
[0014]圖5是平面片簧結構示意圖。
[0015]圖6是六自由度磁浮微動臺結構示意圖。
[0016]圖7微動平面電機動子與磁浮重力補償器集成機構示意圖。
[0017]圖8是磁懸浮永磁同步平面電機示意圖。
[0018]圖中件號:1-支撐框架;2-平衡質量塊;3-宏動平面電機定子;4a_第一工件臺；4b_第二工件臺；5-干涉儀;6a_第一線纜臺；6b_第一線纜臺導軌;6c-第一線纜臺線纜;7a_第二線纜臺；7b-第二線纜臺導軌;7c-第二線纜臺線纜;9-氣隙；10-支撐架；11-測量位;12-曝光位；13-平面片簧；26-X向片簧；27-Y向片簧；28-Z向片簧；29-Rz柔性鉸鏈;401-Chuck;402-吸盤;403-角錐棱鏡;404-防撞框;405-宏動平面電機動子;406-電制冷片;407-微動電機；4