一種工件臺三自由度位移測量方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于半導體制造裝備技術領域，主要涉及一工件臺三自由度位移測量方法。
【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]在雙工件臺光刻機系統中，微動臺運動的測量是利用激光干涉儀實現的，但在換臺后，激光干涉儀會出現盲點，無法知道微動臺的運動。并且由于微動臺對平衡質量塊的沖擊力，會引起平衡質量塊的漂移，此外，對于H型導軌驅動，兩個Y向導軌很難保證位移完全相同，也必然存在工件臺兩個Y向長行程電機位移不同，進而導致微動臺產生旋轉的現象，對于這種結構復雜的多層結構，必須建立一種精度足夠高的三自由度測量系統，以指導微動臺回到初始位置，進行歸零。

【發明內容】

[0005]針對上述現有技術問題，本發明提出了一種工件臺三自由位移測量方法。
[0006]本發明的目的是這樣實現的:
一種工件臺三自由度位移測量方法，該方法首先建立支撐框架坐標系、平衡質量塊坐標系、長行程坐標系、微動臺坐標系，然后進行以下步驟，步驟一，測量平衡質量塊坐標系在支撐框架坐標系中的三自由度位移量，進而計算出平衡質量塊坐標系上任意一點在支撐框架坐標系中的坐標，并得到平衡質量塊坐標系到支撐框架坐標系的轉換矩陣;步驟二，測量工件臺X向長行程電機動子和Y向長行程電機動子的位移量，計算出工件臺長行程坐標系在平衡質量塊坐標系中的三自由度位移量，進而計算出長行程坐標系中任意一點在平衡質量塊坐標中的坐標，并得到長行程坐標系到平衡質量塊坐標系的轉換矩陣;步驟三，測量微動臺坐標系在長行程坐標系中的三自由度位移量，進而計算微動臺坐標系中任意一點在長行程坐標系中的坐標，并得到微動臺坐標系到長行程坐標系的轉換矩陣；
所述的工件臺三自由度位移測量方法，該方法將微動臺坐標系中任意一點帶入到微動臺坐標系到長行程坐標系的轉換矩陣中，得到微動臺坐標系中任意一點在長行程坐標系中的坐標，再將該坐標值代入到長行程坐標系到平衡質量塊坐標系的轉換矩陣中，得到微動臺坐標系中任意一點在平衡質量塊坐標系中的坐標，再將該坐標值帶入到平衡質量塊坐標系到支撐框架坐標系的轉換矩陣中，最終得到微動臺坐標系中任意一點在支撐框架坐標系中的坐標。
[0007]所述的工件臺三自由度位移測量方法，該方法中平衡質量塊坐標系在支撐框架坐標系中三自由度位移采用3個直線光柵尺測量，所述直線光柵尺安裝在支撐框架上，光柵讀數頭固定在平衡質量塊上，其中兩個直線光柵尺與直線光柵尺正交安裝，直線光柵尺距平衡質量塊質心的距離分別為L1、L2、L3。
[0008]本發明具有以下創新點和突出優點:
1)提出的工件臺三自由度測量方法，平衡質量塊三自由度位移測量采用布置3個直線光柵實現，相對于平面光柵，對旋轉角度有較大的允許范圍，且測量精度高；
2)提出的工件臺三自由度測量方法，利用各坐標系之間的位置坐標變換，可實現微動臺坐標到支撐框架坐標系的轉換，得到微動臺上任意一點在支撐框架坐標系中的坐標，進而指導微動運動。
【附圖說明】
[0009]圖1是本發明的方法所用的工件臺的結構示意圖。
[0010]圖2是本發明的方法所用的工件臺的上試示意圖。
[0011 ]圖3是平衡質量塊三自由度位移示意圖。
[0012]圖4是平衡質量塊上光柵安裝位置示意圖。
[0013]圖5是工件臺長行程運動示意圖。
[0014]圖中件號:1-基礎框架;2-支撐框架;3-氣足;4-平衡質量塊;5a_Y向長行程電機定子;5b_Y向長行程電機動子;6a_X向長行程電機定子;6b_X向長行程電機動子;7-微動臺；8-計量框架;9激光干涉儀。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖對本發明實施方案作進一步詳細說明:
基礎框架I放置在在地面上，計量框架8通過氣浮連接位于在基礎框架I的上方，6臺激光干涉儀9安裝在計量框架8上，在微動臺曝光時由激光干涉儀進行測量。支撐框架2通過4個氣足浮在地面上，支撐框架2位于基礎框架I內部，平衡質量塊4通過氣浮連接位于支撐框架2的上方，平衡質量塊4的四周為X向和Y向長行程電機的定子6a、5a，其上方是X向、Y向長行程電機動子6b、5b，微動臺7與長行程機構相連，可在水平面內進行(x，y，Rz)三自由度微動。
[0016]當微動臺7在平衡質量4上方進行宏動加速運動時，會對平衡質量塊4產生較大沖擊，導致平衡質量塊4產生平面內的三自由度位移，如圖3所示。同時當微動臺7進行長行程運動時，由于兩個Y向的電機所產生的位移量不同，會產生偏轉，如圖5所示。
[0017]本發明的工作流程如下:
該方法首先建立支撐框架坐標系、平衡質量塊坐標系、長行程坐標系、微動臺坐標系，然后進行以下步驟，步驟一，測量平衡質量塊坐標系在支撐框架坐標系中的三自由度位移量，進而計算出平衡質量塊坐標系上任意一點在支撐框架坐標系中的坐標，并得到平衡質量塊坐標系到支撐框架坐標系的轉換矩陣;步驟二，測量工件臺X向長行程電機動子6b和Y向長行程電機動子5b的位移量，計算出工件臺長行程坐標系在平衡質量塊坐標系中的三自由度位移量，進而計算出長行程坐標系中任意一點在平衡質量塊坐標中的坐標，并得到長行程坐標系到平衡質量塊坐標系的轉換矩陣;步驟三，測量微動臺坐標系在長行程坐標系中的三自由度位移量，進而計算微動臺坐標系中任意一點在長行程坐標系中的坐標，并得到微動臺坐標系到長行程坐標系的轉換矩陣。
【主權項】
1.一種工件臺三自由度位移測量方法，其特征在于該方法首先建立支撐框架坐標系、平衡質量塊坐標系、長行程坐標系、微動臺坐標系，然后進行以下步驟，步驟一，測量平衡質量塊坐標系在支撐框架坐標系中的三自由度位移量，進而計算出平衡質量塊坐標系上任意一點在支撐框架坐標系中的坐標，并得到平衡質量塊坐標系到支撐框架坐標系的轉換矩陣;步驟二，測量工件臺X向長行程電機動子和Y向長行程電機動子的位移量，計算出工件臺長行程坐標系在平衡質量塊坐標系中的三自由度位移量，進而計算出長行程坐標系中任意一點在平衡質量塊坐標中的坐標，并得到長行程坐標系到平衡質量塊坐標系的轉換矩陣；步驟三，測量微動臺坐標系在長行程坐標系中的三自由度位移量，進而計算微動臺坐標系中任意一點在長行程坐標系中的坐標，并得到微動臺坐標系到長行程坐標系的轉換矩陣。2.根據權利要求1所述的工件臺三自由度位移測量方法，其特征在于該方法將微動臺坐標系中任意一點帶入到微動臺坐標系到長行程坐標系的轉換矩陣中，得到微動臺坐標系中任意一點在長行程坐標系中的坐標，再將該坐標值代入到長行程坐標系到平衡質量塊坐標系的轉換矩陣中，得到微動臺坐標系中任意一點在平衡質量塊坐標系中的坐標，再將該坐標值帶入到平衡質量塊坐標系到支撐框架坐標系的轉換矩陣中，最終得到微動臺坐標系中任意一點在支撐框架坐標系中的坐標。3.根據權利要求1所述的工件臺三自由度位移測量方法，其特征在于該方法中平衡質量塊坐標系在支撐框架坐標系中三自由度位移采用3個直線光柵尺(101、102、103)測量，所述直線光柵尺(101、102、103)安裝在支撐框架上，光柵讀數頭固定在平衡質量塊上，直線光柵尺(101)與直線光柵尺(102)正交安裝，直線光柵尺(101、102、103)距平衡質量塊(2)質心的距離分別為L1、L2、L3。
【專利摘要】本發明提供一種應用于工件臺多剛體結構的三自由度位移測量方法，該方法通過建立各連接結構之間的坐標位置轉換關系，將坐標值層層迭代，最終得到微動臺坐標系中任意一點在支撐框架坐標系中的坐標值。本方法解決了，光刻機工件臺在換臺結束后，激光干涉儀處于無法跟蹤微動臺的盲點問題，接替激光干涉儀知道微動臺運動，進行歸零設置。
【IPC分類】G03F7/20
【公開號】CN105549332
【申請號】CN201610023032
【發明人】劉永猛, 譚久彬
【申請人】哈爾濱工業大學
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2016年1月14日