一種工件臺(tái)三自由度位移測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體制造裝備技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及一工件臺(tái)三自由度位移測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光刻機(jī)是極大規(guī)模集成電路制造中重要的超精密裝備之一。作為光刻機(jī)關(guān)鍵子系統(tǒng)的工件臺(tái)在很大程度上決定了光刻機(jī)的分辨率、套刻精度和產(chǎn)率。
[0003]產(chǎn)率是光刻機(jī)發(fā)展的主要追求目標(biāo)之一。在滿(mǎn)足分辨率和套刻精度的條件下，提尚工件臺(tái)運(yùn)彳丁效率進(jìn)而提尚提尚光刻機(jī)廣率是工件臺(tái)技術(shù)的發(fā)展方向。提尚工件臺(tái)運(yùn)彳丁效率最直接的方式就是提高工件臺(tái)的運(yùn)動(dòng)加速度和速度，但是為保證原有精度，速度和加速度不能無(wú)限制提高。最初的工件臺(tái)只有一個(gè)硅片承載裝置，光刻機(jī)一次只能處理一個(gè)硅片，全部工序串行處理，生產(chǎn)效率低。為此有人提出了雙工件臺(tái)技術(shù)，這也是目前提高光刻機(jī)生產(chǎn)效率的主流技術(shù)手段。雙工件臺(tái)技術(shù)在工件臺(tái)上設(shè)有曝光、預(yù)處理兩個(gè)工位和兩個(gè)工件臺(tái)，曝光和測(cè)量調(diào)整可并行處理，大大縮短了時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。目前的代表產(chǎn)品為荷蘭ASML公司基于Twinscan技術(shù)即雙工件臺(tái)技術(shù)的光刻機(jī)。
[0004]在雙工件臺(tái)光刻機(jī)系統(tǒng)中，微動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)的測(cè)量是利用激光干涉儀實(shí)現(xiàn)的，但在換臺(tái)后，激光干涉儀會(huì)出現(xiàn)盲點(diǎn)，無(wú)法知道微動(dòng)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)。并且由于微動(dòng)臺(tái)對(duì)平衡質(zhì)量塊的沖擊力，會(huì)引起平衡質(zhì)量塊的漂移，此外，對(duì)于H型導(dǎo)軌驅(qū)動(dòng)，兩個(gè)Y向?qū)к壓茈y保證位移完全相同，也必然存在工件臺(tái)兩個(gè)Y向長(zhǎng)行程電機(jī)位移不同，進(jìn)而導(dǎo)致微動(dòng)臺(tái)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，對(duì)于這種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的多層結(jié)構(gòu)，必須建立一種精度足夠高的三自由度測(cè)量系統(tǒng)，以指導(dǎo)微動(dòng)臺(tái)回到初始位置，進(jìn)行歸零。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種工件臺(tái)三自由位移測(cè)量方法。
[0006]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
一種工件臺(tái)三自由度位移測(cè)量方法，該方法首先建立支撐框架坐標(biāo)系、平衡質(zhì)量塊坐標(biāo)系、長(zhǎng)行程坐標(biāo)系、微動(dòng)臺(tái)坐標(biāo)系，然后進(jìn)行以下步驟，步驟一，測(cè)量平衡質(zhì)量塊坐標(biāo)系在支撐框架坐標(biāo)系中的三自由度位移量，進(jìn)而計(jì)算出平衡質(zhì)量塊坐標(biāo)系上任意一點(diǎn)在支撐框架坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，并得到平衡質(zhì)量塊坐標(biāo)系到支撐框架坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣;步驟二，測(cè)量工件臺(tái)X向長(zhǎng)行程電機(jī)動(dòng)子和Y向長(zhǎng)行程電機(jī)動(dòng)子的位移量，計(jì)算出工件臺(tái)長(zhǎng)行程坐標(biāo)系在平衡質(zhì)量塊坐標(biāo)系中的三自由度位移量，進(jìn)而計(jì)算出長(zhǎng)行程坐標(biāo)系中任意一點(diǎn)在平衡質(zhì)量塊坐標(biāo)中的坐標(biāo)，并得到長(zhǎng)行程坐標(biāo)系到平衡質(zhì)量塊坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣;步驟三，測(cè)量微動(dòng)臺(tái)坐標(biāo)系在長(zhǎng)行程坐標(biāo)系中的三自由度位移量，進(jìn)而計(jì)算微動(dòng)臺(tái)坐標(biāo)系中任意一點(diǎn)在長(zhǎng)行程坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，并得到微動(dòng)臺(tái)坐標(biāo)系到長(zhǎng)行程坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣；
所述的工件臺(tái)三自由度位移測(cè)量方法，該方法將微動(dòng)臺(tái)坐標(biāo)系中任意一點(diǎn)帶入到微動(dòng)臺(tái)坐標(biāo)系到長(zhǎng)行程坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣中，得到微動(dòng)臺(tái)坐標(biāo)系中任意一點(diǎn)在長(zhǎng)行程坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，再將該坐標(biāo)值代入到長(zhǎng)行程坐標(biāo)系到平衡質(zhì)量塊坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣中，得到微動(dòng)臺(tái)坐標(biāo)系中任意一點(diǎn)在平衡質(zhì)量塊坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，再將該坐標(biāo)值帶入到平衡質(zhì)量塊坐標(biāo)系到支撐框架坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣中，最終得到微動(dòng)臺(tái)坐標(biāo)系中任意一點(diǎn)在支撐框架坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。
[0007]所述的工件臺(tái)三自由度位移測(cè)量方法，該方法中平衡質(zhì)量塊坐標(biāo)系在支撐框架坐標(biāo)系中三自由度位移采用3個(gè)直線光柵尺測(cè)量，所述直線光柵尺安裝在支撐框架上，光柵讀數(shù)頭固定在平衡質(zhì)量塊上，其中兩個(gè)直線光柵尺與直線光柵尺正交安裝，直線光柵尺距平衡質(zhì)量塊質(zhì)心的距離分別為L(zhǎng)1、L2、L3。
[0008]本發(fā)明具有以下創(chuàng)新點(diǎn)和突出優(yōu)點(diǎn):
1)提出的工件臺(tái)三自由度測(cè)量方法，平衡質(zhì)量塊三自由度位移測(cè)量采用布置3個(gè)直線光柵實(shí)現(xiàn)，相對(duì)于平面光柵，對(duì)旋轉(zhuǎn)角度有較大的允許范圍，且測(cè)量精度高；
2)提出的工件臺(tái)三自由度測(cè)量方法，利用各坐標(biāo)系之間的位置坐標(biāo)變換，可實(shí)現(xiàn)微動(dòng)臺(tái)坐標(biāo)到支撐框架坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，得到微動(dòng)臺(tái)上任意一點(diǎn)在支撐框架坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，進(jìn)而指導(dǎo)微動(dòng)運(yùn)動(dòng)。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1是本發(fā)明的方法所用的工件臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖2是本發(fā)明的方法所用的工件臺(tái)的上試示意圖。
[0011 ]圖3是平衡質(zhì)量塊三自由度位移示意圖。
[0012]圖4是平衡質(zhì)量塊上光柵安裝位置示意圖。
[0013]圖5是工件臺(tái)長(zhǎng)行程運(yùn)動(dòng)示意圖。
[0014]圖中件號(hào):1-基礎(chǔ)框架;2-支撐框架;3-氣足;4-平衡質(zhì)量塊;5a_Y向長(zhǎng)行程電機(jī)定子;5b_Y向長(zhǎng)行程電機(jī)動(dòng)子;6a_X向長(zhǎng)行程電機(jī)定子;6b_X向長(zhǎng)行程電機(jī)動(dòng)子;7-微動(dòng)臺(tái)；8-計(jì)量框架;9激光干涉儀。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方案作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明:
基礎(chǔ)框架I放置在在地面上，計(jì)量框架8通過(guò)氣浮連接位于在基礎(chǔ)框架I的上方，6臺(tái)激光干涉儀9安裝在計(jì)量框架8上，在微動(dòng)臺(tái)曝光時(shí)由激光干涉儀進(jìn)行測(cè)量。支撐框架2通過(guò)4個(gè)氣足浮在地面上，支撐框架2位于基礎(chǔ)框架I內(nèi)部，平衡質(zhì)量塊4通過(guò)氣浮連接位于支撐框架2的上方，平衡質(zhì)量塊4的四周為X向和Y向長(zhǎng)行程電機(jī)的定子6a、5a，其上方是X向、Y向長(zhǎng)行程電機(jī)動(dòng)子6b、5b，微動(dòng)臺(tái)7與長(zhǎng)行程機(jī)構(gòu)相連，可在水平面內(nèi)進(jìn)行(x，y，Rz)三自由度微動(dòng)。
[0016]當(dāng)微動(dòng)臺(tái)7在平衡質(zhì)量4上方進(jìn)行宏動(dòng)加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)對(duì)平衡質(zhì)量塊4產(chǎn)生較大沖擊，導(dǎo)致平衡質(zhì)量塊4產(chǎn)生平面內(nèi)的三自由度位移，如圖3所示。同時(shí)當(dāng)微動(dòng)臺(tái)7進(jìn)行長(zhǎng)行程運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于兩個(gè)Y向的電機(jī)所產(chǎn)生的位移量不同，會(huì)產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，如圖5所示。
[0017]本發(fā)明的工作流程如下:
該方法首先建立支撐框架坐標(biāo)系、平衡質(zhì)量塊坐標(biāo)系、長(zhǎng)行程坐標(biāo)系、微動(dòng)臺(tái)坐標(biāo)系，然后進(jìn)行以下步驟，步驟一，測(cè)量平衡質(zhì)量塊坐標(biāo)系在支撐框架坐標(biāo)系中的三自由度位移量，進(jìn)而計(jì)算出平衡質(zhì)量塊坐標(biāo)系上任意一點(diǎn)在支撐框架坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，并得到平衡質(zhì)量塊坐標(biāo)系到支撐框架坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣;步驟二，測(cè)量工件臺(tái)X向長(zhǎng)行程電機(jī)動(dòng)子6b和Y向長(zhǎng)行程電機(jī)動(dòng)子5b的位移量，計(jì)算出工件臺(tái)長(zhǎng)行程坐標(biāo)系在平衡質(zhì)量塊坐標(biāo)系中的三自由度位移量，進(jìn)而計(jì)算出長(zhǎng)行程坐標(biāo)系中任意一點(diǎn)在平衡質(zhì)量塊坐標(biāo)中的坐標(biāo)，并得到長(zhǎng)行程坐標(biāo)系到平衡質(zhì)量塊坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣;步驟三，測(cè)量微動(dòng)臺(tái)坐標(biāo)系在長(zhǎng)行程坐標(biāo)系中的三自由度位移量，進(jìn)而計(jì)算微動(dòng)臺(tái)坐標(biāo)系中任意一點(diǎn)在長(zhǎng)行程坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，并得到微動(dòng)臺(tái)坐標(biāo)系到長(zhǎng)行程坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種工件臺(tái)三自由度位移測(cè)量方法，其特征在于該方法首先建立支撐框架坐標(biāo)系、平衡質(zhì)量塊坐標(biāo)系、長(zhǎng)行程坐標(biāo)系、微動(dòng)臺(tái)坐標(biāo)系，然后進(jìn)行以下步驟，步驟一，測(cè)量平衡質(zhì)量塊坐標(biāo)系在支撐框架坐標(biāo)系中的三自由度位移量，進(jìn)而計(jì)算出平衡質(zhì)量塊坐標(biāo)系上任意一點(diǎn)在支撐框架坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，并得到平衡質(zhì)量塊坐標(biāo)系到支撐框架坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣;步驟二，測(cè)量工件臺(tái)X向長(zhǎng)行程電機(jī)動(dòng)子和Y向長(zhǎng)行程電機(jī)動(dòng)子的位移量，計(jì)算出工件臺(tái)長(zhǎng)行程坐標(biāo)系在平衡質(zhì)量塊坐標(biāo)系中的三自由度位移量，進(jìn)而計(jì)算出長(zhǎng)行程坐標(biāo)系中任意一點(diǎn)在平衡質(zhì)量塊坐標(biāo)中的坐標(biāo)，并得到長(zhǎng)行程坐標(biāo)系到平衡質(zhì)量塊坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣；步驟三，測(cè)量微動(dòng)臺(tái)坐標(biāo)系在長(zhǎng)行程坐標(biāo)系中的三自由度位移量，進(jìn)而計(jì)算微動(dòng)臺(tái)坐標(biāo)系中任意一點(diǎn)在長(zhǎng)行程坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，并得到微動(dòng)臺(tái)坐標(biāo)系到長(zhǎng)行程坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工件臺(tái)三自由度位移測(cè)量方法，其特征在于該方法將微動(dòng)臺(tái)坐標(biāo)系中任意一點(diǎn)帶入到微動(dòng)臺(tái)坐標(biāo)系到長(zhǎng)行程坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣中，得到微動(dòng)臺(tái)坐標(biāo)系中任意一點(diǎn)在長(zhǎng)行程坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，再將該坐標(biāo)值代入到長(zhǎng)行程坐標(biāo)系到平衡質(zhì)量塊坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣中，得到微動(dòng)臺(tái)坐標(biāo)系中任意一點(diǎn)在平衡質(zhì)量塊坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，再將該坐標(biāo)值帶入到平衡質(zhì)量塊坐標(biāo)系到支撐框架坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣中，最終得到微動(dòng)臺(tái)坐標(biāo)系中任意一點(diǎn)在支撐框架坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工件臺(tái)三自由度位移測(cè)量方法，其特征在于該方法中平衡質(zhì)量塊坐標(biāo)系在支撐框架坐標(biāo)系中三自由度位移采用3個(gè)直線光柵尺(101、102、103)測(cè)量，所述直線光柵尺(101、102、103)安裝在支撐框架上，光柵讀數(shù)頭固定在平衡質(zhì)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(zhì)量塊(2)質(zhì)心的距離分別為L(zhǎng)1、L2、L3。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種應(yīng)用于工件臺(tái)多剛體結(jié)構(gòu)的三自由度位移測(cè)量方法，該方法通過(guò)建立各連接結(jié)構(gòu)之間的坐標(biāo)位置轉(zhuǎn)換關(guān)系，將坐標(biāo)值層層迭代，最終得到微動(dòng)臺(tái)坐標(biāo)系中任意一點(diǎn)在支撐框架坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值。本方法解決了，光刻機(jī)工件臺(tái)在換臺(tái)結(jié)束后，激光干涉儀處于無(wú)法跟蹤微動(dòng)臺(tái)的盲點(diǎn)問(wèn)題，接替激光干涉儀知道微動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行歸零設(shè)置。
【IPC分類(lèi)】G03F7/20
【公開(kāi)號(hào)】CN105549332
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610023032
【發(fā)明人】劉永猛, 譚久彬
【申請(qǐng)人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年5月4日
【申請(qǐng)日】2016年1月14日