专利名称：一种基于测量位自转调向的双工件台回转交换方法与装置的利记博彩app
技术领域：
本发明属于半导体制造装备技术领域，主要涉及一种基于测量位自转调向的双工件台回转交换方法与装置。
背景技术：
光刻机是极大规模集成电路制造中重要的超精密装备之一。纵观光刻机的发展历程，光刻机从接触式光刻机、接近式光刻机、全硅片扫描投影式光刻机、分步重复投影式光刻机发展到目前流行的步进扫描投影式光刻机的发展历程。光刻机性能的三大指标光刻机分辨率、套刻精度、产率一直是人们追求的目标。工件台系统作为光刻机的核心组成部分， 其主要特点是要实现高速和高加、减速度的超精密运动控制，即在高速和高加速度条件下具备纳米定位精度，以配合光刻过程中的上片、预对准、对准、曝光和下片等加工制造工序。 光刻机工件台技术对于提高光刻机的三大性能至关重要。产率是光刻机发展追求的主要目标之一。为了减少硅片更换时间，硅片直径已经从150mm、200mm增加到目前的300mm。在不断提高硅片尺寸的同时，工件台技术也在不断发展。为了提高生产效率，最直接的方式是提高工件台的运动加速度和速度，但这需要增加大量装置以抑制系统动态性能的恶化，这将大大提高代价以保证原有精度。双工件台技术是如今提高光刻机生产效率最有效的技术手段。两工位并行工作，曝光和测量调整可同时进行，缩短单片工作时间从而提高生产效率。荷兰ASML公司基于Twir^can技术(即双工件台技术)光刻机是目前最具有代表性的光刻机。提高双工件台的运行效率是目前光刻机工件台技术的发展目标之一。影响双工件台运行效率的因素之一是双工件台的换台效率。换台效率直接影响双工件台的运行效率以及光刻机的产率。如何在尽可能缩短换台时间的条件下减小换台对其它系统的干扰一直是研究的重点。在传统双台切换过程中，工件台与曝光和预处理工序中一样为直线驱动。例如双工件台专利US2001/0004105A1和W098/40791中，每个工件台有两个可交换配合的单元来实现双台的交换，在不提高工件台运动速度的前提下提高了产率，但由于工件台与导轨之间也采用耦合连接方式，在换台过程中工件台与驱动单元会出现短暂的分离，对工件台的定位精度产生较大影响。同时运动单元和导轨较长，运动质量较大，对于运动速度和加速度的提高都产生不良影响。专利CN101231471A中，采用H型驱动单元与过渡承接装置上的摩擦轮对接，以避免导轨对接精度问题，但是工件台在换台时需要等待驱动单元与摩擦轮完成对接后才可进行换台操作，对产率带来很大影响。专利CN18^427A中，在测量位设置了一个X向导轨，曝光工位设置有两个X向导轨，实现两个工位的并行工作，但由于驱动单元固定在基座上，在工件台运动时会有较大力传递到基座上，对整体带来不良影响。上述方案中，换台时都没有考虑换台时导向装置的运动对效率的影响。从换台节拍上考虑都采用五节拍形式，即在换台过程中，两个工件台需要停留一段时间使得抓卡装置完成交换，从而完成换台工作。在对光刻机产率要求越来越高的情况下，抓卡装置的交换时间也会对产率产生很大的影响。专利CN101201555中，利用传送带和对接滑块完成换台过程，运动节拍少，操作维护简单，但传送带机构和对接滑块固定在基台上，因此在换台过程中，会有较大的力作用在基台上，对整体动态性能影响较大。专利CN1485694中，利用Y向直线电机和直线导轨的对接完成换台操作，但由于基台中间的间隙过大而引入桥接装置，使得运动节拍增加，增加了换台时间，同时X向直线电机磁钢部分固定在基台上，换台时运动部件的运动会对基台产生较大的反作用力，进而影响整个系统的动态性能。专利 CN101770181中利用置换单元的对接完成换台工作，但其导向装置固定在基台上，在换台运动中，运动部件会对基台产生较大的反作用力，进而影响整个系统的动态性能。因此目前的双台直线换台方案有待改进。回转换台方案较直线换台方案有独特优势，因此出现了采用旋转方式换台的双工件台技术。例如欧洲专利W098/28665采用带传动实现工件台上曝光工位和测量位的两个工件台交换位置，简化了换台工序，但是带传动难以实现纳米定位精度。专利CN 101071275A和专利ZL 200920105252. 5采用旋转整个基台的方式实现双工件台的换位，简化了系统结构，同时两个工件台运动无重叠区域，避免了碰撞安全隐患。但是通过旋转整个基台实现工件台换位存在转动惯量大，大功率旋转电机精密定位困难和发热量大引起系统温升等问题，同时回转半径大，使光刻机主机结构显著增大。专利CN 102141739A采用旋转两个工件台的方式实现双工件台的换位，换台过程中基台不动，具有转动惯量小的优点。但是，上述四个回转换台方案没有考虑回转换台方式下工件台相位反转与光学系统难以配合的问题。在光刻机曝光和预处理工序中，光学系统需要对工件台各位置传感器和对准标记进行检测，由于各位置传感器和对准标记分布不均，各对准标记结构原理不一致，工件台存在朝向问题。当回转换台后，工件台旋转180°造成工件台位置传感器和对准标记反向，因此目前回转换台方案还有待改进。此外回转换台方式的旋转特性造成工件台线缆缠绕以及激光干涉仪反射镜旋转导致目标丢失等问题还有待解决。
发明内容
本发明针对上述已有技术中存在的不足，提出了一种基于测量位自转调向的双工件台回转交换方法与装置。此装置采用旋转工件台的方式进行双台切换，简化了系统结构， 降低了转动惯量，缩短了双台切换时间，提高了换台效率和光刻机的产率。同时利用工件台的自旋，解决了以往回转换台方案所忽视的工件台反向，工件台线缆缠绕，回转半径大，转动惯量大等一系列问题。本发明的目的是这样实现的一种基于测量位自转调向的双工件台回转交换方法，该方法包括如下步骤系统初始状态为处于曝光工位的第一工件台曝光完毕，测量位的第二工件台对准完毕，并规定此时工件台相位为正，接下来进行双工件台换位；第一步，将第二工件台驱动到第二工件台旋转轴与轴接装置对接的预定位置，对接成功后，利用第二工件台自旋机构使第二工件台逆时针(或顺时针)旋转180°，此时第二工件台为负相位，然后再与X向第二长行程直线运动单元对接；第二步，第一工件台、第二工件台沿Y轴同步相向驱动至与回转换台装置对接的预定位置，并同步可靠对接，然后回转换台装置携第一工件台、第二工件台绕回转轴0-0' 顺时针(或逆时针)回转180°，此时第二工件台恢复到正相位，第一工件台变为负相位；
第三步，第一工件台、第二工件台与回转换台装置分离，驱动第二工件台至曝光工位进行曝光处理，驱动第一工件台至第一工件台旋转轴与轴接装置对接的预定位置，对接成功后，利用第一工件台自旋机构使第一工件台逆时针(或顺时针)旋转180°，使之变为正相位并进行卸片、上片，之后系统回到初始状态，完成一个工作周期。接下来为下一轮曝光工序，即重复上面的工序和换台流程，但旋转方向与上次相反。一种采用基于测量位自转调向的双工件台回转交换方法的双工件台回转交换装置，在基台Y方向两端部位处设置曝光工位和测量位，沿基台两侧长边上对应分别设置Y向长行程直线运动单元，在曝光工位和测量位上分别设置χ向第一长行程直线运动单元和χ 向第二长行程直线运动单元，第一工件台和第二工件台可分离地分别配装在X向第一长行程直线运动单元和X向第二长行程直线运动单元上，X向第一长行程直线运动单元和X向第二长行程直线运动单元分别与Y向长行程直线运动单元成H型配置，且可以由Y向长行程直线运动单元驱动，第一工件台和第二工件台分别运行于曝光工位和测量位；在曝光工位和测量位之间设置一个回转换台装置，回转换台装置的机械结构包括设置于基台下方的旋转电机定子、贯穿基台的旋转电机动子、嵌入基台内的轴套以及工件台转接装置；在第一工件台内部设置第一工件台自旋机构，其结构包括第一工件台旋转轴以及第一工件台自旋电机；在第二工件台内部设置第二工件台自旋机构，其结构包括第二工件台旋转轴以及第二工件台自旋电机；在基台的测量位处设置可升降的轴接装置；第一工件台侧面设置第一工件台转接装置，第二工件台侧面设置第二工件台转接装置；第一工件台和第二工件台底面为气浮面，且通过气浮面将第一工件台和第二工件台气浮在基台之上；所述的第一工件台旋转轴与第一工件台的横向接触面为径向气浮面；第二工件台旋转轴与第二工件台的横向接触面为径向气浮面；轴接装置分别与第一工件台旋转轴或第二工件台旋转轴联结，并将其固定在基台之上，固定后第一工件台自旋机构可以使第一工件台绕第一工件台旋转轴自旋，第二工件台自旋机构可以使第二工件台绕第二工件台旋转轴自旋；在回转换台装置的工件台转接装置上设有与第一工件台转接装置、第二工件台转接装置对接的接口，对接后回转换台装置可以带动第一工件台和第二工件台在基台上做顺时针和逆时针旋转。与现有回转换台方案相比，本发明在具体实施过程中具有转动惯量小，在相同转矩条件下所需换台时间小等优点。提高光刻机的产率的同时，降低转矩减小基台对光刻机主框架的干扰有利于提高系统运动控制精度和稳定性。本发明具有以下创新点和突出优点1)提出一种基于测量位自转调向的双工件台回转交换方法。采用该方法换台仅需三个节拍，即第一节拍是第二工件台与轴接装置对接并逆时针(或顺时针)自旋180°， 再与X向第二长行程直线运动单元对接；第二节拍是第一工件台、第二工件台沿Y轴同步相向驱动至与回转换台装置对接的预定位置，并同步可靠对接，然后回转换台装置携第一工件台、第二工件台绕回转轴0-0'顺时针(或逆时针)回转180° ；第三节拍是两工件台与回转换台装置反向分离并到各自工位。该方法可解决现有线性换台方法节拍过多(五个节拍)的问题，同时也可解决整体转动平台方式转动惯量大，完成时间长的问题，同时换台前后工件台相位不变。与现有方法与装置相比，本方法换台时间短，可显著提高换台效率和光刻机的产片率，这是本发明的创新点和突出优点之一。2)提出一种快速平稳的回转驱动控制方法和结构方案。回转换台过程连续平稳，
5转矩冲击小，且速度快；同时回转转矩严格作用在回转换台装置精密气浮轴轴线上，不产生冲击力，使平衡方向和位置及平衡力准确可控。解决了现有线性换台方法与方案冲击力和冲击转矩过大，力平衡方向、大小以及力与力矩平衡位置无法准确预测和准确平衡控制的难题；也解决了现有整体回转换台方案质量和惯量过大、所需转矩大、冲击转矩大和所需电机体积大、功能和发热量大等一系列问题。可实现换台过程无冲击力、冲击转矩小、换台速度快且平稳、力矩平衡精确且平衡时间短等多种优点，这是本发明的创新点和突出优点之二。3)提出一种换台系统对冲力抵消方法和结构方案。在两工件台与回转换台装置对接与分离过程中，使两工件台的质心与回转换台装置回转轴心在一条直线上，且该直线与双工件台系统基台气浮平台y向几何中线重合，且过平衡质量框架的质心位置；可使换台过程中两工件台与回转换台装置线性对接与分离时产生的冲击力大小相等，方向相反，在平衡质量框架上的作用力合力为零。可解决现有线性换台方案中线性冲击力大和平衡质量框架质量与体积庞大及平衡速度慢等问题，可实现换台过程中无冲击力，换台对接和分离速度快，对主机框架和基台冲击小等多项优点，这是本发明专利的创新点和突出优点之三。
图1是本发明的总体结构示意图；图2是总体结构示意图的剖视图；图3第一工件台的剖视图。图4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14为工件台换台流程示意图。图中件号1-基台；2-曝光工位；3-测量位；4a_第一工件台；4b_第二工件台； 5-Y向长行程直线运动单元；5a-Y向U型槽式第一直线电机；恥-Y向U型槽式第二直线电机；5c_Y向第一静压气浮导轨；5d-Y向第二静压气浮导轨；6-X向第一长行程直线运动单元；6a-X向平板第一直线电机定子；6b-X向平板第一直线电机动子；6c-X向第一静压气浮导轨；6d-第一承载梁；7-X向第二长行程直线运动单元；7a-X向平板第二直线电机；7b-X 向平板第二直线电机动子；7c_X向第二静压气浮导轨；7d-第二承载梁；8-回转换台装置； 8a_旋转电机定子；8b-旋转电机动子；8c-轴套；8d-工件台转接装置；9-第一工件台自旋机构；9a_第一工件台旋转轴；9b_第一工件台自旋电机；10-第二工件台自旋机构；IOa-第二工件台旋转轴；IOb-第二工件台自旋电机；11-轴接装置；12a-第一工件台转接装置； 12b-第二工件台转接装置。
具体实施例方式下面结合附图对本发明实施方式进行详细说明。一种基于测量位自转调向的双工件台回转交换方法，该方法包括如下步骤系统初始状态为处于曝光工位的第一工件台曝光完毕，测量位的第二工件台对准完毕，并规定此时工件台相位为正，接下来进行双工件台换位；第一步，将第二工件台驱动到第二工件台旋转轴与轴接装置对接的预定位置，对接成功后，利用第二工件台自旋机构使第二工件台逆时针(或顺时针)旋转180°，此时第二工件台为负相位，然后再与X向第二长行程直线运动单元对接；
第二步，第一工件台、第二工件台沿Y轴同步相向驱动至与回转换台装置对接的预定位置，并同步可靠对接，然后回转换台装置携第一工件台、第二工件台绕回转轴0-0' 顺时针(或逆时针)回转180°，此时第二工件台恢复到正相位，第一工件台变为负相位；第三步，第一工件台、第二工件台与回转换台装置分离，驱动第二工件台至曝光工位进行曝光处理，驱动第一工件台至第一工件台旋转轴与轴接装置对接的预定位置，对接成功后，利用第一工件台自旋机构使第一工件台逆时针(或顺时针)旋转180°，使之变为正相位并进行卸片、上片，之后系统回到初始状态，完成一个工作周期。接下来为下一轮曝光工序，即重复上面的工序和换台流程，但旋转方向与上次相反。一种采用基于测量位自转调向的双工件台回转交换方法的双工件台回转交换装置，在基台IY方向两端部位处设置曝光工位2和测量位3，沿基台1两侧长边上对应分别设置Y向长行程直线运动单元5，在曝光工位2和测量位3上分别设置X向第一长行程直线运动单元6和X向第二长行程直线运动单元7，第一工件台如和第二工件台4b可分离地分别配装在X向第一长行程直线运动单元6和X向第二长行程直线运动单元7上，X向第一长行程直线运动单元6和X向第二长行程直线运动单元7分别与Y向长行程直线运动单元5 成H型配置，且可以由Y向长行程直线运动单元5驱动，第一工件台如和第二工件台4b分别运行于曝光工位2和测量位3 ；在曝光工位2和测量位3之间设置一个回转换台装置8， 回转换台装置8的机械结构包括设置于基台1下方的旋转电机定子8a、贯穿基台1的旋转电机动子8b、嵌入基台内的轴套8c以及工件台转接装置8d;在第一工件台如内部设置第一工件台自旋机构9，其结构包括第一工件台旋转轴9a以及第一工件台自旋电机9b ；在第二工件台4b内部设置第二工件台自旋机构10，其结构包括第二工件台旋转轴IOa以及第二工件台自旋电机IOb ；在基台1的测量位3处设置可升降的轴接装置11 ；第一工件台如侧面设置第一工件台转接装置12a，第二工件台4b侧面设置第二工件台转接装置12b ；第一工件台如和第二工件台4b底面为气浮面，且通过气浮面将第一工件台如和第二工件台 4b气浮在基台1之上；所述的第一工件台旋转轴9a与第一工件台如的横向接触面为径向气浮面；第二工件台旋转轴IOa与第二工件台4b的横向接触面为径向气浮面；轴接装置11 分别与第一工件台旋转轴9a或第二工件台旋转轴IOa联结，并将其固定在基台1之上，固定后第一工件台自旋机构9可以使第一工件台如绕第一工件台旋转轴9a自旋，第二工件台自旋机构10可以使第二工件台4b绕第二工件台旋转轴IOa自旋；在回转换台装置8的工件台转接装置8d上设有与第一工件台转接装置12a、第二工件台转接装置12b对接的接口，对接后回转换台装置8可以带动第一工件台如和第二工件台4b在基台上做顺时针和逆时针旋转。本发明的换台工作流程如下本发明换台过程中工件台需在水平方向旋转180°，而曝光和预处理工序需要工件台上表面各位置传感器的配合，因此工件台存在朝向问题。设定预处理、曝光、上下片工序中工件台的朝向为正相位，当其在水平面旋转180°后，朝向为负相位。如图4所示，初始工作状态，处于曝光工位2的第一工件台如预对准完毕，处于测量位3的第二工件台4b装载新硅片完毕，此时工件台的相位为正。接下来，曝光工位2开始进行曝光处理，与此同时处于测量位3的第二工件台4b开始进行预对准处理。两工件台完成本工位所需时间不等， 一般曝光处理时间较长，位于测量位3的第二工件台4b完成对准工作后处于等待状态，待
7位于曝光工位2的第一工件台如完成曝光工作后，进行工件台交换。工件台交换使预处理完毕的第二工件台4b移动到曝光工位2准备曝光，曝光完毕的第一工件台如移动到测量位3换片。回转换台会改变工件台各自的相位，为了保证回转换台之后第二工件台4b仍为正相位，需在回转换台前将其自旋180°。如图5、6所示，先将第二工件台4b移动到第二工件台旋转轴IOa与轴接装置11对接的预定位置，对接成功后，利用第二工件台自旋机构10使第二工件台4b逆时针旋转180°。此时第二工件台4b 为负相位。然后，如图7、8、9所示，将第一工件台4a、第二工件台4b与回转换台装置8对接。 工件台转接装置8d分别与第一工件台转接装置12a、第二工件台转接装置12b对接。之后令X向第一长行程直线运动单元6和X向第二长行程直线运动单元7退开一定距离，留出回转换台空间。如图10、11所示，回转换台装置8带动第一工件台如和第二工件台4b在基台上做与第二工件台4b的自旋方向相反的顺时针旋转运动。此时位于曝光工位2的第二工件台 4b为正相位。位于测量位3的第一工件台如为负相位，在进行上下片之前还需自旋180°， 调整到正相位。如图12、13、14所示，第二工件台4b脱离换台装置8之后运动到曝光工位2。第一工件台如脱离换台装置8后运动到第一工件台旋转轴9a与轴接装置11对接的预定位置， 对接成功后，利用第一工件台自旋机构9使第一工件台如做与回转换台装置8旋转方向相反的逆时针运动，并旋转180°。此时第一工件台如的相位为正，可以进行上下片。待完成上下片之后，系统回到如图4所示的初始状态，并且第一工件台如与第二工件台4b交换位置，处于曝光工位2的第二工件台4b预对准完毕，处于测量位3的第一工件台如装载新硅片完毕，完成一个工作周期。接下来为下一轮曝光工序，即重复上面的工序和换台流程。
权利要求
1.一种基于测量位自转调向的双工件台回转交换方法，其特征在于该方法步骤是 系统初始状态为处于曝光工位的第一工件台曝光完毕，测量位的第二工件台对准完毕，并规定此时工件台相位为正，接下来进行双工件台换位；第一步，将第二工件台驱动到第二工件台旋转轴与轴接装置对接的预定位置，对接成功后，利用第二工件台自旋机构使第二工件台逆时针或顺时针旋转180°，此时第二工件台为负相位，然后再与X向第二长行程直线运动单元对接；第二步，第一工件台、第二工件台沿Y轴同步相向驱动至与回转换台装置对接的预定位置，并同步可靠对接，然后回转换台装置携第一工件台、第二工件台绕回转轴0-0'顺时针或逆时针回转180°，此时第二工件台恢复到正相位，第一工件台变为负相位；第三步，第一工件台、第二工件台与回转换台装置分离，驱动第二工件台至曝光工位进行曝光处理，驱动第一工件台至第一工件台旋转轴与轴接装置对接的预定位置，对接成功后，利用第一工件台自旋机构使第一工件台逆时针或顺时针旋转180°，使之变为正相位并进行卸片、上片，之后系统回到初始状态，完成一个工作周期。接下来为下一轮曝光工序，即重复上面的工序和换台流程，但旋转方向与上次相反。
2.一种如权利要求1所述方法的双工件台回转交换装置，在基台(I)Y方向两端部位处设置曝光工位( 和测量位(3)，沿基台(1)两侧长边上对应分别设置Y向长行程直线运动单元(5)，在曝光工位( 和测量位C3)上分别设置X向第一长行程直线运动单元(6) 和X向第二长行程直线运动单元(7)，第一工件台Ga)和第二工件台Gb)可分离地分别配装在X向第一长行程直线运动单元(6)和X向第二长行程直线运动单元(7)上，X向第一长行程直线运动单元(6)和X向第二长行程直线运动单元(7)分别与Y向长行程直线运动单元( 成H型配置，且可以由Y向长行程直线运动单元( 驱动，第一工件台Ga)和第二工件台Gb)分别运行于曝光工位( 和测量位(3)；其特征在于在曝光工位(2)和测量位(3)之间设置一个回转换台装置(8)，回转换台装置(8)的机械结构包括设置于基台⑴下方的旋转电机定子(8a)、贯穿基台⑴的旋转电机动子(Sb)、嵌入基台内的轴套 (8c)以及工件台转接装置(8d)；在第一工件台Ga)内部设置第一工件台自旋机构(9)，其结构包括第一工件台旋转轴(9a)以及第一工件台自旋电机(9b)；在第二工件台Gb)内部设置第二工件台自旋机构(10)，其结构包括第二工件台旋转轴(IOa)以及第二工件台自旋电机(IOb)；在基台(1)的测量位C3)处设置可升降的轴接装置(11)；第一工件台Ga)侧面设置第一工件台转接装置(1 )，第二工件台Gb)侧面设置第二工件台转接装置(12b)； 第一工件台Ga)和第二工件台Gb)底面为气浮面，且通过气浮面将第一工件台Ga)和第二工件台Gb)气浮在基台(1)之上；所述的第一工件台旋转轴(9a)与第一工件台Ga)的横向接触面为径向气浮面；第二工件台旋转轴(IOa)与第二工件台Gb)的横向接触面为径向气浮面；轴接装置(11)分别与第一工件台旋转轴(9a)或第二工件台旋转轴(IOa)联结， 并将其固定在基台(1)之上，固定后第一工件台自旋机构(9)可以使第一工件台Ga)绕第一工件台旋转轴(9a)自旋，第二工件台自旋机构(10)可以使第二工件台Gb)绕第二工件台旋转轴(IOa)自旋；在回转换台装置(8)的工件台转接装置(8d)上设有与第一工件台转接装置(1 )、第二工件台转接装置(12b)对接的接口，对接后回转换台装置(8)可以带动第一工件台Ga)和第二工件台Gb)在基台上做顺时针和逆时针旋转。
全文摘要
一种基于测量位自转调向的双工件台回转交换方法与装置属于半导体制造装备技术领域，该装置包含一个回转换台装置，其机械结构包括设置于基台之下的旋转电机定子、贯穿基台的旋转电机动子、嵌入基台内的轴套以及硅片台转接装置，该回转换台装置实现光刻机硅片台位置交换，具有结构简单、换台节拍少、转动惯量小、双台切换时间短等优点；该装置在硅片台内部设置有硅片台自旋机构，其结构包括硅片台旋转轴以及硅片台自旋电机，在基台的测量位设置有可升降的轴接装置，硅片台自旋机构和轴接装置可以实现硅片台自旋，解决了以往旋转换台方案硅片台相位反转与光学系统配套难的问题。
文档编号G03F7/20GK102393608SQ20111037782
公开日2012年3月28日 申请日期2011年11月12日 优先权日2011年11月12日
发明者杨远源, 王雷, 谭久彬 申请人:哈尔滨工业大学