基于六邊形磁鋼布局的動磁鋼磁浮雙工件臺矢量圓弧換臺方法及裝置的制造方法
【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，主要涉及基于一種基于六邊形磁鋼布局的動磁鋼磁浮雙工件臺矢量圓弧回轉(zhuǎn)換臺方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]光刻機是極大規(guī)模集成電路制造中重要的超精密裝備之一。作為光刻機關(guān)鍵子系統(tǒng)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(chǎn)率。
[0003]產(chǎn)率是光刻機發(fā)展的主要追求目標(biāo)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(jìn)而提尚提尚光刻機廣率是工件臺技術(shù)的發(fā)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(chǎn)效率低。為此有人提出了雙工件臺技術(shù)，這也是目前提高光刻機生產(chǎn)效率的主流技術(shù)手段。雙工件臺技術(shù)在工件臺上設(shè)有曝光、預(yù)處理兩個工位和兩個工件臺，曝光和測量調(diào)整可并行處理，大大縮短了時間，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)即雙工件臺技術(shù)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(shù)的發(fā)展目標(biāo)之一。雙工件臺技術(shù)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(chǎn)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(tǒng)的干擾一直是研究的重點。在傳統(tǒng)雙臺切換過程中，工件臺在曝光和預(yù)處理工序中一樣為直線驅(qū)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(xiàn)雙臺的交換，在不提高工件臺運動速度的前提下提高了產(chǎn)率，但由于工件臺與導(dǎo)軌之間采用親合連接方式，在換臺過程中工件臺與驅(qū)動單元會出現(xiàn)短暫的分離，對工件臺的定位精度產(chǎn)生較大影響。同時運動單元和導(dǎo)軌較長，運動質(zhì)量較大，對于運動速度和加速度的提高都產(chǎn)生不利影響。中國專利CN101609265提出了一種平面電機驅(qū)動的硅片臺多臺交換系統(tǒng)，平面電機定子設(shè)置在基臺頂部，動子設(shè)置在硅片臺底部，相對于直線電機驅(qū)動不存在工件臺和驅(qū)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(qū)動的雙臺交換系統(tǒng)，工件臺采用平面電機驅(qū)動并通過氣浮支撐，避免了前述換臺過程中驅(qū)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(qū)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(zhuǎn)換臺方案較直線換臺方案有獨特優(yōu)勢，因此出現(xiàn)了采用回轉(zhuǎn)換臺的雙工件臺技術(shù)。中國專利CN101071275采用回轉(zhuǎn)整個基臺的方式實現(xiàn)雙工件臺的換位，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，同時兩個工件臺運動無重疊區(qū)域，避免了碰撞安全隱患。但是通過回轉(zhuǎn)整個基臺實現(xiàn)工件臺換位存在轉(zhuǎn)動慣量大，大功率回轉(zhuǎn)電機精密定位困難和發(fā)熱量大引起系統(tǒng)溫升等問題，同時回轉(zhuǎn)半徑大，使光刻機主機結(jié)構(gòu)顯著增大。中國專利CN102495528在基臺中心采用一種回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)接臺完成雙工件臺換臺，換臺分為三個節(jié)拍，提高了換臺效率，但回轉(zhuǎn)換臺機構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，回轉(zhuǎn)定位精度較低。
[0006]平面電機由通電線圈在永磁陣列氣隙磁場中產(chǎn)生的洛倫茲力提供驅(qū)動力和支撐力，采用永磁陣列作為動子的磁浮平面電機，具有無線纜干擾，適應(yīng)真空工作環(huán)境的特點。隨著對宏動平面電機速度、加速度提高的要求，需要不斷提高氣隙間的磁感應(yīng)強度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種六邊形磁鋼布局的動磁鋼磁浮雙工件臺矢量圓弧回轉(zhuǎn)換臺方法及裝置，達(dá)到實現(xiàn)工件臺單節(jié)拍快速弧線換臺、減少換臺環(huán)節(jié)、縮短換臺時間、有效提高了光刻機產(chǎn)率的目的。
[0008]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:
一種基于六變形磁鋼排布的動磁鋼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(tài)，測量位第一工件臺處于預(yù)對準(zhǔn)狀態(tài)，曝光位第二工件臺處于曝光狀態(tài);第一步，測量位第一工件臺預(yù)對準(zhǔn)完畢后由動磁鋼驅(qū)動運動到測量位換臺預(yù)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磁鋼驅(qū)動運動到曝光位預(yù)定位置C;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(fā)生變化，運動位置由干涉儀進(jìn)行測量，當(dāng)?shù)谝还ぜ_由動磁鋼驅(qū)動運動到曝光位預(yù)定位置C、第二工件臺由動磁鋼驅(qū)動運動到測量位預(yù)定位置D時，換臺結(jié)束，第一工件臺在曝光位進(jìn)行硅片光刻曝光，第二工件臺在測量位進(jìn)行硅片上片及硅片預(yù)對準(zhǔn)操作;第三步，測量位第二工件臺預(yù)對準(zhǔn)完畢后由動磁鋼驅(qū)動運動到測量位換臺預(yù)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磁鋼驅(qū)動運動到曝光位預(yù)定位置C;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，當(dāng)?shù)诙ぜ_由動磁鋼驅(qū)動運動到曝光位預(yù)定位置C、第一工件臺由動磁鋼驅(qū)動運動到測量位預(yù)定位置D時，換臺結(jié)束，曝光位第二工件臺進(jìn)入曝光狀態(tài)，測量位第一工件臺進(jìn)行上下片及預(yù)對準(zhǔn)操作，此時系統(tǒng)回到初始工作狀態(tài)，完成了包含兩次換臺操作的一個工作周期，在測量、曝光和換臺過程中采用無線通訊方式完成。
[0009]—種基于六邊形磁鋼布局的動磁鋼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(zhì)量塊、第一工件臺、第二工件臺、無線充電發(fā)射器，所述平衡質(zhì)量塊位于支撐框架上方，宏動平面電機定子安裝在平衡質(zhì)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、角錐棱角、防撞框、宏動平面電機動子、零位傳感器、調(diào)平調(diào)焦傳感器、無線充電接收器、無線通訊收發(fā)器組成，所述微動電機由微動平面電機動子與重力補償器動子集成在一起構(gòu)成，所述吸盤安裝在Chuck上，Chuck四周安裝有四個角錐棱角，Chuck四周安裝有防撞框，所述宏動平面電機動子安裝在防撞框下方，宏動平面電機動子由磁鋼陣列構(gòu)成，所述磁鋼陣列呈六邊形布局，宏動平面電機定子由線圈陣列呈人字形排布構(gòu)成。
[0010]本發(fā)明具有以下創(chuàng)新點和突出優(yōu)點:
I)提出的圓弧矢量換臺方案可有效縮短換臺時間，提高了換臺效率。采用矢量換臺策略將雙工件臺現(xiàn)有的多節(jié)拍直線換臺優(yōu)化為單節(jié)拍快速換臺，起停次數(shù)少、穩(wěn)定環(huán)節(jié)少；同時采用弧線軌跡規(guī)劃縮短了換臺路徑，回轉(zhuǎn)沖擊小、穩(wěn)定時間短，這是本發(fā)明的創(chuàng)新點和突出優(yōu)點之一；
2)提出的基于六邊形磁鋼布局的動磁鋼磁浮平面電機，采用復(fù)合電流驅(qū)動實現(xiàn)高功效矢量控制，具有運動范圍大、推力密度大、動態(tài)特性好、繞組利用率高、溫度分布均勻、熱變形小等特點，同時采用動磁鋼驅(qū)動、無線通信數(shù)據(jù)傳輸，無線纜束縛，結(jié)構(gòu)簡單，定位精度高，這是本發(fā)明的創(chuàng)新點和突出優(yōu)點之二；
3)提出了無線通電和無線通信的無線纜干擾的工件臺交換方法，并設(shè)計了無線通電和無線通信的雙工件臺裝置。該裝置在磁浮磁驅(qū)的基礎(chǔ)上，采用無線通電和無線信號傳輸方式，實現(xiàn)兩個微動臺電源和通訊信號的無線傳輸和控制，使得整體結(jié)構(gòu)緊湊，更重要的是消除了電纜和信號線纜擾動對雙工件臺定位精度的影響，實現(xiàn)了無線供電、無線通信數(shù)據(jù)的傳輸和無線纜束縛。這是本發(fā)明的創(chuàng)新點和突出優(yōu)點之三。
【附圖說明】
[0011]圖1是單節(jié)拍優(yōu)化規(guī)劃弧線快速換臺流程示意圖。
[0012]圖2是基于六邊形磁鋼布局的動磁鋼磁浮雙工件臺矢量圓弧換臺裝置總體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖3是雙工件臺系統(tǒng)的剖視圖。
[0014]圖4是六自由度磁浮微動臺結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖5是微動平面電機動子與重力補償器集成機構(gòu)示意圖。
[0016]圖6是宏動平面電機動子磁剛陣列排布不意圖。
[0017]圖7是宏動平面電機定子線圈陣列排布示意圖。
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