基于双层水冷的动磁钢磁浮双工件台矢量圆弧换台方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体制造装备技术领域，主要涉及基于一种基于双层水冷的的动磁钢磁浮双工件台矢量圆弧回转换台方法及装置。
【背景技术】
[0002]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。作为光刻机关键子系统的工件台在很大程度上决定了光刻机的分辨率、套刻精度和产率。
[0003]产率是光刻机发展的主要追求目标之一。在满足分辨率和套刻精度的条件下，提尚工件台运彳丁效率进而提尚提尚光刻机广率是工件台技术的发展方向。提尚工件台运彳丁效率最直接的方式就是提高工件台的运动加速度和速度，但是为保证原有精度，速度和加速度不能无限制提高。最初的工件台只有一个硅片承载装置，光刻机一次只能处理一个硅片，全部工序串行处理，生产效率低。为此有人提出了双工件台技术，这也是目前提高光刻机生产效率的主流技术手段。双工件台技术在工件台上设有曝光、预处理两个工位和两个工件台，曝光和测量调整可并行处理，大大缩短了时间，提高了生产效率。目前的代表产品为荷兰ASML公司基于Twinscan技术即双工件台技术的光刻机。
[0004]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。双工件台技术的牵扯到工件台在两个工位之间切换的问题，换台效率直接影响到光刻机工件台的运行效率即光刻机的产率。如何在尽可能缩短换台时间的条件下减小换台对其他系统的干扰一直是研究的重点。在传统双台切换过程中，工件台在曝光和预处理工序中一样为直线驱动，双台专利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采用親合连接方式，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利影响。中国专利CN101609265提出了一种平面电机驱动的硅片台多台交换系统，平面电机定子设置在基台顶部，动子设置在硅片台底部，相对于直线电机驱动不存在工件台和驱动单元的分离；中国专利CN101694560中提出了一种采用气浮支撑永磁平面电机驱动的双台交换系统，工件台采用平面电机驱动并通过气浮支撑，避免了前述换台过程中驱动单元与工件台分离问题，减小了工件台运行阻力，减小了平面电机驱动电流，减小了散热问题。
[0005]上述专利换台时采用直线换台方案，回转换台方案较直线换台方案有独特优势，因此出现了采用回转换台的双工件台技术。中国专利CN101071275采用回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。但是通过回转整个基台实现工件台换位存在转动惯量大，大功率回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。中国专利CN102495528在基台中心采用一种回转转接台完成双工件台换台，换台分为三个节拍，提高了换台效率，但回转换台机构结构复杂，回转定位精度较低。
[0006]为了防止平衡质量块的漂移，美国US7034920B2提出利用接触式的直线推杆或偏心转轮作为主动补偿机构，原理简单，可有效抑制平衡质量块的漂移，但不能抑制Rz转动。中国专利ZL200710041226提出双电机曲柄摇杆机构，其在X，Y方向具有顺从性，而在Z轴具有良好的刚度。对于主动式运动补偿机构，其优点是能够对平衡质量块进行精确的位置补偿，但控制复杂、系统鲁棒性差、可靠性低，同时成本高、保养周期短、使用寿命短。
【发明内容】
[0007]针对上述现有技术的不足，本发明提出了一种基于双层水冷的的动磁钢磁浮双工件台矢量圆弧回转换台方法及装置，达到实现工件台单节拍快速弧线换台、减少换台环节、缩短换台时间、有效提高了光刻机产率，同时有效降低工件台温度的目的。
[0008]本发明的目的是这样实现的:
一种基于双层水冷的动磁钢磁浮双工件台矢量圆弧换台方法，该方法包括以下步骤:初始工作状态，测量位第一工件台处于预对准状态，曝光位第二工件台处于曝光状态;第一步，测量位第一工件台预对准完毕后由动磁钢驱动运动到测量位换台预定位置A并充电和等待，曝光位第二工件台曝光完毕后由动磁钢驱动运动到曝光位换台预定位置C;第二步，第一工件台与第二工件台通过平面电机矢量控制沿圆弧轨迹逆时针运动，在运动过程中，两个工件台的相位不发生变化，运动位置由平面光栅进行测量，当第一工件台由动磁钢驱动运动到曝光位预定位置C、第二工件台由动磁钢驱动运动到测量位预定位置D时，换台结束，第一工件台在曝光位进行硅片光刻曝光，第二工件台在测量位进行硅片上片及硅片预对准操作;第三步，测量位第二工件台预对准完毕后由动磁钢驱动运动到测量位换台预定位置Α’并充电和等待，曝光位第一工件台曝光完毕后由动磁钢驱动运动到曝光位预定位置C;第四步，第二工件台与第一工件台通过平面电机矢量控制沿圆弧轨迹顺时针运动，当第二工件台由动磁钢驱动运动到曝光位预定位置C、第一工件台由动磁钢驱动运动到测量位预定位置D时，换台结束，曝光位第二工件台进入曝光状态，测量位第一工件台进行上下片及预对准操作，此时系统回到初始工作状态，完成了包含两次换台操作的一个工作周期，在测量、曝光和换台过程中采用无线通讯方式完成。
[0009]—种基于双层水冷的动磁钢磁浮双工件台矢量圆弧换台装置，该装置包括支撑框架、平衡质量块、第一工件台、第二工件台、无线充电发射器，所述平衡质量块位于支撑框架上方，宏动平面电机定子安装在平衡质量块上的平面上，第一工件台和第二工件台配置在宏动平面电机定子上方，所述第一工件台和第二工件台运行于测量位和曝光位之间，在第一工件台和第二工件台上平面上分别安装测量位平面光栅和曝光位平面光栅;支撑框架通过由平面片簧和电磁阻尼器并行组成的运动补偿机构与平衡质量块相连接，所述平面片簧由I对X向片簧、I对Y向片簧、I个Z向片簧和I个Rz柔性铰链组成，所述电磁阻尼器由阻尼器上背板、上部Y向永磁铁阵列和X向永磁铁阵列、紫铜板、下部Y向永磁铁阵列和X向永磁铁阵列、阻尼器下背板装配而成，阻尼器上背板与阻尼器下背板固定，其中上部Υ、Χ向永磁铁阵列安装于阻尼器上背板与紫铜板之间，下部Υ、Χ向永磁铁阵列安装于紫铜板与阻尼器下背板之间，并在气隙间构成强磁场，紫铜板(23)固定于支撑框架上，阻尼器上背板与平衡质量块固定，相对于上、下背板紫铜板可以产生Χ、Υ向平动和Rz转动;第一工件台和第二工件台为六自由度磁浮微动台，所述六自由度磁浮微动台由Chuck、吸盘、防撞框、宏动平面电机动子、光栅读数头、调平调焦传感器、无线充电接收器、无线通讯收发器组成，微动平面电机动子与重力补偿器动子集成在一起构成，所述吸盘安装在Chuck上，Chuck四个角上安装有四个光栅读数头和调平调焦传感器，Chuck四周安装有防撞框，所述宏动平面电机动子安装在防撞框下方，宏动平面电机动子由磁钢阵列交错排布构成，宏动平面电机定子由上部水冷管道、线圈阵列及下部水冷管道构成，其中线圈阵列成人字形排布。
[0010]本发明具有以下创新点和突出优点:
1)提出圆弧矢量换台方法，并设计了圆弧矢量换台装置。采用矢量换台策略将双工件台现有的多节拍直线换台优化为单节拍快速换台，起停次数少、稳定环节少；同时采用弧线轨迹规划缩短了换台路径，回转冲击小、稳定时间短，同时交换过程实时测量系统监测，确保换台过程中宏/微定位精度，直接溯源到激光波长，最终实现了换台的高效率和高精度两个特性的兼顾。这是本发明的创新点和突出优点之一；
2)提出双层水冷结构动磁钢磁浮平面电机大行程磁驱方法，并设计了双层水冷结构动磁钢磁浮平面电机装置。该装置采用双层水冷布局，有效降低温度，使温度分布均匀，热变形小，同时采用动磁钢驱动、无线通信数据传输，无线缆束缚，结构简单，定位精度高，这是本发明的创新点和突出优点之二；
3)提出了无线通电和无线通信的无线缆干扰的工件台交换方法，并设计了无线通电和无线通信的双工件台装置。该装置在磁浮磁驱的基础上，采用无线通电和无线信号传输方式，实现两个微动台电源和通讯信号的无线传输和控制，使得整体结构紧凑，更重要的是消除了电缆和信号线缆扰动对双工件台定位精度的影响，实现了无线供电、无线通信数据的传输和无线缆束缚。这是本发明的创新点和突出优点之三；
4)提出被动补偿方法和冲量平衡方法，并设计了基于电磁阻尼器和平面片簧的被动补偿和平衡质量机构。该机构可以实现平衡质量块X向、Y向、Z向、Rz运动补偿，相对于主动补偿结构，降低了机构的复杂程度，减小了控制和实施难度，这是本发明的创新点和突出优点之四。
【附图说明】
[0011]图1是单节拍优化规划弧线快速换台流程示意图。
[0012]图2是基于双层水冷的动磁钢磁浮双工件台矢量圆弧换台装置总体结构示意图。
[0013]图3是宏动平面电机定子双层水冷结构示意图。
[0014]图4是运动补偿机构与平衡质量块装配结构示意图。
[0015]图5是平面片簧结构示意图。
[0016]图6是电磁阻尼结构示意图。
[0017]图7是电磁阻尼器磁钢排布示意图。
[0018]图8是六自由度磁浮微动台结构示意图。
[0019]图9是微动平面电机动子与重力补偿器集成机构示意图。
[°02°]图10是宏动平面电机动子磁刚阵列排布不意图。
[0021]图11是宏动平面电机定子线圈阵列排布示意图。
[0022]图中件号:1-支撑框架；2-平衡质量系统；3-宏动平面电机定子;3a_上部水冷管道;3b-宏动平面电机线圈阵列；3c-下部水冷管道;4a-第一工件台；4b-第二工件台；5a-测量位平面光栅;5b-曝光位平面光栅；11-测量位；12-曝光位；13-平行片簧；14-电磁阻尼器；21-阻尼器上背板;22a-上部Y向永磁