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一種三自由度光刻機雙工件臺框架氣浮補償方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510353919.3

申請日:

2015.06.24

公開號:

CN104914683A

公開日:

2015.09.16

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||著錄事項變更IPC(主分類):G03F 7/20變更事項:發明人變更前:陳興林 萬勇利 宋法質 韓記曉 張常江 趙為志 何良辰 劉洋 宋躍 陳震宇變更后:劉楊 陳震宇 宋法質|||實質審查的生效 IPC(主分類):G03F 7/20申請日:20150624|||公開
IPC分類號: G03F7/20 主分類號: G03F7/20
申請人: 哈爾濱工業大學
發明人: 陳興林; 萬勇利; 宋法質; 韓記曉; 張常江; 趙為志; 何良辰; 劉洋; 宋躍; 陳震宇
地址: 150000黑龍江省哈爾濱市南崗區西大直街92號
優先權:
專利代理機構: 哈爾濱龍科專利代理有限公司23206 代理人: 高媛
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510353919.3

授權公告號:

104914683B|||||||||

法律狀態公告日:

2017.06.13|||2017.05.31|||2015.11.04|||2015.09.16

法律狀態類型:

授權|||著錄事項變更|||實質審查的生效|||公開

摘要

一種三自由度光刻機雙工件臺框架氣浮補償方法,本發明屬于光刻機雙工件臺框架運動控制的高精度控制定位的技術領域。它的方法步驟為:在框架的一個長邊同一側固定安裝第一三角光傳感器、第二三角光傳感器,在框架的短邊上固定安裝第三三角光傳感器;設傳感器的測量值在初始值的基礎上變化了△m1,△m2,△m3,利用△m1,△m2求角度θ;以第二三角光傳感器為研究對象,計算三個運動對第二三角光傳感器讀數的影響;得出框架沿Y方向偏移的距離△Y,在X向偏移的距離△X;根據θ,△X,△Y的值進行電機給定補償;補償公轉電機控制給定,補償X/Y電機的控制給定。本發明可以實現光刻機雙工件臺的換臺補償,對于外界的對框架的干擾可以實時動態補償宏動電機的控制給定,達到順利換臺的目的。

權利要求書

權利要求書
1.  一種三自由度光刻機雙工件臺框架氣浮補償方法,其特征在于它的方法步驟為:
步驟一:在框架(A)的一個長邊同一側固定安裝第一三角光傳感器(1)、第二三角光傳感器(2),在框架(A)的短邊上固定安裝第三三角光傳感器(3);
步驟二:在框架(A)未被氣族浮起之前,把此時框架(A)的位置記錄為初始位置;以公轉電機(4)為中心,取框架(A)的長邊為Y軸,框架(A)的短邊為X軸,建立坐標,取框架(A)逆時針旋轉為正向,記錄此初始位置的信息:取公轉電機(4)的控制給定:G0公轉;X軸上的X1電機的控制給定為:Gx10;X軸上的X2電機的控制給定為:Gx20;Y軸上的YA1電機/YA2電機的控制給定為:Gy10/20;Y軸上的YB1電機/YB2電機的控制給定為:Gy30/40;第一三角光傳感器(1)、第二三角光傳感器(2)和第三三角光傳感器(3)的測量值:m10,m20,m30;框架(A)的所有偏移情況均可以用三個自由度的子運動來合成,分別為:①、框架(A)以公轉電機為中心旋轉角度θ;②、框架(A)沿Y方向偏移ΔY;③、框架(A)沿X方向偏移ΔX;框架(A)的每一種偏移狀態都可由:θ,ΔY,ΔX坐標表示出來且一一對應,求得三個量的值即可得到框架(A)的偏移情況,可以根據這三個量來進行補償;顯然,在初始位置θ=ΔX=ΔY=0;
步驟三:設傳感器的測量值在初始值的基礎上變化了Δm1,Δm2,Δm3,利用Δm1,Δm2求角度θ;對于第一三角光傳感器(1)、第二三角光傳感器(2)有關系式:
tanθ=|Δm1|+|Δm2|d1]]>
θ=arctan(|Δm1|+|Δm2|d1);]]>
進而求框架(A)的旋轉角度θ;
步驟四:以第二三角光傳感器(2)為研究對象,計算三個運動對第二三角光傳感器(2)讀數的影響:
(一)、框架(A)以公轉電機中心位置為中心,逆時針旋轉角度θ后對Y向的測量讀數的影響,記為Δy';
Δy=Δy1+Δy2=(l2-12cosθ)+{(d3-l2sinθ)*tanθ}]]>
Δy1':以中心為圓心逆時針旋轉角度θ,扭曲長方形且框架(A)右側短邊保持垂直,短邊中點到公轉電機中心點的距離保持不變,此運動對Y向的測量讀數的影響量;
Δy2':在上述運動基礎上,以框架(A)右側短邊中點為圓心逆時針旋轉角度θ,此運動對Y向的測量讀數的影響量;
(二)、在框架(A)旋轉后,沿X向位移ΔX,此時對Y向讀數的影響,設變化為Δy”,
Δy”=ΔX*tanθ
(三)、在上述運動的基礎上,框架(A)沿Y向位移ΔY,設此運動對Y向讀數的影響為Δy″′,
Δy″′=-ΔY
第三三角光傳感器(3)的讀數變化為:
Δm3=Δy'+Δy”+Δy″′
即:
Δm3=l2-l2cosθ+(d3-l2sinθ)*tanθ+ΔX*tanθ-ΔY;]]>
步驟五:以第二三角光傳感器(2)為研究對象,計算三個運動對第二三角光傳感器(2)讀數的影響:
(一)、框架(A)以公轉電機中心為中心,逆時針旋轉角度θ后對X向的測量讀數的影響,記為Δx',
Δx=Δx1+Δx2=k2-k2cosθ+(d2-k2sinθ)*tanθ]]>
Δx1':以公轉電機中心為圓心逆時針旋轉角度θ,并且保證框架(A)長邊保持水平,且長邊中點到公轉電機中心的距離保持不變,此運動對ΔX的影響量;
Δx2':以長邊中點為圓心逆時針旋轉角度θ,此運動對ΔX的影響量;
(二)、在框架(A)旋轉后,沿Y向位移ΔY,此時對第二三角光傳感器(2)的讀數的影響,設變化為Δx”,
Δx”=-ΔY*tanθ
(三)、在上述運動的基礎上,框架(A)沿X向位移ΔX,此運動對第二三角光傳感器(2)的讀數的影響為Δx″′,
Δx″′=-ΔX
第二三角光傳感器(2)的讀數變化為:
Δm2=Δx'+Δx”+Δx″′
即:
Δm2=k2-k2cosθ+(d2-k2sinθ)*tanθ-ΔY*tanθ-ΔX]]>
三式聯立:
tanθ=|Δm1|+|Δm2|d1Δm2=k2-k2cosθ+(d2-k2sinθ)*tanθ-ΔY*tanθ-ΔXΔm3=l2-l2cosθ+(d3-l2sinθ)*tanθ+ΔX*tanθ-ΔY]]>
得出框架(A)沿Y方向偏移的距離ΔY,在X向偏移的距離ΔX;根據θ,ΔX,ΔY的值進行電機給定補償;
步驟六:

1、  補償公轉電機控制給定;
公轉電機同樣以逆時針方向旋轉為正方向,角度范圍為0~180°,設G公轉為框架(A)偏移后公轉的給定,得
G公轉=G0公轉+θ

2、  補償X/Y電機的控制給定
框架(A)旋轉角度補償后,補償X、Y電機的控制給定;
設補償后,X1、X2電機的給定為Gx1、Gx2,YA1/YA2、YB1/YB2電機的控制給定為Gy1/2、Gy3/4,得:
Gx1=Gx10-ΔGx=Gx10-ΔY*sinθ-ΔX*cosθ
Gy1/2=Gy10/20-ΔGy=Gy10/20-ΔY*cosθ+ΔX*sinθ
Gx2=Gx20-ΔGx=Gx20-ΔY*sinθ-ΔX*cosθ
Gy3/4=Gy30/40-ΔGy=Gy30/40-ΔY*cosθ+ΔX*sinθ
其中:
ΔGy:ΔX,ΔY在YA1/YA2電機運行方向上的投影和;
ΔGx;ΔX,ΔY在X1電機運行方向上的投影和。

說明書

說明書一種三自由度光刻機雙工件臺框架氣浮補償方法
技術領域
本發明屬于光刻機雙工件臺框架運動控制的高精度控制定位的技術領域。
背景技術
隨著電子技術的發展,電子行業對芯片刻制效率和刻制精度的要求越來越高;光刻機采用光學原理對芯片進行刻制,刻制精度可以達到45nm;為了提高光刻機的生產效率,普遍采用雙工件臺的設計方法,一個臺體處于曝光狀態,另一個臺體處于曝光檢測狀態;完成后,系統需要公轉電機進行工件臺轉換;光刻機在工作時對周圍環境要求很高,需要將工件臺框架用氣族浮起,達到隔離外界干擾的效果;雙工件臺光刻機是對定位精度要求極高的位置伺服控制系統,要求宏動電機可以精確地定位曝光區、曝光檢測區,而且曝光完成后需要能夠可靠地旋轉換臺;由于光刻機工件臺臺體框架由氣族浮起,會發生一定的旋轉和位移,這將影響框架上的宏動電機的定位位置;由于光刻機伺服控制系統高精度的定位要求,這就存在換臺定位位置不準確的問題。
發明內容
本發明的目的是提供一種三自由度光刻機雙工件臺框架氣浮補償方法,是為了解決光刻機工件臺框架偏移后,兩個工件臺不能夠正常換臺的問題和框架的偏移為水平運動、垂直運動和旋轉運動三個自由度的運動的綜合的問題。
所述的目的是通過以下方案實現的:所述的一種三自由度光刻機雙工件臺框架氣浮補償方法,它的方法步驟為:
步驟一:在框架A的一個長邊同一側固定安裝第一三角光傳感器1、第二三角光傳感器2,在框架A的短邊上固定安裝第三三角光傳感器3;
步驟二:在框架A未被氣族浮起之前,把此時框架A的位置記錄為初 始位置;以公轉電機4為中心,取框架A的長邊為Y軸,框架A的短邊為X軸,建立坐標,取框架A逆時針旋轉為正向,記錄此初始位置的信息:取公轉電機4的控制給定:G0公轉;X軸上的X1電機的控制給定為:Gx10;X軸上的X2電機的控制給定為:Gx20;Y軸上的YA1電機/YA2電機的控制給定為:Gy10/20;Y軸上的YB1電機/YB2電機的控制給定為:Gy30/40;第一三角光傳感器1、第二三角光傳感器2和第三三角光傳感器3的測量值:m10,m20,m30;框架A的所有偏移情況均可以用三個自由度的子運動來合成,分別為:①、框架A以公轉電機為中心旋轉角度θ;②、框架A沿Y方向偏移ΔY;③、框架A沿X方向偏移ΔX;框架A的每一種偏移狀態都可由:θ,ΔY,ΔX坐標表示出來且一一對應,求得三個量的值即可得到框架A的偏移情況,可以根據這三個量來進行補償;顯然,在初始位置θ=ΔX=ΔY=0;
步驟三:設傳感器的測量值在初始值的基礎上變化了Δm1,Δm2,Δm3,利用Δm1,Δm2求角度θ;對于第一三角光傳感器1、第二三角光傳感器2有關系式:
tanθ=|Δm1|+|Δm2|d1]]>
θ=arctan(|Δm1|+|Δm2|d1);]]>
進而求框架A的旋轉角度θ;
步驟四:以第二三角光傳感器2為研究對象,計算三個運動對第二三角光傳感器2讀數的影響:
(一)、框架A以公轉電機中心位置為中心,逆時針旋轉角度θ后對 Y向的測量讀數的影響,記為Δy′;
Δy=Δy1+Δy2=(l2-l2cosθ)+{(d3-l2sinθ)*tanθ}]]>
Δy1′:以中心為圓心逆時針旋轉角度θ,扭曲長方形且框架A右側短邊保持垂直,短邊中點到公轉電機中心點的距離保持不變,此運動對Y向的測量讀數的影響量;
Δy2′:在上述運動基礎上,以框架A右側短邊中點為圓心逆時針旋轉角度θ,此運動對Y向的測量讀數的影響量;
(二)、在框架A旋轉后,沿X向位移ΔX,此時對Y向讀數的影響,設變化為Δy″,
Δy″=ΔX*tanθ
(三)、在上述運動的基礎上,框架A沿Y向位移ΔY,設此運動對Y向讀數的影響為Δy″′,
Δy″′=-ΔY
第三三角光傳感器3的讀數變化為:
Δm3=Δy′+Δy″+Δy″′
即:
Δm3=l2-l2cosθ+(d3-l2sinθ)*tanθ+ΔX*tanθ-ΔY;]]>
步驟五:以第二三角光傳感器2為研究對象,計算三個運動對第二三角光傳感器2讀數的影響:
(一)、框架A以公轉電機中心為中心,逆時針旋轉角度θ后對X向的測量讀數的影響,記為Δx′,
Δx=Δx1+Δx2=k2-k2cosθ+(d2-k2sinθ)*tanθ]]>
Δx1′:以公轉電機中心為圓心逆時針旋轉角度θ,并且保證框架A長邊保持水平,且長邊中點到公轉電機中心的距離保持不變,此運動對ΔX的影響量;
Δx2′:以長邊中點為圓心逆時針旋轉角度θ,此運動對ΔX的影響量;
(二)、在框架A旋轉后,沿Y向位移ΔY,此時對第二三角光傳感器2的讀數的影響,設變化為Δx″,
Δx″=-ΔY*tanθ
(三)、在上述運動的基礎上,框架A沿X向位移ΔX,此運動對第二三角光傳感器2的讀數的影響為Δx″′,
Δx″′=-ΔX
第二三角光傳感器2的讀數變化為:
Δm2=Δx′+Δx″+Δx″′
即:
Δm2=k2-k2cosθ+(d2-k2sinθ)*tanθ-ΔY*tanθ-ΔX]]>
三式聯立:
tanθ=|Δm1|+|Δm2|d1Δm2=k2-k2cosθ+(d2-k2sinθ)*tanθ-ΔY*tanθ-ΔXΔm3=l2-l2cosθ+(d3-l2sinθ)*tanθ+ΔX*tanθ-ΔY]]>
得出框架A沿Y方向偏移的距離ΔY、在X向偏移的距離ΔX;根據θ,ΔX,ΔY的值進行電機給定補償;
步驟六:
(1)補償公轉電機控制給定;
公轉電機同樣以逆時針方向旋轉為正方向,角度范圍為0~180°,設G公轉為框架A偏移后公轉的給定,得
G公轉=G0公轉+θ
(2)補償X/Y電機的控制給定
框架A旋轉角度補償后,補償X、Y電機的控制給定;
設補償后,X1、X2電機的給定為Gx1、Gx2,YA1/YA2、YB1/YB2電機的控制給定為Gy1/2、Gy3/4,得:
Gx1=Gx10-ΔGx=Gx10-ΔY*sinθ-ΔX*cosθ
Gy1/2=Gy10/20-ΔGy=Gy10/20-ΔY*cosθ+ΔX*sinθ
Gx2=Gx20-ΔGx=Gx20-ΔY*sinθ-ΔX*cosθ
Gy3/4=Gy30/40-ΔGy=Gy30/40-ΔY*cosθ+ΔX*sinθ
其中:
ΔGy:ΔX,ΔY在YA1/YA2電機運行方向上的投影和;
ΔGx:ΔX,ΔY在X1電機運行方向上的投影和。
本發明可以實現光刻機雙工件臺的換臺補償,對于外界的對框架的干擾可以實時動態補償宏動電機的控制給定,達到順利換臺的目的。優點:將框架浮起后可以有效地隔離地面震動等干擾對于光刻機控制系統的影響,而且本專利對框架的偏移對電機給定進行了補償,使得框架浮起后仍能順利換臺,完成芯片的刻制。
附圖說明
圖1是本發明中涉及的硬件結構示意圖。
具體實施方式
具體實施方式一:結合圖1所示,它的方法步驟為:
步驟一:在框架A的一個長邊同一側固定安裝第一三角光傳感器1、第二三角光傳感器2,在框架A的短邊上固定安裝第三三角光傳感器3;
步驟二:在框架A未被氣族浮起之前,把此時框架A的位置記錄為初始位置;以公轉電機4為中心,取框架A的長邊為Y軸,框架A的短邊為X軸,建立坐標,取框架A逆時針旋轉為正向,記錄此初始位置的信息:取公轉電機4的控制給定:G0公轉;X軸上的X1電機的控制給定為:Gx10;X軸上的X2電機的控制給定為:Gx20;Y軸上的YA1電機/YA2電機的控制給定為:Gy10/20;Y軸上的YB1電機/YB2電機的控制給定為:Gy30/40;第一三角光傳感器1、第二三角光傳感器2和第三三角光傳感器3的測量值:m10,m20,m30;框架A的所有偏移情況均可以用三個自由度的子運動來合成,分別為:①、框架A以公轉電機為中心旋轉角度θ;②、框架A沿Y方向偏移ΔY;③、框架A沿X方向偏移ΔX;框架A的每一種偏移狀態都可由:θ,ΔY,ΔX坐標表示出來且一一對應,求得三個量的值即可得到框架A的偏移情況,可以根據這三個量來進行補償;顯然,在初始位置θ=ΔX=ΔY=0;
步驟三:設傳感器的測量值在初始值的基礎上變化了Δm1,Δm2,Δm3,利用Δm1,Δm2求角度θ;對于第一三角光傳感器1、第二三角光傳感器2有關系式:
tanθ=|Δm1|+|Δm2|d1]]>
θ=arctan(|Δm1|+|Δm2|d1);]]>
進而求框架A的旋轉角度θ;
步驟四:以第二三角光傳感器2為研究對象,計算三個運動對第二三 角光傳感器2讀數的影響:
(一)、框架A以公轉電機中心位置為中心,逆時針旋轉角度θ后對Y向的測量讀數的影響,記為Δy′;
Δy=Δy1+Δy2=(l2-l2cosθ)+{(d3-l2sinθ)*tanθ}]]>
Δy1′:以中心為圓心逆時針旋轉角度θ,扭曲長方形且框架A右側短邊保持垂直,短邊中點到公轉電機中心點的距離保持不變,此運動對Y向的測量讀數的影響量;
Δy2′:在上述運動基礎上,以框架A右側短邊中點為圓心逆時針旋轉角度θ,此運動對Y向的測量讀數的影響量;
(二)、在框架A旋轉后,沿X向位移ΔX,此時對Y向讀數的影響,設變化為Δy″,
Δy″=ΔX*tanθ
(三)、在上述運動的基礎上,框架A沿Y向位移ΔY,設此運動對Y向讀數的影響為Δy″′,
Δy″′=-ΔY
第三三角光傳感器3的讀數變化為:
Δm3=Δy′+Δy″+Δy″′
即:
Δm3=l2-l2cosθ+(d3-l2sinθ)*tanθ+ΔX*tanθ-ΔY;]]>
步驟五:以第二三角光傳感器2為研究對象,計算三個運動對第二三角光傳感器2讀數的影響:
(一)、框架A以公轉電機中心為中心,逆時針旋轉角度θ后對X向 的測量讀數的影響,記為Δx′,
Δx=Δx1+Δx2=k2-k2cosθ+(d2-k2sinθ)*tanθ]]>
Δx1′:以公轉電機中心為圓心逆時針旋轉角度θ,并且保證框架A長邊保持水平,且長邊中點到公轉電機中心的距離保持不變,此運動對ΔX的影響量;
Δx2′:以長邊中點為圓心逆時針旋轉角度θ,此運動對ΔX的影響量;
(二)、在框架A旋轉后,沿Y向位移ΔY,此時對第二三角光傳感器2的讀數的影響,設變化為Δx″,
Δx″=-ΔY*tanθ
(三)、在上述運動的基礎上,框架A沿X向位移ΔX,此運動對第二三角光傳感器2的讀數的影響為Δx″′,
Δx″′=-ΔX
第二三角光傳感器2的讀數變化為:
Δm2=Δx′+Δx″+Δx″′
即:
Δm2=k2-k2cosθ+(d2-k2sinθ)*tanθ-ΔY*tanθ-ΔX]]>
三式聯立:
tanθ=|Δm1|+|Δm2|d1Δm2=k2-k2cosθ+(d2-k2sinθ)*tanθ-ΔY*tanθ-ΔXΔm3=l2-l2cosθ+(d3-l2sinθ)*tanθ+ΔX*tanθ-ΔY]]>
得出框架A沿Y方向偏移的距離ΔY、在X向偏移的距離ΔX;根據θ,ΔX,ΔY的值進行電機給定補償;
步驟六:
(3)補償公轉電機控制給定;
公轉電機同樣以逆時針方向旋轉為正方向,角度范圍為0~180°,設G公轉為框架A偏移后公轉的給定,得
G公轉=G0公轉+θ
(4)補償X/Y電機的控制給定
框架A旋轉角度補償后,補償X、Y電機的控制給定;
設補償后,X1、X2電機的給定為Gx1、Gx2,YA1/YA2、YB1/YB2電機的控制給定為Gy1/2、Gy3/4,得:
Gx1=Gx10-ΔGx=Gx10-ΔY*sinθ-ΔX*cosθ
Gy1/2=Gy10/20-ΔGy=Gy10/20-ΔY*cosθ+ΔX*sinθ
Gx2=Gx20-ΔGx=Gx20-ΔY*sinθ-ΔX*cosθ
Gy3/4=Gy30/40-ΔGy=Gy30/40-ΔY*cosθ+ΔX*sinθ
其中:
ΔGy:ΔX,ΔY在YA1/YA2電機運行方向上的投影和;
ΔGx:ΔX,ΔY在X1電機運行方向上的投影和。

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