CN102707578B - 一种双台交换激光尺测量信号切换装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种双台交换激光尺测量信号切换装置及方法，该双台包括一个基座及安装在基座上的两个工件台，每个工件台对应一个激光尺测量信号切换装置；每个切换装置包括两个激光尺，两个差分变单端模块，一个信号处理单元，一个切换模块，一个单端变差分模块和一个驱动器；每个激光尺由激光头和细分盒组成。在双台交换过程中，当两个工件台运动到一定位置时，切换模块产生一个切换信号，输入给信号处理单元，通过信号处理单元中的切换逻辑可以实现两路激光尺信号的快速切换，避免因工件台遮挡激光尺而产生的测量错误。本方案切换时间小于电机驱动器的采样周期，从而避免了切换过程中的信号丢失问题，保证了工件台的运动定位精度。

Description

一种双台交换激光尺测量信号切换装置及方法

技术领域

本发明涉及一种激光尺测量信号切换装置及其方法，特别涉双工件台激光尺测量信号高速电子切换电路，属于半导体装备领域。

背景技术

具有纳米级运动定位精度的超精密微动台是半导体装备关键部件之一，如光刻机中的硅片台、掩模台等。作为光刻机关键系统的硅片超精密运动控制定位系统（以下简称工件台）的运动精度和工作效率很大程度上决定了光刻机的分辨率和曝光效率。目前在集成电路生产过程中，芯片的线宽非常小（目前最小线宽已经达到22nm），为保证光刻的套刻精度和分辨率，要求工件台具有极高的运动定位精度；另一方面，从提高生产率的角度考虑，要求不断提高工件台的步进和曝光扫描的运动速度，而速度的提高将不可避免导致系统动态性能的恶化，需要采取大量的技术措施保障和提高工件台的运动精度。因此目前光刻机普遍使用的是双工件台结构，其中一个工件台用于曝光，第二个工件台用于曝光准备工作，从而大大提高了生产效率。

目前采用的光刻机工件台双台交换系统的示意图如图1所示。该系统包含用于曝光的第一工件台和用于预处理的第二工件台，两个工件台设置在同一长方形基台上，长边为X方向，短边为Y方向，每个工件台都可以沿着X方向和Y方向运动；在Y方向基台两侧对称放置两个激光尺，用于测量第一工件台和第二工件台在X方向的位移。这样的布置方案会产生一个问题，如图1中，如果第二工件台运动到第一工件台右侧时，会遮挡住第一激光尺的光信号，第一激光尺测得的读到的数据会产生错误。还有其他类似的错误情况可能发生。

发明内容

本发明的目的是提供一种应用于激光尺测量信号的高速电子切换方案，用以解决光刻机双台交换过程中切换激光尺信号问题，该方案可以避免信号切换过程中产生的信号丢失问题，从而保证工件台的运动定位精度。

本发明的技术方案如下：

一种双台交换激光尺测量信号切换装置，该双台包括一个基座及安装在基座上的两个工件台，每个工件台对应一个激光尺测量信号切换装置，其特征在于：每个激光尺测量信号切换装置包括两个激光尺、两个差分变单端模块、一个信号处理单元、一个单端变差分模块、一个切换模块和一个驱动器；每个激光尺由激光头和细分盒组成，激光尺的激光头沿X方向对称固定安装在基台上，激光尺测得的信号通过细分盒输出三路差分信号；每个差分变单端模块与激光尺的细分盒相连，将从细分盒输入的差分信号变为单端信号输出；切换模块与信号处理单元相连，产生切换信号，经整形后输入到信号处理单元；信号处理单元的输入端分别与两个差分变单端模块和切换模块相连，在信号处理单元中以切换信号作为选择信号，实现两路激光尺信号切换逻辑；信号处理单元的输出端与单端变差分模块相连，该单端变差分模块将从信号处理单元输入的单端信号转变成差分信号，然后输出给控制工件台运动的驱动器。

本发明提供的一种双台交换激光尺测量信号切换方法，其特征在于该方法按如下步骤进行：

1)设初始时刻第一工件台坐标位置（x₁₀，y₁₀）,第二工件台坐标位置（x₂₀,y₂₀）；当第一工件台和第二工件台交换位置时，第一工件台沿X方向运动，第二工件台沿着与第一工件台相反的方向运动，此时由第一激光尺测量第一工件台X方向的位置，通过第一激光头采集数据，经过第一细分盒将三路差分信号A+/A-、B+/B-和C+/C-输出给第一差分变单端模块，第一差分变单端模块将三路差分信号转变为单端信号，然后输入给第一信号处理单元，再由第一信号处理单元输入到第一单端变差分模块，最后由第一单端变差分模块输入到第一驱动器控制电机运动；

由第二激光尺测量第二工件台X方向的位置，通过第二激光头采集数据，经过第二细分盒将三路差分信号A+/A-、B+/B-、C+/C-输出给第二差分变单端模块，第二差分变单端模块将三路差分信号转变为单端信号，然后输入给第二信号处理单，再由第二信号处理单输入到第二单端变差分模块，最后由第二单端变差分模块输入到第二驱动器控制电机运动；

2)当第二工件台运动至（x₂,y₂）,第一工件台运动至（x₁,y₁）时，第一切换模块产生一个切换信号，经过信号整形输入给第一信号处理单元，通过第一信号处理单元中的激光尺切换逻辑，将原来用于测量第一工件台的第一激光尺切换至第三激光尺，由第三激光尺测量第一工件台X方向的位置，通过第三激光头采集数据，经过第三细分盒将三路差分信号输出给第三差分变单端模块，第三差分变单端模块将第三激光尺采集的信号转变为单端信号输入给第一信号处理单元，再由第一信号处理单元输入到第一单端变差分模块，最后由第一单端变差分模块输入到第一驱动器控制电机运动。

采用本发明的高速电子切换方案可以解决双工件台交换过程中激光尺切换的问题，当第二工件台运动到一定位置时（挡住第一工件台的激光尺信号之前），切换模块会产生一个切换脉冲信号，通过信号处理单元中的激光切换逻辑就会切换测量位置信息的激光尺。特别的，如果是第二工件台挡住了测量第一工件台X方向位置的一侧激光尺，通过本发明的激光尺信号切换方案，就会切换到另一侧激光尺测量第一工件台X方向位置。

采用本发明可以实现两激光尺的快速切换，切换时间小于激光尺驱动器的采样周期，避免了激光尺测量过程中位置信号的丢失，保证了工件台的运动定位精度，电路结构简单，性能稳定。

附图说明

图1为现有技术中双台交换激光尺布置方案示意图。

图2为本发明提供的双台交换前激光尺布置方案示意图。

图3为本发明提供的双台交换过程中激光尺布置方案示意图。

图4为工件台位置示意图。

图5为第一工件台激光尺测量信号高速切换装置的结构原理示意图。

图6为第二工件台激光尺测量信号高速切换装置的结构原理示意图。

图中：

1-第一工件台，2-第二工件台，3-基台；101-第一激光尺，201-第二激光尺；102-第三激光尺，202-第四激光尺；101.1-第一激光头，101.2-第一细分盒；102.1-第三激光头，102.2-第三细分盒；103-第一差分变单端模块，104-第三差分变单端模块；105-第一信号处理单元，106-第一切换模块；107-第一单端变差分模块，108-第一驱动器；201.1-第二激光头，201.2-第二细分盒；202.1-第四激光头，202.2-第四细分盒；203-第二差分变单端模块，204-第四差分变单端模块；205-第二信号处理单元，206-第二切换模块；207-第二单端变差分模块，208-第二驱动器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的原理、结构和工作过程来进一步说明本发明。

图1为现有技术中的双台交换激光尺布置方案示意图。该方案包含第一工件台1和第二工件台2，布置在同一长方形基台3上，长边为X方向，短边为Y方向，两工件台都可以沿着X方向和Y方向运动；在基台Y方向两侧对称放置一对激光尺：即用于测量第一工件台位置的第一激光尺101和用于测量第二工件台位置的第二激光尺201。

图2为本发明提供的双台交换前激光尺布置方案示意图（交换前的状态），包括第一工件台1和第二工件台2，布置在同一长方形基台3上，长边为X方向，短边为Y方向，两工件台都可以沿着X方向和Y方向运动；在基台Y方向两侧分别放置两个激光尺：第一激光尺101和第三激光尺102，且沿Y方向对称布置，第二激光尺201和第四激光尺202沿Y方向对称布置；其中第一激光尺101和第三激光尺102用于测量第一工件台1在X方向的位置，第二激光尺201和第四激光尺202用于测量第二工件台2在X方向的位置。

如果第二工件台运动到第一工件台右侧时会遮挡住右侧第一激光尺的光信号，此时用第三激光尺代替第一激光尺测量第一工件台X方向位移，这样就可以避免以上的问题。其他类似的情况解决方法也是如此。但是，采用这样测量工件台位移的方案会产生一个问题，在切换过程中，如果切换太慢，切换时间大于工件台驱动器的采样周期，就会存在位置信号的丢失，造成位置测量误差，降低工件台的运动定位精度。

图3为本发明提供的双台交换过程中激光尺布置方案示意图，在双台交换过程中，当第二工件台2运动到第一工件台1右侧时，会遮挡住用于测量第一工件台1的X方向位移的第一激光尺101，使用本发明的双台交换激光尺信号高速电子切换方案，可以将测量第一工件台1的第一激光尺101切换至第三激光尺102。

图4为工件台位置示意图，第一工件台的初始位置为（x₁₀，y₁₀），第二工件台的初始位置为（x₂₀，y₂₀），激光尺信号切换时刻第一工件台的位置为（x₁,y₁），激光尺信号切换时刻第二工件台的位置为（x₂,y₂）。

图5为第一工件台激光尺测量信号高速切换装置的结构原理示意图。该切换装置包括两个激光尺、两个差分变单端模块、一个信号处理单元、一个单端变差分模块、一个切换模块和一个驱动器；每个激光尺由激光头和细分盒组成，激光尺的激光头沿X方向对称固定安装在基台上，激光尺测得的信号通过细分盒输出三路差分信号；每个差分变单端模块与激光尺的细分盒相连，将从细分盒输入的差分信号变为单端信号输出；切换模块与信号处理单元相连，产生切换信号，经整形后输入到信号处理单元；信号处理单元的输入端分别与两个差分变单端模块和切换模块相连，在信号处理单元中以切换信号作为选择信号，实现两路激光尺信号切换逻辑；信号处理单元的输出端与单端变差分模块相连，该单端变差分模块将从信号处理单元输入的单端信号转变成差分信号，然后输出给控制工件台运动的驱动器。

第一激光尺101包含第一激光头101.1和第一细分盒101.2，第一激光头101.1测得的数据通过第一细分盒输出三路差分信号，第一激光尺101与第一差分变单端103相连。

第三激光尺102包含第三激光头102.1和第三细分盒102.2，第三激光头102.1测得的数据通过第三细分盒102.2输出三路差分信号，第三激光尺102与第三差分变单端模块104相连。

第一差分变单端模块103的一端与第一细分盒101.2相连，另一端与信号处理单元105相连，其作用是将上述细分盒101.2输入的差分信号变为相应的单端信号（此单端信号为第一工件台X方向的位置信号）输出给信号处理单元105，作为待切换信号。

第三差分变单端模块104的一端与第三细分盒102.2相连，另一端与信号处理单元105相连，其作用是将上述细分盒102.2输入的差分信号变为相应的单端信号（此单端信号为第二工件台X方向的位置信号）输出给第一信号处理单元105，作为待切换信号。

第一切换模块106，与第一信号处理单元相连，在第一切换模块106中设定当工件台运动到一定位置时产生切换信号，经过信号整形后输入第一信号处理单元105中，作为切换逻辑的选择信号；

第一信号处理单元105，与上述的两个差分变单端模块和第一切换模块106相连，在第一信号处理单元105中以切换信号作为选择信号，实现两路激光尺切换逻辑；

第一单端变差分模块107，与上述的第一信号处理单元105相连，其作用是将从信号处理单元输入的单端信号转变成差分信号输出给第一驱动器108并控制第一工件台2运动。

图6为第二工件台激光尺测量信号高速切换装置的结构原理示意图。第二激光尺201包含第二激光头201.1和第二细分盒201.2，第二激光头201.1测得的数据通过第二细分盒输出三路差分信号，第二激光尺201与第二差分变单端203相连。

第四激光尺202包含第四激光头202.1和第四细分盒202.2，第四激光头202.1测得的数据通过第四细分盒202.2输出三路差分信号，第四激光尺202与第四差分变单端模块204相连。

第二差分变单端模块203的一端与第二细分盒201.2相连，另一端与第二信号处理单元205相连，其作用是将第二细分盒201.2输入的差分信号变为相应的单端信号（此单端信号为第一工件台X方向的位置信号）输出给第二信号处理单元205，作为待切换信号。

第四差分变单端模块204的一端与第四细分盒202.2相连，另一端与第二信号处理单元205相连，其作用是将第四细分盒202.2输入的差分信号变为相应的单端信号（此单端信号为第二工件台X方向的位置信号）输出给第二信号处理单元205，作为待切换信号。

第二切换模块206，与第二信号处理单元相连，在第二切换模块206中设定当工件台运动到一定位置时产生切换信号，经过信号整形后输入第二信号处理单元205中，作为切换逻辑的选择信号；

第二信号处理单元205，与第二差分变单端模块203、第四差分变单端模块204和第二切换模块206相连，在第二信号处理单元205中以切换信号作为选择信号，实现两路激光尺切换逻辑；

第二单端变差分模块207，与上述的第二信号处理单元205相连，其作用是将从信号处理单元输入的单端信号转变成差分信号输出给第二驱动器208并控制第二工件台2运动。

当两个工件台进行交换时，运动状态如图3所示，这里我们具体讨论第一工件台1的X方向的位置测量，即第一激光尺101和第三激光尺102的切换关系。设初始时刻第一工件台1坐标位置（x₁₀，y₁₀）,第二工件台2坐标位置（x₂₀，y₂₀）；当第二工件台2和第一工件台1交换位置时，第二工件台2沿X方向向右运动，第一工件台1沿X方向向左运动，此时由第一激光尺101测量第一工件台1X方向的位置，通过第一激光头101.1采集数据，经过第一细分盒101.2将三路差分信号输出给第一差分变单端模块103，第一差分变单端模块103将第一激光尺101采集的信号转变为单端信号（即第一工件台X方向的位置信号）输入给信号处理单元105，再由信号处理单元105输入到单端变差分模块107，最后由单端变差分模块107输入到驱动器108控制电机运动。当第二工件台2运动至（x₂,y₂）,第一工件台1运动至（x₁,y₁）时，切换模块106产生一个切换信号，经过信号整形输入给信号处理单元105作为切换信号，通过信号处理单元105中的激光尺切换逻辑，将原来用于测量第一工件台1的第一激光尺101切换至第三激光尺102。此时，由第三激光尺102测量第一工件台1X方向的位置，通过第三激光头102.1采集数据，经过第三细分盒102.2将三路差分信号输出给第三差分变单端模块104，第三差分变单端模块104将第三激光尺102采集的信号转变为单端信号（即第一工件台X方向的位置信号）输入给信号处理单元105，再由信号处理单元105输入到单端变差分模块107，最后由单端变差分模块107输入到驱动器108控制电机运动。

在激光尺信号切换过程中，可以实现两激光尺高速切换，切换时间小于驱动器的采样周期，因此，每次切换可以保证测量误差不超过1个单位，保证了工件台的运动定位精度。

Claims (2)

1.一种双台交换激光尺测量信号切换装置，该双台包括一个基台及安装在基台上的两个工件台，每个工件台对应一个激光尺测量信号切换装置，其特征在于：每个激光尺测量信号切换装置包括两个激光尺、两个差分变单端模块、一个信号处理单元、一个单端变差分模块、一个切换模块和一个驱动器；每个激光尺由激光头和细分盒组成，激光尺的激光头沿X方向对称固定安装在基台上，激光尺测得的信号通过细分盒输出三路差分信号；每个差分变单端模块与激光尺的细分盒相连，将从细分盒输入的差分信号变为单端信号输出；切换模块与信号处理单元相连，产生切换信号，经整形后输入到信号处理单元；信号处理单元的输入端分别与两个差分变单端模块和切换模块相连，在信号处理单元中以切换信号作为选择信号，实现两路激光尺信号切换逻辑；信号处理单元的输出端与单端变差分模块相连，该单端变差分模块将从信号处理单元输入的单端信号转变成差分信号，然后输出给控制工件台运动的驱动器。

2.一种采用如权利要求1所述装置的双台交换激光尺测量信号切换方法，其特征在于该方法按如下步骤进行：

1)设初始时刻第一工件台（1）坐标位置（x₁₀,y₁₀）,第二工件台（2）坐标位置（x₂₀,y₂₀）；当第一工件台（1）和第二工件台（2）交换位置时，第一工件台（1）沿X方向运动，第二工件台（2）沿着与第一工件台相反的方向运动，此时由第一激光尺（101）测量第一工件台（1）X方向的位置，通过第一激光头（101.1）采集数据，经过第一细分盒（101.2）将三路差分信号A+/A-、B+/B-和C+/C-输出给第一差分变单端模块（103），第一差分变单端模块（103）将三路差分信号转变为单端信号，然后输入给第一信号处理单元（105），再由第一信号处理单元（105）输入到第一单端变差分模块（107），最后由第一单端变差分模块（107）输入到第一驱动器（108）控制电机运动；

由第二激光尺（201）测量第二工件台（2）X方向的位置，通过第二激光头（201.1）采集数据，经过第二细分盒（201.2）将三路差分信号A+/A-、B+/B-、C+/C-输出给第二差分变单端模块（203），第二差分变单端模块（203）将三路差分信号转变为单端信号，然后输入给第二信号处理单（205），再由第二信号处理单（205）输入到第二单端变差分模块（207），最后由第二单端变差分模块（207）输入到第二驱动器（208）控制电机运动；

2)当第二工件台（2）运动至（x₂,y₂）,第一工件台（1）运动至（x₁,y₁）时，第一切换模块（106）产生一个切换信号，经过信号整形输入给第一信号处理单元（105），通过第一信号处理单元（105）中的激光尺切换逻辑，将原来用于测量第一工件台（1）的第一激光尺（101）切换至第三激光尺（102），由第三激光尺（102）测量第一工件台（1）X方向的位置，通过第三激光头（102.1）采集数据，经过第三细分盒（102.2）将三路差分信号输出给第三差分变单端模块（104），第三差分变单端模块（104）将第三激光尺（102）采集的信号转变为单端信号输入给第一信号处理单元（105），再由第一信号处理单元（105）输入到第一单端变差分模块（107），最后由第一单端变差分模块（107）输入到第一驱动器（108）控制电机运动。

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