CN111948917A - 基于光刻机双工件台运动系统的垂向保护方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于光刻机双工件台运动系统的垂向保护方法及装置。方法包括：在微动台下方设有电涡流传感器，以及水平位移测量机构。根据被测量点与电涡流传感器基准点之间的距离，以及电涡流传感器基准点的坐标，计算得出微动台下表面各个被测量点的坐标。利用所测得的微动台上被测量点坐标计算出微动台当前时刻的点法式方程，然后通过代入平移后微动台被测量点的X、Y坐标，即可确定微动台在当前时刻的最大高度。将最大高度与高度阈值对比，若超出高度阈值，则停机保护，否则所述系统继续运行。本发明能够保护工件台在工作中不与上方设备相撞，精度高，复杂度低，执行速度快，具有较强的安全性与实时性。

Description

基于光刻机双工件台运动系统的垂向保护方法及装置

技术领域

本发明属于半导体装备技术领域，具体地说，涉及基于光刻机双工件台运动系统的垂向保护方法及装置。

背景技术

光刻机双工件台通过工件台承载硅片，在不同位置对硅片进行曝光操作。双工件台包括粗动台以及位于所述粗动台上方的微动台，承载硅片的微动台具有三个自由度，能够在X、Y、Z三个方向运动。为完成对硅片的曝光，在微动台上方安装有物镜。在硅片加工过程中，微动台会承载硅片首先在X、Y方向移动以到达曝光场，然后在Z方向移动以正确对焦。由于在自动控制过程中会产生超调，微动台可能在对焦过程中在Z方向运动过量而与物镜相撞，损坏设备。

发明内容

本发明的目的在于针对在工件台曝光过程中，微动台在Z向运动时可能超调，与物镜相撞，导致设备损坏的问题，提出了一种基于光刻机双工件台运动系统的垂向保护算法。

本发明的技术方案如下：

一种基于光刻机双工件台运动系统的垂向保护方法，双工件台运动系统包括粗动台以及位于所述粗动台上方的微动台，所述粗动台和微动台都为平面四方形，所述垂向保护方法包括：

以微动台的初始位置的上表面的一点为原点O，建立空间直角坐标系O-XYZ，其中，X轴、Y轴为水平方向，Z轴沿垂直方向向上，所述微动台具有X、Y、Z三个方向的自由度，其中，在粗动台下表面的四角区域分别设置有垂向位移传感器，每一垂向位移传感器用于测量微动台的下表面与粗动台之间的垂向距离，还设置有用于测量微动台X、Y方向的位移的水平位移测量机构；

根据垂向位移传感器和水平位移测量机构的数据得出各个被测量点的坐标；

利用被测量点的坐标得到微动台下表面在空间直角坐标系O-XYZ中的点法式方程f(X,Y,Z)＝0；

在各个被测量点对应的测量值中取最大值h_max对应的被测量点的最邻近角点作为微动台下表面最高点，结合所述点法式方程f(X,Y,Z)＝0得到当前时刻微动台下表面最高点Z轴坐标h_b；

根据微动台下表面最高点Z轴坐标h_b得到微动台上表面最高点Z轴坐标h_u，将h_u与高度阈值对比，若超出高度阈值，则停机保护，否则所述系统继续运行。

优选地，在将h_u与高度阈值对比后，若不超出高度阈值，则将当前时刻的微动台上表面最高点Z轴坐标h_u与上一时刻的微动台上表面最高点Z轴坐标h_u做差，除以采样周期，得到瞬时速度v，将瞬时速度与速度阈值对比，若超出速度阈值，则停机保护，否则所述系统继续运行。

优选地，原点O位于微动台的初始位置的上表面中心，X轴、Y轴分别与粗动台长、宽两边平行。

优选地，所述垂向位移传感器为电涡流传感器。

优选地，根据微动台下表面最高点Z轴坐标h_b得到微动台上表面最高点Z轴坐标的公式如下：

其中，e_z为Z轴单位向量；

b为微动台厚度；

|n|为范数。

优选地，利用被测量点的坐标得到微动台下表面在空间直角坐标系O-XYZ中的点法式方程f(X,Y,Z)＝0的方法是：

利用被测量点的坐标生成一组相交向量l₁、l₂，从而得到微动台下表面法向量n＝l₁×l₂，进而得到微动台下表面在空间直角坐标系O-XYZ中的点法式方程f(X,Y,Z)＝0。

优选地，计算得出各个被测量点的坐标，并生成相交向量的方法是：读取电涡流传感器、水平位移测量机构的数据，根据被测量点与电涡流传感器基准点之间的距离h₁、h₂、h₃、h₄，以及电涡流传感器基准点的坐标S₁、S₂、S₃、S₄，计算得出被测量点的坐标C₁、C₂、C₃、C₄；

利用被测量点的坐标生成一组相交向量l₁＝C₁C₃，l₂＝C₂C₄。

优选地，水平位移测量机构是光栅尺和/或容栅尺。

优选地，在所述微动台下表面均匀分布有散热孔，在粗动台下表面的四角分别设置有一组电涡流传感器组，每个电涡流传感器组包括两个电涡流传感器，选取每组电涡流传感器组中测得距离最小值为正确值，作为被测量点与电涡流传感器基准点之间的距离。

本发明还提供一种基于光刻机双工件台运动系统的垂向保护装置，双工件台运动系统包括粗动台以及位于所述粗动台上方的微动台，所述粗动台和微动台都为平面四方形，垂向保护装置包括：

垂向位移传感器，设置在粗动台下表面的四角区域，每一垂向位移传感器用于测量微动台的下表面与粗动台之间的垂向距离；

水平位移测量机构，用于测量微动台X、Y方向的位移；

微动台下表面坐标获取模块，用于以微动台的初始位置的上表面一点为原点O，建立空间直角坐标系O-XYZ，其中，X轴与Y轴为水平方向，Z轴沿垂直方向向上，根据垂向位移传感器、水平位移测量机构的数据计算得出微动台下表面的各个被测量点的坐标；

微动台下表面最高点Z轴坐标获取模块，利用被测量点的坐标得到微动台下表面在空间直角坐标系O-XYZ中的点法式方程f(X,Y,Z)＝0，在各个被测量点对应的测量值中取最大值h_max对应的被测量点的最邻近角点作为微动台下表面最高点，并结合点法式方程f(X,Y,Z)＝0得到当前时刻微动台下表面最高点Z轴坐标h_b；

微动台上表面最高点Z轴坐标获取模块，用于根据微动台下表面最高点Z轴坐标h_b得到微动台上表面最高点Z轴坐标h_u；比较模块，用于将h_u与高度阈值对比，若超出高度阈值，则停机保护，否则所述系统继续运行。

本发明通过在粗动台上设置的电涡流传感器来检测位于微动台下表面四角区域的垂向坐标，构造微动台下表面的点法式方程，并从而求解出微动台下表面最高点的坐标，并根据下表面法向量与Z轴单位法向量的夹角、微动台的厚度以及微动台下表面的最高点坐标，得到微动台上表面的最高点坐标。采用本发明的垂向保护方法，利用电涡流传感器和水平位移测量机构的数据，进行微动台高度解算与速度解算，以便对是否停机做出实时判断，在意外发生时，保护系统不受损坏。该方法降低了算法的复杂度，既容易简单实现，又能够保证精度，从而提高了控制系统实时性。

附图说明

通过结合下面附图对其实施例进行描述，本发明的上述特征和技术优点将会变得更加清楚和容易理解。

图1是表示本发明的粗动台和微动台的位置示意图；

图2a是表示本发明的微动台下移的位置示意图；

图2b是表示本发明的微动台上移的位置示意图；

图3是表示本发明的垂向保护方法的步骤流程图。

具体实施方式

下面将参考附图来描述本发明所述的基于光刻机双工件台运动系统的垂向保护方法及装置的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。

本实施例结合图1至图3来说明基于光刻机双工件台运动系统的垂向保护方法，如图1所示，该双工件台运动系统包括粗动台20以及位于所述粗动台20上方的微动台10，所述粗动台和微动台都为平面四方形，如图1所示，微动台10在移动过程中，其最高点肯定是其上表面的四个角点A₁、A₂、A₃、A₄中的一个。为此，本实施例通过监测微动台下表面的四个角点中的最高点，转换得到上表面的最高点坐标。所述垂向保护方法包括以下步骤：

步骤S1，以微动台10的初始位置的上表面中心为原点O，建立空间直角坐标系O-XYZ，该坐标系可以为右手系，其中，X轴、Y轴为水平方向，分别与粗动台长、宽两边平行，Z轴沿垂直方向向上。微动台10具有X、Y、Z三个方向的自由度，用于微调微动台位置。

其中，在粗动台下表面的四角的区域分别对应设置有垂向位移传感器，优选采用电涡流传感器，如图1所示，在粗动台下表面的四角的区域分别对应设置有电涡流传感器E₁、E₂、E₃、E₄。在初始状态下，微动台上表面及下表面四角位置坐标、粗动台上每个电涡流传感器基准点坐标均为已知。

每一电涡流传感器用于测量微动台的下表面与粗动台之间的垂向距离，还设置有用于测量微动台X、Y方向的位移的水平位移测量机构。优选地，水平位移测量机构可以是光栅尺和/或容栅尺。

步骤S2，读取电涡流传感器、水平位移测量机构的数据，根据被测量点与电涡流传感器基准点之间的距离h₁、h₂、h₃、h₄，以及电涡流传感器基准点的Z轴的坐标S₁、S₂、S₃、S₄，计算得出被测量点的Z轴的坐标C₁、C₂、C₃、C₄。如图2a、2b所示，其中实线框为微动台10的初始位置，虚线框为微动台10移动后的位置，粗线框为粗动台20。图2a中，C₁＝S₁-h₁，图2b中，C₁＝h₁-S₁。

步骤S3中，利用被测量点的坐标生成一组相交向量l₁＝C₁C₃，l₂＝C₂C₄。从而得到微动台下表面法向量n＝l₁×l₂，根据法向量n以及微动台下表面的任一被测量点的坐标，进而得到微动台下表面在空间直角坐标系O-XYZ中的点法式方程f(X,Y,Z)＝0。

例如法向量n＝(p,q,t)，结合下表面一被测量点的坐标(X₁,Y₁,C₁)，其中，X₁,Y₁是C₁对应的X轴和Y轴的坐标，从而得出点法式平面方程p(X-X₁)+q(Y-Y₁)+t(Z-C₁)＝0。

步骤S4，在各个被测量点对应的测量值中取最大值

h_max＝max(h₁,h₂,h₃,h₄)对应的被测量点的最邻近角点作为微动台下表面最高点，并结合水平位移测量机构测得的平移数据，得到所述微动台下表面最高点的X、Y坐标，代入下表面的点法式方程f(X,Y,Z)＝0，从而得到当前时刻微动台下表面最高点的Z轴坐标，记为h_b。需要说明的是，由于微动台10的翻转与平移相差很大量级，故在本实施例中是不考虑翻转造成的微动台坐标变化的。

步骤S5，根据微动台下表面最高点Z轴坐标h_b得到当前时刻微动台上表面最高点Z轴坐标

其中，e_z为Z轴单位向量；

b为微动台的厚度；

|n|为范数。

步骤S6，将h_u与高度阈值对比，若超出高度阈值，则停机保护，否则所述系统继续运行。

进一步地，在步骤S6后还包括步骤S7，将当前时刻的微动台上表面最高点Z轴坐标与上一时刻的微动台上表面最高点Z轴坐标做差，除以采样周期，得到瞬时速度v，将瞬时速度v与速度阈值对比，若超出速度阈值，则停机保护，否则所述系统继续运行。

v＝(h_u-h_ub)/T

其中，T为采样周期；

h_ub是前一时刻的微动台上表面最高点Z轴坐标；

在一个可选实施例中，在所述微动台下表面均匀分布有散热孔，在粗动台下表面的四角分别设置有一组电涡流传感器组，每个电涡流传感器组包括两个电涡流传感器，步骤S1中选取每组电涡流传感器组中测得距离最小值为正确值，作为被测量点与电涡流传感器基准点之间的距离。

本发明还提供一种基于光刻机双工件台运动系统的垂向保护装置，双工件台运动系统包括粗动台以及位于所述粗动台上方的微动台，垂向保护装置包括：

电涡流传感器，设置在粗动台下表面设置，每一电涡流传感器用于测量微动台的下表面与粗动台之间的垂向距离；

水平位移测量机构，用于测量微动台X、Y方向的位移；

微动台下表面坐标获取模块，用于以微动台的初始位置的上表面中心为原点O，建立空间直角坐标系O-XYZ，其中，X轴与Y轴在水平面上，Z轴沿垂直方向向上，读取电涡流传感器、水平位移测量机构的数据，根据被测量点与电涡流传感器基准点之间的距离，以及电涡流传感器基准点的坐标，计算得出微动台下表面的各个被测量点的坐标；

微动台下表面最高点Z轴坐标获取模块，利用被测量点的坐标生成一组相交向量l₁、l₂，从而得到微动台下表面法向量n＝l₁×l₂，进而得到微动台下表面在空间直角坐标系O-XYZ中的点法式方程f(X,Y,Z)＝0，在各个被测量点对应的测量值中取最大值h_max对应的被测量点作为微动台下表面最高点，并结合水平位移测量机构测得的平移数据，得到微动台下表面最高点的X、Y坐标，代入下表面的点法式方程f(X,Y,Z)＝0，从而得到当前时刻微动台下表面最高点Z轴坐标，记为h_b；

微动台上表面最高点Z轴坐标获取模块，用于根据微动台下表面最高点Z轴坐标h_b得到微动台上表面最高点Z轴坐标

其中，e_z为Z轴单位向量；

b为微动台厚度；

|n|为范数；

比较模块，用于将h_u与高度阈值对比，若超出高度阈值，则停机保护，否则所述系统继续运行。

进一步地，比较模块还用于将当前时刻的微动台上表面最高点Z轴坐标h_u与上一时刻的微动台上表面最高点Z轴坐标h_u做差，除以采样周期，得到瞬时速度v，并将瞬时速度v与速度阈值对比，若超出速度阈值，则停机保护，否则所述系统继续运行。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于光刻机双工件台运动系统的垂向保护方法，其特征在于，双工件台运动系统包括粗动台以及位于所述粗动台上方的微动台，所述粗动台和微动台都为平面四方形，所述垂向保护方法包括：

以微动台的初始位置的上表面的一点为原点O，建立空间直角坐标系O-XYZ，其中，X轴、Y轴为水平方向，Z轴沿垂直方向向上，所述微动台具有X、Y、Z三个方向的自由度，其中，在粗动台下表面的四角区域分别设置有垂向位移传感器，每一垂向位移传感器用于测量微动台的下表面与粗动台之间的垂向距离，还设置有用于测量微动台X、Y方向的位移的水平位移测量机构；

根据垂向位移传感器和水平位移测量机构的数据得出各个被测量点的坐标；

利用被测量点的坐标得到微动台下表面在空间直角坐标系O-XYZ中的点法式方程f(X，Y，Z)＝0；

在各个被测量点对应的测量值中取最大值h_max对应的被测量点的最邻近角点作为微动台下表面最高点，结合所述点法式方程f(X，Y，Z)＝0得到当前时刻微动台下表面最高点Z轴坐标h_b；

根据微动台下表面最高点Z轴坐标h_b得到微动台上表面最高点Z轴坐标h_u，将h_u与高度阈值对比，若超出高度阈值，则停机保护，否则所述系统继续运行。

2.根据权利要求1所述的基于光刻机双工件台运动系统的垂向保护方法，其特征在于，在将h_u与高度阈值对比后，若不超出高度阈值，则将当前时刻的微动台上表面最高点Z轴坐标h_u与上一时刻的微动台上表面最高点Z轴坐标h_u做差除以采样周期，得到瞬时速度v，将瞬时速度与速度阈值对比，若超出速度阈值，则停机保护，否则所述系统继续运行。

3.根据权利要求1所述的基于光刻机双工件台运动系统的垂向保护方法，其特征在于，原点O位于微动台的初始位置的上表面中心，X轴、Y轴分别与粗动台长、宽两边平行。

4.根据权利要求1所述的基于光刻机双工件台运动系统的垂向保护方法，其特征在于，所述垂向位移传感器为电涡流传感器。

5.根据权利要求1所述的基于光刻机双工件台运动系统的垂向保护方法，其特征在于，根据微动台下表面最高点Z轴坐标h_b得到微动台上表面最高点Z轴坐标的公式如下：

其中，e_z为Z轴单位向量；

b为微动台厚度；

|n|为范数。

6.根据权利要求1所述的基于光刻机双工件台运动系统的垂向保护方法，其特征在于，利用被测量点的坐标得到微动台下表面在空间直角坐标系O-XYZ中的点法式方程f(X，Y，Z)＝0的方法是：

利用被测量点的坐标生成一组相交向量l₁、l₂，从而得到微动台下表面法向量n＝l₁×l₂，进而得到微动台下表面在空间直角坐标系O-XYZ中的点法式方程f(X，Y，Z)＝0。

7.根据权利要求4所述的基于光刻机双工件台运动系统的垂向保护方法，其特征在于，计算得出各个被测量点的坐标，并生成相交向量的方法是：读取电涡流传感器、水平位移测量机构的数据，根据被测量点与电涡流传感器基准点之间的距离h₁、h₂、h₃、h₄，以及电涡流传感器基准点的坐标S₁、S₂、S₃、S₄，计算得出被测量点的坐标C₁、C₂、C₃、C₄；

利用被测量点的坐标生成一组相交向量l₁＝C₁C₃，l₂＝C₂C₄。

8.根据权利要求1所述的基于光刻机双工件台运动系统的垂向保护方法，其特征在于，水平位移测量机构是光栅尺和/或容栅尺。

9.根据权利要求4所述的基于光刻机双工件台运动系统的垂向保护方法，其特征在于，在所述微动台下表面均匀分布有散热孔，在粗动台下表面的四角分别设置有一组电涡流传感器组，每个电涡流传感器组包括两个电涡流传感器，选取每组电涡流传感器组中测得距离最小值为正确值，作为被测量点与电涡流传感器基准点之间的距离。

10.一种基于光刻机双工件台运动系统的垂向保护装置，其特征在于，双工件台运动系统包括粗动台以及位于所述粗动台上方的微动台，所述粗动台和微动台都为平面四方形，垂向保护装置包括：

垂向位移传感器，设置在粗动台下表面的四角区域，每一垂向位移传感器用于测量微动台的下表面与粗动台之间的垂向距离；

水平位移测量机构，用于测量微动台X、Y方向的位移；

微动台下表面坐标获取模块，用于以微动台的初始位置的上表面一点为原点O，建立空间直角坐标系O-XYZ，其中，X轴与Y轴为水平方向，Z轴沿垂直方向向上，根据垂向位移传感器、水平位移测量机构的数据垂向位移传感器垂向位移传感器计算得出微动台下表面的各个被测量点的坐标；

微动台下表面最高点Z轴坐标获取模块，利用被测量点的坐标得到微动台下表面在空间直角坐标系O-XYZ中的点法式方程f(X，Y，Z)＝0，在各个被测量点对应的测量值中取最大值h_max对应的被测量点的最邻近角点作为微动台下表面最高点，并结合点法式方程f(X，Y，Z)＝0得到当前时刻微动台下表面最高点Z轴坐标h_b；

微动台上表面最高点Z轴坐标获取模块，用于根据微动台下表面最高点Z轴坐标h_b得到微动台上表面最高点Z轴坐标h_u；比较模块，用于将h_u与高度阈值对比，若超出高度阈值，则停机保护，否则所述系统继续运行。

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