TW201842411A - 光刻機和光刻機中吊框面型補償方法 - Google Patents

光刻機和光刻機中吊框面型補償方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種光刻機以及光刻機中吊框面型補償方法，在吊框底部設置吊框面型補償單元，能夠對吊框面型的形變進行補償，在吊框面型補償方法中由吊框面型形變檢測模塊檢測吊框面型的形變，閉環自動控制器根據檢測到的吊框面型的形變控制吊框面型補償單元的補償力，因此對於吊框面型的補償更為精確。

Description

光刻機和光刻機中吊框面型補償方法
本發明涉及半導體光刻機領域，特別涉及一種光刻機和光刻機中吊框面型補償方法。
在光刻機中，工件台分系統是平板顯示掃描光刻機最關鍵的分系統之一，其精度和穩定性直接影響光刻機的產率、套刻精度和成像質量，與其他種類光刻機相比，平板顯示掃描光刻機工件台分系統具有行程更大、掃描速度更快、負載更大、電機驅動反力更大的特點，從而對其精度與穩定性提出更嚴苛的要求。
光刻機越來越高的運動精度，對振動環境的要求也越來越高，現階段採用主動減振器精細隔振，主動減振器的作用一方面是將內部重要部件與基礎框架等其他結構的外部世界獨立開，從而使內部世界處於一個安靜的環境中，另一方面減振器起到支撐作用，包括吊框、工件台、光罩台、物鏡等重量全部由減振器承受，吊框檯面的調平是由減振器的位置環路來控制的，同時工件台在各個位置之間運動，因此在不同的位置各減振器分配的力又不相同，因此為加快減振器的反應速度，將吊框考慮成剛體，計算得出各支點處分配的力的大小，並以此作為前饋加入減振器的控制系統，在大理石尺寸不大的情況下，該方法可以有效保證減振器的平面度，但隨著工件台尺寸增加，支撐起運動的吊框尺寸也變得巨大，在吊框邊緣佈置好減振器後，由於工件台的重量和吊框的自重，在中間會產生撓曲變形，進而影響氣浮導軌的面型，使工件台在運動過程中氣浮間隙發生變化，最終影響工件台的運動性能，因此如何保持吊框面型是保證工件台性能的一個重要方面。
為解決上述問題，本發明提出了一種光刻機和光刻機中吊框面型補償方法，在吊框底部設置了吊框面型補償單元，並根據吊框面型形變控制吊框面型補償單元的補償力。
為達到上述目的，本發明提供一種光刻機，具有用於承載工件台的吊框，在所述吊框上設置吊框面型補償單元，用於吊框面型補償；所述吊框上還設置有吊框面型形變檢測模塊，用於獲取吊框面型的形變資訊；所述光刻機還設置有一閉環自動控制器，與所述吊框面型補償單元連接，用於根據所述吊框面型的形變資訊控制所述吊框面型補償單元向所述吊框施加的補償力的大小。
較佳地，所述吊框面型補償單元採用減振裝置；所述減振裝置由氣囊和直線電機構成。
較佳地，所述吊框面型補償單元一側固定在地面上，另一側固定在所述吊框底面。
較佳地，所述吊框面型形變檢測模塊為固定在所述吊框底面的應變片。
較佳地，所述吊框面型形變檢測模塊為壓電片，所述吊框底面設置有槽，所述壓電片固定在所述槽內。
較佳地，所述工件台上還設置有位置前饋反應裝置，用於測量所述工件台的位置；所述光刻機還設置有一處理器，與所述吊框面型補償單元連接，用於根據所述工件台的位置控制所述吊框面型補償單元向所述吊框施加的補償力的大小。
較佳地，所述處理器與所述閉環自動控制器集成在一起，或者，所述處理器與所述閉環自動控制器相互獨立。
本發明還提供一種具有如上所述的光刻機中吊框面型補償方法，包括： 步驟一：在吊框底部設置吊框面型形變檢測模塊； 步驟二：記錄此時吊框面型形變檢測模塊檢測到的數據及使得所述吊框的面型形變小於一閾值的吊框面型補償單元給予所述吊框的補償力的大小； 步驟三：移動所述工件台，工件台每移動一段距離，重複步驟二直至運動至工件台極限位； 步驟四：將步驟二和步驟三得到的數據進行最小平方法擬合； 步驟五：設置一閉環自動控制器，其與吊框面型補償單元連接，根據步驟四中擬合得到的數據，在工件台移動過程中，由所述閉環自動控制器控制所述吊框面型補償單元的補償力。
較佳地，步驟四包括對吊框面型形變檢測模塊檢測到的數據和吊框面型補償單元給予所述吊框的補償力的大小進行最小平方法擬合；步驟五包括根據吊框面型形變檢測模塊檢測到的數據控制所述吊框面型補償單元的補償力。
較佳地，在工件台上設置位置前饋反應裝置，在步驟二和三中記錄工件台吊框面型形變檢測模塊檢測到的數據的同時，記錄位置前饋反應裝置所顯示的工件台的即時位置坐標，步驟四還包括對所述即時位置坐標和吊框面型形變檢測模塊檢測到的數據進行最小平方法擬合；步驟五還包括根據所述即時位置坐標控制所述吊框面型補償單元的補償力。
與習知技術相比，本發明的有益效果是：本發明提供一種光刻機，在光刻機中的吊框底部設置吊框面型補償單元，在吊框變形的過程中由吊框面型補償單元對吊框輸出補償力，使得吊框面型的形變得到補償。
本發明還提供一種光刻機中吊框面型補償方法中，在吊框底部設置吊框面型形變檢測模塊，用於記錄其檢測得到的吊框的形變數據（一般為應變），設置閉環自動控制器，控制吊框面型補償單元的補償力，移動工件台，每移動一段距離，記錄吊框面型形變檢測模塊檢測得到的數據，將上述記錄的形變數據和補償力進行最小平方法擬合，輸入閉環自動控制器中，在即時掃描曝光過程中，當工件台移動時，由閉環自動控制器根據上述擬合的數值進行即時控制吊框面型補償單元的補償力。
上述光刻機以及光刻機吊框面型補償方法能夠對吊框面型的形變發生補償，且補償方法中由於設置吊框面型形變檢測模塊用於檢測吊框面型的形變，將其與吊框面型補償單元的補償力作最小平方法擬合後得到擬合數據，閉環自動控制器根據擬合數據控制吊框面型補償單元的補償力，因此對於吊框面型的補償更為精確。
為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合圖式對本發明的具體實施方式做詳細的說明。
實施例一
請參照第1圖，在力學仿真模型中，吊框所在的平面受到了集中載荷F，則會發生形變，通常產生的最大應變為0.818e-6 m（如第2圖所示），造成吊框上方的工件台不能維持水平面。
因此，本發明提供一種光刻機，請參照第1圖，吊框上設置吊框面型補償單元，對吊框的面型進行補償，其中，所述吊框面型補償單元的數量和位置可以根據需要進行設置，例如，所述吊框面型補償單元的數量為兩個，兩個所述吊框面型補償單元呈一直線設置在所述吊框中心和所述吊框邊緣之間的區域；又如，所述吊框面型補償單元的數量為三個，三個所述吊框面型補償單元呈三角形設置在所述吊框中心和所述吊框邊緣之間的區域，在此，補償力抽象為F1和F2（如第1圖所示），在補償後測得此時吊框上的最大應變為0.104e-6m，請參照第3圖，可以看出最大應變有明顯減小。
較佳地，所述吊框面型補償單元為減振裝置1，一般減振裝置1由氣囊和直線電機構成，可以藉由所述直線電機控制所述氣囊中的氣體量，藉以控制所述吊框面型補償單元（在此即減振裝置1）提供的補償力，具體的，所述吊框面型補償單元（在此即所述氣囊）的一側可以與地面接觸，所述吊框面型補償單元（在此即所述氣囊）的另一側可以與吊框大理石底面接觸。
較佳地，所述吊框上還設置有吊框面型形變檢測模塊，在本實施例中，請參照第4圖，吊框面型形變檢測模塊為應變片2，這是一種感測器，可以檢測吊框面型形變發生的應變，以此作為輸入藉由控制減振裝置1出力，使應變降低到最小，在此，使應變降低到一閾值內，所述閾值可以根據精度要求的不同而作出不同的設定。
請參照第5圖，設置一閉環自動控制器，在本實施例中為PID控制器，其與減振裝置1連接，用於控制減振裝置1給予吊框的補償力，具體的，所述閉環自動控制器可以藉由有線或者無線的方式與所述吊框面型補償單元連接，具體的，可以與所述吊框面型補償單元中的直線電機連接，藉由控制電機的輸出而控制所述吊框面型補償單元提供的補償力，進一步地，所述閉環自動控制器還可以藉由有線或者無線的方式與所述吊框面型形變檢測模塊連接，獲取所述吊框面型形變檢測模塊檢測到的吊框面型的形變資訊，進而根據所述吊框面型的形變資訊控制所述吊框面型補償單元給予所述吊框的補償力的大小。
本發明還提供使用上述光刻機的吊框面型補償方法，可繼續參考第5圖，包括以下步驟：
步驟一：為了精確控制減振裝置1給予吊框的補償力，在吊框面型補償之前，首先要完成吊框應變和減振裝置1補償力之間的關係標定，將應變片2安裝在吊框底部且較佳地安裝在靠近減振裝置1處，具體為，在吊框調平後，安裝應變片2，然後將工件台沿X向或Y向運動到極限位置。
步驟二：記錄當前應變片2檢測到的應變s1，操縱減振裝置1對吊框面型出補償力直至應變小於事先設定的閾值ε，然後記錄此時減振裝置1補償力F1的值，完成記錄後撤銷補償力。
步驟三：移動工件台，當工件台沿X向或Y向每步進一段距離，重複步驟二中的記錄應變和補償力操作，直至工件台移動至X向或Y向的另一極限位置，將所有測量值整理成下表1：
表1 應變與補償力關係表
對上表中的數據採用最小平方法進行擬合，即對吊框面型形變檢測模塊檢測到的應變數據和吊框面型補償單元給予所述吊框補償力的大小進行最小平方法擬合，最終得到減振裝置1的補償力和應變之間的關係。
步驟四：在PID控制器中輸入上述資訊，即將減振裝置1的補償力和應變之間的關係輸入PID控制器，在掃描曝光過程中，當工件台移動（到一位置）時，吊框面型形變檢測模塊獲取吊框面型的應變數據，由PID控制器根據所述吊框面型的應變數據和上述藉由最小平方法擬合得到的曲線控制減振裝置1的補償力。
上述光刻機以及光刻機吊框面型補償方法能夠對吊框面型的形變進行補償，且補償方法中由於設置吊框面型形變檢測模塊用於檢測吊框面型的應變，將其與吊框面型補償單元的補償力作最小平方法擬合後得到擬合數據，閉環自動控制器根據擬合數據控制吊框面型補償單元的補償力，因此對於吊框面型的補償更為精確。
可選的，在吊框面型補償單元不施加補償力的情況下，使工件台按照如第6圖所示步進軌跡進行步進，每步進一次後，記錄位置前饋反應裝置所顯示的工件台的即時位置坐標，同時，應變片2記錄每次步進時，由工件台產生的吊框的應變，將上述數據匯總形成下表2：
表2 面型補償表
結合表1和表2，則可進一步得到工件台位置與吊框面型補償單元的補償力之間的對應關係，將上述表格中的數據作為機器常數輸入PID控制器，在工件台運動到不同位置時進行插值以得到相應位置的應變值，將該應變值作為前饋信號輸出給減振裝置1用於控制減振裝置1的補償力，即在本申請實施例中，所述閉環自動控制器還集成一處理器，所述處理器儲存上述表格2（在此稱為面型補償表），更佳地，所述處理器儲存對所述即時位置坐標和吊框面型形變檢測模塊檢測到的數據進行最小平方法擬合得到的曲線，可繼續參考第5圖，進一步的，當工件台移動（到一位置）時，所述位置前饋反應裝置測量所述工件台的位置，所述處理器根據所述工件台的即時位置坐標及上述表2或者上述表2藉由最小平方法擬合得到的曲線得到相應位置的應變值並可根據上述表1或者上述表1藉由最小平方法擬合得到的曲線控制所述吊框面型補償單元給予所述吊框補償力的大小，此外，所述處理器也可以與所述閉環自動控制器相互獨立。
使用上述位置前饋反應裝置是為了防止在使用PID控制的時候產生的延時，藉以提高減振裝置1的響應速度。
實施例二
請參照第7圖，本實施例與實施例一的區別在於，吊框面型形變檢測模塊為壓電陶瓷5，在吊框3底部設置了槽4，將該壓電陶瓷5放置在槽4內，並施加預緊力對壓電陶瓷5進行預壓縮，實施例一中測量得到的應變s1由壓電陶瓷5測得的數據代替，在本申請的其他實施例中，吊框面型的形變資訊也可以藉由其他檢測裝置得到，本申請對此不作限定，所述吊框面型形變檢測模塊的數量可以為多個，根據精度的不同要求而設置不同數量的所述吊框面型形變檢測模塊，較佳地，多個所述吊框面型形變檢測模塊均勻的分佈於所述吊框上。
本發明對上述實施例進行了描述，但本發明不僅限於上述實施例，顯然該領域具有通常知識者可以對發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍，這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬本發明申請專利範圍及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包括這些改動和變型在內。
1‧‧‧減振裝置
2‧‧‧應變片
3‧‧‧吊框
4‧‧‧槽
5‧‧‧壓電陶瓷
F‧‧‧集中載荷
F1、F2‧‧‧補償力
第1圖為本發明實施例一吊框面型補償單元的補償原理圖。
第2圖為本發明實施例一中不施加補償力時的吊框面型變形仿真示意圖。
第3圖為本發明實施例一中施加補償力後的吊框面型變形仿真示意圖。
第4圖為本發明實施例一中應變片的位置的局部示意圖。
第5圖為本發明實施例一中閉環控制過程示意圖。
第6圖為本發明實施例一中工件台步進軌跡示意圖。
第7圖為本發明實施例二中壓電陶瓷安裝的局部示意圖。

Claims (10)

  1. 一種光刻機，具有用於承載一工件台的一吊框，其中，在該吊框上設置一吊框面型補償單元，用於一吊框面型補償；該吊框上還設置有一吊框面型形變檢測模塊，用於獲取一吊框面型的形變資訊；該光刻機還設置有一閉環自動控制器，與該吊框面型補償單元連接，用於根據該吊框面型的形變資訊控制該吊框面型補償單元向該吊框施加的補償力的大小。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光刻機，其中，該吊框面型補償單元採用一減振裝置；該減振裝置由氣囊和直線電機構成。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之光刻機，其中，該吊框面型補償單元一側固定在地面上，另一側固定在該吊框的底面。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之光刻機，其中，該吊框面型形變檢測模塊為固定在該吊框的底面的應變片。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之光刻機，其中，該吊框面型形變檢測模塊為壓電片，該吊框的底面設置有槽，該壓電片固定在該槽內。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之光刻機，其中，該工件台上還設置有位置前饋反應裝置，用於測量該工件台的位置；該光刻機還設置有一處理器，與該吊框面型補償單元連接，用於根據該工件台的位置控制該吊框面型補償單元向該吊框施加的補償力的大小。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之光刻機，其中，該處理器與該閉環自動控制器集成在一起，或者，該處理器與該閉環自動控制器相互獨立。
  8. 一種具有如申請專利範圍第1至第7項中任一項所述之光刻機中吊框面型補償方法，其包括： 步驟一：在該吊框的底部設置該吊框面型形變檢測模塊； 步驟二：記錄此時該吊框面型形變檢測模塊檢測到的數據及使得該吊框的面型形變小於一閾值的該吊框面型補償單元給予該吊框的補償力的大小； 步驟三：移動該工件台，該工件台每移動一段距離，重複步驟二直至運動至該工件台極限位； 步驟四：將根據步驟二和步驟三得到的數據進行最小平方法擬合；以及 步驟五：設置該閉環自動控制器，其與該吊框面型補償單元連接，根據步驟四中擬合得到的數據，在該工件台移動過程中，由該閉環自動控制器控制該吊框面型補償單元的補償力。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之吊框面型補償方法，其中，步驟四包括對該吊框面型形變檢測模塊檢測到的數據和該吊框面型補償單元給予該吊框的補償力的大小進行最小平方法擬合；步驟五包括根據該吊框面型形變檢測模塊檢測到的數據控制該吊框面型補償單元的補償力。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之吊框面型補償方法，其中，在該工件台上設置位置前饋反應裝置，在步驟二和三中記錄該工件台吊框面型形變檢測模塊檢測到的數據的同時，記錄該位置前饋反應裝置所顯示的該工件台的一即時位置坐標，步驟四還包括對該即時位置坐標和該吊框面型形變檢測模塊檢測到的數據進行最小平方法擬合；步驟五還包括根據該即時位置坐標控制該吊框面型補償單元的補償力。
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