WO2012149887A1 - 用于光刻设备的粗动台的质心测校的方法 - Google Patents

用于光刻设备的粗动台的质心测校的方法 Download PDF

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WO2012149887A1
WO2012149887A1 PCT/CN2012/074910 CN2012074910W WO2012149887A1 WO 2012149887 A1 WO2012149887 A1 WO 2012149887A1 CN 2012074910 W CN2012074910 W CN 2012074910W WO 2012149887 A1 WO2012149887 A1 WO 2012149887A1
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centroid
coarse motion
eccentricity
range
mass
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PCT/CN2012/074910
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English (en)
French (fr)
Inventor
吴立伟
董俊清
Original Assignee
上海微电子装备有限公司
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70691—Handling of masks or workpieces
    • G03F7/70716—Stages
    • G03F7/70725—Stages control

Definitions

  • the present invention relates to the field of integrated circuit equipment manufacturing technology, and more particularly to a method for centroid calibration of a coarse motion stage of a wafer stage of a lithographic apparatus. Background technique
  • a lithographic apparatus is a device that exposes a mask pattern to a silicon wafer.
  • lithographic apparatus include step repeat and step scan.
  • An important aspect of measuring these lithographic apparatus is the accuracy, that is, the accuracy with which components moving during illumination can move.
  • the components to be moved are: a mask table carrying a mask pattern, silicon carrying silicon wafers Film stage.
  • position feedback is used and controlled using a standard PID (proportional-integral-derivative) based control system.
  • lithography equipment in order to obtain nanometer-level positional accuracy and fast response time, lithography equipment is required to have large acceleration and small impact on the measurement reference frame, and these two indicators are often contradictory, therefore,
  • silicon wafer stage-balanced mass structure is adopted.
  • the silicon wafer stage motor generates large acceleration to meet the requirements of fast response.
  • the reaction force of the silicon wafer stage motor acts on the balance quality, and the balance quality is reversed.
  • the movement absorbs the impact of the wafer stage to meet the requirements for a smaller impact on the measurement reference frame.
  • the wafer stage-balance mass system satisfies the centroid conservation during the movement.
  • the center of the wafer stage motor drive is the centroid point, but the measurement center often takes the centroid point.
  • the present invention provides a centroid calibration method for a coarse motion stage, which can optimize the control of the wafer stage by the wafer center mass center compensation control algorithm.
  • the present invention discloses a method for centroid calibration of a coarse motion stage of a lithographic apparatus for testing the offset of the centroid of the coarse motion stage relative to the centroid, including: Step 1: The horizontal X, Y, and Rz degrees of freedom of the coarse motion stage are both closed-loop controlled and converted into a coarse motion coordinate system. Step 2: Estimate the range of the X and Y centroids and N equally, and divide the points.
  • Step 3 using the centroid eccentricity to calculate the compensation and calculate the positional deviation data of the N sets of Rz; Step 4, the minimum value of the positional deviation data of the N sets of Rz and the set Rz deviation The threshold is compared. If the threshold is less than the Rz deviation threshold, the test is completed. Otherwise, the two eccentricity values of the eccentricity corresponding to the set of tests with the smallest Rz value are selected as the new centroid range and returned to step 3; Step 5: The amount of eccentricity of the actual centroid.
  • the eccentricity value of the actual centroid and the position of the coarse motion motion centroid are fed back to the controller compensation algorithm in real time, and the parameters of the three degrees of freedom of the horizontal movements X, Y, and Rz of the coarse motion stage in the controller compensation algorithm are changed.
  • the X closed loop control is implemented by an X scale; the Y and Rz closed loop control is measured by two Y-direction gratings and transformed by coordinate transformation.
  • the coarse motion table coordinate system is a measurement zero coordinate system of the coarse motion stage light scale, and the coarse motion stage coordinate system is also a coarse motion table core coordinate system.
  • the estimated X and Y centroids are calculated from the mass and design centroid of the coarse motion stage.
  • the compensation calculation step further comprises: collecting coordinate-transformed grating scale readings to obtain measured values of the axes of the coarse moving table X, Y, and Rz; accepting the X, Y, and Rz axes of the controller output. Control force; The force output of each physical actuator is assigned according to the compensation model formula.
  • the controller compensation model formula includes:
  • ⁇ is the X-direction centroid eccentricity of the coarse motion table
  • Ay is the eccentricity of the coarse motion table, and is the X-direction distance from the Y motor to the origin of the coarse motion table coordinate system.
  • J zQ is the coarse motion table around the centroid Z axis.
  • X is the measured reading of the X-direction scale
  • F:, F:, 7 The desired controller input for each logical axis of the coarse motion stage Output, f / y2 is the desired output force of each physical axis actuator
  • One step is to:
  • a 2 is the distribution ratio of the thrust command in the direction of the physical axis when the X-direction motion mass is zero when the X-direction motion position is zero; ! ⁇ The centroid of the Y-direction motion mass caused by the X-direction displacement change of the moving table 101
  • step 3 of the method further comprises: substituting the centroid eccentricity into the centroid calibration algorithm, when testing the X-direction bias centroid, the X-direction closed loop is at the zero position of the grating, and the Rz is closed at the zero position, Y Injecting the motion trajectory, when testing the Y-direction centroid, the Y-direction closed-loop is at the zero position of the grating, Rz To the closed loop at the zero position, the X direction is injected into the motion trajectory.
  • the test X-direction eccentricity further includes: S101, estimating a range of ⁇ in the coarse motion table coordinate system, and setting a value of ⁇ to a lower boundary of the range;
  • the coarse motion table X returns to the zero position of the grating ruler, and the servo is closed loop;
  • coarse motion stage Rz is closed loop at zero point
  • Y direction is closed loop
  • a round-trip trajectory is injected into the Y direction to track and record the error of Rz direction
  • the test Y-direction eccentricity further includes: S201, estimating a range of Ay in the coarse motion table coordinate system, and setting the value to the lower boundary of the range;
  • the coarse movement stage Y returns to the zero position of the grating ruler, and the servo closed loop;
  • the present invention determines the centroid deviation of the center of mass of the wafer stage relative to the measurement center of the physical sensor by the measured value of the physical sensor of the silicon wafer stage; the test method is simple and practical, and no additional test device is needed; The centroid feedback is fed into the actual controller compensation algorithm to improve control performance in real time.
  • FIG. 1 is a schematic structural view of a carrier table in a lithographic apparatus
  • Figure 2 is a basic block diagram of closed loop control
  • FIG. 3 is a basic block diagram of a centroid measurement control method according to the present invention.
  • Figure 4 is a test trajectory diagram of the centroid calibration of the coarse motion table obtained after the simulation
  • Figure 5 is a displacement deviation diagram of the horizontal direction of each coarse logic table obtained after the simulation
  • Fig. 6 is a specific flow chart of the centroid calibration control method according to the present invention. detailed description
  • the invention provides a method for centroid calibration, and the main invention concept is as follows:
  • the centroid of the bearing table in the centroid coordinate system can be measured by the position sensor of the bearing table, and then the centroid compensation control algorithm can be adopted by the bearing table. Optimize the control of the stage.
  • FIG. 1 is a schematic structural view of a wafer stage in a lithographic apparatus.
  • a substrate to be exposed such as a silicon wafer or a glass substrate, is placed on the fine movement stage 101.
  • the micro-motion stage 101 is placed on the coarse motion stage 102, and is connected by a connection pair 106 (the small circles in the figure all indicate the connection pair), and the connection pair may be air-floating Bearing connection, magnetic bearing connection and other connection pairs.
  • the fine movement stage 101 can move in space 6 degrees of freedom.
  • the coarse motion stage 102 is placed on the balance mass 103, which is connected using a connection pair 106.
  • the balance mass 103 is placed on the base frame 104. There is also a measurement frame 105 above the base frame 104.
  • the balance mass 103 is connected to the base frame 104, the base stone exit frame 104 and the measurement frame 105 using a connection pair 106.
  • the connecting pair 106 may be a plurality of connection modes such as an air bearing connection and a magnetic bearing connection.
  • the sill-out frame 105 is placed on the floor 107, and the connection pair 106 between them is not specifically described.
  • the base frame 104 is placed directly on the floor 107.
  • the fundamental purpose of the lithographic apparatus is to accurately and quickly locate the silicon wafer on the micro-motion stage 101.
  • the position of the micro-motion stage 101 is measured relative to the measurement frame 105, and feedback is performed, and the set micro-motion stage 101 is moved.
  • the trajectory is compared, and the measurement deviation is obtained.
  • the feedback controller adjusts and amplifies the deviation signal to obtain a control signal, and then goes to the micro-motion actuator to drive the micro-motion stage 101 to form a closed-loop control loop.
  • the closed-loop large-stroke motion of the micro-motion stage 101 alone does not achieve the required positioning accuracy, so the coarse-motion stage 102 is added, and the coarse and micro-motion combination is adopted to realize fast and high-precision positioning.
  • the balance mass 103 reverse motion is used to reduce the external interference of the entire wafer stage system.
  • the coarse motion stage 102 and the balance mass 103 are also provided with a closed loop control loop, the coarse motion stage 102 selects the scale relative to the balance mass 103 for position measurement, and the balance mass 103 selects the scale relative to the base frame 104 for measurement.
  • FIG. 2 is a basic block diagram of closed-loop control, as shown in FIG. 2, where 201 is a track setting module, 202 is a feedback controller module, 203 is an actuator module, 204 is a moving object module, and 205 is a measuring sensor module, 206 is The position error signal obtained after comparing the trajectory setting with the actual trajectory measurement, 207 is a control signal obtained after the position error signal is passed through the feedback controller module 202.
  • FIG. 3 is a basic block diagram of a centroid measurement control method according to the present invention. As shown in Figure 3,
  • 301a is the X set value
  • 301b is the Y set value
  • 301c is the Rz set value.
  • the positional detection module 303 is used to measure the X-direction displacement of the coarse motion stage at this time, and then enters the coordinate transformation 304 to enter the coarse motion stage coordinate system.
  • the coarse motion table coordinate system is the measurement zero coordinate system of the coarse motion stage grating scale, and is also the coarse motion table core coordinate system.
  • the centroid calibration algorithm 305 when measuring the X-direction bias centroid, the X-direction closed loop is at the zero position of the grating scale, and the Rz is injected into the motion trajectory at the zero position and the Y-direction.
  • the closed-loop control 306 is also applied to the Y set value and the Rz set value, and then the centroid calibration algorithm 305 is used after entering the coordinate transformation 304.
  • the measured centroid is fed back to the actual controller compensation algorithm to improve the control performance in real time.
  • the compensation algorithm includes: collecting coordinate-transformed grating scale readings, and obtaining measured values of the axes of the coarse motion stages X, Y, and Rz.
  • the desired control force of each of the X, Y, and Rz axes output by the controller 307 is accepted.
  • the force output of each physical actuator is obtained according to formula (5) and formula (6), respectively.
  • the center of mass of the coarse motion stage needs to be accurately obtained relative to the position of the center of the coarse motion table.
  • ⁇ is the amount of X-direction centroid eccentricity of the coarse motion table. Specifically, it refers to the X-direction distance of the centroid of the coarse motion stage to the origin of the coarse motion coordinate system in the X direction. This distance distinguishes between positive and negative values.
  • y is the eccentricity of the Y-center of the coarse motion table, specifically the Y-square distance of the centroid of the coarse motion stage to the origin of the coarse motion coordinate system in the Y direction, which distinguishes between positive and negative values.
  • L ⁇ is the X-direction distance from the Y1 motor to the origin of the coarse motion table coordinate system
  • L y2 is the X-direction distance from the Y2 motor to the origin of the coarse motion table coordinate system; wherein, the two motors Yl and ⁇ 2 are respectively located on the positive and negative half axes of the X-axis, and are arranged in parallel along the ⁇ direction, as the ⁇ -directional physical actuator
  • the yaw and Rz drive the coarse motion stage.
  • L y2 (x) is the distance from the Y2 motor output point to the centroid of the coarse motion table X.
  • J z0 is the moment of inertia of the coarse motion table around the centroid Z axis.
  • X is the measured reading of the X-direction scale.
  • the work station controller output force provided respective logical axial center of the coarse movement stage is desired, the mover force output from the actual output force F ;, ⁇ ⁇ each physical axis of the actuator, i.e. X motor, Y1 motor, v2 is the motor, as /, / ⁇ 1 , person 2 . Then you can set the relationship between them as: formula (1)
  • the three-degree-of-freedom output force of the centroid point of the coarse motion stage is ⁇ , F Y , T Z , and the relationship between the output force of each physical actuator of the coarse motion stage and the three-degree-of-freedom output force of the centroid point of the coarse motion stage can be expressed as:
  • Joint public (1) and formula (2) can be public
  • ⁇ is! ⁇ Motion X due to X displacement to the stage 101 of the centroid of the moving mass ⁇ and range rate between the / 2 actuator physical axis,; "a fine movement stage 101 in the X-direction moving mass ⁇ forward motion position X
  • the distribution of the thrust of the centroid of the Y-direction motion mass at zero is the distribution ratio of the thrust command in the physical axis direction;
  • 2 is the centroid of the Y-direction motion mass caused by the change of the X-direction displacement of the micro-motion table 101 ⁇ *Axis direction Rate of change of moment of inertia;
  • a 2 is the mass of X-direction motion at X
  • the moment balance of the centroid of the Y-direction moving mass is equal to the distribution ratio of the thrust command in the /2 physical axis direction;
  • A is the centroid of the Y-direction moving mass caused by the change of the X-direction displacement of the fine-motion stage 101.
  • centroid measurement range (X-direction coordinate range) is ⁇ -min, a-max], then the actual centroid measurement range can be expanded to [ll*a-min, ll*a-max] or [1.2*a-min, 1.2*a — max] or other suitable range.
  • the coarse motion table X returns to the zero position of the grating scale (ie, the origin of the coarse motion table coordinate system), and the servo is closed.
  • the coarse motion stage Rz is closed to the closed loop at zero point and Y direction closed loop, and a round-trip trajectory is injected into the Y direction to track and record the error of the Rz direction.
  • step (1) sequentially change the value of ⁇ until the upper boundary of the range selected by step (1) is reached.
  • step (6) does not get a fitting curve of the parabolic shape
  • the reason may be the step
  • the range of ⁇ determined in (1) does not include the actual centroid eccentricity value, and an alternative end point can be selected on both sides of the obtained approximate centroid position to obtain a smaller new range, and a smaller step is selected. Long to repeat the above centroid measurement method to accurately determine the eccentricity of the actual centroid.
  • the coarse motion table turns back to the zero position of the grating scale (ie, the origin of the coarse motion table coordinate system), and the servo is closed.
  • the coarse motion stage Rz is closed to the zero point and the X direction is closed, and a round-trip trajectory is injected into the X direction to track and record the error of the Rz direction.
  • step (6) does not obtain a fitting curve of the parabolic shape
  • the reason may be that the range of Ay determined in step (1) does not include the actual centroid eccentricity value, and can be obtained on both sides of the approximate centroid position.
  • Each of the other endpoints is selected to obtain a smaller new range, and a smaller step size is selected to repeat the centroid calibration method to accurately determine the eccentricity of the actual centroid.
  • the present invention provides a workpiece table coarse motion table centroid calibration and controller online compensation control method, with a coarse motion table as a calibration object, and its horizontal X, Y, Rz three degrees of freedom are closed loop, wherein the X-direction closed-loop behavior It is realized by X-grating scale, and its Y and Rz-direction closed-loop behavior is realized by two Y-direction grating scales and coordinate transformation.
  • coordinate transformation it is mainly transformed into a coarse motion coordinate system, that is, a measurement zero coordinate system of the coarse motion grating scale, and also a coarse motion center coordinate system.
  • the range in which the X-direction and the Y-direction centroid may be located is determined and N-divided separately.
  • the calculation quality and design centroid of each module of the coarse-motion stage can be used for calculation. From small to large, take the halved point values as the centroid eccentricity, and substitute them into the compensation control calculation.
  • the parameters of the controller are synchronously corrected during the centroid measurement process, so that the final measured centroid center position is closer to the true value, and the controller controls the coarse motion stage. More precise.
  • the X-direction closed loop When measuring the X-direction bias centroid, the X-direction closed loop is at the zero position of the scale, and the Rz is closed to the zero position, and the Y-direction is injected into the motion trajectory.
  • the Y-direction closed loop When measuring the Y-direction bias centroid, the Y-direction closed loop is at the zero position of the scale, and the Rz is closed at the zero position, and the X-direction is injected into the motion trajectory. Record the positional deviation of the Rz direction. It can be understood that when the equal value N is obtained, that is, the smaller the step size in the foregoing step (4), the higher the measurement accuracy, the more accurate the measured centroid position.
  • N sets of position deviation data respectively obtain the mean value of the acceleration segment, and select the minimum value as the result of the current measurement, and compare with the set Rz deviation threshold value. If it is less than the threshold value, the measurement is completed, and the Rz value is obtained.
  • the minimum amount of eccentricity corresponding to the set of measured values is taken as the eccentricity of the actual centroid and written to the machine constant.
  • the two eccentricity values of the eccentricity corresponding to the set of measured values having the smallest Rz value are selected as the new centroid range, and the centroid measurement is performed again until the final measured Rz error value is smaller than Threshold.
  • the X-direction eccentricity measurement method includes:
  • the X, Y, Rz three-degree-of-freedom grating ruler is closed to zero.
  • the first set of data is read.
  • T centroid eccentricity ⁇ that is, the range [ a _ min, a _ m aX ]T is equally divided, and the centroid eccentricity ⁇ value corresponding to each aliquot is obtained, where ⁇
  • ⁇ The X-direction distance of each aliquot in the X direction to the origin of the coarse motion table coordinate system, which distance distinguishes between positive and negative values.
  • 606- Obtain an eccentric eccentricity value ( ⁇ , . ) of the X-th centroid, and the centroid eccentricity value ( ⁇ , . ) is a coordinate value.
  • 607- Substituting ( ⁇ , ⁇ ) into the compensation control algorithm, obtaining the values of “ 2 , ⁇ , ⁇ , ⁇ from equations ( 10 ) and ( 11 ), and thereby compensating the controller to improve the controller
  • the control precision of the coarse motion stage it should be noted that, after the compensation of the controller is completed, the range [ fir_ min, a _ max ] determined in step 604 will be corrected accordingly, and corresponding to the corrected range.
  • ⁇ , ( ⁇ ; ) continue to perform centroid calibration.
  • 608-X and Rz are injected into the loop at the zero position, and the Y direction is injected into a round-trip trajectory;
  • a range of ⁇ in the coarse motion table coordinate system is estimated, and the value of ⁇ is set to the lower boundary a _min of the range; the coarse motion table X returns to the zero position of the grating (ie, the origin of the coordinate system) , and servo closed loop.
  • the coarse motion stage Rz is closed to the zero point in the closed loop, and the Y direction is closed loop, and a round-trip trajectory is injected into the Y direction to track and record the error of the Rz direction.
  • the step length is set, and ⁇ is changed by one step in the range selected in step 604.
  • a round-trip trajectory is injected into the same direction as step 608, and the error in the Rz direction is recorded.
  • the value of ⁇ is sequentially changed until the upper boundary a _max of the range selected in step 604 is reached.
  • the minimum value s is compared with the set Rz deviation threshold 1 ⁇ 2 , if it is less than the threshold, the measurement is completed, the process proceeds to step 614, and if it is greater than the threshold, the process proceeds to step 615.
  • N determines whether N is greater than 100. If it is greater than 100, the measurement is completed, and the process proceeds to step 614. If it is less than 100, the process proceeds to step 616. It should be noted that the step is judged only to prevent the program from circulating indefinitely, and the maximum value of N may be Modify as needed, not limited to 100;
  • Figure 4 is a test trajectory diagram of the centroid calibration of the coarse motion table obtained after simulation.
  • Fig. 5 is a displacement deviation diagram of the horizontal direction of each coarse axis obtained after the simulation.
  • the test trajectory is added in the Y direction of the coarse motion stage, and the coarse motion stage horizontally outputs the displacement maps of the respective degrees. It can be seen from the figure that when the eccentric center drive and the unbiased centroid drive are used, the position error of the Rz direction of the coarse motion stage is significantly different, so the degree of the eccentricity is judged by the position error in the Rz direction.
  • the present invention provides a set of test parameters for actual test, and the parameter design and test results are as follows:
  • the test shows: Taking the X-direction centroid measurement as an example, the actual measured centroid and eccentricity setting deviation is about 0.236mm, which is relatively small, and can be more accurate by increasing the number of measurements. School amount.

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Description

用于光刻设备的粗动台的质心测校的方法 技术领域
本发明涉及集成电路装备制造技术领域， 尤其涉及一种用于光刻设备的 承片台的粗动台的质心测校的方法。 背景技术
光刻设备是一种将掩模图案曝光成像到硅片上的设备。 已知的光刻设备 包括步进重复式和步进扫描式。 衡量这些光刻设备的一个重要的方面就是准 确度， 即在照射期间要移动的部件能够移动的准确度， 所述要移动的部件有： 承载掩模图案的掩模台， 承载硅片的硅片台。 一般情况下， 都会采用位置反 馈， 利用标准的基于 PID (比例-积分-微分） 的控制系统进行控制。 同时， 为 了获得纳米级别的位置准确度， 以及快速的响应时间， 就要求光刻设备有较 大的加速度和对测量基准框架较小的冲击， 而这两项指标往往是相互矛盾的， 所以， 在许多光刻设备中， 都采用硅片台 -平衡质量的结构， 硅片台电机产生 较大的加速度来满足快速响应的要求， 硅片台电机的反力作用到平衡质量上， 平衡质量反向运动来吸收硅片台的冲击， 来满足对测量基准框架较小冲击的 要求。 硅片台-平衡质量系统在运动过程中， 满足质心守恒。 实际中， 硅片台 电机驱动中心为质心点， 但是测量中心往往取形心点， 这样， 在实现控制的 时候， 就存在控制信号从形心位置到质心位置的转换， 这个转换和质心和形 心的位置偏差密切相关， 如果质心和形心位置没有 4艮好的校准， 偏差较大的 话， 控制性能就不会达到需要的精度， 而且也会引起电机的过大出力， 产生 较大热功耗。 所以为了获得较好的光刻设备性能， 硅片台的质心需要准确标 定。 发明内容
为克服现有技术中存在的缺陷， 本发明提供一种粗动台的质心测校的方 法， 该方法通过硅片台质心补偿控制算法， 可以优化硅片台的控制。 为实现上述发明目的， 本发明公开一种用于光刻设备的粗动台的质心测 校的方法， 用于测试粗动台的质心相对形心的偏移量， 包括： 步骤一、 对该 粗动台的水平 X、 Y、 Rz三自由度均闭环控制后变换为粗动台坐标系； 步骤 二、预估该 X向及 Y向质心所处范围并 N等分，将该等分点作为质心偏心量； 步骤三、利用该质心偏心量进行补偿计算及测校计算后获得 N组 Rz的位置偏 差数据； 步骤四、 将 N组 Rz的位置偏差数据的最小值与设定的 Rz偏差阈值 进行比较， 如果小于该 Rz偏差阈值则测试完成， 否则选择 Rz值最小的该组 测试对应的偏心量的前后两个偏心量值作为新的质心范围并重新返回步骤 三； 步骤五， 得出实际质心的偏心量。
更进一步地， 将该实际质心的偏心值和粗动运动形心位置实时反馈到控 制器补偿算法中， 改变该控制器补偿算法中粗动台的水平 X、 Y、 Rz三自由 度的参数。
更进一步地， 该 X闭环控制通过 X光栅尺实现； 该 Y和 Rz向闭环控制 通过两个 Y向光栅尺测量并经坐标变换后实现。 该粗动台坐标系即粗动台光 栅尺的测量零位坐标系，该粗动台坐标系也即粗动台形心坐标系。该预估该 X 向及 Y向质心通过该粗动台的质量和设计质心计算出来。
更进一步地， 该补偿计算步骤进一步包括： 采集经坐标变换后的光栅尺 读数， 得到粗动台 X、 Y、 Rz各轴的测量值； 接受控制器输出的 X、 Y、 Rz 各轴的期望控制力； 根据补偿模型公式分配各个物理执行器的力输出。
该控制器补偿模型公式包括：
Figure imgf000004_0001
其中， Δ 为粗动台 X向质心偏心量， Ay为粗动台 Υ向质心偏心量， 为 Y电机到粗动台坐标系原点的 X向距离， JzQ为粗动台绕质心 Z轴的转动惯量 , X为 X向光栅尺的测量读数， F：、 F：、 7：为粗动台各逻辑轴期望的控制器输 出力， f /y2为各个物理轴执行器的期望输出力
一步变换为：
Figure imgf000005_0001
J J 1 1
a2 - x2 + β
+— L
m
J J 1
z ' Jz0 L(m - mx ) - x + m - Ax 2 1
m„ 其中， 是微动台 101的 X向位移变化引起的 X向运动质量 ^的质心与 fyl、 2执行器物理轴之间的距离变化率； „是微动台 101的 X向运动质量^ 在 X向运动位置为零时 Y向运动质量 的质心的力矩平衡在 物理轴方向的 推力指令的分配比； 《2是微动台 101的 X向位移变化引起的 Y向运动质量^ 的质心绕？：轴方向的惯性力矩的变化率； A2是 X向运动质量^在 X向运动 位置为零时 Y 向运动质量 ^的质心的力矩平衡在/ 物理轴方向的推力指令 的分配比； A是!^动台 101的 X向位移变化引起的 Y向运动质量 ^的质心绕
7：轴方向的恒定惯性力矩比例因子； η、 r2、 r3是各个物理轴 /、 f≠、 fyl与 逻辑轴 之间的变换因子； 、 52 , 是各个物理轴 /x、 f≠、 Λ2与逻辑轴 之间的变换因子； t2、 ^是各个物理轴 Λ、 、 2与逻辑轴 Γζ*之间的变换 因子。
更进一步地， 该方法的步骤三进一步包括： 将所述质心偏心量代入质心 测校算法中， 当测试 X向偏质心时， X向闭环在光栅尺零位， Rz向闭环在零 位， Y向注入运动轨迹， 当测试 Y向偏质心时， Y向闭环在光栅尺零位， Rz 向闭环在零位 , X向注入运动轨迹。
该测试 X向偏质心进一步包括： S101、 估计 Δ在粗动台坐标系下的一个 范围， 将 Δ 的值设置为该范围的下边界；
5102、 粗动台 X向回到光栅尺零位， 并伺服闭环；
5103、 粗动台 Rz向闭环在零点， Y向闭环， 给 Y向注入一段往返轨迹， 跟踪并记录 Rz向的误差；
5104、 设定一步长， Δ在 S101选定的范围内变化一步长量。 给 Υ向注 入同 S103中的一段往返轨迹， 并记录 Rz向的误差；
5105、 依次改变 Δ 的值， 直到达到 S101选定的范围的上边界；
5106、 对各步运动得到的 Rz误差数据进行最小二乘法拟合处理， 往返轨 迹中同一方向的各步得到的 Rz误差数据应该近似成一二阶抛物线分布， 其极 'J、值点即为实际质心的偏心值。
该测试 Y向偏质心进一步包括： S201、 估计 Ay在粗动台坐标系下的一个 范围， 将 的值设置为该范围的下边界；
5202、 粗动台 Y向回到光栅尺零位， 并伺服闭环；
5203、 粗动台 Rz向闭环在零点， X向闭环， 给 X向注入一段往返轨迹， 跟踪并记录 Rz向的误差；
5204、 设定一步长， Ay在 S101选定的范围内变化一步长量。 给 X向注 入同 S103中的一段往返轨迹， 并记录 Rz向的误差；
5205、 依次改变 的值， 直到达到 S101选定的范围的上边界；
5206、 对各步运动得到的 Rz误差数据进行最小二乘法拟合处理， 往返轨 迹中同一方向的各步得到的 Rz误差数据应该近似成一二阶抛物线分布， 其极 'J、值点即为实际质心的偏心值。
与现有技术相比较， 本发明通过硅片台物理传感器的测量值来确定硅片 台质心相对物理传感器测量中心的质心偏差； 测试方法简单实用， 不需要增 加额外的测试装置； 将测出来的质心反馈到实际控制器补偿算法中， 实时改 善控制性能。 附图说明
关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一 步的了解。
图 1是光刻设备中的承片台的结构示意图；
图 2是闭环控制基本框图；
图 3是本发明所涉及的质心测校控制方法的基本框图；
图 4是仿真后所获得的粗动台质心测校的测试轨迹图；
图 5是仿真后所获得的粗动台水平向各逻辑轴位移偏差图；
图 6是本发明所涉及的质心测校控制方法的具体流程图。 具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。
本发明提出一种质心测校的方法， 其主要发明构思为： 通过承片台位置 传感器可以测校出承片台在形心坐标系下的质心， 进而通过承片台质心补偿 控制算法， 可以优化承片台的控制。
在承片台运动过程中， 让 Rz向伺服闭环在零。 当驱动为非质心驱动时， Rz向伺服控制器输出会随着质心偏心量的变化而变化， 具体说来就是： 当驱 动点恰好为质心点时， Rz向的输出会达到最小。 而当质心向正向或者负向偏 离的时候， Rz向的输出都会相应变大。这样我们可以设计一个质心偏心范围， 并在该范围内按一定步长取几个点， 然后分别以这些点作为驱动解耦点， 当 设计的驱动解耦点与实际的质心偏移重合时， 控制器或者位置偏差的输出量 达到最小。 即可以识别出实际的质心位置。 将以上设计的每个质心驱动解耦 点反馈到控制器算法中进行实时的解耦控制。 因此， 在测校出实际质心点的 同时， 控制算法的参数也达到了最优化， 最终优化了承片台的控制。
为了更好地说明本发明所提供的质心测校的方法，请参见图 1。 图 1是光 刻设备中的承片台的结构示意图。 如图 1 中所示， 待曝光的基板， 如硅片或 玻璃基板等放置在微动台 101上。 微动台 101放置在粗动台 102上， 它们之 间使用连接副 106连接（图中的小圓圈均表示连接副）， 该连接副可以是气浮 轴承连接、 磁浮轴承连接等多种连接副。 微动台 101 可以在空间 6 自由度上 运动。 粗动台 102放置在平衡质量 103上， 它们之间使用连接副 106连接。 平衡质量 103放置在基 框架 104上。 基础框架 104之上还有测量框架 105。 平衡质量 103与基础框架 104、基石出框架 104与测量框架 105之间都使用连接 副 106连接。 所述连接副 106可以是气浮轴承连接、 磁浮轴承连接等多种连 接方式。 基石出框架 105放置在地面 107上， 它们之间的连接副 106没有特别 说明， 一般基础框架 104都直接放在地面 107上。
在本实施例中， 光刻设备的根本目的是准确快速定位微动台 101 上的硅 片， 微动台 101 的位置相对测量框架 105测量， 并进行反馈， 与设定的微动 台 101运动轨迹比较， 得到测量偏差， 反馈控制器对偏差信号进行调整放大， 得到控制信号， 然后到微动台执行器， 驱动微动台 101运动， 形成闭环控制 回路。
但是单靠微动台 101 的闭环大行程运动往往是达不到需要的定位精度， 所以加入粗动台 102, 采用粗微动结合的方式来实现快速高精度定位。 同时采 用平衡质量 103反向运动来减小整个硅片台系统对外的干扰。 粗动台 102和 平衡质量 103 同样设置闭环控制回路， 粗动台 102选择光栅尺相对平衡质量 103进行位置测量， 平衡质量 103选择光栅尺相对基础框架 104测量。
具体的闭环控制环路可以参考图 2。 图 2是闭环控制基本框图， 如图 2中 所示，其中 201为轨迹设定模块， 202为反馈控制器模块， 203为执行器模块， 204为运动对象模块， 205为测量传感器模块， 206为轨迹设定与实际轨迹测 量相比较后得到的位置误差信号， 207为位置误差信号经反馈控制器模块 202 后得到的控制信号。
图 3是本发明所涉及的质心测校控制方法的基本框图。 如图 3 中所示，
301a为 X设定值， 301b为 Y设定值， 301c为 Rz设定值。 X设定值经过控制 器 307后进入 X伺服放大器 302a后粗动台的 X向发生位移， X自由度下进行 闭环控制 306。 利用一位置检测模块 303测量此时粗动台的 X向位移， 然后 进入坐标变换 304, 进入粗动台坐标系。粗动台坐标系即粗动台光栅尺的测量 零位坐标系， 同时也是粗动台形心坐标系。 完成坐标系变换 304后， 利用一 质心测校算法 305 , 当测量 X向偏质心时， X向闭环在光栅尺零位， Rz向闭 环在零位， Y向注入运动轨迹。 同样的， 对 Y设定值和 Rz设定值同样采用闭 环控制 306, 后进入坐标变换 304后利用质心测校算法 305。 同时将测出来的 质心反馈到实际控制器补偿算法中， 实时改善控制性能。 该补偿算法包括： 采集经坐标变换后的光栅尺读数， 得到粗动台 X、 Y、 Rz各轴的测量值。 接 受控制器 307输出的 X、 Y、 Rz各轴的期望控制力。根据公式 ( 5 )和公式 ( 6 ) 分别得到各个物理执行器的力输出。
根据前面的介绍， 为了实现高速高精度定位， 粗动台的质心相对粗动台 形心的位置需要准确得到。
质心控制算法：
首先定义坐标系：
选择粗动台 X向电机定子几何中心作为参考坐标系原点， XYZ方向分别 与工件台坐标系 XYZ坐标系平行同向。 认定粗动台坐标系原点为各轴光栅尺 的零点。
定义以下参数：
^为粗动台 X负载的质量。
为粗动台 Y负载的质量。
Δ 为粗动台 X向质心偏心量，具体指粗动台的质心在 X方向上到粗动 台坐标系原点的 X向距离， 该距离区分正负值。
y为粗动台 Y向质心偏心量，具体指粗动台的质心在 Y方向上到粗动 台坐标系原点的 Y方距离， 该距离区分正负值。
L≠为 Y1电机到粗动台坐标系原点的 X向距离；
Ly2为 Y2电机到粗动台坐标系原点的 X向距离； 其中， Yl、 Υ2两个 电机分别位于 X轴的正、 负半轴上， 沿 Υ向平行排列， 作为 Υ向物理执行器 在 Υ向和 Rz向对粗动台进行驱动。
为 Y1电机出力点到粗动台 X向质心的距离。 Ζ^ (χ) = Ζ^ + Δ + ^χ
Ly2 (x)为 Y2电机出力点到粗动台 X向质心的距离。 2 (X) = 2 - - L≠{x) + Ly2{x) = Ly^^i Y向电机的 X向间 巨。
Jz0为粗动台绕质心 Z轴的转动惯量。
X为 X向光栅尺的测量读数。
设工件台粗动台各逻辑轴中心期望的控制器输出力为 、 F；、 ΤΖ 各个 物理轴执行器的实际输出力， 即 X电机、 Y1电机、 Υ2电机的动子输出的力， 为 /、 /ν1、 人2。 则可以设他们之间的关系为： 公式 （1 )
Figure imgf000010_0003
设粗动台质心点的三自由度输出力为 ^ 、 FY、 TZ , 粗动台各个物理执行器 输出力与粗动台质心点的三自由度输出力之间的关系可以表示为：
Figure imgf000010_0004
联合公 （ 1 )和公式（2)可以得 公
Figure imgf000010_0001
式（3)
根据公式（ 3 )可以得到，为了实现期望输出力和实际输出力之间的解耦 , 需要使得公式（3) 中 3*3矩阵的非对角线元素为零， 这样就得到下面的一系 列关系
Figure imgf000010_0002
y .
Figure imgf000011_0001
其巾:
m
JzQ + ~ -(f -mx)-x -^-m -Ax 公式（ 4 )
m 故：
：
fyl 公式（ 5 ) 人 2 =
Figure imgf000011_0002
公式（6)
Figure imgf000011_0003
=0
_ Lyl(x) Ly2 Ax m
S2 -x--a ·χ-\- βη 公式 (7)
Figure imgf000011_0004
公式（ 8 )
Figure imgf000012_0001
因此， 将逻辑轴的力转化为控制点在质心位置的物理轴上的力的计算公 式由 （9)得到 fx = K
1
■X 公式（9)
- 2-x +β
1
Τ
αΊ - x + 其中，
公式（ 10 )
公式 ( 11 )
Figure imgf000012_0002
其中， ^是！^动台 101的 X向位移变化引起的 X向运动质量^的质心 与 、 /2执行器物理轴之间的距离变化率； „是微动台 101 的 X向运动质 量 ^在 X向运动位置为零时 Y向运动质量 的质心的力矩平衡在 物理轴 方向的推力指令的分配比； 《2是微动台 101的 X向位移变化引起的 Y向运动 质量 的质心绕 Γζ*轴方向的惯性力矩的变化率； A2是 X向运动质量 在 X 向运动位置为零时 Y 向运动质量 的质心的力矩平衡在/2物理轴方向的推 力指令的分配比； A是微动台 101的 X向位移变化引起的 Y向运动质量^的 质心绕 7：轴方向的恒定惯性力矩比例因子； η、 r2、 r3是各个物理轴 /、 fyl、 /2与逻辑轴 之间的变换因子； 、 52, 是各个物理轴 Λ、 fyl、 /2与逻辑 轴 之间的变换因子； ^、 t2、 t3是各个物理轴 Λ、 fyl、 2与逻辑轴 rz*之间 的变换因子。
质心测校算法：
Δ 测校：
( 1 ) 确定 Δ 在粗动台坐标系下的一个范围， 将 Δ 的值设置为该范围的 下边界； 其中， 该范围通常为已知数值， 当一个粗动台设计制造完 成时， 其质心的大致位置（质心所在范围）就已经被确定下来， 例 如可以通过粗动台的质量和设计质心来确定这一范围， 而本发明的 一个目的就是从这一范围内找出粗动台质心的实际位置； 为了确保 能够在所述范围内找出粗动台的实际质心位置， 通常可以在略大于 质心设计范围的范围内进行质心测量， 例如，质心 X向的设计范围
(X向坐标范围）是^— min, a— max], 则可以将实际的质心测量范围 扩大为 [l.l*a— min, l.l*a— max]或 [1.2*a— min, 1.2*a— max]或其它合适 的范围。
(2) 粗动台 X向回到光栅尺零位（即粗动台坐标系原点）， 并伺服闭环。 ( 3 ) 粗动台 Rz向闭环在零点， Y向闭环， 给 Y向注入一段往返轨迹， 跟踪并记录 Rz向的误差。
(4) 设定一步长， Δ在步骤（1 )选定的范围内变化一步长量。 给 Υ向 注入同步骤（3) 中的一段往返轨迹， 并记录 Rz向的误差。
(5)依次改变 Δ 的值， 直到达到步骤（1 )选定的范围的上边界。
(6) 对各步运动得到的 Rz误差数据进行最小二乘法拟合处理， 往返轨 迹中同一方向的各步得到的 Rz误差数据应该近似成一二阶抛物线 分布， 其极小值点即为实际质心在 X向的偏心值。
其中， 如果步骤（6) 没有得到抛物线形状的拟合曲线， 原因可能是步骤 ( 1 )中所确定的 Δ 的范围没有包含到实际的质心偏心值， 可以在得到的近似 质心位置的两侧各另选一个端点， 获得一个较小的新的范围， 并选择较小的 步长来重复上面的质心测校方法， 来精确实际质心的偏心量。
Ay测校：
( 1 ) 确定 Ay在粗动台坐标系下的一个范围， 将 的值设置为该范围的 下边界； 其中， Ay的确定方法与 Δ 类似， 也是根据粗动台的设计 数据及本领域技术人员的经验来确定该范围。
( 2 ) 粗动台 Υ向回到光栅尺零位（即粗动台坐标系原点）， 并伺服闭环。 ( 3 ) 粗动台 Rz向闭环在零点， X向闭环， 给 X向注入一段往返轨迹， 跟踪并记录 Rz向的误差。
( 4 ) 设定一步长， Δ 在步骤（1 )选定的范围内变化一步长量。 给 X向 注入同步骤（3 ) 中的一段往返轨迹， 并记录 Rz向的误差。
( 5 )依次改变 的值， 直到达到步骤（1 )选定的范围的上边界。
( 6 ) 对各步运动得到的 Rz误差数据进行最小二乘法拟合处理， 往返轨 迹中同一方向的各步得到的 Rz误差数据应该近似成一二阶抛物线 分布， 其极小值点即为实际质心在 Y向的偏心值。
同样的， 如果步骤（6 )没有得到抛物线形状的拟合曲线， 原因可能是步 骤（1 )中所确定的 Ay的范围没有包含到实际的质心偏心值， 可以在得到的近 似质心位置的两侧各另选一个端点， 获得一个较小的新的范围， 并选择较小 的步长来重复上面的质心测校方法， 来精确实际质心的偏心量。
因此， 本发明提供的工件台粗动台质心测校及控制器在线补偿控制方法， 以粗动台作为测校对象， 其水平 X、 Y、 Rz三自由度均闭环， 其中， X向闭 环行为是通过 X光栅尺实现的， 其 Y和 Rz向闭环行为是通过两个 Y向光栅 尺测量并经坐标变换后实现的。 在进行坐标变换时， 主要是将其变换为粗动 台坐标系， 即粗动台光栅尺的测量零位坐标系， 同时也是粗动台形心坐标系。
在粗动台坐标系下，分别确定 X向和 Y向质心可能所处的范围并 N等分， 在确定质心范围时， 可以通过粗动台各模块的设计质量和设计质心来进行计 算。 从小到大依次取各个等分点值作为质心偏心量， 分别代入到补偿控制算 法和质心测校算法中， 即在质心的测量过程中对控制器的参数进行同步校正， 使得最终测得的粗动台质心位置更接近于真实值， 并且控制器对粗动台的控 制也更加精确。 当测量 X向偏质心时， X向闭环在光栅尺零位， Rz向闭环在 零位， Y向注入运动轨迹。 当测量 Y向偏质心时， Y向闭环在光栅尺零位， Rz向闭环在零位， X向注入运动轨迹。 记录 Rz向的位置偏差。 可以理解的 是， 当等分值 N取得越大， 即前述步骤（4 )中的步长越小时， 测量精度越高， 测量得到的质心位置越精确。
对得到的 N组位置偏差数据， 分别求取在加速段的均值， 并选择最小值 作为本次测量的结果， 与设定的 Rz偏差阈值进行比较， 如果小于阈值， 则测 量完成， 将 Rz值最小的该组测量值所对应的偏心量作为实际质心的偏心量， 并写入机器常数。 当最小值大于 Rz偏差阈值时， 选择 Rz值最小的该组测量 值对应的偏心量的前后两个偏心量值作为新的质心范围， 重新进行质心测量， 直到最终测得的 Rz向误差值小于阈值。
图 6是本发明所涉及的质心测校方法的具体测校流程图， 图中仅以 X向 质心偏心量的测量加以说明， 本领域技术人员容易根据 X向质心偏心量的测 量过程推出 Y向质心偏心量的具体测量过程， 故文中加以省略。 如图 6所示， X向偏质心的测校方法包括：
601-以粗动台为测量对象， X、 Y、 Rz三自由度光栅尺闭环回零。
602- Ν=1 , 即读取第一组数据。
603-令 i=l , T=10, 在粗动台坐标系下， 确定 X向质心可能所处的范围并 Τ等分（本实施例中为 10等分），从小到大依次取各个等分点值作为质心偏心 量， 首次取值 i=l。
604- 获取质心 X向偏心范围 [ a_ min,a_ max ] , 该范围为坐标范围。
605- 等间距插质心范围， 得到 T 个质心偏心量 Δ , 即将范围 [ a_ min,a_ maX ]T等分， 得到对应每个等分点的质心偏心量 Δ数值， 其中， Δ 指每个等分点在 X方向上到粗动台坐标系原点的 X向距离， 该距离区分正负 值。
606- 获取 X向第 i个质心偏心值 ( Δ ,. ), 该质心偏心值 ( Δ ,. )为坐标值。 607- 将（ Δ ,· )代入到补偿控制算法中， 由公式（ 10 )、 ( 11 )得到 、 《2、 βη、 βη、 Α的数值， 并由此对控制器进行补偿， 以提高控制器对粗动台的控 制精度； 需要说明的是， 当完成控制器的补偿后， 步骤 604 中确定的范围 [ fir_ min,a_ max ]会得到相应的修正， 并以修正后的范围所对应的 Δ 、 （ Λ ; )继 续进行质心测校。
608- X和 Rz向闭环在零位， Y向注入一段往返轨迹；
从步骤 606至 608即估计 Δ在粗动台坐标系下的一个范围， 将 Δ 的值设 置为该范围的下边界 a_min ; 粗动台 X向回到光栅尺零位（即坐标系原点）， 并伺服闭环。粗动台 Rz向闭环在零点， Y向闭环，给 Y向注入一段往返轨迹， 跟踪并记录 Rz向的误差。设定一步长， Δ在步骤 604选定的范围内变化一步 长量。 给 Υ向注入同步骤 608中的一段往返轨迹， 并记录 Rz向的误差。依次 改变 Δ 的值， 直到达到步骤 604选定的范围的上边界 a_max。
609-运行质心测校模型， 获取 Rz向位置偏差 （ Δ^,· ), 其中 （ A fe,. ) 为 坐标值。
610- ^ i=i+l , 读取第 N+1组数据。
611- 判断是否已经对每个等分点所对应的质心偏心值进行了测校， 如果 没有则返回 606, 如果已完成则进入 612。
612- e = mm(ARZi , i = \,2...T) , 对得到的 T组位置偏差数据（ ), 分别求 取在加速段的均值， 进行最小二乘法拟合处理后选择最小值作为本次测量的 结果。
613- ε < ε0 Ί , 将最小值 s与设定的 Rz偏差阈值½进行比较， 如果小于阈 值， 则测量完成， 进入步骤 614, 如果大于阈值， 则进入步骤 615。
614-取 直对应的 Δ作为最终质心偏心量， 写入机器常数。 即将 Rz值最 小的该组测量值所对应的偏心量作为实际质心的偏心量， 并写入机器常数。
615- 判断 N是否大于 100, 如果大于 100, 则测量完成， 进入步骤 614, 如 果小于 100, 则进入步骤 616, 需要说明的是， 该步判断只是为了防止程序无 限循环下去， N的最大值可以根据需要进行修改， 并不以 100作为限制；
616- 获取 z,.中最小的一个 对应的前后两个 Δ ： ^ Αχ2 , 且 Δ ! < Δ¾。
617- [ a _ mm = Ax a_ max = Ax2 ] , 即选择 Rz值最小的该组测量值对应的 偏心量的前后两个偏心量值作为新的质心范围，对 i和 T的数值进行重置后（返 回步骤 603 )再次进行测量， 直到最终测得的最小 Rz向误差值小于阈值。
图 4是仿真后所获得的粗动台质心测校的测试轨迹图。
图 5是仿真后所获得的粗动台水平向各逻辑轴位移偏差图。 在粗动台 Y 向加入测试轨迹， 粗动台水平向各自由度的位移输出图。 由图可以看出， 当 有偏质心驱动和无偏质心驱动时， 粗动台 Rz向的位置误差明显不同， 所以看 以通过 Rz向的位置误差来判断偏质心的程度。
同时， 本发明提供一组试参数进行实际测验， 参数设计及测验结果如下 表：
Figure imgf000017_0001
测试显示： 以 X向偏质心测量为例， 实际测出的质心和偏质心设置量偏 差约为 0.236mm, 相对而言测量偏差比较小， 而且可以通过增加测量次数的 方法来获得更加准确的测校量。
本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例， 以上实施例仅用以说 明本发明的技术方案而非对本发明的限制。 凡本领域技术人员依本发明的构 思通过逻辑分析、 推理或者有限的实验可以得到的技术方案， 皆应在本发明 的范围之内。

Claims

权利要求
1、 一种用于光刻设备的粗动台的质心测校的方法， 用于测量粗动台的质 心相对粗动台的形心的偏移量， 其特征在于， 所述方法包括：
步骤一、 控制器对所述粗动台的水平 X、 Y、 Rz三自由度参数均闭环控 制后将所述参数变换为粗动台坐标系， 其中， X、 Y表示水平面内相互正交的 两个方向， Rz表示在水平面内绕竖直方向轴的旋转；
步骤二、 确定所述粗动台的质心在粗动台坐标系下所处的 X向范围及 Y 向范围，并分别将所述 X向范围及 Y向范围 N等分，将 X向的所述等分点作 为 X向的质心偏心量 Δ , 将 Υ向的所述等分点作为 Υ向的质心偏心量 Ay , 其中 N为自然数；
步骤三、 利用 X向的所述质心偏心量 Δ 进行控制器补偿计算及测校计算 后获得 Ν组 Rz向的位置偏差数据，将 N组 Rz向的位置偏差数据中的最小值 与设定的 Rz向偏差阈值进行比较， 如果小于所述 Rz向偏差阈值则将最小的 该 Rz向的位置偏差数据对应的 X向质心偏心量作为实际的 X向质心偏心量 并进入步骤五，否则选择最小的该 Rz向的位置偏差数据对应的 X向质心偏心 量的前后两个 X向质心偏心量作为新的 X向范围，将所述新的 X向范围 N等 分， 将所述等分点作为新的 X向质心偏心量 Δ 并重复步骤三；
步骤四、 利用 Υ向的所述质心偏心量 进行控制器补偿计算及测校计算 后获得 N组 Rz向的位置偏差数据，将 N组 Rz向的位置偏差数据的最小值与 设定的 Rz向偏差阈值进行比较， 如果小于所述 Rz向偏差阈值则将最小的该 Rz向的位置偏差数据对应的 Y向质心偏心量作为实际的 Y向质心偏心量并进 入步骤五，否则选择最小的该 Rz向的位置偏差数据对应的 Y向质心偏心量的 前后两个 Y向质心偏心量作为新的 Y向范围， 将所述新的 Y向范围 N等分， 将所述等分点作为新的 Y向质心偏心量 并重复步骤四；
步骤五， 根据步骤三、 步骤四的结果得出实际的质心偏心量；
其中， 步骤三在步骤四之前执行、 之后执行或同时执行。
2、如权利要求 1所述的质心测校的方法， 其特征在于， 所述方法还包括： 将所述实际的质心偏心量和粗动台的形心位置实时反馈到控制器中进行控制 器补偿计算， 以改变所述粗动台的水平 X、 Y、 Rz三自由度参数。
3、 如权利要求 1或 2所述的质心测校的方法， 其特征在于， 对所述粗动 台的 X向闭环控制通过 X向光栅尺实现； 对所述粗动台的 Y向和 Rz向闭环 控制通过两个 Y向光栅尺实现。
4、 如权利要求 3所述的质心测校的方法， 其特征在于， 所述粗动台坐标 系是所述各光栅尺的测量零位坐标系， 也是所述粗动台的形心坐标系。
5、 如权利要求 1所述的质心测校的方法， 其特征在于， 根据所述粗动台 的质量和设计质心确定所述粗动台的质心在粗动台坐标系下所处的 X向范围 及 Y向范围。
6、 一种如权利要求 3所述的质心测校的方法， 其特征在于， 所述粗动台 的运动由 X向和 Y向执行器驱动， 所述控制器补偿计算包括：
采集经坐标变换后的光栅尺读数， 得到粗动台 X、 Y、 Rz各轴的测量值； 接受所述控制器输出的 X、 Y、 Rz各逻辑轴的期望控制力； 根据补偿算法分 配各个执行器的物理轴输出力。
7、 如权利要求 6所述的质心测校的方法， 其特征在于， 所述补偿算法包 括：
f _ _ y . I » _ r ,
― Ly + Ly ^
Figure imgf000019_0001
其中， Δ 为粗动台 X向质心偏心量， Ay为粗动台 Υ向质心偏心量， 为
Y向执行器到粗动台坐标系原点的 X向距离， JzQ为粗动台绕质心 Z轴的转动 惯量， X为 X向光栅尺的测量读数， F：、 η、 7：为粗动台各逻辑轴的期望控 制力， /、 f≠、 / 2为各个执行器的物理轴的期望输出力。
8、 如权利要求 7所述的质心测校的方法， 其特征在于， 所述补偿算法进 一步包括： m
-x - -ax -χ - βχ
s = Lyl(x) | A |
χ-αι·χ + βι
L.. L„ L„ L„ m L
Figure imgf000020_0001
其中， 《,是 ¾动台 101的 X向位移变化引起的 X向运动质量 ^的质心与 fyl、 /2物理轴之间的距离变化率； ^是 向运动质量 在 X向运动位置为 零时 Y 向运动质量 的质心的力矩平衡在 /^物理轴方向的推力指令的分配 比；《2是 动台 101的 X向位移变化引起的 Y向运动质量 ^的质心绕 Γζ*轴方 向的惯性力矩的变化率； 2是 向运动质量^在 X向运动位置为零时 Υ向 运动质量 的质心的力矩平衡在 /2物理轴方向的推力指令的分配比； Α是微 动台 101的 X向位移变化引起的 Y向运动质量 的质心绕 7：轴方向的恒定惯 性力矩比例因子； η、 r2. r3是各个物理轴 /、 f≠、 2与逻辑轴 之间的变 换因子； 、 s2. 是各个物理轴 /、 f≠、 /2与逻辑轴^:之间的变换因子； t2、 t3是各个物理轴 Λ、 fyl、 2与逻辑轴 7：之间的变换因子。
9、 如权利要求 3所述的质心测校的方法， 其特征在于， 所述步骤三利用 X向的所述质心偏心量 Δ 进行测校计算的过程中， X向闭环在光栅尺零位， Rz向闭环在零位， Y向注入一运动轨迹。
10、 如权利要求 9所述的质心测校的方法， 其特征在于， 所述步骤三中 的测校计算包括：
S101、 将 Δ 的值设置为所述 X向范围的下边界； 5102、 粗动台 X向回到光栅尺零位， 并伺服闭环；
5103、 粗动台 Rz向闭环在零点， Y向闭环， 给 Y向注入一段往返轨迹， 跟踪并记录 Rz向的位置偏差数据；
5104、 将所述 X向范围的 N等分距离作为步长量， Δ在所述 X向范围 内变化一步长量， 给 Υ向注入同 S103中的一段往返轨迹， 并记录 Rz向的位 置偏差数据；
5105、依次改变 Δ 的值， 并重复步骤 S104, 直到达到所述 X向范围的上 边界；
5106、 对得到的各 Rz向的位置偏差数据进行最小二乘法拟合处理， 得到 Rz向的位置偏差数据的极小值。
11、 如权利要求 3 所述的质心测校的方法， 其特征在于， 所述步骤四利 用 Y向的所述质心偏心量 Ay进行测校计算的过程中，Υ向闭环在光栅尺零位， Rz向闭环在零位， X向注入一运动轨迹。
12、 如权利要求 11所述的质心测校的方法， 其特征在于， 所述步骤四中 的测校计算包括：
5201、 将 Ay的值设置为所述 Y向范围的下边界；
5202、 粗动台 Y向回到光栅尺零位， 并伺服闭环；
S203、 粗动台 Rz向闭环在零点， X向闭环， 给 X向注入一段往返轨迹， 跟踪并记录 Rz向的位置偏差数据；
5204、 将所述 Y向范围的 N等分距离作为步长量， Ay在所述 Y向范围 内变化一步长量， 给 X向注入同 S203中的一段往返轨迹， 并记录 Rz向的位 置偏差数据；
5205、依次改变 的值， 并重复步骤 S204, 直到达到所述 Y向范围的上 边界；
5206、 对得到的各 Rz向的位置偏差数据进行最小二乘法拟合处理， 得到 Rz向的位置偏差数据的极小值。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113483949A (zh) * 2021-06-18 2021-10-08 东风汽车股份有限公司 一种操纵稳定性测试仪偏离质心的等效修正方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6260282B1 (en) * 1998-03-27 2001-07-17 Nikon Corporation Stage control with reduced synchronization error and settling time
CN1336539A (zh) * 2000-07-28 2002-02-20 机械工业部郑州机械研究所 用于测量物体质心、形心和质心偏离量的测量装置
CN1973250A (zh) * 2004-07-14 2007-05-30 住友重机械工业株式会社 移动体位置控制装置以及使用了该控制装置的载物台装置
CN101114133A (zh) * 2006-07-24 2008-01-30 Asml荷兰有限公司 光刻设备和器件制造方法
CN101271282A (zh) * 2007-03-01 2008-09-24 Asml荷兰有限公司 台系统和包括这种台系统的光刻设备
CN101561635A (zh) * 2009-05-19 2009-10-21 上海微电子装备有限公司 双边驱动装置的定位控制系统与方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5910843A (en) * 1996-01-04 1999-06-08 Canon Kabushiki Kaisha Positioning apparatus and method thereof, and exposure apparatus
US6538348B2 (en) 2000-02-21 2003-03-25 Sharp Kabushiki Kaisha Stage device capable of moving an object to be positioned precisely to a target position
US8140288B2 (en) * 2007-04-18 2012-03-20 Nikon Corporation On-machine methods for identifying and compensating force-ripple and side-forces produced by actuators on a multiple-axis stage
JP4936003B2 (ja) 2007-11-08 2012-05-23 株式会社安川電機 オートチューニング機能を備えた多軸制御装置
NL1036266A1 (nl) * 2007-12-17 2009-06-18 Asml Holding Nv Pre-filter for a servo control loop, and applications thereof.

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6260282B1 (en) * 1998-03-27 2001-07-17 Nikon Corporation Stage control with reduced synchronization error and settling time
CN1336539A (zh) * 2000-07-28 2002-02-20 机械工业部郑州机械研究所 用于测量物体质心、形心和质心偏离量的测量装置
CN1973250A (zh) * 2004-07-14 2007-05-30 住友重机械工业株式会社 移动体位置控制装置以及使用了该控制装置的载物台装置
CN101114133A (zh) * 2006-07-24 2008-01-30 Asml荷兰有限公司 光刻设备和器件制造方法
CN101271282A (zh) * 2007-03-01 2008-09-24 Asml荷兰有限公司 台系统和包括这种台系统的光刻设备
CN101561635A (zh) * 2009-05-19 2009-10-21 上海微电子装备有限公司 双边驱动装置的定位控制系统与方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113483949A (zh) * 2021-06-18 2021-10-08 东风汽车股份有限公司 一种操纵稳定性测试仪偏离质心的等效修正方法
CN113483949B (zh) * 2021-06-18 2022-04-12 东风汽车股份有限公司 一种操纵稳定性测试仪偏离质心的等效修正方法

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