CN102087482B - 光刻机工件台同步运动误差校正控制*** - Google Patents

Abstract

本发明是一种光刻机工件台同步运动误差校正控制***，该***包括工控机、硅片台、掩模台、第一位置传感器、第二位置传感器、第一检测单元、第二检测单元、第一运算单元、第二运算单元、第三运算单元和第四运算单元，主要用于步进扫描光刻机中实现硅片台与掩模台同步运动误差校正。该***采用负反馈与前馈控制相结合的同步误差复合校正控制方法，由速度环和位置环组成双闭环调速及位置控制。外环位置传感作为反馈装置，输出位置反馈信号给位置控制器。内环速度传感作为反馈装置，输出速度反馈信号给速度控制器。位置控制器根据位置反馈信号，计算并校正硅片台与掩模台同步误差。

Description

光刻机工件台同步运动误差校正控制***

技术领域

本发明涉及微电子专用设备技术领域，尤其是用于步进扫描光刻机中实现硅片台与掩模台同步运动误差校正控制。

背景技术

工件台技术是实现光刻机光刻整体性能的关键技术之一。与传统的步进重复光刻机不同，步进扫描光刻机的成像质量不仅取决于光学***，还取决于硅片台和掩模台的动态定位及动态同步运动性能。

目前硅片台和掩模台同步控制大致分为以下三类：

第一类是硅片台、掩模台协调为主的同步控制策略。用此策略控制的硅片台、掩模台相互影响，而且协调为主。无论是硅片台，还是掩模台的干扰，都会影响另一方，此控制策略的目的是使两者的运动速度及位置尽快趋于同步。

第二类是硅片台为主的同步控制策略，此同步策略目的是使掩模台的运动尽快跟踪硅片台，为保证硅片台稳定运动，必须在硅片台控制回路中增加扰动控制器，使扰动在硅片台控制回路中就得到抑制。

第三类是掩模台为主的同步控制策略，此策略与硅片台为主的同步控制策略类似。

步进扫描曝光过程中，硅片台***和掩模台***之间需要有严格的同步关系，一旦达不到同步时序要求就会产生同步误差，无法完成纳米级同步运动控制精度，导致硅片曝光场曝光失败，直接影响步进扫描光刻机的产品加工质量。

发明内容

为解决工件台同步运动控制***中存在的结构复杂及误差控制精度低等缺陷，本发明的目的是提供一种主要应用于步进扫描光刻机硅片台与掩模同步运动误差校正的控制***。

为实现本发明的目的，本发明提出光刻机工件台同步运动误差校正控制***，所述***解决技术问题的技术方案包括：由速度环和位置环组成双闭环调速及位置控制***对硅片台及掩模台同步运动误差进行校正控制，其中：所述***包括工控机、硅片台、掩模台、第一位置传感器、第二位置传感器、第一检测单元、第二检测单元、第一运算单元、第二运算单元、第三运算单元和第四运算单元，其中：工控机具有第一输出端、第二输出端和第三输出端；第一检测单元具有第一输入端、第二输入端和一输出端；第二检测单元具有第一输入端、第二输入端和一输出端；第一运算单元的第一输入端和第二输入端分别与工控机的第三输出端和第一位置传感器的输出端连接，第一输入端接收工控机的第三输出端输出的位置信号，第二输入端接收第一位置传感器的输出端输出位置反馈信号，第一运算单元对位置信号和位置反馈信号做减运算，获得并由第一运算单元的输出端输出位置差值信号；第二运算单元的第一输入端与工控机的第三输入端连接，第一输入端接收工控机的第三输出端输出的位置信号，第二运算单元的第一输入端与第四运算单元第三输入端连接，第一输入端接收第三输入端输出同步位置误差值；第二运算单元对位置信号和同步位置误差值做减运算并得到由第二运算单元的输出端输出位置信号；第三运算单元的第一输入端和第二输入端分别与第二运算单元的输出端和第二位置传感器的输出端连接，第三运算单元对第二位置传感器输出的位置反馈信号和第二运算单元的输出端输出位置信号做减运算，得到位置差值信号；第四运算单元的第一输入端和第二输入端分别与第一位置传感器的输出端和第二位置传感器的输出端连接，分别接收并将第一位置传感器输出的位置反馈信号和第二位置传感器输出的位置反馈信号并做减运算，得到并由第三输入端输出同步位置误差值；第一检测单元的第一输入端与工控机的第一输出端连接，第一检测单元的第一输入端接收并对工控机发出的速度信号进行处理生成执行驱动信号，及第一检测单元的第二输入端接收第一运算单元的输出端输出位置差值信号并进行检测获得第一执行驱动信号，并由第一检测单元的输出端输出执行驱动信号；第二检测单元的第一输入端与工控机的第二输出端连接，第二检测单元的第一输入端接收并对工控机发出的速度信号进行处理生成执行驱动信号，及第二检测单元的第二输入端接收第三运算单元的输出端输出位置差值信号并进行检测获得第二执行驱动信号，并由第二检测单元的第一输出端输出与执行驱动信号控制掩模台；硅片台和掩模台的各自的输入端分别与第一检测单元的第一输出端和第二检测单元的第一输出端连接，硅片台和掩模台分别由执行驱动信号同步，驱动硅片台和掩模台位移并输出移动位置信号转换生成并输出位置反馈信号。

其中，所述第一检测单元包括：第一位置控制器、第一速度控制器、第一驱动器、第一驱动执行机构和第一速度传感器；由第一速度控制器、第一驱动器、第一驱动执行机构及第一速度传感器组成硅片台内环调速控制***，由第一位置控制器、第一速度控制器、第一驱动器、第一驱动执行机构、硅片台及第一位置传感器组成硅片台外环位置控制***其中：第一位置控制器的输入端接收第一运算单元的输出端输出的位置差值信号，生成并输出位置控制信号；第一速度控制器的三个输入端分别与工控机的第一输出端、第一位置控制器的输出端及第一速度传感器的输出端连接，接收并输出位置信号及速度信号；第一驱动器的输入端与第一速度控制器的输出端连接，接收了位置信号及速度信号，生成并输出第一驱动信号；第一驱动执行机构的输入端与第一驱动器的输出端连接，接收了第一驱动信号，生成并输出第一驱动信号驱动硅片台运动；第一速度传感器的输入端与第一驱动执行机构输出端连接，接收第一驱动执行机构的速度信号，生成并输出速度信号反馈给第一速度控制器。

其中，所述第二检测单元包括：第二位置控制器、第二速度控制器、第二驱动器、第二驱动执行机构和第二速度传感器；由第二速度控制器、第二驱动、第二驱动执行机构及第二速度传感器组成掩模台内环调速控制***，并由第二位置控制器、第二速度控制器、第二驱动器、第二驱动执行机构、掩模台及第二位置传感器组成掩模台外环位置控制***，其中：第二位置控制器的输入端接收第三运算单元的输出端输出的位置差值信号，生成并输出位置控制信号；第二速度控制器的三个输入端分别与工控机的第二输出端、第二位置控制器的输出端及第二速度传感器的输出端连接，接收并输出位置信号及速度信号；第二驱动器的输入端与第二速度控制器的输出端连接，接收了位置信号及速度信号，生成并输出第一驱动信号；第二驱动执行机构的输入端与第二驱动器的输出端连接，接收了第二驱动信号，生成并输出第二驱动信号驱动掩模台运动；第二速度传感器的输入端与第二驱动执行机构输出端连接，接收第二驱动执行机构的速度信号，生成并输出速度信号反馈给第二速度控制器。

其中，所述第三输入端输出同步位置误差值的极性是正，也可是负。

本发明的有益效果：本发明所述的工件台同步运动误差校正控制***，采用负反馈与前馈控制相结合的同步误差复合校正控制方法，由速度环和位置环组成双闭环调速及位置控制。外环位置传感作为反馈装置，输出位置反馈信号给位置控制器。内环速度传感作为反馈装置，输出速度反馈信号给速度控制器。位置控制器根据位置反馈信号，计算并校正硅片台与掩模台同步误差。所述***结构简单、运行可靠、误差校正控制精度高。主要用于步进扫描光刻机中实现硅片台与掩模台同步运动误差校正。

附图说明

图1是本发明控制框图；

附图标记：

0是工控机；

1是第一位置控制器；

2是第二位置控制器；

3是第一速度控制器；

4是第二速度控制器；

5是第一驱动器；

6是第二驱动器；

7是第一驱动执行机构；

8是第二驱动执行机构；

9是硅片台；

10是掩模台；

11是第一位置传感器；

12是第二位置传感器；

13是第一速度传感器；

14是第二速度传感器。

具体实施方式

以下以具体控制流程说明本发明的实施方式，该领域技术人员可根据本说明书揭示的内容了解本发明的功效及优点。

如图1所示的光刻机工件台同步运动误差校正控制***，所述***包括工控机0、硅片台9、掩模台10、第一位置传感器11、第二位置传感器12、第一检测单元A、第二检测单元B、第一运算单元a、第二运算单元b、第三运算单元c和第四运算单元d，其中：

工控机0具有第一输出端、第二输出端和第三输出端；

第一检测单元A具有第一输入端、第二输入端和一输出端；

第二检测单元B具有第一输入端、第二输入端和一输出端；

第一运算单元a的第一输入端a₁和第二输入端a₂分别与工控机0的第三输出端和第一位置传感器11的输出端连接，第一输入端a₁接收工控机0的第三输出端输出的位置信号，第二输入端a₂接收第一位置传感器11的输出端输出位置反馈信号，第一运算单元a对位置信号和位置反馈信号做减运算，获得并由第一运算单元a的输出端a₃输出位置差值信号；

第二运算单元b的第一输入端b₁与工控机0的第三输入端连接，第一输入端b₁接收工控机0的第三输出端输出的位置信号，第二运算单元b的第一输入端b₂与第四运算单元d的第三输入端d₃连接，第一输入端b₂接收第三输入端d₃输出同步位置误差值；第二运算单元b对位置信号和同步位置误差值做减运算并得到由第二运算单元b的输出端b₃输出位置信号；

第三运算单元c的第一输入端c₁和第二输入端c₂分别与第二运算单元b的输出端c₃和第二位置传感器12的输出端连接，第三运算单元c对第二位置传感器12输出的位置反馈信号和第二运算单元b的输出端b₃输出位置信号做减运算，得到位置差值信号；

第四运算单元d的第一输入端d₁和第二输入端d₂分别与第一位置传感器11的输出端和第二位置传感器12的输出端连接，分别接收并将第一位置传感器11输出的位置反馈信号和第二位置传感器12输出的位置反馈信号并做减运算，得到并由第三输入端d₃输出同步位置误差值；

第一检测单元A的第一输入端与工控机0的第一输出端连接，第一检测单元A的第一输入端接收并对工控机0发出的速度信号进行处理生成执行驱动信号，及第一检测单元A的第二输入端接收第一运算单元a的输出端a₃输出位置差值信号并进行检测获得第一执行驱动信号，并由第一检测单元A的输出端输出执行驱动信号；

第二检测单元B的第一输入端与工控机0的第二输出端连接，第二检测单元B的第一输入端接收并对工控机0发出的速度信号进行处理生成执行驱动信号，及第二检测单元B的第二输入端接收第三运算单元c的输出端c₃输出位置差值信号并进行检测获得第二执行驱动信号，并由第二检测单元B的第一输出端输出与执行驱动信号控制掩模台10；

硅片台9和掩模台10的各自的输入端分别与第一检测单元A的第一输出端和第二检测单元B的第一输出端连接，硅片台9和掩模台10分别由执行驱动信号同步，驱动硅片台9和掩模台10位移并输出移动位置信号转换生成并输出位置反馈信号。

所述第一检测单元A包括：第一位置控制器1、第一速度控制器3、第一驱动器5、第一驱动执行机构7和第一速度传感器13；由第一速度控制器3、第一驱动器5、第一驱动执行机构7及第一速度传感器13组成硅片台9内环调速控制***，由第一位置控制器1、第一速度控制器3、第一驱动器5、第一驱动执行机构7、硅片台9及第一位置传感器11组成硅片台9外环位置控制***其中：

第一位置控制器1的输入端接收第一运算单元a的输出端a₃输出的位置差值信号，生成并输出位置控制信号；

第一速度控制器3的三个输入端分别与工控机0的第一输出端、第一位置控制器1的输出端及第一速度传感器13的输出端连接，接收并输出位置信号及速度信号；

第一驱动器5的输入端与第一速度控制器3的输出端连接，接收了位置信号及速度信号，生成并输出第一驱动信号；

第一驱动执行机构7的输入端与第一驱动器5的输出端连接，接收了第一驱动信号，生成并输出第一驱动信号驱动硅片台9运动；

第一速度传感器13的输入端与第一驱动执行机构7输出端连接，接收第一驱动执行机构7的速度信号，生成并输出速度信号反馈给第一速度控制器3。

所述第二检测单元B包括：第二位置控制器2、第二速度控制器4、第二驱动器6、第二驱动执行机构8和第二速度传感器14；由第二速度控制器4、第二驱动6、第二驱动执行机构8及第二速度传感器14组成掩模台10内环调速控制***，并由第二位置控制器2、第二速度控制器4、第二驱动器6、第二驱动执行机构8、掩模台10及位置传感器12组成掩模台10外环位置控制***，其中：

第二位置控制器2的输入端接收第三运算单元c的输出端c₃输出的位置差值信号，生成并输出位置控制信号；

第二速度控制器4的三个输入端分别与工控机0的第二输出端、第二位置控制器2的输出端及第二速度传感器14的输出端连接，接收并输出位置信号及速度信号；

第二驱动器6的输入端与第二速度控制器4的输出端连接，接收了位置信号及速度信号，生成并输出第一驱动信号；

第二驱动执行机构8的输入端与第二驱动器6的输出端连接，接收了第二驱动信号，生成并输出第二驱动信号驱动掩模台10运动；

第二速度传感器14的输入端与第二驱动执行机构8输出端连接，接收第二驱动执行机构8的速度信号，生成并输出速度信号反馈给第二速度控制器4。

所述第三输入端d₃输出同步位置误差值的极性是正，也可是负。

由工控机0向第一位置控制器1及第二位置控制器2发出位置信号，然后向第一速度控制器3及第二速度控制器4发出速度信号。第一位置控制器1接收由工控机0发出的位置信号与第一位置传感器11检测到的硅片台9的位置反馈信号进行减运算后的位置信号。同时，由第一位置传感器11检测到的硅片台9的位置反馈信号与第二位置传感器2检测到的掩模台10的位置反馈信号进行减运算，得到同步位置误差信号，同步位置误差信号的极性可能是正，也可能是负。工控机0发出的位置信号与第二位置传感器12检测到的掩模台10的位置反馈信号进行减运算，再根据同步位置误差信号的极性进行加减运算后作为第二位置控制器2的输入信号。然后，第一速度控制器3根据第一位置控制器1发送的位置信号、由工控机0向第一速度控制器3发送的速度信号及由第一速度传感器13检测到的第一驱动执行机构7的速度反馈信号，向第一驱动器5发送位置信号及速度信号，第一驱动器5根据接收到的位置信号及速度信号，发出相应驱动信号给第一驱动执行机构7，从而使硅片台9按照设定的位置及速度运动。同理，第二速度控制器4根据第二位置控制器2发送的位置信号、由工控机0向第二速度控制器4发送的速度信号及由第二速度传感器14检测到的第二驱动执行机构8的速度反馈信号，向第二驱动器6发送位置信号及速度信号，第二驱动器6根据接收到的位置信号及速度信号，发出相应驱动信号给第二驱动执行机构8，从而使掩模台10按照设定的位置及速度与硅片台9同步运动。

由于硅片台9、掩模台10的速度要求、机电参数及其伺服装置的参数是不相同的，因而速度控制器输出的硅片台9、掩模台10速度给定也不相同，在硅片台9、掩模台10扫描运动过程中，速度控制器以硅片台9为参考，配以位置环增益系数K及掩模台10预期控制增益系数，不断调节掩模台10的速度给定，使硅片台9、掩模台10运动误差趋于一致，从而使硅片台9、掩模台10的速度和位移保持同步。同样，在硅片台9、掩模台10扫描结束后的制动过程中，尽管位置控制器设定的减速比是相同，而实际减速度比会有所不同，造成制动过程中出现硅片台9、掩模台10不同步。这时，可以调节伺服***的积分时间常数，改变响应速度，使硅片台9、掩模台10实际减速度比趋于一致。当然，在硅片台9、掩模台10起动加速过程中的同步误差控制方法与此类似，在此不在重述。

采用上述负反馈误差校正能明显降低***参数变化对***输出的影响。在开环***中，如果因参数变化致使***传递函数G(s)的变化量ΔG(s)，以及相应的输出量C(s)的变化为ΔC(s)，则开环***的输出C(s)+ΔC(s)为：

C(s)+ΔC(s)＝G(s)R(s)+ΔG(s)R(s)(1)

其中：ΔC(s)＝ΔG(s)R(s)，C(s)为输出量的拉氏变换式，R(s)为输入量的拉氏变换式。从式(1)可以看出，对于开环***来说，参数的变化对***输出影响与传递函数的变化ΔG(s)成正比。而采用负反馈误差校正的闭环***，如果***参数变化，则闭环***输出C(s)+ΔC(s)为：

$C\left(s\right)+\mathrm{\ΔC}\left(s\right)=\frac{G\left(s\right)+\mathrm{\ΔG}\left(s\right)}{1+[G\left(s\right)+\mathrm{\ΔG}\left(s\right)]}R\left(s\right)---\left(2\right)$

对于负反馈误差校正的闭环***来说，通常有|G(s)|＞＞|ΔG(s)|，因此：

$\mathrm{\ΔC}\left(s\right)=\frac{\mathrm{\ΔG}\left(s\right)}{1+G\left(s\right)}R\left(s\right)---\left(3\right)$

式(3)可以看出，采用负反馈误差校正的闭环***因***参数变化导致***输出的变化是开环***输出变化的1/(1+G(s))，且由于|1+G(s)|＞＞1，因此，采用负反馈误差校正的闭环***能大大减少***参数变化对***输出的影响。

同时，对硅片台9的输出进行前馈补偿跟踪控制，吸取反馈补偿与前馈补偿的优点，控制方法简便，既可以达到很高的同步控制精度，也可以改善同步控制的响应特性。

上述控制流程实施例仅为说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明，也就是说，本发明事实上仍可作其它改变。因此，熟知本领域的技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种光刻机工件台同步运动误差校正控制***，其特征在于：所述***包括工控机、硅片台、掩模台、第一位置传感器、第二位置传感器、第一检测单元、第二检测单元、第一运算单元、第二运算单元、第三运算单元和第四运算单元，其中：

工控机具有第一输出端、第二输出端和第三输出端；

第一检测单元具有第一输入端、第二输入端和一输出端；

第二检测单元具有第一输入端、第二输入端和一输出端；

第一运算单元的第一输入端和第二输入端分别与工控机的第三输出端和第一位置传感器的输出端连接，第一输入端接收工控机的第三输出端输出的位置信号，第二输入端接收第一位置传感器的输出端输出位置反馈信号，第一运算单元对位置信号和位置反馈信号做减运算，获得并由第一运算单元的输出端输出位置差值信号；

第二运算单元的第一输入端与工控机的第三输出端连接，第一输入端接收工控机的第三输出端输出的位置信号，第二运算单元的第二输入端与第四运算单元的第三输入端连接，第二运算单元的第二输入端接收第四运算单元的第三输入端输出同步位置误差值；第二运算单元对位置信号和同步位置误差值做减运算并得到由第二运算单元的输出端输出位置信号；

第三运算单元的第一输入端和第二输入端分别与第二运算单元的输出端和第二位置传感器的输出端连接，第三运算单元对第二位置传感器输出的位置反馈信号和第二运算单元的输出端输出位置信号做减运算，得到位置差值信号；

第四运算单元的第一输入端和第二输入端分别与第一位置传感器的输出端和第二位置传感器的输出端连接，分别接收并将第一位置传感器输出的位置反馈信号和第二位置传感器输出的位置反馈信号做减运算，得到并由第四运算单元的第三输入端输出同步位置误差值；

第一检测单元的第一输入端与工控机的第一输出端连接，第一检测单元的第一输入端接收并对工控机发出的速度信号进行处理生成执行驱动信号，及第一检测单元的第二输入端接收第一运算单元的输出端输出位置差值信号并进行检测获得第一执行驱动信号，并由第一检测单元的输出端输出执行驱动信号；

第二检测单元的第一输入端与工控机的第二输出端连接，第二检测单元的第一输入端接收并对工控机发出的速度信号进行处理生成执行驱动信号，及第二检测单元的第二输入端接收第三运算单元的输出端输出位置差值信号并进行检测获得第二执行驱动信号，并由第二检测单元的输出端输出与执行驱动信号控制掩模台；

硅片台和掩模台的各自的输入端分别与第一检测单元的输出端和第二检测单元的输出端连接，硅片台和掩模台分别由执行驱动信号同步，驱动硅片台和掩模台位移并输出移动位置信号转换生成并输出位置反馈信号。

2.如权利要求1所述光刻机工件台同步运动误差校正控制***，其特征在于：所述第一检测单元包括：第一位置控制器、第一速度控制器、第一驱动器、第一驱动执行机构和第一速度传感器；由第一速度控制器、第一驱动器、第一驱动执行机构及第一速度传感器组成硅片台内环调速控制***，由第一位置控制器、第一速度控制器、第一驱动器、第一驱动执行机构、硅片台及第一位置传感器组成硅片台外环位置控制***，其中：

第一位置控制器的输入端接收第一运算单元的输出端输出的位置差值信号，生成并输出位置控制信号；

第一速度控制器的三个输入端分别与工控机的第一输出端、第一位置控制器的输出端及第一速度传感器的输出端连接，接收并输出位置信号及速度信号；

第一驱动器的输入端与第一速度控制器的输出端连接，接收了位置信号及速度信号，生成并输出第一驱动信号；

第一驱动执行机构的输入端与第一驱动器的输出端连接，接收了第一驱动信号，生成并输出第一驱动信号驱动硅片台运动；

第一速度传感器的输入端与第一驱动执行机构输出端连接，接收第一驱动执行机构的速度信号，生成并输出速度信号反馈给第一速度控制器。

3.如权利要求1所述光刻机工件台同步运动误差校正控制***，其特征在于：所述第二检测单元包括：第二位置控制器、第二速度控制器、第二驱动器、第二驱动执行机构和第二速度传感器；由第二速度控制器、第二驱动器、第二驱动执行机构及第二速度传感器组成掩模台内环调速控制***，并由第二位置控制器、第二速度控制器、第二驱动器、第二驱动执行机构、掩模台及第二位置传感器组成掩模台外环位置控制***，其中：

第二位置控制器的输入端接收第三运算单元的输出端输出的位置差值信号，生成并输出位置控制信号；

第二速度控制器的三个输入端分别与工控机的第二输出端、第二位置控制器的输出端及第二速度传感器的输出端连接，接收并输出位置信号及速度信号；

第二驱动器的输入端与第二速度控制器的输出端连接，接收了位置信号及速度信号，生成并输出第一驱动信号；

第二驱动执行机构的输入端与第二驱动器的输出端连接，接收了第二驱动信号，生成并输出第二驱动信号驱动掩模台运动；

第二速度传感器的输入端与第二驱动执行机构输出端连接，接收第二驱动执行机构的速度信号，生成并输出速度信号反馈给第二速度控制器。

4.如权利要求1所述光刻机工件台同步运动误差校正控制***，其特征在于：所述第四运算单元的第三输入端输出同步位置误差值的极性是正，也可是负。

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