[發明專利]一種用于光刻機雙工件臺的二維微位移測量方法及傳感裝置

無效

• 申請號: 201210385257.4
• 申請日: 2012-09-26
• 公開（公告）號: CN102866595A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發明（設計）人: 王雷;趙勃;陳彥均
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20;G01B7/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于IC制造和超精密測量及加工技術，主要涉及一種用于光刻機雙工件臺的二維微位移測量方法及傳感裝置。

背景技術

光刻是大規模集成電路的制造中核心步驟，宏微雙工件臺技術是提高光刻機性能的主要手段之一。宏微雙重驅動技術作為大行程、高精度、高速定位機構，在國內外研究取得了一定成果。

其中，光柵尺和激光干涉儀等光電式方法通過閉環反饋控制在雙工件臺中有所應用：2001年8月機械設計與制造雜志第4期71-72頁發表了一篇名為《大行程高精度兩極定位工作臺的控制方與研究》的文章，該工作臺利用單頻激光干涉儀實現閉環位置反饋，可以實現500mm的工作行程內20nm的重復定位精度；2005年，光學精密工程報第13卷第2期171-178頁發表了一篇名為《一種宏微雙重驅動精密定位機構的建模與控制》的文章，提出一種宏微雙重驅動精密定位機構，采用精密光柵尺反饋微動平臺輸出端的位置信號，實現定位機構的全閉環反饋控制，實現100mm工作行程內10nm的重復定位精度。上述測量裝置解決了一些雙工件臺運動控制中的一些實際問題，但是主要針對宏微雙工件臺長距離反饋定位，且光電式傳感器價格昂貴，結構復雜，對工作環境要求較高。

而針對宏微雙工件臺Chuck臺、掩膜臺等特殊位置的短距離檢測問題，常見的有電容、電感傳感器：1999年，儀表技術與傳感器報第九期4-5頁發表了一篇名為《新型微位移電感傳感器設計》的文章，該文章研制了一種新型高精度電感傳感器，其分辨率為5nm，測量范圍為20μm、200μm；1999年，國防科技大學學報第21卷第五期91-94頁發表了一篇名為《超精密氣浮式電容傳感器系統》的文章，該電容傳感器系統用于超精密接觸式測量系統，其分辨率達0.01μm，測量范圍僅為50μm；2005年，傳感器技術報低24卷第10期13-16頁發表了一篇名為《電容式微位移傳感器設計及其應用研究》的文章，采用等電位環和驅動屏蔽電纜技術，設計了電容式微位移傳感器，分辨力為0.1μm，量程為20μm。這類電容、電感式傳感器分辨率可達1nm，精度可達幾個納米，但局限性是量程都比較小，一般為幾十到幾百微米不等，且其結構復雜，儀器體積大，易受環境干擾。

發明內容

本發明針對上述現有技術存在的不足，提出一種用于光刻機雙工件臺的高速高精度二維微位移測量方法及傳感裝置，以解決光刻機宏微雙工件臺Chuck臺、掩膜臺等特殊位置的監控問題，達到結構簡單、集成度高、易于安裝、靈活度高、響應速度快的目的。

本發明的目的是這樣實現的：

一種用于光刻機雙工件臺的二維微位移測量方法，該測量方法步驟如下：

第一步，光刻機宏微雙工件臺的宏動機構與微動機構產生相對位移，垂直于霍爾元件表面的磁場分量隨相對位移線性改變，呈90°相位關系的第一霍爾微位移傳感器和第二霍爾微位移傳感器的輸出霍爾電壓信號變化；

第二步，第一霍爾微位移傳感器和第二霍爾微位移傳感器的輸出霍爾電壓信號經外部檢測電路的信號調理模塊進行放大和濾波處理；獲得代表宏微雙工件臺宏動機構與宏微雙工件臺微動機構相對位移量的大小和方向的電壓幅值和相位；

第三步，將電壓幅值和相位經外部檢測電路的數據采集模塊進行數據的采集和控制，最后送入上位機進行處理和綜合。

一種用于光刻機雙工件臺的微位移測量傳感裝置，包括光刻機雙工件臺、雙工件臺宏動機構、雙工件臺微動機構、第一霍爾連接架、第一霍爾微位移傳感器、第二霍爾連接架、第二霍爾微位移傳感器和外部檢測電路；所述的第一、二霍爾微位移傳感器均由動子永磁鐵組基座、永磁鐵組和定子砷化鎵霍爾元件組成；其中動子永磁鐵組基座固定在雙工件臺宏動機構或雙工件臺微動機構上，永磁鐵組平行且水平固裝在動子永磁鐵組基座上，第一霍爾微位移傳感器的定子砷化鎵霍爾元件安裝在第一霍爾連接架的一側端部上，第二霍爾微位移傳感器的定子砷化鎵霍爾元件安裝在第二霍爾連接架的一側端部上，且兩個定子砷化鎵霍爾元件均平行于永磁鐵組的上表面或下表面；第一、二霍爾微位移傳感器的定子砷化鎵霍爾元件的輸出端均與外部檢測電路的輸入端相連；第一霍爾連接架與第二霍爾連接架之間的夾角為90°；第一霍爾連接架的另一側端部固定在雙工件臺微動機構或雙工件臺宏動機構上；第二霍爾連接架的另一側端部固定在雙工件臺微動機構或雙工件臺宏動機構上。