一种光刻投影物镜环境采集控制系统及其控制方法
【专利摘要】一种光刻投影物镜环境采集控制系统及其控制方法属于光刻投影物镜控制领域，该系统包括控制机箱、采集驱动机箱、模数转换机箱、多种执行器和多种传感器；所述光纤通信板卡通过光纤传输链路与环境控制算法板卡连接，环境采集驱动板卡通过数字信号传输链路与模数转换板卡或接口转换卡连接，环境采集驱动板卡通过驱动信号传输链路与多种执行器连接，模数转换板卡通过低压模拟信号传输链路与多种传感器连接，所述多种执行器设置在光刻机环境机柜内，所述多种传感器设置在所述光刻投影物镜上。本发明缩短了每次调节的调节时间，保障环境参数调节的精度，降低响应时间，保证了光刻投影物镜和光刻机的整机性能。
【专利说明】一种光刻投影物镜环境采集控制系统及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光刻投影物镜控制领域，具体涉及一种光刻投影物镜环境采集控制系统及其控制方法。
【背景技术】
[0002]光刻投影物镜是一种超精密光学系统，是光刻机中的核心部件，它是影响光刻分辨力和线宽的关键。随着光刻精度的提高，对环境的要求如对环境温度、气压、洁净度等的要求，也越来越苛刻。物镜内部存在大量的热源包括各种电机及准分子激光器等，温度的变化会导致物镜焦面位置改变和影响物镜的成像质量，同时物镜内部需要密封环境及高纯、洁净的氮气防止空气进入投影物镜内部污染光学镜片，同时需要保证氮气具有恒定压力和流量，降低对光学表面面形的影响。
[0003]环境采集控制系统是为了保障投影物镜正常工作情况下的温度、压力、洁净度等环境参数稳定。光刻投影物镜环境采集控制系统可以分为水冷循环温度控制模块、高纯氮气循环控制模块。其中水冷循环温度控制模块可利用内循环恒温水箱及电磁阀等执行器件提供物镜水套温度、流量恒定、可调的循环水，并采用布置在不同位置的多只温度传感器作为反馈，通过闭环控制算法实现。但是，内循环恒温水箱及电磁阀等执行器会产生大量的热量，产生的热功率会影响投影物镜的成像质量；高纯氮气循环控制模块可利用减压阀组、纯化器、过滤器等执行器件将外部氮气调节，并采用压力传感器、流量传感器等作为反馈，通过闭环控制算法提供物镜内部氮气循环使用。但是，气动元件也会产生大量热量及振动，会影响投影物镜的成像质量。在光刻机整机内部，光刻投影物镜环境采集控制系统与光刻投影物镜的走线距离约为10-15米，温度传感器、压力传感器、流量传感器等模拟信号需要转化为数字信号进行远距离传输。同时水冷温度控制需要满足大时间热响应常数投影物镜的超高精度(±0.0rc)要求，高纯氮气循环控制模块需要满足超高纯度(氮气含量99.999999% )、颗粒度(最大3nm)、恒定流量(12NL/H)、压力(100±10pa)。因此，需要一种光刻投影物镜环境采集控制系统结构。
【发明内容】
[0004]为了解决现有技术存在的控制机箱热功率影响成像质量、传感器模拟信号远距离信号衰减和光刻系统内温度、压力、洁净度响应时间及超高精度要求等技术问题，本发明提出一种光刻投影物镜环境采集控制系统及其控制方法。
[0005]本发明解决技术问题所采取的技术方案如下:
[0006]一种光刻投影物镜环境采集控制系统包括控制机箱、采集驱动机箱、模数转换机箱、多种执行器和多种传感器；所述控制机箱内包括标准VME背板、主控板卡和光纤通信板卡，所述主控板卡和光纤通信板卡插在所述标准VME背板上，所述采集驱动机箱内包括非标VME背板、环境控制算法板卡和环境采集驱动板卡，所述环境控制算法板卡和环境采集驱动板卡插在所述非标VME背板上，所述模数转换机箱内包括模数转换板卡及接口转换卡；所述光纤通信板卡通过光纤传输链路与环境控制算法板卡连接，环境采集驱动板卡通过数字信号传输链路与模数转换板卡或接口转换卡连接，环境采集驱动板卡传输链路与多种执行器连接，模数转换板卡或接口转换卡通过低压模拟信号传输链路与多种传感器连接，所述多种传感器布置在所述光刻投影物镜上，所述多种执行器布置在整机环控机柜内；所述环境采集驱动板卡分别通过自定义数字信号前连接器和供电信号连接器与所述非标VME背板连接，所述非标VME背板通过自定义数字信号后连接器与所述环境控制算法板卡连接；
[0007]所述控制机箱、采集驱动机箱和模数转换机箱放置在光刻机整机控制机柜中，所述控制机箱和采集驱动机箱与光刻投影物镜之间的距离D的取值范围为:10m < D < 15m,所述模数转换机箱与光刻投影物镜之间的距离d的取值范围为:2m < d < 3m。
[0008]所述模数转换机箱内有自定义的抽排方式，并通过光刻机整机的散热系统将产生的热量抽排走，产生的热功率不会影响投影物镜。
[0009]光纤通信板卡的尺寸符合VME总线系统规范中的单高模板尺寸，具有VME总线系统规范的从模块功能，光纤通信板卡上的连接器采用VME总线系统规范中的Pl连接器。
[0010]所述环境控制算法板卡上设置有光纤连接器，所述光纤通信板卡通过光纤传输链路与光纤连接器连接，所述环境采集驱动板卡上设置有传感器数字信号连接器和多种执行器驱动信号连接器，所述传感器数字信号连接器通过数字信号传输链路与所述模数转换板卡或接口转换卡连接，所述驱动信号连接器通过驱动信号传输链路与多种执行器连接。
[0011 ] 所述非标VME背板上的连接器尺寸符合VME总线系统规范中的Jl连接器和J2连接器尺寸，环境控制算法板卡的尺寸符合VME总线系统规范中的后卡模板尺寸，环境驱动采集板卡的尺寸符合VME总线系统规范中的双高模板尺寸，不具有VME总线系统规范的主从模块功能。
[0012]所述驱动采集板卡的Pl连接器传输自定义数字信号，P2连接器传输自定义供电信号。
[0013]本发明的光刻投影物镜环境采集控制系统将采集驱动机箱放置于距离光刻投影物镜10-15米外的整机控制柜中，多种执行器的驱动电路位于采集驱动机箱内部，其散出的热量由整机控制柜的排风系统带出光刻机外，不会影响光刻投影物镜的成像质量。在光刻投影物镜附近放置模数转换机箱，将温度、压力等传感器采集所得模拟电容信号转换为数字信号，并远距离传输至采集驱动机箱，以实现多种传感器采集信号的远距离传输，并且模数转换机箱通过自定义的抽排方式将散出的热量由整机的排风系统带出光刻机，不会影响投影物镜的成像质量。控制机箱与采集驱动机箱共同放置于整机机柜中，并通过光纤传输链路连接通信，每次环境参数调节的控制命令均由控制机箱内的光纤通信板卡发送至采集驱动机箱内部的环境控制算法板卡，环境控制算法板卡通过高速自定义信号接口与环境采集驱动板卡连接，环境采集驱动板卡可直接操作驱动各种执行器信号，并处理温度、压力等传感器采集的数字位置信号，环境控制算法板卡内的不同种控制算法独立完成温度控制、流量控制、压力控制的单次调节，无需重复接收控制机箱的调节指令，将控制命令的传输链路置于控制算法的伺服周期外，以缩短每次环境控制的时间。
[0014]本发明的有益效果是:本发明可以在保证多种执行器与多种传感器走线长度与散热需求的同时，从硬件上将控制命令传输链路置于环境控制算法的伺服周期外，为提高控制算法的实现效率提供了必要的硬件平台，从而缩短每次调节的调节时间、保障环境参数调节的精度、降低响应时间，保证光刻投影物镜和光刻机的整机性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本发明的光刻投影物镜环境采集控制系统的结构示意图；
[0016]图2为本发明中采集驱动机箱的内部结构示意图；
[0017]其中:1、控制机箱,2、光纤通信板卡,3、光纤传输链路,4、米集驱动机箱,5、环境米集驱动板卡，6、数字信号传输链路，7、执行器信号传输链路，8、多种执行器，9、光刻投影物镜，10、标准VME背板，11、主控板卡，12、非标VME背板，13、环境控制算法板卡，14、模数转换板卡或接口转换卡，15、模数转换机箱，16、低压模拟信号传输链路，17、多种传感器，18、光纤连接器，19、自定义数字信号后连接器，20、自定义数字信号前连接器，21、传感器数字信号连接器，22、自定义供电信号连接器，23、驱动信号连接器。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
[0019]如图1所示，本发明的光刻投影物镜环境采集控制系统包括控制机箱1、采集驱动机箱4、模数转换机箱15、多种执行器8和多种传感器17。多种执行器8包括电磁阀、减压阀等，多种传感器17包括4个温度传感器、3-4个压力传感器、2-3个流量传感器等。 [0020]所述控制机箱I内包括标准VME背板10、主控板卡11和光纤通信板卡2，所述主控板卡11和光纤通信板卡2插在所述标准VME背板10上，所述采集驱动机箱4内包括非标VME背板12、环境控制算法板卡13和环境采集驱动板卡5，所述环境控制算法板卡13和环境采集驱动板卡5插在所述非标VME背板12上，所述模数转换机箱15内包括模数转换板卡或接口转换卡14。
[0021]所述光纤通信板卡2通过光纤传输链路3与环境控制算法板卡13连接，环境采集驱动板卡5通过数字信号传输链路6与模数转换板卡或接口转换卡14连接，环境采集驱动板卡5通过驱动信号传输链路7与多种执行器8连接，模数转换板卡或接口转换卡14通过低压模拟信号传输链路16与温度、压力等多种传感器17连接，所述多种执行器8设置在所述光刻机环境控制机柜内。所述温度、压力等多种传感器17设置在所述光刻投影物镜9上。
[0022]如图2所示，环境采集驱动板卡5分别通过自定义数字信号前连接器20和供电信号连接器22与所述非标VME背板12连接，所述非标VME背板12通过自定义数字信号后连接器19与所述环境控制算法板卡13连接。
[0023]所述控制机箱1、采集驱动机箱4和模数转换机箱15均放置在光刻机整机控制机柜中，所述控制机箱1、采集驱动机箱4与光刻投影物镜9之间的距离D的取值范围为:1m ^ D ^ 15m,所述模数转换机箱15与光刻投影物镜9之间的距离d的取值范围为:2m ^ d ^ 3m。
[0024]光纤通信板卡2的尺寸符合VME总线系统规范中的单高模板尺寸，具有VME总线系统规范的从模块功能，光纤通信板卡2上的连接器采用VME总线系统规范中的Pl连接器。
[0025]所述环境控制算法板卡13上设置有光纤连接器18，所述光纤通信板卡2通过光纤传输链路3与光纤连接器18连接，所述环境采集驱动板卡5上设置有传感器数字信号连接器21和执行器驱动信号连接器23，所述传感器数字信号连接器21通过数字信号传输链路6与所述模数转换板卡或接口转换卡14连接，所述驱动信号连接器23通过驱动信号传输链路7与多种执行器8连接。
[0026]所述非标VME背板12上的连接器尺寸符合VME总线系统规范中的Jl连接器和J2连接器尺寸，环境控制算法板卡13的尺寸符合VME总线系统规范中的后卡模板尺寸，环境采集驱动板卡5的尺寸符合VME总线系统规范中的双高模板尺寸，不具有VME总线系统规范的主从模块功能，所述传感器数字信号连接器21和执行器驱动信号连接器23分别采用VME总线系统规范中的Pl连接器和P2连接器。
[0027]所述环境采集驱动板卡5的Pl连接器传输自定义数字信号，P2连接器传输自定义供电信号。
[0028]本发明基于光刻投影物镜环境采集控制系统的控制方法包括如下步骤:
[0029]步骤一:控制机箱I中的主控板卡11从整机环境控制系统接收环境参数的控制命令，并将该命令通过标准VME背板10发送至光纤通信板卡2，光纤通信板卡2将控制命令封装以后，通过光纤传输链路3和光纤连接器18将其传输至采集驱动机箱4中的环境控制算法板卡13中；
[0030]步骤二:环境控制算法板卡13解析控制命令、开始伺服控制，首先通过非标VME背板12上的自定义数字信号后连接器19和自定义数字信号前连接器20将驱动信号发送至环境采集驱动板卡5，环境采集驱动板卡5由供电信号连接器22获得供电电源，并通过驱动信号连接器23和驱动信号传输链路7实现了对多种执行器8的远距离驱动，光刻投影物镜9内环境的温度、压力等环境参数由温度、压力等多种传感器17采集，并通过低压模拟信号传输链路16传输至模数转换机箱15的模数转换板卡或接口转换卡14中，模数转换板卡14对采集到的温度、压力等环境参数进行模数转换，并将数字位移信号通过数字信号传输链路6和数字传感器信号连接器21传输至环境采集驱动板卡5中，环境采集驱动板卡5解析该数字信号后，通过非标VME背板12上的自定义数字信号后连接器19和自定义数字信号前连接器20将环境参数信号反馈至环境控制算法板卡13，至此完成一个控制伺服周期的操作；
[0031]步骤三:环境控制算法板卡13通过反馈得到的环境参数信号修正控制算法参数，重复步骤二，直至完成伺服调节；
[0032]步骤四:完成一次环境参数调节后，环境控制算法板卡13通过光纤连接器18和光纤传输链路3将调节结果传输至光纤通信板卡2，光纤通信板卡2将调节结果解析后经由标准VME背板10通过中断的方式通知主控板卡11，主控板卡11向整机控制系统发送环境参数调节完成的控制命令。
[0033]以上为本发明的【具体实施方式】，但绝非对本发明的限制。
【权利要求】
1.一种光刻投影物镜环境采集控制系统，其特征在于，该系统包括控制机箱(1)、采集驱动机箱(4)、模数转换机箱(15)、多种执行器(8)和多种传感器(17)； 所述控制机箱⑴内包括标准VME背板(10)、主控板卡(11)和光纤通信板卡(2)，所述主控板卡(11)和光纤通信板卡(2)插在所述标准VME背板(10)上，所述采集驱动机箱(4)内包括非标VME背板(12)、环境控制算法板卡(13)和环境采集驱动板卡(5)，所述环境控制算法板卡(13)和环境采集驱动板卡(5)插在所述非标VME背板(12)上，所述模数转换机箱(15)内包括模数转换板卡或接口转换卡(14)； 所述光纤通信板卡(2)通过光纤传输链路(3)与环境控制算法板卡(13)连接，环境采集驱动板卡(5)通过数字信号传输链路(6)与模数转换板卡或接口转换卡(14)连接，环境采集驱动板卡(5)通过驱动信号传输链路(7)与多种执行器(8)连接，模数转换板卡(14)通过低压模拟信号传输链路(16)与多种传感器(17)连接，所述多种传感器(17)设置在所述光刻投影物镜(9)上，所述多种执行器(8)设置在光刻机环境机柜内； 所述环境采集驱动板卡(5)分别通过自定义数字信号前连接器(20)和供电信号连接器(22)与所述非标VME背板(12)连接，所述非标VME背板(12)通过自定义数字信号后连接器(19)与所述环境控制算法板卡(13)连接。
2.根据权利要求1所述的一种光刻投影物镜环境采集控制系统，其特征在于，所述控制机箱(1)、采集驱动机箱(4)和模数转换机箱(15)放置在光刻机整机控制机柜中，所述控制机箱(1)和采集驱动机箱(4)与光刻投影物镜(9)之间的距离D的取值范围为:1m ≤ D ≤15m， 所述模数转换机箱(15)与光刻投影物镜(9)之间的距离d的取值范围为:2m ≤ d ≤3m。
3.根据权利要求1所述的一种光刻投影物镜环境采集控制系统，其特征在于，光纤通信板卡(2)的尺寸符合VME总线系统规范中的单高模板尺寸，具有VME总线系统规范的从模块功能，光纤通信板卡(2)上的连接器采用VME总线系统规范中的Pl连接器。
4.根据权利要求1所述的一种光刻投影物镜环境采集控制系统，其特征在于，所述环境控制算法板卡(13)上设置有光纤连接器(18)，所述光纤通信板卡(2)通过光纤传输链路(3)与光纤连接器(18)连接，所述环境采集驱动板卡(5)上设置有传感器数字信号连接器(21)和驱动信号连接器(23)，所述传感器数字信号连接器(21)通过数字信号传输链路(6)与所述模数转换板卡或接口转换卡(14)连接，所述驱动信号连接器(23)通过驱动信号传输链路(7)与多种执行器(8)连接。
5.根据权利要求1所述的一种光刻投影物镜环境采集控制系统，其特征在于，所述非标VME背板(12)上的连接器尺寸符合VME总线系统规范中的Jl连接器和J2连接器尺寸，环境控制算法板卡(13)的尺寸符合VME总线系统规范中的后卡模板尺寸，环境采集驱动板卡(5)的尺寸符合VME总线系统规范中的双高模板尺寸，不具有VME总线系统规范的主从模块功能，所述传感器数字信号连接器(21)和驱动信号连接器(23)分别采用VME总线系统规范中的Pl连接器和P2连接器。
6.根据权利要求1所述的一种光刻投影物镜环境采集控制系统，其特征在于，所述环境采集驱动板卡(5)的Pl连接器传输自定义数字信号，P2连接器传输自定义供电信号。
7.基于上述任一项权利要求所述的光刻投影物镜环境采集控制系统的控制，其特征在于，该方法包括如下步骤:步骤一:控制机箱(1)中的主控板卡(11)从整机环境控制系统接收环境参数的控制命令，并将该命令通过标准VME背板(10)发送至光纤通信板卡(2)，光纤通信板卡(2)将控制命令封装以后，通过光纤传输链路(3)和光纤连接器(18)将其传输至采集驱动机箱(4)中的环境控制算法板卡(13)中； 步骤二:环境控制算法板卡(13)解析控制命令、开始伺服控制，首先通过非标VME背板(12)上的自定义数字信号后连接器(19)和自定义数字信号前连接器(20)将驱动信号发送至环境采集驱动板卡(5)，环境采集驱动板卡(5)由供电信号连接器(22)获得供电电源，并通过驱动信号连接器(23)和驱动信号传输链路(7)实现了对多种执行器(8)的远距离驱动，光刻投影物镜(9)内环境的温度、压力等环境参数由多种传感器(17)采集，并通过低压模拟信号传输链路(16)传输至模数转换机箱(15)的模数转换板卡或接口转换卡(14)中，模数转换板卡(14)对采集到的温度、压力等环境参数进行模数转换，并将数字位移信号通过数字信号传输链路(6)和数字传感器信号连接器(21)传输至环境采集驱动板卡(5)中，环境采集驱动板卡(5)解析该数字信号后，通过非标VME背板(12)上的自定义数字信号后连接器(19)和自定义数字信号前连接器(20)将环境参数信号反馈至环境控制算法板卡(13)，至此完成一个控制伺服周期的操作； 步骤三:环境控制算法板卡(13)通过反馈得到的环境参数信号修正控制算法参数，重复步骤二，直至完成伺服调节； 步骤四:完成一次环境参数调节后，环境控制算法板卡(13)通过光纤连接器(18)和光纤传输链路(3)将调节结果传输至光纤通信板卡(2)，光纤通信板卡(2)将调节结果解析后经由标准VME背板(10) 通过中断的方式通知主控板卡(11)，主控板卡(11)向整机控制系统发送环境参数调节完成的控制命令。
【文档编号】G03F7/20GK104035289SQ201410250579
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年6月6日 优先权日:2014年6月6日
【发明者】崔洋, 李佩玥, 于淼, 彭吉, 隋永新, 杨怀江 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所