多个可动镜片共用光栅尺的回零装置及控制方法
【专利摘要】一种用于光刻设备中的多个可动镜片共用光栅尺的回零装置及控制方法，该装置包括：底座、N个可动镜片、运动控制主控模块、信号处理模块、驱动模块、光栅尺反馈模块、N个限位感应块及N个电机，其中N为3以上是正整数。本发明能实现多个可动镜片在各自运动轨迹范围内运动；能实现多个可动镜片准确、快速的回零，且在回零过程中不相撞。该发明既满足了尺寸结构紧凑、维护性强的要求，也满足了高精度的要求，具有通用性。
【专利说明】多个可动镜片共用光栅尺的回零装置及控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光刻设备，特别是1种用于光刻设备的多个可动镜片共用光栅尺的回 零装置及控制方法。
【背景技术】
[0002] 受到社会信息化进程牵引，集成电路得到了飞速发展，光学光刻设备是推动集成 电路发展的核心驱动力。在光学光刻设备中，光源发出的光经由光刻照明系统均匀照射到 掩模上，再通过缩小倍率的物镜将掩模上的图形投影成像到硅片表面的光刻胶上，即可实 现图形的复制。
[0003] 照明系统为掩模面提供均匀照明、控制曝光剂量和实现照明模式，是提高整个光 刻机性能至关重要的组成部分。为使不同的掩模结构在光刻过程中得到更优的光刻性能， 需采用不同的照明模式增强光刻分辨力，增大焦深，提高成像对比度。在照明系统中，照明 模式的设置是通过改变多个可动镜片之间的距离来实现的，而可动镜片的运动轨迹存在重 叠。因此，如何防止多个可动镜片在初始回零过程中相撞显得尤为重要。而现有技术中未 有多个可动镜片在回零过程中的防撞技术，因此，有必要提供1种多个可动镜片在回零过 程中不相撞的回零装置和控制方法。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供1种用于光刻设备的多个可动镜片共用光栅尺的回零装 置及控制方法，所述的回零控制装置能实现多个可动镜片在各自运动轨迹范围内运动；所 述的回零控制方法能实现多个可动镜片准确、快速的回零，且在回零过程中不相撞。该发明 既满足了尺寸结构紧凑、维护性强的要求，也满足了高精度的要求，具有通用性。
[0005] 本发明的技术解决方案如下：
[0006] -种用于光刻设备中的多个可动镜片共用光栅尺的回零装置，其特点在于该装置 包括：底座、N个可动镜片、运动控制主控模块、信号处理模块、驱动模块、光栅尺反馈模块、 N个限位感应块及N个电机，其中N为3以上是正整数；
[0007] 所述的底座，包括N根丝杆，用于承放N个可动镜片、光栅尺反馈模块及N个电机；
[0008] 所述的光栅尺反馈模块由1个光栅尺、N个光栅尺读数头组成，N个光栅尺读数头 与N个可动镜片联动，分别用于N个可动镜片位移的检测，所述的光栅尺的零位位于光栅尺 的中间位置；所述的运动控制主控模块经所述的信号处理模块、驱动模块与N个电机相连， 在所述的运动控制主控模块的指令下，所述的驱动模块驱动相应的电机驱动相应的丝杆带 动相应的可动镜片运动，所述的相应的光栅尺读数头记录所述的可动镜片在光栅尺的位置 并输入所述的信号处理模块。
[0009] 利用上述回零装置回零运动的控制方法，其特点在于该方法包括如下步骤：
[0010] 1)确定N个可动镜片的初始位置和相对零位：
[0011] 所述的N个可动镜片的初始位置由相应的硬件限位感应块的位置确定，所述的N 个可动镜片的相对零位由事先设定的偏离光栅尺的零位的位置，
[0012] 2)运动控制主控模块有序地发出限位信号，所述的驱动模块通过第1电机驱动第 1丝杆带动第1可动镜片，当第1可动镜片到达第1限位感应块位置时，第1可动镜片到达 初始位置；通过第2电机驱动第2丝杆带动第2可动镜片，当第2可动镜片到达第2限位感 应块的位置时，第2可动镜片到达初始位置；……，第N电机驱动第N丝杆带动第N可动镜 片，当第N可动镜片到达第N限位感应块的位置时，第N可动镜片到达初始位置第N可动镜 片到达初始位置；
[0013] 3)运动控制主控模块有序地发出回零信号，所述的驱动模块通过第N电机驱动第 N丝杆带动第N可动镜片，第N可动镜片寻找光栅尺零位后并到达第N可动镜片的相对零 位；……，所述的驱动模块通过第2电机驱动第2丝杆带动第2可动镜片，当第2可动镜片 到达第2可动镜片的相对零位；所述的驱动模块通过第1电机驱动第1丝杆带动第1可动 镜片，当第1可动镜片到达第1可动镜片）的相对零位；
[0014] 4)至此所有多个可动镜片均到达各自的零位，各可动镜片的回零运动结束。
[0015] 与现有技术相比，本发明的技术效果如下：
[0016] 提供1种用于光刻设备的多个可动镜片共用光栅尺回零装置，多个可动镜片共用 同1根光栅尺来进行可动镜片位置信息的反馈，所述的控制装置结构紧凑、可维护性强；
[0017] 利用信号处理模块使各个可动镜片的光栅尺读数头只对各自对应的硬件限位块 响应，从而能使多个可动镜片在回零过程中能找到对应的硬件限位位置，有序完成多个可 动镜片的回零而不发生相撞；
[0018] 提供1种用于光刻设备的多个可动镜片共用光栅尺回零控制方法，利用光栅尺零 位信号并结合正负硬件限位信号，能使多个可动镜片在初始位置不确定的情况下，实现多 个可动镜片快速、准确的回零。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 图1是本发明多个可动镜片共用光栅尺回零装置较佳实施例中3个可动镜片共用 光栅尺回零装置示意图。
[0020] 图2是本发明多个可动镜片共用光栅尺回零装置较佳实施例中信号处理模块电 路不意图。
[0021] 图3是本发明多个可动镜片共用光栅尺回零控制方法较佳实施例的流程图。
【具体实施方式】
[0022] 本发明多个可动镜片共光栅尺的回零装置及控制方法，可用于光刻设备照明系统 中，该照明系统至少包含3个可动镜片，且3个可动镜片的运动轨迹存在重叠区域。以下结 合附图和具体实施方案对本发明提出的多个可动镜片共光栅尺的回零装置及控制方法进1 步详细说明。
[0023] 参阅图1所示，是本发明多个可动镜片共用光栅尺回零装置较佳实施例中多个可 动镜片共用光栅尺回零装置示意图。所述的多个可动镜片共用光栅尺回零装置包括底座、3 个可动镜片、运动控制主控模块1、信号处理模块2、驱动模块3、光栅尺反馈模块、3个硬件 限位感应块及3个电机。
[0024] 所述的底座由3根丝杆组成。所述的3根丝杆包含丝杆第1丝杆41、丝杆第2丝 杆42、丝杆第3丝杆43 ;
[0025] 所述的的3个可动镜片包含第1可动镜片51、第2可动镜片52以及第3可动镜片 53。其中第1可动镜片51的运动轨迹范围位于b?b'区域，第2可动镜片52的运动轨迹 范围位于c?c'区域，第3可动镜片53的运动轨迹范围位于d?d'区域；可见，第1可动 镜片51与第2可动镜片52在c?b'区域运动轨迹存在重叠，第2可动镜片52与第3可 动镜片53在d?c'区域运动轨迹存在重叠。为确保第1可动镜片51、52及53在回零过 程中不发生相撞，第1可动镜片51、52及53执行回零指令之前需先回到对应的限位位置。 第1可动镜片51、第2可动镜片52以及第3可动镜片53分别由丝杆第1丝杆41、丝杆第 2丝杆42、丝杆第3丝杆43驱动运动。
[0026] 所述的的光栅尺反馈模块由1个光栅尺61、1个光栅尺零位63、多个光栅尺读数头 组成。所述的的光栅尺61位于光栅尺安装面，量程范围位于a?a'区域，且只有1个零位 63,位于光栅尺61的中间位置；所述的的多个第1可动镜片51，52, 53分别对应了光栅尺读 数头6201、光栅尺读数头6202以及光栅尺读数头6203,第1可动镜片51，52, 53均利用光 栅尺61的零位63完成回零。
[0027] 所述的的3个硬件限位感应块由1个硬件正限位感应块71和两个硬件负限位感 应块72、73组成。为确保第1可动镜片51、52及53在回零过程中不发生相撞，在第1可动 镜片51，52, 53执行回零指令之前，第1可动镜片51需运动到硬件正限位感应块71处，第2 可动镜片52需运动到硬件负限位感应块72处，第3可动镜片53需运动到硬件负限位感应 块73处，因此，硬件正限位感应块71安装在靠近光栅尺61的a端，硬件负限位感应块73安 装在靠近光栅尺61的b端，而硬件负限位感应块72安装在靠近第2可动镜片52的c端。
[0028] 所述的的3个电机由第1电机81、第2电机82及第3电机83组成。第1电机81、 第2电机82和第3电机83分别与第1丝杆41、丝杆第2丝杆42、丝杆第3丝杆43联接。 第1电机81转动带动第1丝杆41转动，从而驱动第1可动镜片51运动；第2电机82转动 带动丝杆第2丝杆42转动，从而驱动第2可动镜片52运动；第3电机83转动带动丝杆第 3丝杆43转动，从而驱动第3可动镜片53运动；
[0029] 所述的回零控制装置是由运动控制主控模块1往驱动模块3发送指令，驱动模块 3驱动第1电机81、第2电机82和第3电机83运动，从而带动第1可动镜片51、52、53。
[0030] 本发明利用1个硬件正限位感应块71和两个硬件负限位感应块72、73实现第1 可动镜片51、52、53有序回零，然而在第1可动镜片51的运动轨迹范围内存在71和72两 个硬件限位感应块，为使第1可动镜片51在运动到硬件正限位感应块71过程中时不会感 应到硬件负限位感应块72,因此，需对光栅尺读数头6201的负限位信号做处理。参阅图2 所示，图2是本发明多个共光栅尺回零装置较佳实施例中信号处理模块电路示意图，包括 光栅尺读数头6201的输入接口、输出接口及信号处理电路。
[0031] 所述的输入接口是包括光栅尺读数头6201正限位信号输入接口 9101及光栅尺读 数头6201负限位信号输入接口 9102 ;
[0032] 所述的输出接口是包括光栅尺读数头6201正限位信号输出接口 9201及光栅尺读 数头6201负限位信号输出接口 9202 ;另外，GND代表地线，VCC是电路的电源输入端，93代 表上拉电阻；
[0033] 所述的信号处理电路主要用于对光栅尺读数头6201的正限位和负限位信号进行 处理，还用于光栅尺读数头6201与运动控制主控模块1之间接口的转换。为起接口转换作 用，对应的输入输出引脚相连通，即光栅尺读数头6201正限位信号输入接口 9101和光栅尺 读数头6201正限位信号输出接口 9201连通，光栅尺读数头6201负限位信号输入接口 9102 和光栅尺读数头6201负限位信号输出接口 9202连通。由图1可知，第1可动镜片51运动 轨迹范围内存在71和72两个硬件限位感应块，因此，为确保第1可动镜片51在运动到正限 位感应块71过程中不受硬件负限位感应块72的影响，需屏蔽光栅尺读数头6201的负限位 信号，即需将光栅尺读数头6201负限位信号输入接口 9102和输出接口 9202与GND相接， 且需将光栅尺读数头6201正限位信号输入接口 9101和正限位信号输出接口 9201与上拉 电阻93相连。
[0034] 参阅图3,图3是本发明多个共用光栅尺回零控制方法的流程图。由图1可知，第 1可动镜片51、第2可动镜片52及第3可动镜片53的运动轨迹存在重叠区域，因此，该回 零控制方法需防止各可动镜片在回零过程中发生碰撞。请配合参阅图1、2,本发明所述的的 回零控制方法包括：
[0035] 1)确定第1可动镜片51的初始位置
[0036] 第1可动镜片51的初始位置为正限位感应块71的位置，因此，在回零之初，第1 可动镜片51需运动到硬件正限位感应块71位置。硬件正限位感应块71位于光栅尺零位 63与光栅尺的a端区域，因此，第1可动镜片51需往光栅尺61的a端寻找硬件正限位感应 块71，如参阅图1所示，在第1可动镜片51的运动轨迹b?b'区域内存在71、72两个硬件 限位感应块，由于第1可动镜片51对应的光栅尺读数头6201的负限位信号输入接口 9102 与GND相连，屏蔽了光栅尺读数头6201的负限位信号，因此，第1可动镜片51运动到硬件 正限位感应块71过程中，不会停止在硬件负限位感应块72位置处。当运动控制主控模块1 接收到光栅尺读数头6201的正限位信号时，第1可动镜片51已运动硬件正限位感应块71 处。
[0037] 2)确定第2可动镜片52的初始位置
[0038] 第2可动镜片52的初始位置为硬件负限位感应块72,因此，在回零之初，第2可动 镜片52需运动到硬件负限位感应块72位置。硬件负限位感应块72位于光栅尺零位63与 光栅尺a端区域，因此，第2可动镜片52需往光栅尺61的a端寻找硬件正限位感应块72， 在可动镜片72的运动轨迹c?c'区域内只存在硬件负限位感应块72,当运动控制主控模 块1接收到光栅尺读数头6202的负限位信号时，第2可动镜片52已运动硬件负限位感应 块72处。
[0039] 3)确定第3可动镜片53的初始位置
[0040] 第3可动镜片53的初始位置为硬件负限位感应块73,因此，在回零之初，第3可 动镜片53需运动到硬件负限位感应块73位置。硬件负限位感应块73位于光栅尺零位63 与光栅尺a'端区域，因此，第3可动镜片53需往光栅尺61的a'端寻找硬件负限位感应块 73,在可动镜片73的运动轨迹d?d'区域内只存在硬件负限位感应块73,当运动控制主控 模块1接收到光栅尺读数头6203的负限位信号时，第3可动镜片53已运动硬件负限位感 应块73处。
[0041] 4)第3可动镜片53回到光栅尺61的零位63,并确定第3可动镜片53的相对零 位
[0042] 第3可动镜片53的初始位置位于硬件负限位感应块73处，为使第3可动镜片53 能回到光栅尺61的零位63,需设置第3可动镜片53往光栅尺61的a端回零。当运动控制 主控模块1接收到光栅尺读数头6203的零位信号时，第3可动镜片53已回到光栅尺61的 零位63处。为不妨碍第1可动镜片51、第2可动镜片52完成回零过程，第3可动镜片53 在回到光栅尺61零位63处后，需停留在偏离于光栅尺61零位63的位置L3处，第3可动 镜片53将位置L3当成相对零位。
[0043] 5)第2可动镜片52回到光栅尺零位，并确定第2可动镜片52的相对零位
[0044] 第2可动镜片52的初始位置位于硬件负限位感应块72处，为使第2可动镜片52 能回到光栅尺61的零位63,需设置第2可动镜片52往光栅尺61的a'端回零。当运动控 制主控模块1接收到光栅尺读数头6202的零位信号时，此时，第2可动镜片52已回到光栅 尺61的零位63处。为不妨碍第1可动镜片51完成回零过程，第2可动镜片52在回到光 栅尺61零位63处后，需停留在偏离于光栅尺61零位63的位置L2处。为了防止第3可动 镜片53与第2可动镜片52相互碰撞，L3应大于L2,第2可动镜片52将位置L2当成相对 零位。
[0045] 6)第1可动镜片51回到光栅尺零位，并确定第1可动镜片51的相对零位
[0046] 第1可动镜片51的初始位置位于硬件正限位感应块71处，为使第1可动镜片51 能回到光栅尺61的零位63,需设置第1可动镜片51往光栅尺61的a'端回零。当运动控 制主控模块1接收到光栅尺读数头6201的零位信号时，此时，第1可动镜片51已回到光栅 尺61的零位63处。第1可动镜片51在回到光栅尺61零位63处后，需停留在偏离于光栅 尺61零位63的位置L1处，第1可动镜片51将位置L1当成相对零位。
[0047] 7)第1可动镜片51、第2可动镜片52、第3可动镜片53回到对应的相对零点时， 第1可动镜片51、第2可动镜片52、第3可动镜片53的回零运动结束。
【权利要求】
1. 一种用于光刻设备中的多个可动镜片共用光栅尺的回零装置，其特征在于该装置包 括：底座、N个可动镜片、运动控制主控模块（1)、信号处理模块（2)、驱动模块（3)、光栅尺反 馈模块、N个限位感应块（71、72、73)及N个电机（81、82、83)，其中N为3以上是正整数 ； 所述的底座，包括N根丝杆（41、42、43)，用于承放N个可动镜片（51、52、53)、光栅尺反 馈模块及N个电机（81、82、83); 所述的光栅尺反馈模块由1个光栅尺出1)、N个光栅尺读数头出201、6202、6203)组 成，N个光栅尺读数头与N个可动镜片联动，分别用于N个可动镜片位移的检测，设定光栅 尺（61)的零位（63)位于光栅尺的中间位置；所述的运动控制主控模块（1)经所述的信号 处理模块（2)、驱动模块⑶与N个电机（81、82、83)相连，在所述的运动控制主控模块（1) 的指令下，所述的驱动模块（3)驱动电机（81)驱动相应的丝杆（41)带动相应的可动镜片 (51)运动，所述的相应的光栅尺读数头￠201)记录所述的可动镜片（51)在光栅尺￠1)的 位置并输入所述的信号处理模块（2)。
2. -种利用上述回零装置的回零运动控制方法，其特征在于该方法包括如下步骤： 1) 确定N个可动镜片（51、52、53)的初始位置（71、72、73)和相对零位（L1，L2，L3): 所述的N个可动镜片（51、52、53)的初始位置（71、72、73)由相应的硬件限位感应块 (71、72、73)的位置确定，所述的N个可动镜片（51、52、53)的相对零位（L1，L2，L3)由事先 设定的偏离光栅尺（61)的零位（63)的位置， 2) 运动控制主控模块有序地发出限位信号，所述的驱动模块通过第1电机（81)驱动第 1丝杆（41)带动第1可动镜片（51)，当第1可动镜片（51)到达第1限位感应块（71)位置 时，第1可动镜片（51)到达初始位置；通过第2电机（82)驱动第2丝杆（42)带动第2可 动镜片（52)，当第2可动镜片（52)到达第2限位感应块（72)的位置时，第2可动镜片（51) 到达初始位置；……，第N电机（83)驱动第N丝杆（42)带动第N可动镜片（52)，当第N可 动镜片（53)到达第N限位感应块（73)的位置时，第N可动镜片（53)到达初始位置第N可 动镜片（53)到达初始位置； 3) 运动控制主控模块有序地发出回零信号，所述的驱动模块通过第N电机（83)驱动 第N丝杆（43)带动第N可动镜片（53)，第N可动镜片（53)寻找到光栅尺（61)零位（63) 后并到达第N可动镜片（53)的相对零位（L3);……，所述的驱动模块通过第2电机（82) 驱动第2丝杆（42)带动第2可动镜片（52)，当第2可动镜片（52)到达第2可动镜片（52) 的相对零位（L2);所述的驱动模块通过第1电机（81)驱动第1丝杆（41)带动第1可动镜 片（51)，当第1可动镜片（51)到达第1可动镜片（51)的相对零位（L1); 4) 至此所有多个可动镜片均到达各自的零位，各可动镜片的回零运动结束。
【文档编号】G05D3/12GK104111591SQ201410348746
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年7月22日 优先权日:2014年7月22日
【发明者】胡小邦, 张友宝, 孙征宇, 杨宝喜, 李璟, 黄惠杰 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所