[发明专利]一种用于光刻机双工件台的三维微位移测量方法及传感装置

说明书

技术领域

本发明属于IC制造和超精密测量及加工技术，主要涉及一种用于光刻机双工件台的三维微位移测量方法及传感装置。

背景技术

光刻是大规模集成电路制造中的核心步骤，宏微双工件台技术是提高光刻机性能的主要手段之一。宏微双重驱动技术作为大行程、高精度、高速定位机构，在国内外研究取得了一定成果。

其中，光栅尺和激光干涉仪等光电式方法通过闭环反馈控制在双工件台中有所应用：2001年8月机械设计与制造杂志第4期71-72页发表了一篇名为《大行程高精度两极定位工作台的控制方与研究》的文章，该工作台利用单频激光干涉仪实现闭环位置反馈，可以实现500mm的工作行程内20nm的重复定位精度；2005年，光学精密工程报第13卷第2期171-178页发表了一篇名为《一种宏微双重驱动精密定位机构的建模与控制》的文章，提出一种宏微双重驱动精密定位机构，采用精密光栅尺反馈微动平台输出端的位置信号，实现定位机构的全闭环反馈控制，实现100mm工作行程内10nm的重复定位精度。上述测量装置解决了一些双工件台运动控制中的一些实际问题，但是主要针对宏微双工件台长距离反馈定位，且光电式传感器价格昂贵，结构复杂，对工作环境要求较高。

而针对宏微双工件台Chuck台、掩膜台等特殊位置的短距离检测问题，常见的有电容、电感传感器：1999年，仪表技术与传感器报第九期4-5页发表了一篇名为《新型微位移电感传感器设计》的文章，该文章研制了一种新型高精度电感传感器，其分辨率为5nm，测量范围为20μm、200μm；1999年，国防科技大学学报第21卷第五期91-94页发表了一篇名为《超精密气浮式电容传感器系统》的文章，该电容传感器系统用于超精密接触式测量系统，其分辨率达0.01μm，测量范围仅为50μm；2005年，传感器技术报低24卷第10期13-16页发表了一篇名为《电容式微位移传感器设计及其应用研究》的文章，采用等电位环和驱动屏蔽电缆技术，设计了电容式微位移传感器，分辨力为0.1μm，量程为20μm。这类电容、电感式传感器分辨率可达1nm，精度可达几个纳米，但局限性是量程都比较小，一般为几十到几百微米不等，且其结构复杂，仪器体积大，易受环境干扰。

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的不足，提出一种用于光刻机双工件台的高速高精度三维微位移测量方法及传感装置，以解决光刻机宏微双工件台Chuck台、掩膜台等特殊位置的监控的问题，达到结构简单、集成度高、易于安装、灵活度高、响应速度快的目的。

本发明的目的是这样实现的：

一种用于光刻机双工件台的三维微位移测量方法，该测量方法步骤如下：

第一步，光刻机宏微双工件台的宏动机构与微动机构产生相对位移，垂直于霍尔元件表面的磁场分量随相对位移线性改变，相互呈90°相位关系的第一霍尔微位移传感器、第二霍尔微位移传感器和第三霍尔微位移传感器的输出霍尔电压信号变化；

第二步，第一霍尔微位移传感器、第二霍尔微位移传感器和第三霍尔微位移传感器的输出霍尔电压信号经外部检测电路的信号调理模块进行放大和滤波处理；获得代表双工件台宏动机构与宏微双工件台微动机构相对位移量的大小和方向的电压幅值和相位；

第三步，电压幅值和相位经外部检测电路的数据采集模块进行数据的采集和控制，最后送入上位机进行处理和综合。

一种用于光刻机双工件台的二维微位移测量传感装置，包括光刻机双工件台、双工件台宏动机构、双工件台微动机构、第一霍尔连接架、第一霍尔微位移传感器、第二霍尔连接架、第二霍尔微位移传感器、第三霍尔微位移传感器、第三霍尔连接架和外部检测电路；所述的第一、二、三霍尔微位移传感器均由动子永磁铁组基座、永磁铁组和定子砷化镓霍尔元件组成；其中动子永磁铁组基座固定在双工件台宏动机构或双工件台微动机构上，永磁铁组平行水平固装在动子永磁铁组基座上，第一霍尔微位移传感器的定子砷化镓霍尔元件安装在第一霍尔连接架的一侧端部上，第二霍尔微位移传感器的定子砷化镓霍尔元件安装在第二霍尔连接架的一侧端部上，第三霍尔微位移传感器的定子砷化镓霍尔元件安装在第三霍尔连接架的一侧端部上，且三个定子砷化镓霍尔元件均平行于永磁铁组的上表面或下表面；第一、二、三霍尔微位移传感器的定子砷化镓霍尔元件的输出端与外部检测电路的输入端相连；第一霍尔连接架、第二霍尔连接架和第三霍尔连接架相互呈90°夹角关系；第一霍尔连接架的另一端固定在双工件台微动机构上，第二霍尔连接架的另一端固定在双工件台微动机构上，第三霍尔连接架的另一端固定在双工件台宏动机构上。