专利名称：一种光刻机气动自动对焦装置及对焦方法
技术领域：
本发明涉及光刻技术领域，具体为一种光刻机气动自动对焦装置及对焦方法。
背景技术：
光刻技术是用于在衬底表面上印刷具有特征的构图。这样的衬底可包括用于制造半导体器件、多种集成电路、平面显示器(例如液晶显示器)、电路板、生物芯片、微机械电子芯片、光电子线路芯片等的基片。经常使用的基片为半导体晶圆或玻璃基片。对焦技术作为光刻机系统中必不可少的一项关键技术，对焦的时间和精度对光刻机系统的性能和曝光图形的质量起到了至关重要的作用。气动测量技术是机械制造业中零件加工质量测量的常用方法之一，采用压缩空气作为测量介质，利用流经被测量部位的压缩空气的流量、流速、或压力的变化量或变化规律来测量被测零件尺寸量和位移量(形变)。在光刻系统中，现有的各种聚焦方法如图像处理聚焦方式和旁轴测量仪对焦方式，存在速度慢或成本高等缺点，都不能很好的适用于高端光刻机产品。
发明内容
本发明的目的是提供一种光刻机气动自动对焦装置及对焦方法，以解决现有技术处理速度慢的问题。为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为
一种光刻机气动自动对焦装置，包括有竖直设置的安装在调整架上的底座，其特征在于所述底座一侧侧壁设置有连接台，所述连接台上安装有竖向的螺旋测微仪，所述底座顶部固定有水平设置的连接板，底座座面上滑动安装有沿底座竖向滑动的滑块，所述螺旋测微仪的活动端与滑块侧壁固定连接，所述滑块块面固定有竖直设置且气口向下的气测头， 所述连接板下板面连接有竖直设置且镜头向下的物镜，所述气测头中心轴、物镜中心轴相互平行。所述的一种光刻机气动自动对焦装置，其特征在于所述底座另一侧侧壁上固定有锁紧座，所述锁紧座上开有竖向的长圆孔，有锁紧螺钉安装在长圆孔中以固定滑块。一种光刻机气动自动对焦方法，其特征在于包括以下步骤
(1)向所述气测头提供气压，并将权利要求1所述的光刻机气动自动对焦装置置于放有基底的移动平台上方，光刻机气动自动对焦装置的物镜镜头、气测头气口竖直向下对准移动平台上的基底；
(2)通过螺旋测微仪活动端在竖直方向上下移动，带动滑块上下移动，进而带动气测头在竖直方向上下移动，以调整气测头和基底之间间距，当气测头与基底之间距离位于气测头的气动测量范围内时，通过锁紧座定位滑块，固定光刻机气动自动对焦装置；
(3)通过移动平台带动基底竖向移动，使基底移动至物镜的焦面上，此时标定初焦面， 并记录此时气测头的气动测量值，作为气动测量的基准；(4)在气动测量范围内多次通过移动平台带动基底竖向移动，记录每次基底移动的距离，以及每次移动时气测头对应的气动测量值，拟合出基底移动距离和气测头的气动测量值之间的线性曲线，并建立相应的线性曲线方程；
(5)控制移动平台带动基底初步竖向移动至曝光区域，记录此时气测头对应的气动测量值，并计算此时气动测量值与步骤(3)中得到的作为基准的气动测量值之间的差值，即为基底所在平面与步骤(3)标定的初焦面之间的间距，
利用步骤(4)得到的线性曲线方程求出所述差值对应的移动平台需要竖向移动的距离，再次控制移动平台按求出的移动平台需要竖向移动的距离竖向移动；
(6)多次重复步骤(5)，直至气测头测得的气动测量值与步骤(3)中得到的作为基准的气动测量值之间的差值小于物镜的焦深，此时基底处于物镜的焦面位置。本发明的能够降低光刻机的成本和减小曝光对焦的时间，同时满足曝光图形的质量。本发明在不影响光刻机曝光质量的前提下，能够快速的实现光刻机的对焦，同时降低光刻机系统的成本。
图1为本发明装置结构示意图。图2为物镜、气测头和基底位置关系示意3为本发明气动测量原理图。图4为本发明曝光对焦控制流程图。图5为气动测量值和平台移动位置的线性曲线图。
具体实施例方式本发明是通过气动测量技术测量气测头和基底之间的相对距离来控制平台移动的自动对焦方式。如图1所示，本发明装置包括装配物镜8、气测头7及调整架机构上的底座4。螺旋测微仪1是为了更好的调整气测头上下移动的距离，连接板3通过螺钉2固定在底座4 的顶部，连接板3是连接物镜8和底座4，起到固定物镜功能，滑块6是带动气测头做上下移动，锁紧座的长圆孔中的锁紧螺钉5用来固定滑块6。气测头7是将长度信号转换成气流信号，物镜8是曝光镜头。如图2所示。首先调整竖直方向的螺旋测微仪，以调整气测头和平台上晶圆的相对距离小于lOOum，保证高度在气动测量范围内，
初焦面的标定首先通过图像处理的聚焦方式，调整平台基底到物镜的焦面位置，读出和记录此时的气动测量值，并把该值作为气动测量方式的基准。如图3所示。数据的采集和数据的拟合空气压缩机提供气压，经过空气过滤器和空气干燥器过滤空气中的灰尘和水分，经过稳压阀稳压，经过流量阀调整合适的进气流量。 流量阀出来的气源经过气测头和气电传感器，气测头用于将到基底的距离信号转换为气流信号，压力式气电传感器是用于将气流信号转换为电信号。压力式气电传感器结构简单、小巧、线性范围宽，同时动态特性好，响应时间只有0. ls，是弹性元件气电传感器的1/3 1/5， 相对于其它类型的气电传感器更适合本系统。微控制系统将测得的电信号处理后发送给工控机，工控机经过数据处理控制移动平台的垂直移动，从而实现一个闭环控制。数据的拟合是通过移动平台在气动测量范围内竖直移动每次移动一定间隔，读出此时气动测量值，如图5所示，根据移动平台的坐标和测量的结果拟合出线性曲线，其线性曲线方程为Y=0. 979Χ+1. 301，其中X—移动平台坐标(单位um) ；Y—气动测量的结果(单位:um)0曝光对焦的控制流程如图4所示，首先将移动平台竖直移动到曝光的区域，读出此时的气动测量值，计算出该测量值和初焦面的差值Δ Y，利用线性拟合方程 Y=O. 979Χ+1. 301，计算出移动平台需要走的距离即Δ X= Δ Υ/0. 979，工控机控制移动平台移动ΔΧ。重复读气动测量值，计算出该测量值和初焦面的差值(Δ Yn)，控制平台移动直到Δ Yn小于设定物镜焦深，此时基底处于物镜的焦面位置，确保曝光不会离焦。
权利要求
1.一种光刻机气动自动对焦装置，包括有竖直设置的安装在调整架上的底座，其特征在于所述底座一侧侧壁设置有连接台，所述连接台上安装有竖向的螺旋测微仪，所述底座顶部固定有水平设置的连接板，底座座面上滑动安装有沿底座竖向滑动的滑块，所述螺旋测微仪的活动端与滑块侧壁固定连接，所述滑块块面固定有竖直设置且气口向下的气测头，所述连接板下板面连接有竖直设置且镜头向下的物镜，所述气测头中心轴、物镜中心轴相互平行。
2.根据权利要求1所述的一种光刻机气动自动对焦装置，其特征在于所述底座另一侧侧壁上固定有锁紧座，所述锁紧座上开有竖向的长圆孔，有锁紧螺钉安装在长圆孔中以固定滑块。
3.基于权利要求1的一种光刻机气动自动对焦方法，其特征在于包括以下步骤(1)向所述气测头提供气压，并将权利要求1所述的光刻机气动自动对焦装置置于放有基底的移动平台上方，光刻机气动自动对焦装置的物镜镜头、气测头气口竖直向下对准移动平台上的基底；(2)通过螺旋测微仪活动端在竖直方向上下移动，带动滑块上下移动，进而带动气测头在竖直方向上下移动，以调整气测头和基底之间间距，当气测头与基底之间距离位于气测头的气动测量范围内时，通过锁紧座定位滑块，固定光刻机气动自动对焦装置；(3)通过移动平台带动基底竖向移动，使基底移动至物镜的焦面上，此时标定初焦面， 并记录此时气测头的气动测量值，作为气动测量的基准；(4)在气动测量范围内多次通过移动平台带动基底竖向移动，记录每次基底移动的距离，以及每次移动时气测头对应的气动测量值，拟合出基底移动距离和气测头的气动测量值之间的线性曲线，并建立相应的线性曲线方程；(5)控制移动平台带动基底初步竖向移动至曝光区域，记录此时气测头对应的气动测量值，并计算此时气动测量值与步骤(3)中得到的作为基准的气动测量值之间的差值，即为基底所在平面与步骤(3)标定的初焦面之间的间距，利用步骤(4)得到的线性曲线方程求出所述差值对应的移动平台需要竖向移动的距离，再次控制移动平台按求出的移动平台需要竖向移动的距离竖向移动；(6)多次重复步骤(5)，直至气测头测得的气动测量值与步骤(3)中得到的作为基准的气动测量值之间的差值小于物镜的焦深，此时基底处于物镜的焦面位置。
全文摘要
本发明公开了一种光刻机气动自动对焦装置及对焦方法，通过气动测量技术测量气测头到曝光基底的距离，从而控制移动平台竖直运动，确保基底处于物镜的焦面位置，从而实现聚焦功能。通过采用气动测量技术的气动自动对焦系统能够保证聚焦的实时性和降低成本。
文档编号G02B7/28GK102231051SQ20111013078
公开日2011年11月2日 申请日期2011年5月20日 优先权日2011年5月20日
发明者朱亮 申请人:合肥芯硕半导体有限公司