一种光刻投影物镜微位移控制的电路结构的制作方法
【专利摘要】一种光刻投影物镜微位移控制的电路结构属于光刻投影物镜控制领域，目的在于解决现有技术存在的定位精度低和成本高的问题。本发明包括算法与时序发生电路、高压驱动与数字电容采集电路和电容模数转换电路；算法与时序发生电路和所述高压驱动与数字电容采集电路之间使用自定义协议通信，并通过VME总线技术规范中的P1连接器实现物理连接，高压驱动与数字电容采集电路和电容模数转换电路之间使用自定义协议通信，并通过低压差分数字信号传输线缆实现物理连接；所述电路结构采用N-111.2A压电陶瓷驱动器作为执行元件，采用D-E30.500电容传感器作为反馈元件。本发明可以满足光刻投影物镜中移动镜片的量程与定位精度需求，成本低。
【专利说明】一种光刻投影物镜微位移控制的电路结构
【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微位移控制的电路结构。
【背景技术】
[0002]在光刻投影物镜中，为了补偿因环境变化而产生的像质劣化，需要在更换曝光批次、更换硅片及单场曝光中的两次瞬时视场曝光间隔等时间内，通过移动镜片的方式实现像质补偿，通常情况下，镜片移动的量程为几十微米，定位精度为10-20纳米。随着光刻机的刻线宽度越来越小，镜片移动的量程也在变小，定位精度的要求则越来越高，相应的执行元件和反馈元件也由伺服电机和光栅尺转变为压电陶瓷驱动器和电容传感器，这种情况下，光刻投影物镜控制器上运行的自研闭环控制算法必须将其与控制箱的通信链路引入控制环内，且只能通过控制箱操作压电陶瓷驱动器和电容传感器，从而导致了自研闭环控制算法无法有效的对镜片进行控制，很难保证控制精度和控制时间。此外，此类控制箱产品的价格多为几十万欧元，成本较高。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提出一种光刻投影物镜微位移控制的电路结构，解决现有技术存在的定位精度低和成本高的问题，满足光刻投影物镜中移动镜片的量程与定位精度需求。
[0004]为实现上述目的，本发明的一种光刻投影物镜微位移控制的电路结构包括算法与时序发生电路、高压驱动与数字电容采集电路和电容模数转换电路；
[0005]所述算法与时序发生电路和所述高压驱动与数字电容采集电路之间使用自定义协议通信，并通过VME总线技术规范中的Pl连接器实现物理连接，所述高压驱动与数字电容采集电路和电容模数转换电路之间使用自定义协议通信，并通过低压差分数字信号传输线缆实现物理连接；
[0006]所述电路结构采用N-111.2A压电陶瓷驱动器作为执行元件，采用D-E30.500电容传感器作为反馈元件。
[0007]所述算法与时序发生电路包括0MAP-L138主控芯片、XC5VLX50T芯片和高精度DA转换电路，所述0MAP-L138主控芯片和XC5VLX50T芯片之间通过异步总线连接，所述XC5VLX50T芯片和高精度DA转换电路之间通过低压数字驱动信号传输链路连接。
[0008]所述高压驱动与数字电容采集电路包括低压数字电容信号采集电路和高压驱动放大器，高压驱动放大器和高精度DA转换电路之间通过低压模拟驱动信号传输链路连接，低压数字电容信号采集电路和XC5VLX50T芯片之间通过低压数字电容信号传输链路连接，高压驱动放大器和N-111.2A压电陶瓷驱动器之间通过高压模拟信号传输链路连接。
[0009]所述电容模数转换电路包括模数转换与协议封装电路和模拟电容信号采集电路；模数转换与协议封装电路和低压数字电容信号采集电路之间通过低压数字差分信号传输链路连接，模数转换与协议封装电路和模拟电容信号采集电路之间通过低压模拟电容信号传输链路连接，模拟电容信号采集电路和D-E30.500电容传感器之间通过模拟电容信号传输链路连接。
[0010]所述0MAP-L138主控芯片中，ARM926EJ-S核实现外部接口，C674x核实现模糊PID控制算法，采用Virtex-5系列FPGA XC5VLX50T作为时序发生器和接口控制器。
[0011]本发明的有益效果为:本发明的一种光刻投影物镜微位移控制的电路结构选用PI公司的N-111.2A作为执行元件，其内部包含四个堆叠式压电陶瓷驱动器，其中两个用做模拟工作模式的纵向伸缩调节，另外两个用做其他模式的横向伸缩调节，在实际工作时，每个N-111.2A需要4路高压驱动放大器，不同的工作模式下需要不同的时序发生器产生驱动四个堆叠式压电陶瓷驱动器的工作时序，本发明采用Virtex-5系列的FPGA芯片作为时序发生器，输出的数字信号经高精度DA芯片转换为-1OV — IOV的模拟电压，作为高压驱动放大器的输入信号，高压驱动放大器采用±280V双电源供电，将该信号放大至±250V以驱动堆叠式压电陶瓷驱动器。选用PI公司的D-E30.500电容传感器作为反馈元件，属单极板电容传感器的一种，为了保证皮法量级电容信号的信号传输质量，本发明利用驱动电源技术将电容采集功能放置于距离电容传感器2米以内的空间内，并利用模数转换电路将模拟电容信号转换为数字电容信号后，通过低压差分数字信号传输线缆传输至高压驱动与数字电容采集电路。采用双核处理器0MAP-L138作为主控芯片，其通过Virtex-5系列FPGA芯片既可以操作3路N-111.2A压电陶瓷驱动器，S卩12路高压驱动电路，又可以读取反馈的数字电容信号，OMAP-L138主控芯片内部的ARM926EJ-S核实现外部接口，主要包括网口和FPGA操作接口，C674x核实现模糊PID控制算法，以实现对单个镜片中小于三路N-111.2A/D-E30.500控制环的闭环控制。本发明可以满足光刻投影物镜中移动镜片的量程与定位精度需求，成本低。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本发明的一种光刻投影物镜微位移控制的电路结构示意图；
[0013]其中:1、0MAP-L138主控芯片，2、异步总线，3、XC5VLX50T芯片，4、低压数字驱动信号传输链路，5、高精度DA转换电路，6、低压数字电容信号传输链路，7、算法与时序发生电路，8、低压模拟驱动信号传输链路，9、高压驱动与数字电容采集电路，10、低压数字电容信号米集电路，11、高压驱动放大器，12、低压数字差分信号传输链路,13、高压模拟信号传输链路，14、电容模数转换电路，15、模数转换与协议封装电路，16、低压模拟电容信号传输链路，17、模拟电容信号采集电路，18、模拟电容信号传输链路，19、D-E30.500电容传感器，20、N-111.2A压电陶瓷驱动器。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
[0015]参见附图1，本发明的一种光刻投影物镜微位移控制的电路结构包括算法与时序发生电路7、高压驱动与数字电容采集电路9和电容模数转换电路14 ；
[0016]所述算法与时序发生电路7和所述高压驱动与数字电容采集电路9之间使用自定义协议通信，并通过VME总线技术规范中的Pl连接器实现物理连接，所述高压驱动与数字电容采集电路9和电容模数转换电路14之间使用自定义协议通信，并通过低压差分数字信号传输线缆实现物理连接；
[0017]所述电路结构采用N-111.2A压电陶瓷驱动器20作为执行元件，采用D-E30.500电容传感器19作为反馈元件。
[0018]所述算法与时序发生电路7包括0MAP-L138主控芯片1、XC5VLX50T芯片3和高精度DA转换电路5，所述0MAP-L138主控芯片I和XC5VLX50T芯片3之间通过异步总线2连接，所述XC5VLX50T芯片3和高精度DA转换电路5之间通过低压数字驱动信号传输链路4连接。
[0019]所述高压驱动与数字电容采集电路9包括低压数字电容信号采集电路10和高压驱动放大器11，高压驱动放大器11和高精度DA转换电路5之间通过低压模拟驱动信号传输链路8连接，低压数字电容信号采集电路10和XC5VLX50T芯片3之间通过低压数字电容信号传输链路6连接，高压驱动放大器11和N-111.2A压电陶瓷驱动器20之间通过高压模拟信号传输链路13连接。
[0020]所述电容模数转换电路14包括模数转换与协议封装电路15和模拟电容信号采集电路17 ;模数转换与协议封装电路15和低压数字电容信号采集电路10之间通过低压数字差分信号传输链路12连接，模数转换与协议封装电路15和模拟电容信号采集电路17之间通过低压模拟电容信号传输链路16连接，模拟电容信号采集电路17和D-E30.500电容传感器19之间通过模拟电容信号传输链路18连接。
[0021]所述0MAP-L138主控芯片I中，ARM926EJ-S核实现外部接口，C674x核实现模糊PID控制算法，采用Virtex-5系列FPGA XC5VLX50T作为时序发生器和接口控制器，以产生适用于N-111.2A压电驱动器20的控制时序，并能够利用自定义协议实现数字电容信号的采集，0MAP-L138主控芯片I与XC5VLX50T芯片3之间通过异步总线2协议实现数据交互。
[0022]本发明一个周期内的数据流具体为:
[0023]步骤一:算法与时序发生电路7中的0MAP-L138主控芯片I将N-111.2A压电陶瓷驱动器20的位移量通过异步总线2写入XC5VLX50T芯片3 ；
[0024]步骤二:XC5VLX50T芯片3根据步骤一中的位移量，产生N-111.2A压电陶瓷驱动器20的操作时序，并经低压数字驱动信号传输链路4传输至高精度DA转换电路5，高精度DA转换电路5将N-111.2A压电陶瓷驱动器20的操作时序转换为-1OV — IOV的模拟电压，并经低压模拟驱动信号传输链路8送入高压驱动与数字电容采集电路9的高压驱动放大器
11;
[0025]步骤三:高压驱动放大器11的供电电压为±280V，其将低压模拟驱动信号传输链路8输入的低压模拟信号放大至±250V后，通过高压模拟信号传输链路13实现了对N-111.2A压电陶瓷驱动器20的微动控制；
[0026]步骤四:镜片的位移量由D-E30.500电容传感器19采集，采集到的模拟电容值经模拟电容信号传输链路18传输至电容模数转换电路14中的模拟电容信号采集电路17中，模拟电容信号采集电路17可将模拟电容值转换为电压信号，并由低压模拟电容信号传输链路16传输至模数转换与协议封装电路15后，由模数转换与协议封装电路15对电压信号进行模数转换和协议封装，模数转换与协议封装电路15将封装好的数字电压信号经由低压数字差分信号传输链路12、低压数字电容信号采集电路10和低压数字电容信号传输链路6传输至XC5VLX50T芯片3 ；
[0027]步骤五:XC5VLX50T芯片3对0MAP-L138主控芯片I产生电容信号采集完成中断，0MAP-L138主控芯片I通过异步总线2读取电容反馈信号，经模糊PID算法计算后产生N-111.2A压电陶瓷驱动器20新的位移量，重复步骤一，开始下一个伺服周期，直至满足镜片定位需求。
【权利要求】
1.一种光刻投影物镜微位移控制的电路结构，其特征在于，包括算法与时序发生电路(7)、高压驱动与数字电容采集电路(9)和电容模数转换电路(14); 所述算法与时序发生电路(7)和所述高压驱动与数字电容采集电路(9)之间使用自定义协议通信，并通过VME总线技术规范中的Pl连接器实现物理连接，所述高压驱动与数字电容采集电路(9)和电容模数转换电路(14)之间使用自定义协议通信，并通过低压差分数字信号传输线缆实现物理连接； 所述电路结构采用N-111.2A压电陶瓷驱动器(20)作为执行元件，采用D-E30.500电容传感器(19)作为反馈元件。
2.根据权利要求1所述的一种光刻投影物镜微位移控制的电路结构，其特征在于，所述算法与时序发生电路(7)包括OMAP-L138主控芯片(I )、XC5VLX50T芯片(3)和高精度DA转换电路(5)，所述OMAP-L138主控芯片(I)和XC5VLX50T芯片(3)之间通过异步总线(2)连接，所述XC5VLX50T芯片(3)和高精度DA转换电路(5)之间通过低压数字驱动信号传输链路(4)连接。
3.根据权利要求2所述的一种光刻投影物镜微位移控制的电路结构，其特征在于所述高压驱动与数字电容采集电路(9)包括低压数字电容信号采集电路(10)和高压驱动放大器(11)，高压驱动放大器(11)和高精度DA转换电路(5)之间通过低压模拟驱动信号传输链路(8)连接，低压数字电容信号采集电路(10)和XC5VLX50T芯片(3)之间通过低压数字电容信号传输链路(6)连接，高压驱动放大器(11)和N-111.2A压电陶瓷驱动器(20)之间通过高压模拟信号传输链路(13)连接。
4.根据权利要求3所述的一种光刻投影物镜微位移控制的电路结构，其特征在于所述电容模数转换电路(14)包括模数转换与协议封装电路(15)和模拟电容信号采集电路(17);模数转换与协议封装电路(15)和低压数字电容信号采集电路(10)之间通过低压数字差分信号传输链路(12)连接，模数转换与协议封装电路(15)和模拟电容信号采集电路(17)之间通过低压模拟电容信号传输链路(16)连接，模拟电容信号采集电路(17)和D-E30.500电容传感器(19)之间通过模拟电容信号传输链路(18)连接。
5.根据权利要求1或2所述的一种光刻投影物镜微位移控制的电路结构，其特征在于所述OMAP-L138主控芯片(I)中，ARM926EJ-S核实现外部接口，C674x核实现模糊PID控制算法，采用Virtex-5系列FPGA XC5VLX50T作为时序发生器和接口控制器。
【文档编号】G03F7/20GK103926800SQ201410120352
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年3月27日 优先权日:2014年3月27日
【发明者】李佩玥, 崔洋, 郑楠, 王学亮, 徐立松 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所