光刻机平面电机动子悬浮高度测量系统的电涡流切换算法的制作方法
本发明涉及半导体装备技术领域，更为具体地，涉及一种光刻机平面电机动子悬浮高度测量系统的电涡流切换算法。
背景技术：
平面电机直接利用电磁能产生二维平面运动，具有高精度、出力密度高、反应快等特点，因而在半导体、液晶屏幕等二维加工领域中有着重要的应用前景。与其它平面电机相比，磁悬浮平面电机更易于控制，定子表面加工要求也较低，因此逐渐受到人们的关注。
在磁悬浮平面电机中，为了实现动子的悬浮和运动，需要对动子的线圈通电，因而会有较多的热量产生。为了更好地散热，通常在磁钢阵列的表面加工一些散热孔。然而由于测量动子悬浮高度的向电涡流传感器以磁钢阵列的上表面为靶面，因此散热孔的存在会对z向电涡流传感器的测量产生干扰，从而造成平面电机动子悬浮高度的测量误差。
磁悬浮平面电机应用在光刻机双磁浮工件台系统中时，该系统为了提高芯片的产率，将对准测量、调平调焦与曝光等芯片制造过程在两个工件台上分解，因此两个磁悬浮平面电机通过不断的位置交换形成了并行工作机制。考虑降低系统能量损耗和提高系统效率，对磁钢阵列的长度尺寸进行限制，使得两个磁悬浮平面电机的长度之和大于磁钢阵列的长度，导致两个磁悬浮平面电机在交换位置的过程中，会出现磁悬浮平面电机动子的部分线圈运动到磁钢阵列以外的情况，导致相应位置的z向电涡流传感器测量值失效。
技术实现要素：
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种光刻机平面电机动子悬浮高度测量系统的电涡流切换算法，以解决平面电机动子运动到磁钢阵列以外导致部分z向电涡流传感器测量值失效以及平面电机磁钢阵列表面的散热孔对z向电涡流传感器测量产生干扰的问题。
为了实现上述目的，本发明通过以下的技术方案来实现的：
一种光刻机平面电机动子悬浮高度测量系统的电涡流切换算法，所述测量系统包括第一z向电涡流传感器、第二z向电涡流传感器、第三z向电涡流传感器、第四z向电涡流传感器、第五z向电涡流传感器、第六z向电涡流传感器、第七z向电涡流传感器、第八z向电涡流传感器、第九z向电涡流传感器、第十z向电涡流传感器、第十一z向电涡流传感器、第十二z向电涡流传感器、第一y向电涡流传感器和第二y向电涡流传感器、x向容栅尺和y向光栅尺；
建立平面电机定子上的固定坐标系o-xyz，固定坐标系o-xyz中x轴和y轴分别沿着定子垂直的两边，z轴垂直于定子上表面向上，原点o位于定子上表面x方向和y方向坐标均最小的散热孔中心；
上述十二个z向电涡流传感器均安装于磁浮平面电机动子下表面，靶面均为磁悬浮平面电机定子上表面，用于测量平面电机动子z方向的悬浮高度，其中处于第一z向电涡流传感器、第二z向电涡流传感器、第三z向电涡流传感器以及第四z向电涡流传感器处于同一x坐标线上，为第一组；第五z向电涡流传感器、第六z向电涡流传感器、第七z向电涡流传感器以及第八z向电涡流传感器处于同一x坐标线上，为第二组；第九z向电涡流传感器、第十z向电涡流传感器、第十一z向电涡流传感器、第十二z向电涡流传感器处于同一x坐标线上，为第三组；在平面电机动子的运动过程中，第一组和第二组的z向电涡流传感器始终位于磁钢阵列正上方，称其为非切换组，第三组的z向电涡流传感器会在某些时间因离开磁钢阵列正上方而导致测量值失效，称其为切换组；在各组中，位置相邻的两个z向电涡流传感器为一个小组，即第一z向电涡流传感器和第二z向电涡流传感器为第一小组，第三z向电涡流传感器和第四z向电涡流传感器为第二小组，第五z向电涡流传感器和第六z向电涡流传感器为第三小组，第七z向电涡流传感器和第八z向电涡流传感器为第四小组，第九z向电涡流传感器和第十z向电涡流传感器为第五小组，第十一z向电涡流传感器和第十二z向电涡流传感器为第六小组，每个小组中的两个z向电涡流传感器之间的距离相同，且保证两个z向电涡流传感器之中最多只有一个z向电涡流传感器的靶区与散热孔产生重合；
第一y向电涡流传感器和第二y向电涡流传感器均安装于磁悬浮平面电机动子侧面，位于同一y坐标线上，靶面均为线缆台侧面，两个传感器的平均值为平面电机动子相对于线缆台在y方向的坐标。
x向容栅尺的读数头安装于平面电机动子的侧面，标尺贴于线缆台上靠近平面电机动子的侧面上，用于测量平面电机动子x方向的运动。
y向光栅尺的读数头安装于线缆台上，标尺贴于定子的侧面，用于测量平面电机动子y方向的运动；
基于上述测量系统的电涡流切换算法包括如下步骤：
1)根据磁钢表面工艺孔呈周期性分布的特点，对磁钢上表面沿x方向和y方向进行分区处理，以原点o为初始位置，以相邻的两个散热孔的间距为周期，对x方向和y方向进行分区，并规定零点所在的分区为第一分区，每个分区之间散热孔的排布完全相同；
2)将第一y向电涡流传感器和第二y向电涡流传感器在当前伺服周期内的读数求平均，再加上y向光栅尺在当前伺服周期内的读数，得到平面电机动子在固定坐标系o-xyz中y方向的坐标，记为y0；将x向容栅尺在当前伺服周期内的读数作为平面电机动子在固定坐标系o-xyz中x方向的坐标，记为x0；根据十二个z向电涡流传感器在平面电机动子上的安装位置，确定十二个z向电涡流传感器在固定坐标系o-xyz中的坐标(xi,yi)，其中i＝1,2,…,12；
3)判断xi>lx,i＝9,10,11,12是否成立，其中lx是磁钢阵列下边缘的x方向坐标，若四个不等式都不成立，则判断切换组的四个z向电涡流传感器未离开磁钢阵列正上方，则选取第一小组、第二小组、第五小组以及第六小组为有效测量平面电机动子悬浮高度的四组电涡流信号，将四组z向电涡流传感器在固定坐标系o-xyz中的x方向和y方向的坐标平移变换到第一分区进行处理：xi＝xi％px，yi＝yi％py，其中i＝1,2,3,4,9,10,11,12，且px和py分别为磁浮平面电机定子上表面散热孔在x方向和y方向的间距；否则，选取第一小组、第二小组、第三小组以及第四小组为有效测量平面电机动子悬浮高度的四组电涡流信号，将四组z向电涡流传感器在固定坐标系o-xyz中的x方向和y方向的坐标平移变换到第一分区进行处理：xi＝xi％px，yi＝yi％py，其中i＝1,2,…,8，且px和py分别为磁浮平面电机定子上表面散热孔在x方向和y方向的间距；
4)假定当前伺服周期序号为n，针对第一组z向电涡流传感器，设定一个主传感器和一个辅传感器，针对主传感器的变换坐标(x1,y1)，判断如下五个条件是否同时成立：
5)判断步骤4中的五个条件是否同时成立，如果同时成立则选择当前伺服周期中主传感器的读数h1(n)，作为当前伺服周期中动子在第一组z向电涡流传感器所在位置的悬浮高度，即h1(n)＝h1(n)；如果不同时成立，则对上一个伺服周期中两传感器的读数值作差：error(n)＝h1(n-1)-h2(n-1)，其中h1(n-1)为上一个伺服周期中主传感器的读数、h2(n-1)为上一个伺服周期中辅传感器的读数，error(n)表征两个电涡流传感器安装的零位误差和磁钢面的平面度误差之和，将其作为补偿值再加上当前伺服周期中辅传感器的读数h2(n)，作为当前伺服周期中动子在第一小组z向电涡流传感器所在位置的悬浮高度，即h1(n)＝error(n)+h2(n)；对其他有效测量的三个小组z向电涡流传感器依次做类似处理，得出当前伺服周期中动子在该组z向电涡流传感器所在位置的悬浮高度，依次记为h2(n)、h3(n)和h4(n)；
6)四组有效测量平面电机动子悬浮高度的z向电涡流传感器在不同伺服周期中得到的悬浮高度读数组成了四组在相应位置上动子的悬浮高度随时间变化的信号h1(n)、h2(n)、h3(n)和h4(n)，n＝1,2,…，对四组信号进行低通滤波处理，依次得到四组动子悬浮高度信号f1(n)、f2(n)、f3(n)和f4(n)，n＝1,2,…；若切换组的四个z向电涡流传感器未离开磁钢阵列正上方，则对低通滤波处理后得到的四组信号求平均值，即h(n)＝(f1(n)+f2(n)+f3(n)+f4(n))/4，n＝1,2,…，否则对低通滤波处理后得到的四组信号求加权平均值，即h(n)＝(f1(n)+f2(n)+3f3(n)+3f4(n))/8，n＝1,2,…，则h(n)为平面电机动子在定子上方的悬浮高度随时间变化的信号。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明根据平面电机动子的运动位置不同，进行有效测量平面电机动子悬浮高度的电涡流信号切换，每组利用两个z向电涡流传感器为一组来测量同一个位置的平面电机动子悬浮高度，若主传感器靶区与散热孔不重合则选取主传感器读数作为动子在该位置悬浮高度的测量值，若主传感器靶区与散热孔重合，则先选取辅传感器的读数，并对其进行补偿处理，将结果作为动子在该位置悬浮高度的测量值，最后根据z向电涡流传感器的分布，对测量结果进行加权平均得到动子质心悬浮高度，该算法排除了散热孔对悬浮高度测量的影响，实现了动圈式磁悬浮平面电机动子全运动范围内悬浮高度的精确测量。
为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。
附图说明
通过参考以下结合附图的说明内容，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：
图1是本发明所采用的测量系统结构示意图；
图2是本发明所采用的光刻机双磁浮工件台结构示意图；
图3是本发明的电涡流切换算法流程框图。
图中：1-第一z向电涡流传感器；2-第二z向电涡流传感器；3-第三z向电涡流传感器4-第四z向电涡流传感器；5-第五z向电涡流传感器；6-第六z向电涡流传感器；7-第七z向电涡流传感器；8-第八z向电涡流传感器；9-第九z向电涡流传感器；10-第十z向电涡流传感器；11-第十一z向电涡流传感器；12-第十二z向电涡流传感器；13-第一y向电涡流传感器；14-第二y向电涡流传感器；15-向的容栅尺；
13-y向一号电涡流传感器；14-y向二号电涡流传感器；15-x向的容栅尺；
16-y向的光栅尺；17-定子；18-平面电机动子；19-散热孔；20-最小重复单元；21-线缆台。
在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。
一种光刻机平面电机动子悬浮高度测量系统的电涡流切换算法，该测量系统包括第一z向电涡流传感器1、第二z向电涡流传感器2、第三z向电涡流传感器3、第四z向电涡流传感器4、第五z向电涡流传感器5、第六z向电涡流传感器6、第七z向电涡流传感器7、第八z向电涡流传感器8、第九z向电涡流传感器9、第十z向电涡流传感器10、第十一z向电涡流传感器11、第十二z向电涡流传感器12、第一y向电涡流传感器13和第二y向电涡流传感器14、x向容栅尺15和y向光栅尺16；
建立平面电机定子上的固定坐标系o-xyz，固定坐标系o-xyz中x轴和y轴分别沿着定子17垂直的两边，z轴垂直于定子17上表面向上，原点o位于定子上表面x方向和y方向坐标均最小的散热孔19中心；
本发明中的十二个z向电涡流传感器均安装于磁浮平面电机动子18下表面，靶面均为磁悬浮平面电机定子17上表面，用于测量平面电机动子18z方向的悬浮高度，其中处于第一z向电涡流传感器1、第二z向电涡流传感器2、第三z向电涡流传感器3以及第四z向电涡流传感器4处于同一x坐标线上，为第一组；第五z向电涡流传感器5、第六z向电涡流传感器6、第七z向电涡流传感器7以及第八z向电涡流传感器8处于同一x坐标线上，为第二组；第九z向电涡流传感器9、第十z向电涡流传感器10、第十一z向电涡流传感器11、第十二z向电涡流传感器12处于同一x坐标线上，为第三组；在平面电机动子18的运动过程中，第一组和第二组的z向电涡流传感器始终位于磁钢阵列正上方，称其为非切换组，第三组的z向电涡流传感器会在某些时间因离开磁钢阵列正上方而导致测量值失效，称其为切换组；在各组中，位置相邻的两个z向电涡流传感器为一个小组，即第一z向电涡流传感器1和第二z向电涡流传感器2为第一小组，第三z向电涡流传感器3和第四z向电涡流传感器4为第二小组，第五z向电涡流传感器5和第六z向电涡流传感器6为第三小组，第七z向电涡流传感器7和第八z向电涡流传感器8为第四小组，第九z向电涡流传感器9和第十z向电涡流传感器10为第五小组，第十一z向电涡流传感器11和第十二z向电涡流传感器12为第六小组，每个小组中的两个z向电涡流传感器之间的距离相同，且保证每个小组中的两个z向电涡流传感器之中最多只有一个z向电涡流传感器的靶区与散热孔产生重合；
第一y向电涡流传感器13和第二y向电涡流传感器14均安装于磁悬浮平面电机动子18侧面，位于同一y坐标线上，靶面均为线缆台2的侧面，两个传感器的平均值为平面电机动子相对于线缆台21在y方向的坐标；
x向容栅尺15的读数头安装于平面电机动子18的侧面，标尺贴于线缆台(21)上靠近平面电机动子的侧面上，用于测量平面电机动子18在x方向的运动；
y向光栅尺16的读数头安装于线缆台21上，标尺贴于定子17的侧面，用于测量平面电机动子18在y方向的运动；
基于上述测量系统的电涡流切换算法包括如下步骤：
1)根据磁钢表面工艺孔呈周期性分布的特点，对磁钢上表面沿x方向和y方向进行分区处理，以原点o为初始位置，以相邻的两个散热孔的间距为周期，对x方向和y方向进行分区，并规定零点所在的分区为第一分区(20)，每个分区之间散热孔的排布完全相同；
2)将第一y向电涡流传感器13和第二y向电涡流传感器14在当前伺服周期内的读数求平均，再加上y向光栅尺6在当前伺服周期内的读数，得到平面电机动子在固定坐标系o-xyz中y方向的坐标，记为y0；将x向容栅尺15在当前伺服周期内的读数作为平面电机动子在固定坐标系o-xyz中x方向的坐标，记为x0；根据十二个z向电涡流传感器在平面电机动子上的安装位置，确定十二个z向电涡流传感器在固定坐标系o-xyz中的坐标(xi,yi)，其中i＝1,2,…,12；
3)判断xi>lx,i＝9,10,11,12是否成立，其中lx是磁钢阵列下边缘的x方向坐标，若四个不等式都不成立，则判断切换组的四个z向电涡流传感器未离开磁钢阵列正上方，则选取第一小组、第二小组、第五小组以及第六小组为有效测量平面电机动子悬浮高度的四组电涡流信号，将四组z向电涡流传感器在固定坐标系o-xyz中的x方向和y方向的坐标平移变换到第一分区进行处理：xi＝xi％px，yi＝yi％py，其中i＝1,2,3,4,9,10,11,12，且px和py分别为磁浮平面电机定子上表面散热孔在x方向和y方向的间距；否则，选取第一小组、第二小组、第三小组以及第四小组为有效测量平面电机动子悬浮高度的四组电涡流信号，将四组z向电涡流传感器在固定坐标系o-xyz中的x方向和y方向的坐标平移变换到第一分区进行处理：xi＝xi％px，yi＝yi％py，其中i＝1,2,…,8，且px和py分别为磁浮平面电机定子上表面散热孔在x方向和y方向的间距；
4)假定当前伺服周期序号为n，针对第一组z向电涡流传感器，设定一个主传感器和一个辅传感器，针对主传感器的变换坐标(x1,y1)，判断如下五个条件是否同时成立：
5)判断步骤4中的五个条件是否同时成立，如果同时成立则选择当前伺服周期中主传感器的读数h1(n)，作为当前伺服周期中动子在第一组z向电涡流传感器所在位置的悬浮高度，即h1(n)＝h1(n)；如果不同时成立，则对上一个伺服周期中两传感器的读数值作差：error(n)＝h1(n-1)-h2(n-1)，其中h1(n-1)为上一个伺服周期中主传感器的读数、h2(n-1)为上一个伺服周期中辅传感器的读数，error(n)表征两个电涡流传感器安装的零位误差和磁钢面的平面度误差之和，将其作为补偿值再加上当前伺服周期中辅传感器的读数h2(n)，作为当前伺服周期中动子在第一小组z向电涡流传感器所在位置的悬浮高度，即h1(n)＝error(n)+h2(n)。对其他有效测量的三个小组z向电涡流传感器依次做类似处理，得出当前伺服周期中动子在该组z向电涡流传感器所在位置的悬浮高度，依次记为h2(n)、h3(n)和h4(n)；
6)四组有效测量平面电机动子悬浮高度的z向电涡流传感器在不同伺服周期中得到的悬浮高度读数组成了四组在相应位置上动子的悬浮高度随时间变化的信号h1(n)、h2(n)、h3(n)和h4(n)，n＝1,2,…，对四组信号进行低通滤波处理，依次得到四组动子悬浮高度信号f1(n)、f2(n)、f3(n)和f4(n)，n＝1,2,…；若切换组的四个z向电涡流传感器未离开磁钢阵列正上方，则对低通滤波处理后得到的四组信号求平均值，即h(n)＝(f1(n)+f2(n)+f3(n)+f4(n))/4，n＝1,2,…，否则对低通滤波处理后得到的四组信号求加权平均值，即h(n)＝(f1(n)+f2(n)+3f3(n)+3f4(n))/8，n＝1,2,…，则h(n)为平面电机动子在定子上方的悬浮高度随时间变化的信号。
如上参照附图以示例的方式描述根据本发明的光刻机平面电机动子悬浮高度测量系统的电涡流切换算法。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的光刻机平面电机动子悬浮高度测量系统的电涡流切换算法，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。
- 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞！