地基18传给曝光单元，如 图1所示，在基础框架17和主基板12间通过减振器16实现地基18振动隔离。
[0030] 随着大规模集成电路器件集成度的提高，对光刻机10工作分辨率要求愈来愈高， 即要求光刻机10曝光系统的稳定性、测量系统的准确性和运动平台的精度也得愈来愈高 (目前定位精度高于IOnm)，同时工作波长也愈来愈短。进入纳米精度后，光刻分辨率对振 动的影响已相当敏感。投影物镜11作为光刻机10中最精密部件及基准，对环境振动的要 求非常苛刻，通过减振器16实现的单级减振已不能满足其性能需求。因此需要两极隔振系 统，其中第一级采用减振器16,用于各类基础框架17上的低频振动，第二级采用柔性结构 13,用于隔离主基板12上的残余振动加速度。
[0031] 请参考图1和图2,在本实施例中，提出了一种双自由度主动减振装置，用于对光 刻机10进行减振处理，所述装置包括一柔性结构13,所述柔性结构13位于光刻机10的投 影物镜11和主基板12之间，所述柔性结构13包括：
[0032] 第一压电陶瓷块3a、第二压电陶瓷块3b和第三压电陶瓷块3c，所述第一压电陶瓷 块3a和第二压电陶瓷块3b位于同一水平线上，所述第三压电陶瓷块3c位于所述第一压电 陶瓷块3a和第二压电陶瓷块3b所在的水平线外，所述第一压电陶瓷块3a和第二压电陶瓷 块3b通过第一预紧弹簧提供预紧力；所述第三压电陶瓷块3c通过第二预紧弹簧提供预紧 力；所述第一压电陶瓷块3a、第二压电陶瓷块3b和第三压电陶瓷块3c位于所述柔性结构 13内部的方孔IaUb和Ic内；并与所述第一压电陶瓷块3a和第二压电陶瓷块3b分别通 过铰链5a和5b相连；多个压电力传感器2,所述压电力传感器2分别连接在所述第一压电 陶瓷块3a、第二压电陶瓷块3b和第三压电陶瓷块3c上。
[0033] 在本实施例中，所述装置还包括限位机构14和阻尼器15,所述限位机构14固定在 所述光刻机10的主基板上，用于限制所述投影物镜11的振动位移，所述阻尼器15固定于 所述光刻机10的投影物镜11和主基板12之间，且一端连接于所述投影物镜11，另一端连 接于所述主机板12,用于衰减振动能量。
[0034] 在本实施例中，所述第一预紧弹簧和第二预紧弹簧均包括凹槽和圆孔，所述圆孔 和凹槽相连。所述第一预紧弹簧为垂向预紧弹簧4a、4b ;所述第二预紧弹簧为水平向预紧 弹簧6a、6b，所述垂向预紧弹簧4a、4b和水平向预紧弹簧6a、6b均成对且对称设置。
[0035] 垂向方向的预紧力由垂向预紧弹簧4a、4b作用在第一压电陶瓷块3a和第二压电 陶瓷块3b上，用于防止第一压电陶瓷块3a和第二压电陶瓷块3b受到拉伸力而损坏。当柔 性结构13受到水平向作用力F sen时，作用力Fsen通过铰链5a、5b分别施加在第三压电陶瓷 块3c上，水平向的预紧力由水平向预紧弹簧6a、6b提供。若所述柔性结构13同时受到水 平向和垂向振动作用时，所述柔性结构13可分别把作用力F_分解水平向的第三压电陶瓷 块3c和垂向的第一压电陶瓷块3a、第二压电陶瓷块3b上，通过对这个两个方向的主动减振 控制就可以实现整体的主动减振，进而解决【背景技术】存在的无法解耦的问题。
[0036] 在本实施例中，所述垂向预紧弹簧4a、4b内的凹槽为水平向凹槽，所述水平向预 紧弹簧6a、6b内的凹槽为垂向凹槽。
[0037] 在本实施例中，所述第三压电陶瓷块3c位于所述第一压电陶瓷块3a和第二压电 陶瓷块3b所在的水平线的垂直法线上，从而可以达到很好的解耦效果。
[0038] 在本实施例中，所述块体7的材质为不锈钢，在其他实施例中，所述块体7可以为 高弹性材料。
[0039] 请参考图3,在本实施例中，还提出了一种双自由度主动减振的控制方法，采用如 上文所述的双自由度主动减振装置，
[0040] 所述控制方法包括：
[0041] Sl :测量出所述柔性结构13受到的作用力Fsot ;
[0042] S2 :将所述作用力Fsot与参考力Frrf的差值Fm传输至反馈控制器中；
[0043] S3 :由所述反馈控制器对差值Fm进行处理后得到控制信号作用至所述柔性结构 13上。
[0044] 在本实施例中，所述反馈控制器对差值!^"进行处理的步骤包括：
[0045] 由刚性模型得出所述柔性结构13的位移Xart与差值Fm的关系，
[0046] xact (t) = KpFerr (t) (1)
[0047] 其中，Kp为柔性结构13刚度的倒数，当作用力Fsot随时间变化时，其关系式为，
[0048] xact (t) = Kll / Ferr (t) (2)
[0049] 将上述（1)和⑵式相加得出，
[0050] xact (t) = KpFerr (t) +K11 / Ferr (t) (3)
[0051] 对⑶式求导得出，
[0052] Ferr (t) = davcx ' act (t) +kavcxact (t) (4)
[0053] 对（4)式进行两边拉式变换得出，
[0054] (5)
[0055]
[0056] (5)式就是反馈控制器中经过一系列控制算法要实现的目标。通过仿真计算上述 积分力反馈控制算法可以降低投影物镜11共振峰值约20db。
[0057] 本实施例中提到的控制算法是通过测量振动时力的变化，直接对主动减振装置施 加力补偿。这种控制算法是一种反馈控制方法。当外界扰动信号作用于柔性结构13上时 会产生一个作用力F_，作用力F_可以通过压电力传感器2获得，把作用力F_与参考力 Fraf相减就会得到一个差值Fot，差值Fm通过反馈控制器和扰动信号共同作用与柔性结构 13上，如果压电力传感器2测量的值比扰动信号单独作用时变小了，就表明反馈控制起到 了对振动抑制的作用。
[0058] 综上，在本发明实施例提供的双自由度主动减振装置及控制方法中，柔性结构能 够将垂向和水平向振动解耦，并分别经过减振控制算法，实现主动减振控制，以达到纳米级 加工设备的振动要求，使用这种主动减振装置和控制算法的机构其减振效果达到了 10~ 20dB，很好的降低了振动对光刻机动态性能的影响，保证了投影物镜的成像质量，进而提高 了光刻工艺的精度。
[0059] 上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属 技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和 技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍 属于本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种双自由度主动减振装置，用于对光刻机进行减振处理，所述装置包括一柔性结 构，所述柔性结构位于光刻机的投影物镜和主基板之间，所述柔性结构包括：第一压电陶瓷 块、第二压电陶瓷块和第三压电陶瓷块；所述第一压电陶瓷块和第二压电陶瓷块位于同一 水平线上；所述第三压电陶瓷块位于所述第一压电陶瓷块和第二压电陶瓷块所在的水平线 外；并与所述第一压电陶瓷块和第二压电陶瓷块通过铰链相连；所述第一压电陶瓷块和第 二压电陶瓷块通过第一预紧弹簧提供预紧力；所述第三压电陶瓷块通过第二预紧弹簧提供 预紧力；所述第一压电陶瓷块、第二压电陶瓷块和第三压电陶瓷块位于所述柔性结构内部 的方孔内；所述第一压电陶瓷块、第二压电陶瓷块和第三压电陶瓷块上均连接有压电力传 感器。2. 如权利要求1所述的双自由度主动减振装置，其特征在于，所述装置还包括限位机 构和阻尼器，所述限位机构固定在所述光刻机的主基板上，所述阻尼器固定于所述光刻机 的投影物镜和主基板之间，且一端连接于所述投影物镜，另一端连接于所述主机板。3. 如权利要求1所述的双自由度主动减振装置，其特征在于，所述第一预紧弹簧和第 二预紧弹簧均包括凹槽和圆孔，所述圆孔和凹槽相连。4. 如权利要求3所述的双自由度主动减振装置，其特征在于，所述第一预紧弹簧为垂 向预紧弹簧；所述第二预紧弹簧为水平向预紧弹簧，所述垂向预紧弹簧和水平向预紧弹簧 均成对且对称设置。5. 如权利要求4所述的双自由度主动减振装置，其特征在于，所述垂向预紧弹簧内的 凹槽为水平向凹槽，所述水平向预紧弹簧内的凹槽为垂向凹槽。6. 如权利要求1所述的双自由度主动减振装置，其特征在于，所述第三压电陶瓷块位 于所述第一压电陶瓷块和第二压电陶瓷块所在的水平线的垂直法线上。7. -种双自由度主动减振的控制方法，采用如权利要求1至6所述的任意一种双自由 度主动减振装置，所述控制方法包括： 测量出所述柔性结构受到的作用力F_ ; 将所述作用力F_与参考力Fraf的差值Fot传输至反馈控制器中； 由所述反馈控制器对差值Fm进行处理后得到控制信号作用至所述柔性结构上。8. 如权利要求7所述的双自由度主动减振的控制方法，其特征在于，所述反馈控制器 对差值Fot进行处理的步骤包括： 由刚性模型得出所述柔性结构的位移与差值Fot的关系， xact (t) = KpFerr ⑴ 其中，Kp为柔性结构刚度的倒数，当作用力Fsot随时间变化时，其关系式为，由柔性结构 的位移Xart与差值F_的关系得到控制信号作用至所述柔性结构上。9. 如权利要求7所述的双自由度主动减振的控制方法，其特征在于，所述双自由度主 动减振的控制方法为反馈式控制方法。
【专利摘要】本发明提出了一种双自由度主动减振装置及控制方法，柔性结构能够将垂向和水平向振动解耦，并分别经过减振控制算法，实现主动减振控制，以达到纳米级加工设备的振动要求，使用这种主动减振装置和控制算法的机构其减振效果达到了10～20dB，很好的降低了振动对光刻机动态性能的影响，保证了投影物镜的成像质量，进而提高了光刻工艺的精度。
【IPC分类】F16F7/00, G03F7/20
【公开号】CN105020314
【申请号】CN201410171062
【发明人】郭鹏, 黄静莉, 朱岳彬, 袁志扬
【申请人】上海微电子装备有限公司, 上海微高精密机械工程有限公司
【公开日】2015年11月4日
【申请日】2014年4月25日