平面运动测量装置及其方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及平面运动测量技术，具体涉及一种平面运动测量装置及其方法。
【背景技术】
[0002]光刻机生产过程是一系列的极为复杂、昂贵、耗时的光刻工艺过程。光刻机的光刻精度和产率高低直接决定了光刻设备的设计和制造，市场急待高产量、高精度高质量的光刻设备。在技术需求推动下，国外主要光刻设备厂商均采用了平衡质量或反力外引技术，克服光刻机工件台运动时的反作用力，从而突破产率和系统精度制约。
[0003]平衡质量技术使工件台粗动模块的负载质量、速度和加速度都得到较大幅度增加；同时工件台运动反作用于基础框架的力大幅降低，在很大程度上减小了光刻机系统的减震难度，避免了工件台运动系统对曝光的干扰。
[0004]然而，平衡质量技术的引入使得结构设计趋于复杂，目前，工件台平衡质量系统存在双层和单层平衡质量两种结构，其定位控制的执行器也主要有两种方式，一种是采用直线电机的直接驱动控制方式，另一种是采用旋转电机借助结构运动传递来实现。采用普通旋转电机通过机构运动来组合控制平衡质量的X，Y，Rz轴定位，系统需解耦，其执行器系统和测量系统相对复杂，控制策略和架构方案制定难度较高。随着直线电机技术的发展，在平衡质量驱动和架构设计中越来越趋向于三个直线电机的组合。三个直线电机可以对X，Y，Rz轴分别独立控制，不存在运动耦合，其执行器系统和测量系统相对简单，控制策略和架构方案易于制定。
[0005]光刻设备中的多轴运动系统测量一般采用干涉仪，光栅，差分等组合测量。干涉仪测量精度高，但对环境温度变化很敏感，Rz向检测范围仅有±2mrad，通常只在微动模块等纳米精度测量时采用。差分测量精度可以满足平面运动测量精度要求，但其测量行程较短，一般在±2mm范围，故也不适用于平衡质量的平面运动测量。目前在平衡质量平面运行测量中多采用光栅测量。光栅尺工作温度可在0°C?50°C，对测量环境温度变化不太敏感，其测量重复精度高，在高精度定位和高速运动场景中被广泛使用。
[0006]但是，目前的光栅测量中，不能解决平衡质量相对于基础框架的零位精度和重复性低的问题，且平衡质量在Rx，Ry和Z轴的微量位置变化，通常会将误差带入测量轴，造成测量结果不精确。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种平面运动测量装置及其方法，采用XXY或XYY布局方式，利用三组测量模块达到测量Rz转角偏大的平面运动的目的，实现X、Y、Rz平面运动的高精度测量，实现平面运动动子与平面运动定子的相对运行测量，适应Rz转角偏大的工况；同时，测量模块中采用鼓形轴承，无机械回差，允许测量装置在复杂工况下运行，允许平衡质量动子Rx/Ry/Z的微量位移，且不会将误差带入到测量轴。
[0008]为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种平面运动测量装置:包括平面运动定子、平面运动动子、以及位于所述平面运动定子与所述平面运动动子之间的至少三个测量模块，所述三个测量模块中两个测量第一方向，另一个测量第二方向，所述第一方向与所述第二方向垂直。其中，第一测量模块与第二测量模块位于所述平面运动定子或/和所述平面运动动子的同一侧，第三测量模块位于所述第一测量模块与第二测量模块的对侧。
[0009]可选的，每个所述测量模块均包括光栅尺以及读头，所述光栅尺相对地安装于所述平面运动定子或动子上，所述读头相对地安装于所述平面运动动子或定子上。
[0010]可选的，每个所述测量模块分别测量所述平面运动动子运动前后X轴向偏移量或Y轴向偏移量的数据，所述三个测量模块所获得的所述数据，用此计算所述平面运动动子相对于所述平面运动定子的水平运动量以及Rz向偏移量。
[0011 ] 可选的，所述三个测量模块中有2个所述测量模块用于测量X/Y轴向数据，另一个所述测量模块测量Y/X轴向数据。
[0012]可选的，每个所述测量模块还包括十字机械导轨，与所述平面运动定子以及所述平面运动动子相连接，用于支持所述平面运动动子的运动；所述十字机械导轨包括X向导轨与Y向导轨，实现所述平面运动动子在X轴向与Y轴向的运动。
[0013]可选的，所述Y向导轨上设置有鼓形轴承，所述鼓形轴承用于连接所述平面运动动子和所述Y向导轨。
[0014]可选的，所述Y向导轨为一滑道，所述鼓形轴承被贴合于所述滑道的一侧。
[0015]可选的，还包括电机，所述平面运动动子在电机的驱动下，相对于所述平面运动定子运动。
[0016]相应的，本发明还提供一种平面运动测量方法，使用上述的平面运动测量装置，包括:测量所述平面运动定子的位置坐标；所述平面运动动子相对于所述平面运动定子运动之后，再测量所述平面运动动子的位置坐标；再根据测得数据计算出所述平面运动动子相对于所述平面运动定子的水平运动量以及RZ向偏移量。
[0017]可选的，所述位置坐标包含X轴向和Y轴向的至少三个数据(一组数据)，分别为)(1、父2、￥或者父、￥1、丫2。
[0018]与现有技术相比，本发明所提供的平面运动测量装置及其方法的有益效果是:
[0019]1、本发明在平面运动定子与平面运动动子之间设置有至少三个测量模块，三个测量模块中二个测第一方向，另一个测第二方向，所述第一方向和所述第二方向垂直，从而达到测量Rz转角偏大的平面运动的目的，实现了 X、Y、Rz平面运动的高精度测量，提高了测量的准确性；
[0020]2、本发明通过测量平面运动动子在运动前后的位置坐标，即测量模块测量的是平面运动动子运动量的绝对值，避免造成平面运动测量装置零位精度与重复性低的问题；
[0021]3、本发明的测量模块中采用鼓形轴承，无机械回差，不会将非测量轴的误差带入测量轴，可以适应平面运动动子在Rx、Ry、Z方向的微量变化。
【附图说明】
[0022]图1为本发明实施例一所提供的平面运动测量装置的平面示意图。
[0023]图2为本发明实施例一所提供的平面运动测量装置中测量模块的位置示意图。
[0024]图3为本发明实施例三所提供的平面运动测量装置的结构示意图。
[0025]图4为本发明实施例三所提供的平面运动测量装置中鼓形轴承的位置示意图。
[0026]图5为本发明实施例四所提供的平面运动测量装置的结构示意图。
[0027]图6为本发明实施例四所提供的平面运动测量装置中鼓形轴承的位置示意图。
【具体实施方式】
[0028]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做详细的说明。在详述本发明实施例时，为了便于说明，示意图不依一般比例局部放大，不应以此作为对本发明的限定。
[0029]本发明的平面运动测量装置可广泛应用于多种领域，尤其适用于平衡质量的平面运动，下面通过较佳的实施例来加以说明，当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的普通技术人员所熟知的一般的替换无疑涵盖在本发明的保护范围内。
[0030]【实施例一】
[0031]请参考图1，其为本发明实施例一所提供的平面运动测量装置的平面示意图。如图1所示，所述平面运动测量装置包括:平面运动定子10、平面运动动子11、以及位于所述平面运动定子10与所述平面运动动子11之间的三个测量模块，其中，所述三个测量模块中第一测量模块12a与第二测量模块12b测量第一方向，第三测量模块12c测量第二方向，所述第一方向与所述第二方向垂直。
[0032]本实施例中，所述测量模块包括光栅尺121以及读头122，所述光栅尺121安装于所述平面运动定子10上，所述读头122安装于所述平面运动动子11上，如图2所示。在其他实施例中，所述光栅尺121与所述读头122的位置可以互换，即所述光栅尺121安装于所述平面运动定子10上，所述读头122安装于所述平面运动动子11上，根据所述平面运动测量装置的条件以及实际运动情况来确定所述测量模块中光栅尺与读头的具体位置。
[0033]所述测量模块测量所述平面运动动子11在运动前后X轴向偏移量或Y轴向偏移量的数据，所述三个测量模块所获得的所述数据，用以计算所述平面运动动子11相对于所述平面运动定子10的水平运动量以及Rz向偏移量。请继续参考图1，所述第一测量模块12a测量X轴向数据，所述第二测量模块12b测量Y轴向的数据，所述第三测量模块12c测量Y轴向数据，即XYY形式，从而得到平面运动动子11相对平面运动定子10的水平运动量以及Rz向偏移量。
[0034]所述平面运动动子由电机驱动，本实施例中，设置有三个电机，如图1所示，第一电极13a靠近所述第一模块12a、以及第二模块12b，所述第一电极13a位于所述第一测量模块12a与第二模块12b之间，第二电极13b与第三电极13c靠近所述第三模块12c，且所述第三模块12c位于所述第二电极13b与第三电极13c之间，所述平面运动动子11在所述电机13的驱动下运动。在所述平面运动定子10与所述平面运动动子11之间还设置有气浮垫，所述气浮垫安装于所述平面运动定子10上，使得所述平面运动动子11在所述气浮垫上做无摩擦运动。
[0035]所述测量模块12