专利名称：主动隔震装置的控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及光刻装置的技术领域，且特别是有关于一种主动隔震装置的控制系统。
背景技术：
随着大规模集成电路器件集成度的不断提高，光刻分辨力的不断增强，对光刻机的特征线宽指标要求也在不断提升。目前，光刻机已经发展成为几个分别减振隔振的独立内部世界与基础框架等其它结构的外部世界的结合体。以光刻机的工件台系统为例，如何使微动台(Chuck)在曝光过程中免受工件台系统和基础框架振动的干扰至关重要，需要采用行之有效的方案对微动台模块进行减振和隔振。重力补偿器结构就是在此背景下发展起来的新型结构，通过主动减振与被动隔振结合的方 式，使工件台系统形成一个独立的内部系统。在美国专利文献(专利号US6473161B2，
公开日期2002年10月29日)中公开了一种环形电机和活塞推杆型的重力补偿器装置。通过恒压室压力经活塞推杆传递至微动台并维持其静态重力，通过环形电机实时调节微动台的垂向位移。该专利方案对恒压室气压的控制严格，对空气压力传感器的精度要求很高；另外，环形电机的设计制造也是一个技术壁垒。其中，环形电机和活塞推杆型的重力补偿器装置是一体式设计，对应的控制策略上比较复杂。在美国专利文献(专利号US6388733B1，
公开日期2002年5月14日)中公开了一种技术方案通过水平面的三个音圈电机、大理石平台底面的四个气囊被动隔振系统和四个垂向音圈电机将工件台大理石模块隔离成内部世界。该方案中其四个气囊的材料较为特殊，且橡胶气囊容易因为前后压差过大而影响使用寿命。其中，上述技术方案中用了四个垂向音圈电机，结构较复杂，相对的控制策略也较复杂，而且垂向音圈电机消耗的功率大， 发热量高，由此音圈电机对微动台的控制精度也受到影响。
发明内容
本发明提出一种主动隔震动装置的控制系统，其用于工件台系统中微动台的主动隔震动装置中，该主动隔震动装置中包括空气重力补偿器和音圈电机，该主动隔震装置的控制系统包括期望位置发生器，用于产生微动台在特定方向上的期望位置信号；比较器，与期望位置发生器相连接，将所述期望位置发生器所产生微动台于特定方向上的期望位置信号与微动台于该特定方向上的实际位置信号做比较，得到一误差信号；控制器，与比较器相连接，将所述比较器得到的误差信号转换成对应的力信号；前馈补偿器，与控制器相连接， 以接收所述控制器所转换得到的力信号中的一部分形成一支撑力至空气重力补偿器，由空气重力补偿器支撑微动台的大部分重力。其中，所述控制器所转换得到的力信号的另外一部分提供给音圈电机，以驱动微动台于该特定方向上的运动。与现有技术相比较，由于本发明采用空气重力补偿器支撑微动台的重力，而使得音圈电机仅为微动台提供定位功能以及提供驱动力以产生加速度使微动台上升的运动，这样的控制系统设计，大大降低了目前音圈电机需抵抗微动台的重力所耗散的功率，极大程度地减少了音圈电机的发热量，同时因音圈电机仅为微动台提供定位功能及上升运动，在一定程度上提高了微动台的定位精度。
图 1所示为空气重力补偿器的结构示意图。图2所示为空气重力补偿器与音圈电机联合差动布置实现调平调焦隔振功能的分布图。图3所示为主动隔震装置的控制系统的示意图。图4所示为空气重力补偿器与音圈电机联合差动调平调焦装置的定位环路示意图。
具体实施例方式为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。如图1至图4，在本发明主动隔震装置的控制系统，其用于工件台系统中微动台 101的主动隔震动装置中，该主动隔震动装置中包括空气重力补偿器201和音圈电机202。 本发明的主动隔震装置的控制系统采用空气重力补偿器201支撑工件台系统中微动台 (Chuck) 101的重力，同时空气重力补偿器201的气浮式结构还提供了微动台(Chuck) 101的垂向(Z向)减振隔振，并具有垂向(Z向)的微调功能。由于空气重力补偿器201承载了微动台101的大部分重量，使得调整垂向高度的电机功率大大降低，发热量大大减小，保证了微动台垂向纳米级别定位精度。而且，采用了空气重力补偿器201后，使微动台101在曝光过程中免受工件台系统和基础框架振动(垂向)的干扰，对微动台模块进行减振和隔振。在现有技术中，电机既为微动台提供定位功能，同时又自身提供力支撑并驱动微动台的上升运动，电机提供支撑并驱动微动台上升运动的力包括两个部分，其中一部分是提供支撑力支撑微动台的重力，另外一部分是提供微动台上升运动需产生加速度的驱动力。本发明中由空气重力补偿器201提供支撑力支撑微动台101的重力，以抵消微动台101的重力，这样，本发明中的音圈电机202自身不提供支撑力支撑微动台101的重力， 仅为微动台101提供定位功能以及提供驱动力以产生加速度使微动台101上升的运动，这样的控制系统设计，大大降低了音圈电机202由于抵抗微动台101的重力所耗散的功率，极大程度地减少了音圈电机202的发热量，同时因音圈电机202仅为微动台101提供定位功能及上升运动，在一定程度上提高了微动台101的定位精度。如图1所示，为空气重力补偿器的结构示意图，空气重力补偿器201主要用于微动台的静态隔振。如图1所示，空气重力补偿器201位于微动台101的下方。整个空气重力补偿器201由底座101固连在外部系统平台上，连接法兰107a和107b通过焊接方式与波纹管连接在一起形成气腔。当压缩空气通过底座101上的进气口进入波纹管腔体内时，由于波纹管108具有弹性而在压缩空气作用下产生垂向变形位移。位于连接法兰107a上方的为导向柱106，用于对波纹管变形进行垂向位置引导。围绕导向柱106 —周为衬套105，衬套105和导向柱106侧面都加工有高压节流孔，使导向柱106和衬套105之间可实现无摩擦的相对位移，衬套105通过3根支杆109支撑，支杆 109的上端固联于衬套105，下端固联于底座110。导向柱106的上方固联气浮板103，气浮板103上布置有高压节流孔，用于将止推轴承102浮起，止推轴承102的上端粘接在微动台101底部，下端面与气浮板103之间形成气膜，具有X/Y的运动自由度，由此，此止推轴承具有在垂向与水平向解耦的功效。由于止推轴承102上部具有柔性铰链的特殊结构，止推轴承具有RX/RY的运动自由度。 在空气重力补偿器中，止推轴承102、气浮板103、密封圈104、导向柱106、连接法兰107以及波纹管108组成运动模块；衬套105、支杆109以及底座110组成静止模块。其中，运动模块使微动台101具有Z向自由度，止推轴承102和气浮板103之间形成的气膜使微动台101具有X/Y向自由度，止推轴承102的柔性铰链结构使微动台101具有Rx/Ry向自由度。图2所示为空气重力补偿器201与音圈电机(VCM) 202联合差动布置实现调平调焦隔振功能的分布图。如图所示，3个空气重力补偿器201a、201b、201c以及3个音圈电机 (VCM) 202a、202b、202c呈等边三角形或等腰三角形的分布，从图3中可以看出，空气重力补偿器201以及音圈电机202呈分体式分布结构，结构简单、有利加工制造。在本实施例中，3个空气重力补偿器201所形成的质心、3个音圈电机202形成的质心和Chuck微动台101的质心必须在同一点(或尽可能在很小范围内)，即形成以质心为圆心，R为半径的圆周上均布的分布方式。本发明针对上述的结构以及方法，设计了相应的控制策略，解决了以下的问题 (1)将空气重力补偿器201内的伺服阀(未图示)支撑的重力做为前馈反映给主控回路，使主要的重力由空气重力补偿器201承担；(2)提高空气重力补偿器201内的伺服阀(未图示)的控制精度，使得Z向电机可以进行高精度的定位控制。如图3，对应的控制策略的设计如下由期望位置发生器301产生微动台101在特定方向上(如Rx向、Ry向或Z向)的期望位置信号，与模块305所测得的微动台101在该特定方向实际位置的反馈信号通过比较器306进行比较，所得误差信号给控制器302，由控制器302将比较器306产生的误差信号转换成对应的力信号，其中分解为两部分的力信号， 一部分的力信号给前馈补偿器303，即由前馈补偿器303接收控制器302所转换得到的力信号中的一部分至空气重力补偿器201，以由空气重力补偿器201提供支撑力支撑微动台的大部分重力，重力补偿器201为前馈补偿器303的物理实体部分；另外一部分驱动力信号 307结合前述前馈补偿器303所提供的支撑力信号通过加法器308给控制对象304，支撑并驱动控制对象304(微动台101)的上升运动，之后由模块305测得微动台101实际位置的反馈信号再重复反馈给比较器306。此外，上述期望位置发生器301还可连接至前馈补偿器303，即可直接发送信号给前馈补偿器303，此功能主要用于预设一些初始值给前馈补偿器303。当然，在其他实施例中，也可不设期望位置发生器301连接至前馈补偿器303，或在期望位置发生器301与前馈补偿器303连接线上设有可控制的开关。图4是一个定位环路，用于定位当前的空气重力补偿器与音圈电机联合差动调平调焦装置，其用于控制分体式分布的各3个的空气重力补偿器201与音圈电机(VCM) 202，使得微动台可在Rx、Ry及Z向自由度上运动。
如图4，模块501、模块502及模块503分别为Z向、Rx及Ry向期望位置发生器， 各自经过如图3所述的控制回路，各自输出相应的数据至坐标转化矩阵510去产生的坐标变换信号，之后解耦，分别得到3个音圈电机(VCM)的各个物理轴的控制信号524，525，526 以及得到3个空气重力补偿器的各个控制信号533，534，535，以控制3个音圈电机及3个空气重力补偿器内的伺服阀(未图示)运动。其中，501-Z向期望位置发生器；502-Rx向期望位置发生器；503_Ry向期望位置发生器；504-Z向控制器；505-Rx向控制器；506-Ry向控制器；507-Z向补偿控制器； 508-Rx向补偿控制器；509-Ry向补偿控制器；510-坐标转换矩阵；511-音圈电机及微动台；512-气浮驱动器(波纹管108) ；513-坐标转化矩阵；514-Z向实际位置；515-Rx向实际位置；516-Ry向实际位置；517-Z向前馈补偿力；518-Rx向前馈补偿力；519-Ry向前馈补偿力；520-微动台的重力；521-Z向比较器；522-Rx向比较器；523-Ry向比较器；524-物理轴Zl的控制信号；525-物理轴Z2的控制信号；526-物理轴Z3的控制信号；527-物理轴 Zl测量信号；528-物理轴Z2测量信号；529-物理轴Z3测量信号；530-Z轴加法器；531-Rx 轴加法器；532-Ry轴加法器；533-伺服阀1物理轴驱动力；534-伺服阀2物理轴驱动力； 535-伺服阀3物理轴驱动力；536-Z轴主回路重力补偿节点；537-Rx轴主回路重力补偿节点；538-Ry轴主回路重力补偿节点。 本发明采用空气重力补偿器201提供支撑力支撑微动台101的重力，而音圈电机 202仅为微动台101提供定位功能以及提供驱动力以产生加速度使微动台101上升的运动， 这样的控制系统设计，大大降低了目前音圈电机202需抵抗微动台101的重力所耗散的功率，极大程度地减少了音圈电机202的发热量，同时因音圈电机202仅为微动台101提供定位功能及上升运动，在一定程度上提高了微动台101的定位精度。
权利要求
1. 一种主动隔震动装置的控制系统，其用于工件台系统中微动台的主动隔震动装置中，该主动隔震动装置包括空气重力补偿器和音圈电机，其特征在于，该主动隔震装置的控制系统包括期望位置发生器，用于产生微动台在特定方向上的期望位置信号， 比较器，与期望位置发生器相连接，将所述期望位置发生器所产生微动台于特定方向上的期望位置信号与微动台于该特定方向上的实际位置信号做比较，得到一误差信号； 控制器，与比较器相连接，将所述比较器得到的误差信号转换成对应的力信号； 前馈补偿器，与控制器相连接，以接收所述控制器所转换得到的力信号中的一部分至空气重力补偿器，以由空气重力补偿器支撑微动台的大部分重力；其中，所述控制器所转换得到的力信号的另外一部分提供给音圈电机，以驱动微动台于该特定方向上的运动。
2.根据权利要求1所述的主动隔震装置的控制系统，其特征在于，其包括分体式分布的空气重力补偿器及音圈电机。
3.根据权利要求1所述的主动隔震装置的控制系统，其特征在于，其包括3个空气重力补偿器及3个音圈电机，3个空气重力补偿器及3个音圈电机各自成三角形分布，且所述 2个三角形的质心在同一点。
4.根据权利要求1或2或3所述的主动隔震装置的控制系统，其特征在于，其包括Z 向、Rx向以及Ry向期望位置发生器，分别用于设定微动台Z向、Rx向以及Ry向的期望位置信号。
全文摘要
本发明提出一种主动隔震装置的控制系统，采用分体式设计的空气重力补偿器及音圈电机，由空气重力补偿器支撑微动台的重力，而使音圈电机仅为微动台提供定位功能以及提供驱动力以产生加速度使微动台上升的运动，这样的控制系统设计，大大降低了目前音圈电机需抵抗微动台的重力所耗散的功率，极大程度地减少了音圈电机的发热量，同时因音圈电机仅为微动台提供定位功能及上升运动，在一定程度上提高了微动台的定位精度。
文档编号F16F15/02GK102193325SQ201010128760
公开日2011年9月21日 申请日期2010年3月19日 优先权日2010年3月19日
发明者吴立伟, 赵娟 申请人:上海微电子装备有限公司