本發(fā)明涉及光刻機制造領(lǐng)域，特別涉及一種運動臺測量系統(tǒng)、方法以及運動臺。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的光刻機運動臺的結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示，包括：用以承載硅片的微動臺20和用于驅(qū)動所述微動臺20的粗動臺。在對現(xiàn)有的光刻機運動臺調(diào)試時，存在以下問題：

粗動臺設置有兩個并列導軌10，每個導軌10上各設置有一用于驅(qū)動微動臺20的粗動電機30，運動時要完全一致，這就存在多種安全情況，例如：出力不均，出力方向相反，一邊出力另一邊不出力，會有扭矩力，而雙導軌是鋼性連接，一旦不均衡會扭傷，甚至可能會撞到電機的磁鋼。微動臺20由激光干涉儀測水平向的工作狀態(tài)，由電容傳感器測垂向工作狀態(tài)，而粗動臺只有光柵尺測位置，不能判斷其它信息，因此粗動臺的垂向平穩(wěn)度缺乏實時監(jiān)控和提前判斷，氣浮面不平穩(wěn)，會上下振動或者氣浮突然消失，直接會劃傷硅鋼面，造成重大安全事故。

要解決上述問題必須增加測量系統(tǒng)，目前的測量獲得的運動臺的運動參數(shù)，都是間接從其它測量系統(tǒng)中提取的，準確度低且不能夠及時獲取運動臺當時的真實運動狀態(tài)，因此，上述的安全隱患仍然不能反映出來。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種運動臺測量系統(tǒng)、方法以及運動臺，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種運動臺測量系統(tǒng)，包括：安裝在運動臺粗動電機兩端的加速度傳感器、與所述加速度傳感器連接的信號調(diào)理模塊、與所述信號調(diào)理模塊連接的控制模塊以及與所述控制模塊連接的電機驅(qū)動模塊，其中，所述加速度傳感器為三向正交振動的加速度傳感器。

作為優(yōu)選，所述信號調(diào)理模塊包括：依次連接的硬件電路、放大器、濾波器和差分輸出電路，其中，所述硬件電路的輸入端連接至所述加速度傳感器的輸出端，所述差分輸出電路的輸出端連接至所述控制模塊。

作為優(yōu)選，所述硬件電路包括：第一、第二電阻、第一并聯(lián)電容和第二并聯(lián)電容，其中，所述第一電阻的一端為第一輸入端，另一端與第一并聯(lián)電容的一端連接；所述第二電阻的一端為第二輸入端，另一端與所述第二并聯(lián)電容的一端連接，所述第一、第二并聯(lián)電容的另一端共端且為所述硬件電路的輸出端。

作為優(yōu)選，所述第一、第二并聯(lián)電容均包括三組并聯(lián)設置的電容器。

作為優(yōu)選，所述控制模塊采用可編程自動化控制器，所述可編程自動化控制器通過分布式運動控制系統(tǒng)連接至電機驅(qū)動模塊。

作為優(yōu)選，所述濾波器采用雙運放濾波器。

本發(fā)明還提供一種運動臺，包括：用以承載硅片或掩模板的微動臺和用于驅(qū)動所述微動臺的粗動臺，所述粗動臺包括兩并列設置的粗動導軌和位于兩粗動導軌上的粗動電機，所述粗動電機上設置有運動臺測量系統(tǒng)。

本發(fā)明還提供一種運動臺測量方法，包括：采用兩組加速度傳感器同時測量粗動電機在x、y、z向的加速度，信號調(diào)理模塊對測得的加速度數(shù)值進行分別處理，控制模塊根據(jù)處理結(jié)果控制電機驅(qū)動模塊，進而調(diào)節(jié)粗動電機。

作為優(yōu)選，加速度傳感器對粗動電機測量之前，還包括：設定運動臺的閾值，并利用仿真軟件計算粗動電機水平向和垂向的加速度閾值。

作為優(yōu)選，所述加速度閾值包括：加速度的實際輸出值的閾值和該實際輸出值的閾值在一階和二階的時域和頻域上的積分項。

作為優(yōu)選，當處理結(jié)果超出所述加速度閾值時，所述控制模塊控制所述電機驅(qū)動模塊，從而使粗動電機運動中止。

作為優(yōu)選，所述信號調(diào)理模塊對測得的水平向和垂向的加速度數(shù)值進行分別處理步驟包括：對兩個加速度傳感器測得的該方向上的兩個數(shù)值進行加權(quán)平均，對加權(quán)平均的結(jié)果進行放大和濾波，最后將結(jié)果差分輸出至控制模塊。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用三向正交振動的加速度傳感器，可以同時測量粗動電機在x、y、z三個方向的加速度，并輸出三個方向的加速度值，實現(xiàn)空間上的監(jiān)控，加速度值具有相位超前，提前判斷的優(yōu)點，可以及時保護運動臺，解決掉現(xiàn)有技術(shù)中存在的安全隱患。并且，本發(fā)明中的每個粗動電機上的加速度傳感器均設置有兩組，可以精確獲得運動臺的實際速度和位移。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中光刻機運動臺的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為現(xiàn)有技術(shù)中粗動臺與微動臺的位置關(guān)系圖；

圖3為本發(fā)明一具體實施方式中加速度傳感器在運動臺上的安裝示意圖；

圖4為本發(fā)明一具體實施方式中運動臺測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明一具體實施方式中硬件電路的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明一具體實施方式中信號加權(quán)平均后的波形圖；

圖7為本發(fā)明一具體實施方式中雙運放濾波器的電路示意圖；

圖8為本發(fā)明一具體實施方式中通過濾波器后信號的波形圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式做詳細的說明。需說明的是，本發(fā)明附圖均采用簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。

如圖3所示，本發(fā)明提供一種運動臺，包括：用以承載硅片或掩模板的微動臺200和用于驅(qū)動所述微動臺200的粗動臺，所述粗動臺包括兩并列設置的粗動導軌100和位于兩粗動導軌100上的粗動電機300，所述粗動電機300上設置有運動臺測量系統(tǒng)400。通過所述運動臺測量系統(tǒng)400可以實時監(jiān)控運動臺的工作狀態(tài)，實現(xiàn)及時保護。

請重點參照圖4，所述運動臺測量系統(tǒng)400包括：安裝在運動臺粗動電機300兩端的加速度傳感器410、與所述加速度傳感器410連接的信號調(diào)理模塊、與所述信號調(diào)理模塊連接的控制模塊460以及與所述控制模塊460連接的電機驅(qū)動模塊470。較佳的，所述加速度傳感器410為三向正交振動的加速度傳感器410，該加速度傳感器410可以同時測量粗動電機300在x、y、z三個方向上的加速度，并輸出三個方向的加速度值，實現(xiàn)空間上的監(jiān)控，加速度值具有相位超前，提前判斷的優(yōu)點，可以及時保護運動臺。

較佳的，采用上述運動臺測量系統(tǒng)的做法如下：

當運動臺正常運動時，所述加速度傳感器410輸出的y向加速度值是運動臺真實的加速度值，加減速階段都能反應運動臺的運動狀態(tài)，正常運動情況下，輸出波形是規(guī)律且平滑的。

當運動臺正常運動時，所述加速度傳感器410輸出的x向加速度值為0。當輸出的x向加速度值為非0時，則表示在旋轉(zhuǎn)方向上有出力，此時，如果兩個加速度傳感器410在同一個方向都有出力，即有扭矩力出現(xiàn)，則表示粗動電機300出力不均衡，鋼性連接受力，需要及時中止伺服，調(diào)節(jié)參數(shù)；如果是數(shù)據(jù)波動的歷害，則表示粗動電機300與磁鋼有碰撞和摩擦，導致波動嚴重，及時中止伺服，提前動作，防止造成重大損失。

當運動臺正常運動時，所述加速度傳感器410在輸出的z向加速度值為0。當輸出的z向加速度值不為0時，那表示運動臺與硅鋼面有接觸波形振動輸出，或者氣浮不穩(wěn)造成向一邊輸出，需要立即中止伺服，檢查問題，避免出現(xiàn)重大的事故發(fā)生。

需要說明的是，實際應用時，需針對運動臺的情況設定閥值，并通過仿真計算得到水平向(包括x向和y向)和垂向(z向)的加速度閥值，在測得的加速度值超出加速度閥值時，立即中止。進一步的，所述的加速度閥值既保護加速度的實際輸出值，也包含一階和二階的時域和頻率上的積分項，作為監(jiān)控值。

繼續(xù)參照圖4，所述信號調(diào)理模塊包括：依次連接的硬件電路420、放大器430、濾波器440和差分輸出電路450，其中，所述硬件電路420的輸入端連接至所述加速度傳感器410的輸出端，所述差分輸出電路450的輸出端連接至所述控制模塊460。

其中，所述信號調(diào)理模塊的傳遞函數(shù)hla為：

uoutdif為輸出信號，uina為輸入信號，g為增益，fhp為頻率，βhp為數(shù)位，s為位移。

得到加速度a(m/s^2)后，對它的一階積分是速度v(t)(單位：m/s)：

加速度的二階積分是位移s(t)(單位：m)：

本發(fā)明在粗動電機300上安裝兩個加速度傳感器410，通過對加速度傳感器410的數(shù)值進行加權(quán)平均，可以提高數(shù)據(jù)的精度和準確度。如圖5和圖6所示，所述硬件電路420包括：第一、第二電阻ra、rb、第一并聯(lián)電容ca和第二并聯(lián)電容cb，其中，所述第一電阻ra的一端為第一輸入端，另一端與第一并聯(lián)電容ca的一端連接；所述第二電阻rb的一端為第二輸入端，另一端與所述第二并聯(lián)電容cb的一端連接，所述第一、第二并聯(lián)電容ca、cb的另一端共端且作為所述硬件電路420的輸出端。更進一步的，所述第一、第二并聯(lián)電容ca、cb均包括三組并聯(lián)設置的電容器。

較佳的，通過使用示波器500對所述硬件電路420的第一、第二輸入端(深色線條連接)以及輸出端(淺色線條連接)，如圖6所示，可以從示波器500清晰看出對兩個加速度值(深色波形)進行加權(quán)平均后的結(jié)果(淺色波形)。本發(fā)明直接采用硬件電路420，實現(xiàn)對兩個加速度傳感器410在x、y、z向的加速度值的加權(quán)平均，這樣可以測得運動臺在整個行程中的波動，而不僅僅是其中一個點，可以獲取一個軸線上的運動方向。

兩個加速度傳感器410信號由硬件電路420加權(quán)平均后，得到的是兩個點的加速度平均值，此值為同一軌跡上的兩點，提高了數(shù)據(jù)的可靠性和抗干擾能力，更容易得到軸向上的扭矩力。加權(quán)平均后的數(shù)值由放大器430放大，具體放大倍數(shù)按實際運動的加速度大小和加速度傳感器410輸出值的比率關(guān)系得到。

如圖7和圖8所示，放大器430放大后的信號為全頻譜上的信號，而實際運動的頻率是固定在一個范圍內(nèi)的，高頻和一些干擾波形應當濾除，因此，放大后的信號經(jīng)過濾波器440濾除干擾信號，可以有效避免電路的波形振蕩。

如圖7和圖8所示，本發(fā)明的濾波器440為雙運放濾波器，該雙運放濾波器包括：由第一電阻r1和第二電容c2組成的濾波電路、第一放大器u1a、第二放大器u1b以及第二、第三、第四、第五電阻r2～r5、第一電容c1。其中，濾波電路的輸出端連接至第一放大器u1a的正極輸入端、通過第四電阻r4連接至第二放大器u1b的輸出端，通過串聯(lián)的第四電阻r4和第一電容c1連接至第一、第二放大器u1a和u1b的負極輸入端；示波器500通過第二電阻r2連接至所述第一、第二放大器u1a和u1b的負極輸入端，同時通過第五電阻r5連接至第二放大器u1b的正極輸入端；所述第二放大器u1b的正極輸入端還通過第三電阻r3接地。通過采用雙運放濾波器，對信號調(diào)理的準確和精度有了保證，能最大程度上發(fā)揮本發(fā)明的監(jiān)控效果。

濾波后的信號最后通過差分輸出電路450將信號差分輸出至控制模塊460，所述控制模塊460對信號進行處理后，將指令發(fā)送到電機驅(qū)動模塊470(mcd)上，用于控制處理粗動電機300。

進一步的，所述控制模塊460采用可編程自動化控制器(pac)，所述可編程自動化控制器通過分布式運動控制系統(tǒng)(hssl)連接至電機驅(qū)動模塊470。

本發(fā)明可以實時監(jiān)控運動臺的工作狀態(tài)，與其它的系統(tǒng)可以完全獨立工作，不依賴其它系統(tǒng)，實施可靠的監(jiān)控，提高運動臺的安全性和運動的可靠性。本發(fā)明可以填補運動臺的平衡監(jiān)控和粗動垂向波動監(jiān)控的盲點，提高電氣和運動臺的安全可靠性，避免造成財產(chǎn)損失。

請繼續(xù)參照圖2至圖8，本發(fā)明還提供一種運動臺測量方法，包括：

設定粗動電機300的閾值，并利用仿真軟件計算粗動電機300在x、y、z向的加速度閾值。所述加速度閾值包括：加速度的實際輸出值的閾值和該實際輸出值的閾值在一階和二階的時域和頻域上的積分項。

粗動電機300上的兩組加速度傳感器410同時測量粗動電機300在x、y、z三個方向上的加速度值。

對兩個加速度傳感器410測得的x、y、z三個方向上的兩個數(shù)值進行加權(quán)平均，對加權(quán)平均后的數(shù)值進行放大和濾波，并使信號差分輸出至控制模塊460。

控制模塊460根據(jù)對數(shù)據(jù)結(jié)果進行處理并控制電機驅(qū)動模塊470，進而調(diào)節(jié)粗動電機300，實現(xiàn)閉環(huán)控制。

本發(fā)明還可以消除誤差：

1.消除零點漂移：本發(fā)明通過濾波器可以在加速度傳感器410輸出的值在靜止狀態(tài)非零時，可以消除零點漂移；

2.消除積分誤差：濾波器消除零點漂移，可以消除加速度到速度與位移的積分轉(zhuǎn)換過程中存在的積分誤差；

3.消除高頻噪聲：高頻噪聲會對瞬時位移值的測量精度造成影響，濾波器可以消除高頻噪聲。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包括這些改動和變型在內(nèi)。