平面運(yùn)動測量裝置及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及平面運(yùn)動測量技術(shù)，具體涉及一種平面運(yùn)動測量裝置及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光刻機(jī)生產(chǎn)過程是一系列的極為復(fù)雜、昂貴、耗時的光刻工藝過程。光刻機(jī)的光刻精度和產(chǎn)率高低直接決定了光刻設(shè)備的設(shè)計和制造，市場急待高產(chǎn)量、高精度高質(zhì)量的光刻設(shè)備。在技術(shù)需求推動下，國外主要光刻設(shè)備廠商均采用了平衡質(zhì)量或反力外引技術(shù)，克服光刻機(jī)工件臺運(yùn)動時的反作用力，從而突破產(chǎn)率和系統(tǒng)精度制約。
[0003]平衡質(zhì)量技術(shù)使工件臺粗動模塊的負(fù)載質(zhì)量、速度和加速度都得到較大幅度增加；同時工件臺運(yùn)動反作用于基礎(chǔ)框架的力大幅降低，在很大程度上減小了光刻機(jī)系統(tǒng)的減震難度，避免了工件臺運(yùn)動系統(tǒng)對曝光的干擾。
[0004]然而，平衡質(zhì)量技術(shù)的引入使得結(jié)構(gòu)設(shè)計趨于復(fù)雜，目前，工件臺平衡質(zhì)量系統(tǒng)存在雙層和單層平衡質(zhì)量兩種結(jié)構(gòu)，其定位控制的執(zhí)行器也主要有兩種方式，一種是采用直線電機(jī)的直接驅(qū)動控制方式，另一種是采用旋轉(zhuǎn)電機(jī)借助結(jié)構(gòu)運(yùn)動傳遞來實(shí)現(xiàn)。采用普通旋轉(zhuǎn)電機(jī)通過機(jī)構(gòu)運(yùn)動來組合控制平衡質(zhì)量的X，Y，Rz軸定位，系統(tǒng)需解耦，其執(zhí)行器系統(tǒng)和測量系統(tǒng)相對復(fù)雜，控制策略和架構(gòu)方案制定難度較高。隨著直線電機(jī)技術(shù)的發(fā)展，在平衡質(zhì)量驅(qū)動和架構(gòu)設(shè)計中越來越趨向于三個直線電機(jī)的組合。三個直線電機(jī)可以對X，Y，Rz軸分別獨(dú)立控制，不存在運(yùn)動耦合，其執(zhí)行器系統(tǒng)和測量系統(tǒng)相對簡單，控制策略和架構(gòu)方案易于制定。
[0005]光刻設(shè)備中的多軸運(yùn)動系統(tǒng)測量一般采用干涉儀，光柵，差分等組合測量。干涉儀測量精度高，但對環(huán)境溫度變化很敏感，Rz向檢測范圍僅有±2mrad，通常只在微動模塊等納米精度測量時采用。差分測量精度可以滿足平面運(yùn)動測量精度要求，但其測量行程較短，一般在±2mm范圍，故也不適用于平衡質(zhì)量的平面運(yùn)動測量。目前在平衡質(zhì)量平面運(yùn)行測量中多采用光柵測量。光柵尺工作溫度可在0°C?50°C，對測量環(huán)境溫度變化不太敏感，其測量重復(fù)精度高，在高精度定位和高速運(yùn)動場景中被廣泛使用。
[0006]但是，目前的光柵測量中，不能解決平衡質(zhì)量相對于基礎(chǔ)框架的零位精度和重復(fù)性低的問題，且平衡質(zhì)量在Rx，Ry和Z軸的微量位置變化，通常會將誤差帶入測量軸，造成測量結(jié)果不精確。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種平面運(yùn)動測量裝置及其方法，采用XXY或XYY布局方式，利用三組測量模塊達(dá)到測量Rz轉(zhuǎn)角偏大的平面運(yùn)動的目的，實(shí)現(xiàn)X、Y、Rz平面運(yùn)動的高精度測量，實(shí)現(xiàn)平面運(yùn)動動子與平面運(yùn)動定子的相對運(yùn)行測量，適應(yīng)Rz轉(zhuǎn)角偏大的工況；同時，測量模塊中采用鼓形軸承，無機(jī)械回差，允許測量裝置在復(fù)雜工況下運(yùn)行，允許平衡質(zhì)量動子Rx/Ry/Z的微量位移，且不會將誤差帶入到測量軸。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種平面運(yùn)動測量裝置:包括平面運(yùn)動定子、平面運(yùn)動動子、以及位于所述平面運(yùn)動定子與所述平面運(yùn)動動子之間的至少三個測量模塊，所述三個測量模塊中兩個測量第一方向，另一個測量第二方向，所述第一方向與所述第二方向垂直。其中，第一測量模塊與第二測量模塊位于所述平面運(yùn)動定子或/和所述平面運(yùn)動動子的同一側(cè)，第三測量模塊位于所述第一測量模塊與第二測量模塊的對側(cè)。
[0009]可選的，每個所述測量模塊均包括光柵尺以及讀頭，所述光柵尺相對地安裝于所述平面運(yùn)動定子或動子上，所述讀頭相對地安裝于所述平面運(yùn)動動子或定子上。
[0010]可選的，每個所述測量模塊分別測量所述平面運(yùn)動動子運(yùn)動前后X軸向偏移量或Y軸向偏移量的數(shù)據(jù)，所述三個測量模塊所獲得的所述數(shù)據(jù)，用此計算所述平面運(yùn)動動子相對于所述平面運(yùn)動定子的水平運(yùn)動量以及Rz向偏移量。
[0011 ] 可選的，所述三個測量模塊中有2個所述測量模塊用于測量X/Y軸向數(shù)據(jù)，另一個所述測量模塊測量Y/X軸向數(shù)據(jù)。
[0012]可選的，每個所述測量模塊還包括十字機(jī)械導(dǎo)軌，與所述平面運(yùn)動定子以及所述平面運(yùn)動動子相連接，用于支持所述平面運(yùn)動動子的運(yùn)動；所述十字機(jī)械導(dǎo)軌包括X向?qū)к壟cY向?qū)к?，?shí)現(xiàn)所述平面運(yùn)動動子在X軸向與Y軸向的運(yùn)動。
[0013]可選的，所述Y向?qū)к壣显O(shè)置有鼓形軸承，所述鼓形軸承用于連接所述平面運(yùn)動動子和所述Y向?qū)к墶?br>[0014]可選的，所述Y向?qū)к墳橐换溃龉男屋S承被貼合于所述滑道的一側(cè)。
[0015]可選的，還包括電機(jī)，所述平面運(yùn)動動子在電機(jī)的驅(qū)動下，相對于所述平面運(yùn)動定子運(yùn)動。
[0016]相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種平面運(yùn)動測量方法，使用上述的平面運(yùn)動測量裝置，包括:測量所述平面運(yùn)動定子的位置坐標(biāo)；所述平面運(yùn)動動子相對于所述平面運(yùn)動定子運(yùn)動之后，再測量所述平面運(yùn)動動子的位置坐標(biāo)；再根據(jù)測得數(shù)據(jù)計算出所述平面運(yùn)動動子相對于所述平面運(yùn)動定子的水平運(yùn)動量以及RZ向偏移量。
[0017]可選的，所述位置坐標(biāo)包含X軸向和Y軸向的至少三個數(shù)據(jù)(一組數(shù)據(jù))，分別為)(1、父2、￥或者父、￥1、丫2。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所提供的平面運(yùn)動測量裝置及其方法的有益效果是:
[0019]1、本發(fā)明在平面運(yùn)動定子與平面運(yùn)動動子之間設(shè)置有至少三個測量模塊，三個測量模塊中二個測第一方向，另一個測第二方向，所述第一方向和所述第二方向垂直，從而達(dá)到測量Rz轉(zhuǎn)角偏大的平面運(yùn)動的目的，實(shí)現(xiàn)了 X、Y、Rz平面運(yùn)動的高精度測量，提高了測量的準(zhǔn)確性；
[0020]2、本發(fā)明通過測量平面運(yùn)動動子在運(yùn)動前后的位置坐標(biāo)，即測量模塊測量的是平面運(yùn)動動子運(yùn)動量的絕對值，避免造成平面運(yùn)動測量裝置零位精度與重復(fù)性低的問題；
[0021]3、本發(fā)明的測量模塊中采用鼓形軸承，無機(jī)械回差，不會將非測量軸的誤差帶入測量軸，可以適應(yīng)平面運(yùn)動動子在Rx、Ry、Z方向的微量變化。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明實(shí)施例一所提供的平面運(yùn)動測量裝置的平面示意圖。
[0023]圖2為本發(fā)明實(shí)施例一所提供的平面運(yùn)動測量裝置中測量模塊的位置示意圖。
[0024]圖3為本發(fā)明實(shí)施例三所提供的平面運(yùn)動測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖4為本發(fā)明實(shí)施例三所提供的平面運(yùn)動測量裝置中鼓形軸承的位置示意圖。
[0026]圖5為本發(fā)明實(shí)施例四所提供的平面運(yùn)動測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖6為本發(fā)明實(shí)施例四所提供的平面運(yùn)動測量裝置中鼓形軸承的位置示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)的說明。在詳述本發(fā)明實(shí)施例時，為了便于說明，示意圖不依一般比例局部放大，不應(yīng)以此作為對本發(fā)明的限定。
[0029]本發(fā)明的平面運(yùn)動測量裝置可廣泛應(yīng)用于多種領(lǐng)域，尤其適用于平衡質(zhì)量的平面運(yùn)動，下面通過較佳的實(shí)施例來加以說明，當(dāng)然本發(fā)明并不局限于該具體實(shí)施例，本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員所熟知的一般的替換無疑涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0030]【實(shí)施例一】
[0031]請參考圖1，其為本發(fā)明實(shí)施例一所提供的平面運(yùn)動測量裝置的平面示意圖。如圖1所示，所述平面運(yùn)動測量裝置包括:平面運(yùn)動定子10、平面運(yùn)動動子11、以及位于所述平面運(yùn)動定子10與所述平面運(yùn)動動子11之間的三個測量模塊，其中，所述三個測量模塊中第一測量模塊12a與第二測量模塊12b測量第一方向，第三測量模塊12c測量第二方向，所述第一方向與所述第二方向垂直。
[0032]本實(shí)施例中，所述測量模塊包括光柵尺121以及讀頭122，所述光柵尺121安裝于所述平面運(yùn)動定子10上，所述讀頭122安裝于所述平面運(yùn)動動子11上，如圖2所示。在其他實(shí)施例中，所述光柵尺121與所述讀頭122的位置可以互換，即所述光柵尺121安裝于所述平面運(yùn)動定子10上，所述讀頭122安裝于所述平面運(yùn)動動子11上，根據(jù)所述平面運(yùn)動測量裝置的條件以及實(shí)際運(yùn)動情況來確定所述測量模塊中光柵尺與讀頭的具體位置。
[0033]所述測量模塊測量所述平面運(yùn)動動子11在運(yùn)動前后X軸向偏移量或Y軸向偏移量的數(shù)據(jù)，所述三個測量模塊所獲得的所述數(shù)據(jù)，用以計算所述平面運(yùn)動動子11相對于所述平面運(yùn)動定子10的水平運(yùn)動量以及Rz向偏移量。請繼續(xù)參考圖1，所述第一測量模塊12a測量X軸向數(shù)據(jù)，所述第二測量模塊12b測量Y軸向的數(shù)據(jù)，所述第三測量模塊12c測量Y軸向數(shù)據(jù)，即XYY形式，從而得到平面運(yùn)動動子11相對平面運(yùn)動定子10的水平運(yùn)動量以及Rz向偏移量。
[0034]所述平面運(yùn)動動子由電機(jī)驅(qū)動，本實(shí)施例中，設(shè)置有三個電機(jī)，如圖1所示，第一電極13a靠近所述第一模塊12a、以及第二模塊12b，所述第一電極13a位于所述第一測量模塊12a與第二模塊12b之間，第二電極13b與第三電極13c靠近所述第三模塊12c，且所述第三模塊12c位于所述第二電極13b與第三電極13c之間，所述平面運(yùn)動動子11在所述電機(jī)13的驅(qū)動下運(yùn)動。在所述平面運(yùn)動定子10與所述平面運(yùn)動動子11之間還設(shè)置有氣浮墊，所述氣浮墊安裝于所述平面運(yùn)動定子10上，使得所述平面運(yùn)動動子11在所述氣浮墊上做無摩擦運(yùn)動。
[0035]所述測量模塊12