[發(fā)明專利]主動減振系統(tǒng)及其預(yù)見控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810200919.X
• 申請日: 2008-10-08
• 公開（公告）號: CN101364052A
• 公開（公告）日: 2009-02-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊輔強;袁志揚;嚴(yán)天宏;劉赟;周宏權(quán)
• 申請（專利權(quán)）人: 上海微電子裝備有限公司
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20;F16F15/023;F16M7/00
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司
• 代理人: 王潔

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及一種主動減振系統(tǒng)，尤其涉及了一種用于步進(jìn)光刻機使用了預(yù)見控制的主動減振系統(tǒng)

【背景技術(shù)】

超精密的主動減振系統(tǒng)是許多高科技技術(shù)與產(chǎn)品開發(fā)的基礎(chǔ)，因而一直受到各國的高度重視。隨著超微細(xì)加工與裝配技術(shù)、超精密測量技術(shù)的發(fā)展，微振動的影響變得更加突出。步進(jìn)掃描光刻機在工作過程中，由于工件臺和掩模臺等分系統(tǒng)具有較高的運動加速度和運動速度，運動部件在運動過程中產(chǎn)生的反作用力，以及傾覆力矩將引起光刻機核心部分振動，從而影響曝光質(zhì)量。

現(xiàn)代步進(jìn)掃描光刻機針對其工作特點，都采用了相適應(yīng)的超精密的主動減振系統(tǒng)。如專利US5823307公布了一種主動減振系統(tǒng)，該裝置采用剛性作動器(如壓電陶瓷)與被動減振結(jié)構(gòu)(如橡膠)串聯(lián)工作的方式實現(xiàn)減振功能。這種串聯(lián)的工作方式使得作動器必須承載負(fù)載的重量，導(dǎo)致需要較大功率的作動器，成本較高，而且容易導(dǎo)致發(fā)熱問題。專利US2003057619公布了一種主動減振裝置與控制方法，該裝置采用空氣彈簧與作動器并聯(lián)工作的方式并采用前饋控制實時補償掩模臺和工件臺在運動過程中產(chǎn)生的傾覆力矩，實現(xiàn)減振功能。但隨著光刻硅片尺寸的不斷增大，掩模臺和工件臺的承載質(zhì)量，運動速度，加速度的不斷提高，采用前饋控制進(jìn)行力矩補償在反應(yīng)時間和精度控制上的難度越來越大。

對于步進(jìn)掃描光刻機而言，主動減振系統(tǒng)對于精度有非常苛刻的要求，在保證高精度的減振控制的同時，也需要考慮其成本以及功耗問題。這也是主動減振系統(tǒng)的發(fā)展方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明的目的是提供一種高精度，低能耗的主動減振系統(tǒng)。在保證精度及反應(yīng)速度的情況下，能夠有效降低傾覆力矩所產(chǎn)生的擾動。

本發(fā)明所述的一種主動減振系統(tǒng)，包括基座、主基板、減振單元及其控制系統(tǒng)，三個減振單元，以相同的夾角圍繞一個中心平均分布在一個圓周平面上，所述減振單元底端安裝在基座上，頂端連接主基板；所述控制系統(tǒng)連接減振單元，接收來自減振單元的振動信號，并反饋控制信息。

所述減振單元包括空氣彈簧密封壓力容腔，容腔內(nèi)設(shè)有壓電陶瓷作動器、中間體及預(yù)壓力調(diào)節(jié)裝置，所述中間體的一端與主基板固定連接，另一端設(shè)置壓電陶瓷作動器以及預(yù)壓力調(diào)節(jié)裝置，三個壓電陶瓷作動器呈(X，Y，Z)三維設(shè)置于中間體，兩個預(yù)壓力調(diào)節(jié)裝置在水平X及Y方向上與所述壓電陶瓷作動器對應(yīng)設(shè)置。減振單元的空氣彈簧密封壓力容腔通過阻尼管連接高速氣動伺服閥，容腔內(nèi)還設(shè)有壓力傳感器以及位置傳感器，傳感器與控制系統(tǒng)連接，壓電陶瓷作動器、預(yù)壓力調(diào)節(jié)裝置以及高速氣動伺服閥均由控制系統(tǒng)控制。

主基板連接減振單元，作為減振面并承載工件臺，在對應(yīng)減振器的位置上還設(shè)有三軸地震式加速傳感器，加速傳感器同樣連接控制系統(tǒng)。

本發(fā)明所述的主動減振系統(tǒng)，其控制系統(tǒng)包括壓力控制單元以及電氣控制單元。

壓力控制單元又分為壓力控制環(huán)路和位置控制環(huán)路。

壓力控制環(huán)路中通過壓力傳感器實時檢測所述減振單元內(nèi)的氣體壓力，并與壓力參考信號比較，通過控制器產(chǎn)生控制信號，驅(qū)動高速驅(qū)動伺服閥，使得減振單元內(nèi)部的氣體壓力保持在設(shè)定值附近；位置控制環(huán)路中通過位置傳感器實施監(jiān)測中間體的垂直向位置信息，并與參考信號比較，通過控制器產(chǎn)生控制信號，驅(qū)動高速氣動伺服閥動作，使得中間體的垂直向位置保持在設(shè)定值附近。

電氣控制單元包括反饋控制模塊和預(yù)見控制模塊。

所述反饋控制模塊包括位置反饋環(huán)路和加速度反饋環(huán)路。反饋環(huán)路通過位置傳感器實時監(jiān)測中間體水平向的位置信號，并與參考信號比較，通過控制器產(chǎn)生信號，驅(qū)動水平X及Y向的壓電陶瓷作動器動作，使得中間體的水平向位置保持在設(shè)定值附近；加速度反饋環(huán)路通過三軸地震式加速傳感器實時檢測主基板的振動信號，與參考信號比較后通過低通濾波器進(jìn)入控制器產(chǎn)生反饋控制信號。

所述預(yù)見控制模塊根據(jù)主基板上掩膜臺、工件臺等各運動部件路徑規(guī)劃，得出各運動部件在未來一段時間內(nèi)的位置信息，預(yù)見控制器綜合各運動部件當(dāng)前位置和未來一段時間內(nèi)的位置信息，通過預(yù)見控制算法得出預(yù)見補償控制信號，將預(yù)見補償控制信號與反饋環(huán)路產(chǎn)生的反饋控制信號疊加，驅(qū)動壓電陶瓷作動器。其預(yù)見控制方法步驟如下：

運動控制系統(tǒng)對工件臺、掩模臺等各運動部件進(jìn)行路徑規(guī)劃；

(2)根據(jù)規(guī)劃路徑計算各運動部件在整個運動過程中的位置信號；

(3)將上述位置信號傳送給振動控制系統(tǒng)；

(4)振動控制系統(tǒng)根據(jù)位置信號確定各運動部件的預(yù)見步長Md；

(5)計算Md步長內(nèi)，運動部件產(chǎn)生的傾覆力矩；

(6)使用預(yù)見控制算法根據(jù)傾覆力矩計算得到力矩補償信號；