光刻机运动平台及其微运动平台和控制方法技术

本发明专利技术公开了一种光刻机运动平台及其微运动平台和控制方法。微运动平台在结构上采用由对称分布的磁阻式电机和高精度的音圈电机相结合的方式，由磁阻式电机提供高加速所需的大推力，由音圈电机提供高精度的定位能力，双重电机驱动模式的采用结合了两种电机的优点，同时规避了两种电机的缺点。在控制方案上，本发明专利技术公开了采用双通道双重电机的控制模式，前馈通道由开环控制的磁阻式电机组成，其大推力特性可以保证微动台高加/减速过程所需的大推力，磁阻式电机和功率放大器构成的电流环控制的带宽通常大于位置闭环控制的带宽，更加容易实现快速跟踪。而利用音圈电机作为反馈控制，可以进一步保证等速运动和定位时的精度。

Motion platform of lithography machine and its micro motion platform and control method

The invention discloses a lithography machine moving platform, a micro movement platform and a control method thereof. The micro motion platform combines the symmetrical distributed reluctance motor and the high-precision voice coil motor. The magnetoresistance motor provides the high acceleration required by the reluctance motor. The motor provides high precision positioning ability. The dual motor drive mode combines the advantages of two kinds of motor and evade the advantages of the motor. The shortcomings of the two kinds of motor. In the control scheme, the invention discloses a dual channel dual motor control mode. The feedforward channel is composed of an open loop controlled reluctance motor. The large thrust characteristic can guarantee the large thrust required for the high adding / decelerating process of the microtable. The bandwidth of the current loop controlled by the reluctance motor and the power amplifier is usually larger than the bit. The bandwidth of closed-loop control is much easier to achieve fast tracking. The use of voice coil motor as feedback control can further ensure the accuracy of isokinetic motion and positioning.

【技术实现步骤摘要】
光刻机运动平台及其微运动平台和控制方法
本专利技术属于集成电路芯片制造领域，具体涉及一种光刻机运动平台及其微运动平台和控制方法。
技术介绍
依照摩尔定律，集成电路芯片的集成度每三年可提高四倍，而且近年来有超越此规律的趋势。在集成电路的飞速发展过程中，光刻机设备起到了基础支撑性的作用。在扫描式光刻机中，一方面，曝光成像是在高速运动中完成的，其扫描和定位精度直接影响到光刻机的成像精度和套刻精度，因而其扫描和定位精度需要达到纳米级精度。另一方面，运动加速度和速度直接影响产率大小，因而需要高加速度和高速度。但是，高加速、高速通常会引起振动从而导致精度恶化，而曝光前整定时间的加长又会导致产率的下降，使得高加速、高速度与高精度定位能力通常是矛盾的。所以说掩模台和工件台的高速高精度运动控制技术是极具挑战性的，是精密工程领域中精密定位技术的先进代表，也是光刻机的最核心技术之一。目前，最先进的ArF(波长193nm)浸没式32nm量产光刻机的套刻精度达到2nm，产率≧200WPH，掩模台加速度与速度分别达到12g和2.8m/s，而这并不是技术的终点。随着IC芯片继续向20nm和10nm级节点迈进，对下一代光刻机的套刻及产率提出更苛刻的要求，掩模台加速度与速度将分别达到≥20g和5m/s。一般地，光刻机的工件台和掩模台都采用粗微动结构。光刻机的微动台是实现高加速、高精度的关键所在，特别是在扫描和步进运动中，虽然光刻机微动台由粗动台来带动，但并不意味着在高加速阶段其驱动机构音圈电机不出力，而是和粗动台按照同样的加速度提供推力，否则粗微动会因为相对位置超过微动台的行程而发生碰撞。为了实现高加速度，光刻机微动台要求质量轻，另外，为了满足纳米级定位精度，光刻机微动台必须具有高刚度结构和高性能驱动机构以实现高带宽控制。从而，对光刻机微动台从结构、驱动机构到控制都要求极高。目前，光刻机微动台驱动技术主要采用直线音圈电机和洛伦茨力磁浮平面电机，磁阻式电机的出现也引起人们的关注，这三种电机的特点如下所述。1、直线音圈电机具有低扰动、响应频率高等特点，是对位置、速度和力进行精确控制的最佳选择，被广泛采用为微动台的驱动机构，但其缺点是效率低、功耗大。高加速度需要大推力的电机，在目前几乎已经达到极限的状态下，如果下一代光刻机微动台仍然采用音圈电机来驱动以实现更大推力，其尺寸将变得非常庞大且其发热问题会直接影响激光干涉仪的测量精度，为其配套的冷却水管布线等将变得非常困难，使得音圈电机无法满足下一代光刻机微动台的要求。2、洛仑兹力磁浮平面电机有可能实现粗微动一体化，而且可以实现高加速度所需要的大推力，但是由于电机常数脉动大而且很难实现精确测量和补偿，因而无法达到纳米级精度要求，预计在今后相当长的时间里无法取代音圈电机。目前光刻机巨头荷兰的ASML公司在最新型的光刻机(NXT3100)中，也只能把其作为工件台的粗动台的驱动机构。3、磁阻式电机产生的推力与通过的电流平方成正比，通入很小的电流就可以产生很大的推力，是近年来非常引人注目的研究方向。但是，该电机的非线性特性使得控制较难，非线性磁滞引起的匀速运动和定位精度随着位置发生变化，重复性较差，对于微米级精度的应用来说可以忽略其影响，但是对于纳米级精度的光刻机微动台，这些问题若不解决将使其无法替代音圈电机作为驱动微动台的执行机构。目前，尚未有很好的能满足光刻高加速、高速度以及高精度运动要求的下一代光刻机微动台驱动机构或者控制技术出现。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种光刻机运动平台，该光刻机运动平台的微运动平台采用双重电机(即磁阻式电机和音圈电机)驱动、双通道控制的模式来满足纳米级精度光刻所要求的高加速度和高精度。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下所述：根据本专利技术的一方面，提供了一种用于光刻机的微运动平台，其中，所述微运动平台包括微动台、相对于所述微动台的中心对称分布的两个或四个磁阻式电机、至少三个音圈电机以及至少两个激光干涉仪；其中，所述磁阻式电机用于推动所述微动台沿X坐标轴和/或Y坐标轴正反方向上的的加/减速运动；所述音圈电机用于推动所述微动台的直线运动和/或旋转运动，以及实现所述微动台的定位；以及所述激光干涉仪用于检测所述微动台的位置，并将该位置信息反馈至所述音圈电机。一实施例中，所述微运动平台为三自由度运动平台，所述磁阻式电机的数量为两个，所述音圈电机的数量为三个；两个所述磁阻式电机共用一个I型中心作为动子，两个所述磁阻式电机的两个电磁铁对称地设置在所述I型中心的两侧，所述I型中心与所述微动台为一体式结构；其中两个所述音圈电机设置在所述微动台的同一侧，另一个所述音圈电机设置在其相邻侧；其中，两个所述磁阻式电机用于推动所述微动台沿X坐标轴正反方向上的加/减速运动；以及设置在所述微动台同一侧的两个所述音圈电机用于推动所述微动台沿X坐标轴的直线运动和定位以及沿Z坐标轴圆周方向的旋转运动和定位；另一个所述音圈电机用于推动所述微动台沿Y坐标轴的直线运动及其定位。一实施例中，所述微运动平台为六自由度运动平台，所述磁阻式电机的数量为四个，所述音圈电机的数量为六个；四个所述磁阻式电机共用一个H型中心作为动子，该四个所述磁阻式电机的四个电磁铁对称地设置在所述H型中心的四侧，所述H型中心与所述微动台为一体式结构；其中，其中两个所述磁阻式电机用于推动所述微动台沿X坐标轴正反方向上的加/减速运动，另外两个所述磁阻式电机用于推动所述微动台沿Y坐标轴正反方向上的加/减速运动；六个所述音圈电机用于推动所述微动台沿六自由度方向的直线运动和旋转运动及其定位。一实施例中，所述激光干涉仪的数量为两个，其中之一所述激光干涉仪为双轴激光干涉仪，用于检测所述微动台沿X坐标轴正反方向和沿Z坐标轴圆周方向的位置；另一个所述激光干涉仪用于检测所述微动台沿Y坐标轴正反方向的位置。根据本专利技术的另一方面，提供了一种光刻机运动平台，包括掩模台，其特征在于，所述掩模台包括三自由度的微运动平台和第一粗动台，所述三自由度的微运动平台包括第一微动台、两个磁阻式电机、三个音圈电机以及两个激光干涉仪；所述三自由度的微运动平台的两个所述磁阻式电机共用一个I型中心作为动子，该两个所述磁阻式电机的两个电磁铁对称地设置在所述I型中心的两侧，所述I型中心与所述第一微动台为一体式结构；其中两个所述音圈电机设置在所述第一微动台的同一侧，另一个所述音圈电机设置在其相邻侧；其中，所述三自由度的微运动平台的两个所述磁阻式电机用于推动所述第一微动台沿X坐标轴正反方向上的加/减速运动；设置在所述第一微动台同一侧的两个所述音圈电机用于推动所述第一微动台沿X坐标轴的直线运动和定位以及沿Z坐标轴圆周方向的旋转运动和定位；另一个所述音圈电机用于推动所述第一微动台沿Y坐标轴的直线运动及其定位。一实施例中，所述三自由度的微运动平台的其中之一所述激光干涉仪为双轴激光干涉仪，用于检测所述第一微动台沿X坐标轴直线方向和沿Z坐标轴圆周方向的位置；另一个所述激光干涉仪用于检测所述第一微动台沿Y坐标轴直线方向的位置。一实施例中，所述光刻机运动平台还包括工件台，所述工件台包括六自由度的微运动平台和第二粗动台，所述六自由度的微运动平台包括第二微动台、四个磁阻式电机、六个音圈电机以及至少两个激光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于光刻机运动平台的微运动平台，其特征在于，所述微运动平台包括微动台、相对于所述微动台的中心对称分布的两个或四个磁阻式电机、至少三个音圈电机以及至少两个激光干涉仪；其中，所述磁阻式电机用于推动所述微动台沿X坐标轴和/或Y坐标轴正反方向上的加/减速运动；所述音圈电机用于推动所述微动台的直线运动和/或旋转运动，以及实现所述微动台的定位；以及所述激光干涉仪用于检测所述微动台的位置，并将该位置信息反馈至所述音圈电机。

【技术特征摘要】
1.一种用于光刻机运动平台的微运动平台，其特征在于，所述微运动平台包括微动台、相对于所述微动台的中心对称分布的两个或四个磁阻式电机、至少三个音圈电机以及至少两个激光干涉仪；其中，所述磁阻式电机用于推动所述微动台沿X坐标轴和/或Y坐标轴正反方向上的加/减速运动；所述音圈电机用于推动所述微动台的直线运动和/或旋转运动，以及实现所述微动台的定位；以及所述激光干涉仪用于检测所述微动台的位置，并将该位置信息反馈至所述音圈电机。2.如权利要求1所述的微运动平台，其特征在于，所述微运动平台为三自由度运动平台，所述磁阻式电机的数量为两个，所述音圈电机的数量为三个；两个所述磁阻式电机共用一个I型中心作为动子，两个所述磁阻式电机的两个电磁铁对称地设置在所述I型中心的两侧，所述I型中心与所述微动台为一体式结构；其中两个所述音圈电机设置在所述微动台的同一侧，另一个所述音圈电机设置在其相邻侧；其中，两个所述磁阻式电机用于推动所述微动台沿X坐标轴正反方向上的加/减速运动；以及设置在所述微动台同一侧的两个所述音圈电机用于推动所述微动台沿X坐标轴的直线运动和定位以及沿Z坐标轴圆周方向的旋转运动和定位；另一个所述音圈电机用于推动所述微动台沿Y坐标轴的直线运动及其定位。3.如权利要求1所述的微运动平台，其特征在于，所述微运动平台为六自由度运动平台，所述磁阻式电机的数量为四个，所述音圈电机的数量为六个；四个所述磁阻式电机共用一个H型中心作为动子，该四个所述磁阻式电机的四个电磁铁对称地设置在所述H型中心的四侧，所述H型中心与所述微动台为一体式结构；其中，两个所述磁阻式电机用于推动所述微动台沿X坐标轴正反方向上的加/减速运动，另外两个所述磁阻式电机用于推动所述微动台沿Y坐标轴正反方向上的加/减速运动；以及六个所述音圈电机用于推动所述微动台沿六自由度方向的直线运动和旋转运动及其定位。4.如权利要求2或3所述的微运动平台，其特征在于，所述激光干涉仪的数量为两个，其中之一所述激光干涉仪为双轴激光干涉仪，用于检测所述微动台沿X坐标轴正反方向和沿Z坐标轴圆周方向的位置；另一个所述激光干涉仪用于检测所述微动台沿Y坐标轴正反方向的位置。5.一种光刻机运动平台，包括掩模台，其特征在于，所述掩模台包括三自由度的微运动平台和第一粗动台，所述三自由度的微运动平台包括第一微动台、两个磁阻式电机、三个音圈电机以及两个激光干涉仪；所述三自由度的微运动平台的两个所述磁阻式电机共用一个I型中心作为动子，该两个所述磁阻式电机的两个电磁铁对称地设置在所述I型中心的两侧，所述I型中心与所述第一微动台为一体式结构；其中两个所述音圈电机设置在所述第一微动台的同一侧，另一个所述音圈电机设置在其相邻侧；其中，所述三自由度的微运动平台的两个所述磁阻式电机用于推动所述第一微动台沿X坐标轴正反方向上的加/减速运动；设...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆生，杨晓峰，徐云浪，吴立伟，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：上海,31