[发明专利]平面运动测量装置及其方法

说明书

本发明提供了一种平面运动测量装置及其方法，包括：平面运动定子、平面运动动子、以及位于所述平面运动定子与所述平面运动动子之间的至少三个测量模块，所述三个测量模块中二个测第一方向，另一个测第二方向，所述第一方向和所述第二方向垂直,可以达到测量Rz转角偏大的平面运动的目的，实现了X、Y、Rz平面运动的高精度测量，提高了测量的准确性；同时，测量模块中采用鼓形轴承，无机械回差，不会将非测量轴的误差带入测量轴，可以适应平面运动动子在Rx、Ry、Z方向的微量变化。

技术领域

本发明涉及平面运动测量技术，具体涉及一种平面运动测量装置及其方法。

背景技术

光刻机生产过程是一系列的极为复杂、昂贵、耗时的光刻工艺过程。光刻机的光刻精度和产率高低直接决定了光刻设备的设计和制造，市场急待高产量、高精度高质量的光刻设备。在技术需求推动下，国外主要光刻设备厂商均采用了平衡质量或反力外引技术，克服光刻机工件台运动时的反作用力，从而突破产率和系统精度制约。

平衡质量技术使工件台粗动模块的负载质量、速度和加速度都得到较大幅度增加；同时工件台运动反作用于基础框架的力大幅降低，在很大程度上减小了光刻机系统的减震难度，避免了工件台运动系统对曝光的干扰。

然而，平衡质量技术的引入使得结构设计趋于复杂，目前，工件台平衡质量系统存在双层和单层平衡质量两种结构，其定位控制的执行器也主要有两种方式，一种是采用直线电机的直接驱动控制方式，另一种是采用旋转电机借助结构运动传递来实现。采用普通旋转电机通过机构运动来组合控制平衡质量的X，Y，Rz轴定位，系统需解耦，其执行器系统和测量系统相对复杂，控制策略和架构方案制定难度较高。随着直线电机技术的发展，在平衡质量驱动和架构设计中越来越趋向于三个直线电机的组合。三个直线电机可以对X，Y，Rz轴分别独立控制，不存在运动耦合，其执行器系统和测量系统相对简单，控制策略和架构方案易于制定。

光刻设备中的多轴运动系统测量一般采用干涉仪，光栅，差分等组合测量。干涉仪测量精度高，但对环境温度变化很敏感，Rz向检测范围仅有±2mrad，通常只在微动模块等纳米精度测量时采用。差分测量精度可以满足平面运动测量精度要求，但其测量行程较短，一般在±2mm范围，故也不适用于平衡质量的平面运动测量。目前在平衡质量平面运行测量中多采用光栅测量。光栅尺工作温度可在0℃～50℃，对测量环境温度变化不太敏感，其测量重复精度高，在高精度定位和高速运动场景中被广泛使用。

但是，目前的光栅测量中，不能解决平衡质量相对于基础框架的零位精度和重复性低的问题，且平衡质量在Rx，Ry和Z轴的微量位置变化，通常会将误差带入测量轴，造成测量结果不精确。

发明内容

本发明的目的在于提供一种平面运动测量装置及其方法，采用XXY或XYY布局方式，利用三组测量模块达到测量Rz转角偏大的平面运动的目的，实现X、Y、Rz平面运动的高精度测量，实现平面运动动子与平面运动定子的相对运行测量，适应Rz转角偏大的工况；同时，测量模块中采用鼓形轴承，无机械回差，允许测量装置在复杂工况下运行，允许平衡质量动子Rx/Ry/Z的微量位移，且不会将误差带入到测量轴。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种平面运动测量装置：包括平面运动定子、平面运动动子、以及位于所述平面运动定子与所述平面运动动子之间的至少三个测量模块，所述三个测量模块中两个测量第一方向，另一个测量第二方向，所述第一方向与所述第二方向垂直。其中，第一测量模块与第二测量模块位于所述平面运动定子或/和所述平面运动动子的同一侧，第三测量模块位于所述第一测量模块与第二测量模块的对侧。

可选的，每个所述测量模块均包括光栅尺以及读头，所述光栅尺相对地安装于所述平面运动定子或动子上，所述读头相对地安装于所述平面运动动子或定子上。