[发明专利]一种掩模台平衡块合质心防飘移运动控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光刻机掩模台的运动精度控制方法，尤其涉及掩模台平衡块合质心防飘移运动控制方法，属于半导体装备技术领域。

背景技术

光刻机掩模台要实现纳米级的运动控制精度，使用安装在基台上的测量单元(多轴激光干涉仪)进行多自由度的纳米级位置测量。光刻机掩模台扫描过程可以分为加速、扫描、减速三个阶段，在加速和减速段，粗动台在加速或者减速运动时对应产生一个较大的反作用力于平衡块和基台，从而导致平衡块和基台的振动，通过其他基台部件，振动传递到系统的测量单元，进而产生测量误差，恶化控制性能。

为了减弱粗动台运动反作用力带来的振动影响，避免粗动台运动的反作用力直接作用在基台上，基台与粗动台之间通过平衡块进行连接，根据动量守恒定律，利用平衡块系统抵消粗动台运动时产生的一部动量。具体而言，平衡块下表面通过第一气浮轴承与基台连接，平衡块上表面通过第二气浮轴承与粗动台动子连接。粗动台沿y轴方向运动，产生的反作用力会最终作用到平衡块上，使平衡块产生反方向的运动。

发明内容

本发明的目的是提供一种掩模台平衡块合质心防飘移运动控制方法，实现实时调整平衡块y向自由度漂移量，防止过度漂移，同时使平衡块的漂移不能对微动台、粗动台的正常运行产生干扰，以及避免使基台产生较大的振动，影响激光干涉仪的测量。

本发明的技术方案如下：

一种掩模台平衡块合质心防飘移运动控制方法，所述掩模台包含一个基台、一个沿y方向自由度运动的平衡块、一个微动台和对称布置在微动台两侧的粗动台、测量单元、防漂移驱动单元和控制单元；所述平衡块下表面通过第一气浮轴承与基台连接，平衡块上表面通过第二气浮轴承与粗动台动子连接；粗动台和微动台采用无接触式粗精叠层结构连接；所述防漂移驱动单元包括：沿y向布置的第一防漂移直线电机和第二防漂移直线电机；所述控制单元含有控制程序的工控机、光栅计数卡和D/A卡和驱动器，其特征在于该方法包括如下步骤：

1)在伺服周期开始，设定平衡块和粗动台合质心位移为零，在平衡块两侧分别布置第一平衡块绝对光栅尺和第二平衡块绝对光栅尺，采用光栅计数卡分别采集第一平衡块绝对光栅尺和第二平衡块绝对光栅尺的信号，算数平均得到平衡块相对于基台的y向相对位移信号y_b；

2)在沿粗动台运动的平衡块内侧布置第一粗动台绝对光栅尺和第二粗动台绝对光栅尺；采用光栅计数卡分别采集第一粗动台绝对光栅尺和第二粗动台绝对光栅尺的信号，算数平均得到粗动台相对于平衡块的y向相对位移信号y_r；

3)由位移信号y_b和y_r计算得到平衡块与粗动台合质心位移y_cog，计算表达式为：

其中y_cog为合质心位移，y_b为平衡块质心位移，y_c＝y_b+y_r为粗动台质心位移，m_c为粗动台动子质量，m_b为粗动台直线电机定子、平衡块与导轨的质量之和；

以(m_b+m_c)y_cog作为反馈的信号，负反馈得到合质心的位移偏差e_cog，表达式为：

e_cog＝0-(m_b+m_c)y_cog

4)采用基于非线性刚度的变增益控制算法对合质心的位移偏差e_cog进行处理，其中变增益项φ(e_cog)表达式为：

式中a_p为偏置系数，b_p为放大系数，c_p为上升速率系数，e_cog为合质心的位移偏差；

5)将变增益项的输出信号通过平衡块线性控制器处理后，得到防漂移电机的控制指令，通过电流分配解耦，该控制指令由D/A卡进行数模转换后输入至驱动器，驱动器成比例地输出电流驱动防漂移电机；

6)在下一个伺服周期，重复1)至5)步骤，进而驱动平衡块向设定位置运动。

本发明所述的平衡块线性控制器采用PID控制器、超前滞后控制器或鲁棒控制器。