工件台运动控制方法与流程

本发明涉及光刻机技术领域，具体涉及一种工件台运动控制方法。

背景技术：

工件台分系统是平板显示扫描光刻机最关键的分系统之一，其精度和稳定性直接影响光刻机的产率、套刻精度(overlay)和成像质量。与其他光刻机相比，工件台分系统具有行程更大、扫描速度更快、负载更大、电机驱动反力更大的特点，从而对其精度与稳定性提出更严苛的要求，为了不降低产率和曝光分系统分辨率等系统的主要指标，更可靠的工件台控制策略成为了研究的热点。

随着工件台尺寸逐渐增大，为了促使其运动，则需要更大的电机驱动力，从而导致工件台的驱动反力成倍增加，残余振动增大，然而测量框架的动态指标和伺服性能指标仍需保持不变，这就形成了一种技术矛盾。现阶段解决该矛盾的方法主要有：一是采用反力外引装置：将反力外引装置安装在电机驱动力最大的长行程方向上，，通过反力外引装置将电机的驱动反力由内部框架传递到外部框架，从而减小电机反力导致的内部框架振动；二是采用主动减振器：主动减振器的作用是将内部重要部件与基础框架以及其他结构的外部世界独立开，从而使内部世界处于一个安静的环境中。以上的两种方法均可有效的减小电机驱动反力，削弱内部框架的振动；但该两种方法的减振效果比较有限，其中采用反力外引装置的减振效果只能达到60％，而主动减振器利用工件台传递加速度信号存在较大的延时和噪声，会导致内部框架产生振动，且主动减振器在减振时，自身存在晃动，从而导致内部框架的振动，这种振动会作为一种干扰被引入到测量框架中，使得测量框架产生不必要的运动，进而将会干扰工件台的激光干涉仪测量系统，最终影响工件台的性能。

技术实现要素：

本发明所提供了一种工件台运动控制方法，以解决现有技术中存在的减振效果比较有限，且会影响工件台性能的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种工件台运动控制方法，包括以下步骤：

s1：主动减振器中的加速度传感器检测测量框架的振动加速度，并将测量的到的振动加速度数据传递至主动减振控制器；

s2：所述主动减振控制器对所述振动加速度数据进行处理之后传递至工件台控制器；

s3：所述工件台控制器将接收的振动加速度数据转化成第一力补偿信号对工件台进行前馈补偿。

进一步的，所述步骤s2中，所述主动减振控制器对所述振动加速度数据依次进行高通滤波和低通滤波处理。

进一步的，所述步骤s3中，所述工件台控制器将接收的振动加速度数据进行增益处理之后转化成第一力补偿信号对所述工件台进行前馈补偿。

进一步的，还包括通过设定值发生器生成工件台的期望加速度信号，将该期望加速度信号乘以运动质量得到第二力补偿信号对所述工件台进行前馈补偿。

进一步的，还包括通过设定值发生器生成工件台的期望位置信号，将该期望位置信号与工件台的实际位置信号进行做差，得到伺服误差信号，该伺服误差信号通过工件台控制器进行处理之后得到第三力补偿信号对所述工件台进行前馈补偿。

进一步的，所述伺服误差信号依次通过低通滤波和陷波滤波器进行处理之后得到第三力补偿信号对所述工件台进行前馈补偿。

进一步的，所述工件台的实际位置为工件台的测量位置与测量框架的振动幅度之和。

进一步的，还包括通过设定值发生器生成工件台的期望位置信号和期望加速度信号，通过工件台控制器传递至主动减振控制器，将该期望位置信号转化成力控制信号对所述主动减振器进行控制。

本发明还提供一种工件台运动控制方法，包括以下步骤：

s1：在被动减振器中设置与测量框架连接的加速度传感器，检测测量框架的振动加速度，并将检测到的振动加速度数据传递至工件台控制器；

s2：所述工件台控制器对接收的振动加速度数据进行处理后转化成第一力补偿信号对工件台进行前馈补偿。

进一步的，所述步骤s2中，所述振动加速度数据经过工件台控制器中的mcd板卡处理之后转化成第一力补偿信号。

进一步的，还包括通过设定值发生器生成工件台的期望加速度信号，将该期望加速度信号乘以运动质量得到第二力补偿信号对所述工件台进行前馈补偿。

进一步的，还包括通过设定值发生器生成工件台的期望位置信号，将该期望位置信号与工件台的实际位置信号进行做差，得到伺服误差信号，该伺服误差信号通过工件台控制器进行处理之后得到第三力补偿信号对所述工件台进行前馈补偿。

进一步的，所述工件台的实际位置为工件台的测量位置与测量框架的振动幅度之和。

本发明还提供一种工件台运动控制方法，包括以下步骤：

s1：在被动减振器中设置与测量框架连接的速度传感器，检测测量框架的振动速度，并将检测到的振动速度传递至工件台控制器；

s2：所述工件台控制器将接收的振动速度数据进行微分处理转化成振动加速度，并将该振动加速度数据转化成第一力补偿信号对工件台进行前馈补偿。

进一步的，所述步骤s2中，所述振动加速度数据经过工件台控制器中的mcd板卡处理之后转化成第一力补偿信号。

进一步的，还包括通过设定值发生器生成工件台的期望加速度信号，将该期望加速度信号乘以运动质量得到第二力补偿信号对所述工件台进行前馈补偿。

进一步的，还包括通过设定值发生器生成工件台的期望位置信号，将该期望位置信号与工件台的实际位置信号进行做差，得到伺服误差信号，该伺服误差信号通过工件台控制器进行处理之后得到第三力补偿信号对所述工件台进行前馈补偿。

进一步的，所述工件台的实际位置为工件台的测量位置与测量框架的振动幅度之和。

本发明提供的工件台运动控制方法，包括以下步骤：首先通过主动减振器中的加速度传感器检测测量框架的振动加速度，并将测量的到的振动加速度数据传递至主动减振控制器；其次通过主动减振控制器对所述振动加速度数据进行处理之后传递至工件台控制器；最后通过工件台控制器将接收的振动加速度数据转化成第一力补偿信号对工件台进行前馈补偿。本发明在工件台原有位置环路系统中引入加速度前馈信号，实时补偿测量框架振动对工件台测量系统的影响，降低工件台的稳定时间及控制误差，大大提高了控制精度；此外，利用主动减振器的加速度传感器，间接获取测量框架的振动加速度，或在被动减振器中设置与测量框架连接的加速度传感器直接获得振动加速度或者设置速度传感器间接获得振动加速度，从而有效的降低成本。

附图说明

图1是本发明实施例1工件台运动控制原理图；

图2是本发明实施例1工件台运动控制方法的控制框图；

图3a、3b分别是本发明实施例1工件台的期望位置信号和期望加速度信号图；

图4是本发明实施例1控制方法与现有控制方法的控制误差比较图；

图5是本发明实施例2工件台运动控制原理图；

图6是本发明实施例2工件台运动控制方法的控制框图；

图7是本发明实施例2控制方法与现有控制方法的控制误差比较图；

图8是本发明实施例3工件台运动控制方法的控制框图。

图中所示：1、主动减振器；2、测量框架；3、主动减振控制器；4、工件台控制器；5、工件台；6、设定值发生器；7、被动减振器；8、加速度传感器；9、速度传感器；f、力控制信号；f1～f3、第一～第三力补偿信号；dis、工件台的期望位置信号；acc、工件台的期望加速度信号；er、伺服误差信号；ac、实际位置信号；ma、振动加速度；mv、振动速度。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细描述。

实施例1

如图1所示，本发明提供一种工件台运动控制方法，包括以下步骤：

s1：主动减振器1中的加速度传感器检测测量框架2的振动加速度ma，并将测量得到的振动加速度数据传递至主动减振控制器3；具体的，该主动减振器1设于测量框架2下方，其内部设有加速度传感器，可间接检测测量框架2的振动加速度ma。

s2：所述主动减振控制器3对所述振动加速度数据进行处理之后传递至工件台控制器4，具体的，所述主动减振控制器3对所述振动加速度数据依次进行高通滤波和低通滤波处理，以获得更加精确的测量框架2的振动加速度数据。

s3：所述工件台控制器4将接收的振动加速度数据转化成第一力补偿信号f1对工件台5进行前馈补偿。具体的，所述工件台控制器4将接收的振动加速度数据进行增益处理之后转化成第一力补偿信号对所述工件台5进行前馈补偿。

如图2所示，该工件台运动控制方法还包括通过设定值发生器6生成工件台5的期望加速度信号acc，如图3a所示，将该期望加速度信号acc乘以运动质量m得到第二力补偿信号f2对所述工件台5进行前馈补偿。

请继续参照图2，该工件台运动控制方法还包括通过设定值发生器6生成工件台5的期望位置信号dis，如图3b所示，将该期望位置信号dis与工件台5的实际位置信号进行做差，得到伺服误差信号er，该伺服误差信号er通过工件台控制器4进行处理，包括依次通过二阶低通滤波和陷波(notch)滤波器进行处理，得到第三力补偿信号f3对所述工件台5进行前馈补偿。其中，所述工件台5的实际位置为工件台5的测量位置与测量框架2的振动幅度之和，即在工件台5的运动过程中，主动减振器1利用第二力补偿信号f2对工件台5的运动进行补偿，但在此种情况下，仍无法完全补偿，以长行程y向的情况最为严重，可造成测量框架2振动，从而对干涉仪测量系统的精度造成影响，因此需要将测量框架2的振动幅度加入到干涉仪测量系统的测量数据中，以提高工件台5的实际位置测量精度。

优选的，该工件台运动控制方法还包括通过设定值发生器6生成工件台5的期望位置信号dis和期望加速度信号acc，通过工件台控制器4传递至主动减振控制器1，将该期望位置信号dis和期望加速度信号acc转化成力控制信号f对所述主动减振器1进行控制。

如图4所示，为本实施例控制方法与现有控制方法的控制误差比较图。从现有控制方法的曲线上可看出存在约9hz的振动，这是根据测量框架2的y向固有频率产生的，而本实施例控制方法的曲线也存在一定振动，但其幅值远远小于现有控制方法；从稳定时间的角度考虑，以150nm稳定时间窗口为例，从图4中可看出本实施例具有加速度前馈信号补偿的控制方法的稳定时间比现有控制方法要短，可见通过加速度前馈补偿能有效的降低工件台的稳定时间和控制误差。

实施例2

如图5所示，与实施例1不同的是，本发明提供的工件台运动控制方法，包括以下步骤：

s1：在被动减振器7中设置与测量框架2连接的加速度传感器8，检测测量框架2的振动加速度ma，并将检测到的振动加速度2数据传递至工件台控制器4；具体的，采用被动减振器7时由于其内部没有加速度传感器8，因此直接在其外部设置加速度传感器8直接检测测量框架2的振动加速度ma。

s2：所述工件台控制器4对接收的振动加速度数据进行处理后转化成第一力补偿信号f1对工件台5进行前馈补偿，具体的，所述振动加速度数据经过工件台控制器4中的mcd板卡处理，包括滤波处理和增益处理，之后转化成第一力补偿信号f1对工件台5进行前馈补偿。

如图6所示，该工件台运动控制方法还包括通过设定值发生器6生成工件台的期望加速度信号acc，如图3a所示，将该期望加速度信号acc乘以运动质量m得到第二力补偿信号f2对所述工件台5进行前馈补偿。

请继续参照图6，该工件台运动控制方法还包括通过设定值发生器6生成工件台5的期望位置信号dis，将该期望位置信号dis与工件台5的实际位置信号进行做差，得到伺服误差信号er，该伺服误差信号er通过工件台控制器4进行处理，包括依次通过二阶低通滤波和notch滤波器进行处理，得到第三力补偿信号f3对所述工件台5进行前馈补偿。其中，所述工件台5的实际位置为工件台5的测量位置与测量框架2的振动幅度之和，即在工件台5的运动过程中，主动减振器1利用第二力补偿信号f2对工件台5的运动进行补偿，但在此种情况下，仍无法完全补偿，以长行程y向的情况最为严重，可造成测量框架2振动，从而对干涉仪测量系统的精度造成影响，因此需要将测量框架2的振动幅度加入到干涉仪测量系统的测量数据中，以提高工件台5的实际位置测量精度。

如图7所示，为本实施例控制方法与现有控制方法的控制误差比较图。相比图7和图4可看出相对于主动减振器1，本实施例中采用被动减振器7导致测量框架2振动的幅度更大，对工件台5的位置回路的精确性造成更加严重的影响。然而通过引入加速度前馈信号补偿之后，工件台5的运动性能也得到了明显提高。采用本实施例中的方法可在保证工件台性能的基础上，降低减振器的性能需求，从而降低成本。

实施例3

如图8所示，与实施例2不同的是，本实施例中提供的工件台运动控制方法，包括以下步骤：

s1：在被动减振器7中设置与测量框架2连接的速度传感器，检测测量框架2的振动速度，并将检测到的振动速度传递至工件台控制器4；具体的，本实施例中通过直接在被动减振器7外部设置速度传感器检测测量框架2的振动速度。

s2：所述工件台控制器4将接收的振动速度数据进行微分处理，具体为进行一阶微分计算，从而转化成振动加速度ma，并将该振动加速度数据转化成第一力补偿信号f1对工件台5进行前馈补偿。具体的，所述振动加速度数据经过工件台控制器4中的mcd板卡处理，包括滤波处理和增益处理，之后转化成第一力补偿信号f1对工件台5进行前馈补偿。

请继续参照图8，该工件台运动控制方法还包括通过设定值发生器6生成工件台的期望加速度信号acc，如图3a所示，将该期望加速度信号acc乘以运动质量m得到第二力补偿信号f2对所述工件台5进行前馈补偿。

请继续参照图8，该工件台运动控制方法还包括通过设定值发生器6生成工件台5的期望位置信号dis，如图3b所示，将该期望位置信号dis与工件台5的实际位置信号进行做差，得到伺服误差信号er，该伺服误差信号er通过工件台控制器4进行处理，包括依次通过二阶低通滤波和陷波notch滤波器进行处理，得到第三力补偿信号f3对所述工件台5进行前馈补偿。其中，所述工件台5的实际位置为工件台5的测量位置与测量框架2的振动幅度之和，即在工件台5的运动过程中，主动减振器1利用第二力补偿信号f2对工件台5的运动进行补偿，但在此种情况下，仍无法完全补偿，以长行程y向的情况最为严重，可造成测量框架2振动，从而对干涉仪测量系统的精度造成影响，因此需要将测量框架2的振动幅度加入到干涉仪测量系统的测量数据中，以提高工件台5的实际位置测量精度。

综上所述，本发明提供的本发明提供的工件台运动控制方法，包括以下步骤：首先通过主动减振器1中的加速度传感器检测测量框架2的振动加速度，并将测量的到的振动加速度数据传递至主动减振控制器3；其次通过主动减振控制器3对所述振动加速度数据进行处理之后传递至工件台控制器4；最后通过工件台控制器4将接收的振动加速度数据转化成第一力补偿信号f1对工件台5进行前馈补偿。本发明在工件台原有位置环路系统中引入加速度前馈信号，实时补偿测量框架2振动对工件台测量系统的影响，降低工件台5的稳定时间及控制误差，大大提高了控制精度；此外，利用主动减振器1的加速度传感器，间接获取测量框架2的振动加速度，或在被动减振器7中设置与测量框架2连接的加速度传感器8直接获得振动加速度或者设置速度传感器间接获得振动加速度，从而有效的降低成本。

虽然说明书中对本发明的实施方式进行了说明，但这些实施方式只是作为提示，不应限定本发明的保护范围。在不脱离本发明宗旨的范围内进行各种省略、置换和变更均应包含在本发明的保护范围内。