CN105467770A - 反力外引装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种反力外引装置及其方法，包括：内部框架、外部框架、位于所述内部框架的工件台、X向电机与Y向电机、位于所述Y向电机与外部框架之间的Y向反力外引模块、以及位于所述内部框架与外部框架之间的X向反力外引模块，X向反力外引模块的设置可以抵消X向电机传递到内部框架的反力，从而减小内部框架的震动；同时，在X向反力外引模块的线圈与外部框架之间设置有弹簧阻尼结构与导向结构，用于抵消X向反力外引模块在出力方向传递到外部框架的震动，从而达到更好的抵消X向电机反力的效果。

Description

反力外引装置及其方法

技术领域

本发明涉及反力抵消技术，具体涉及一种反力外引装置及其方法。

背景技术

光刻设备是一种将掩模图形应用到目标硅片上的机器。现有技术中的光刻装置，主要用于集成电路、液晶面板或其它微型器件的制造。通过光刻装置，具有不同掩模图案的多层掩模在精确对准下依次成像在涂覆有光刻胶的硅片上，例如半导体硅片或阵列基板。光刻装置大体上分为两类，一类是步进光刻装置，通过将全部掩模图案一次曝光成像在硅片的一个曝光区域；另一类是扫描光刻装置，通过在扫描方向投影光场的正向或者反向扫描移动将所述的掩模成像于硅片上。

在光刻装置中，工件台和掩模台在以纳米级精度进行步进和扫描运动。产率的提高，要求电机驱动力更大，同时框架内部的振动越小。电机驱动反力作用在框架内部会产生极大的振动。一般电机驱动反力有三种处理办法：第一种为平衡质量法；第二种为反力外引法；第三种为主动减振前馈法。

平衡质量法是基于动量守恒原理，电机驱动反力用于平衡质量的反向运动的驱动力，理论上，平衡质量法基本能消除传递到框架的扰动，但是存在：质量大、体积大的问题；主动减振前馈方法，采用主动减振补偿X向电机的驱动反力。但是，工件台传递到主动减振器加速度信号存在较大的延时和噪声，导致内部框架残余振动较大。

反力外引法，用于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的振动。请参考图1，其为现有技术中反力外引装置的结构示意图，如图1所示，现有技术中反力外引装置主要包括：呈H型驱动结构的工件台10、固定于所述工件台10上的Y向电机11、随着Y向电机11的模块移动的X向电机12、以及设置于Y向电机11与外部框架13之间的反力外引模块14，用于解决Y向电机11的反力。

在现有技术中，X向电机的反力一般通过主动减震器解决，但是，由于工作台到主动减震器存在较大的延迟，以及主动减震器执行器响应带宽较小，导致内部框架存在较大的残余震动。如图2所示，其为主动减震器补偿X向电机反力的残余震动的示意图，从图2可以看出，采用主动减震器抵消X向电机的反力还会存在较大的残余震动。

发明内容

本发明的目的在于提供一种反力外引装置及其方法，在解决Y向电机反力的同时，解决X向电极反力。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种反力外引装置：内部框架、外部框架、位于所述内部框架的工件台、X向电机与Y向电机，位于所述Y向电机与外部框架之间的Y向反力外引模块、以及位于所述内部框架与外部框架之间的X向反力外引模块。

可选的，所述X向反力外引模块为X向反力外引直线电机。

可选的，所述X向反力外引模块的数量为2个。

可选的，所述X向反力外引模块分布于所述X向电极的两侧。

可选的，所述X向反力外引模块与所述X向电机驱动力方向平行，所述X向反力外引模块与所述X向电机等高。

可选的，所述X向反力外引模块包括磁铁与线圈，所述磁铁安装于所述内部框架上，所述线圈安装于所述外部框架上。

可选的，所述X向反力外引模块包括磁铁与线圈，所述磁铁安装于所述内部框架上，所述线圈通过弹簧阻尼结构以及导向结构与所述外部框架相连接；所述弹簧阻尼结构为橡胶块，所述导向结构为导轨或柔性块。

可选的，还包括控制器，用于产生X向反力外引模块抵消X向电机反力的控制力。

可选的，所述2个X向反力外引模块产生的控制力满足：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{Fx}1=\mathrm{Fx}\frac{L2-Y1}{L2+L1}\\ \mathrm{Fx}2=\mathrm{Fx}\frac{L1+Y1}{L2+L1}\end{array}\right.$

其中，L1、L2表示：当X向与Y向处于零位时，两个X向反力外引模块与X向电机的距离；Y1表示：工件台Y向在Y1的位置；Fx表示：X向电机在X方向产生的反力。

相应的，本发明还提供一种反力外引方法，使用上述的反力外引装置，所述的反力外引方法包括：

获取工件台Y向的位置以及X向电机的反力；

计算2个X向反力外引模块需要的控制力理论值；

将所述控制力理论值进行滤波，输出所述控制力的设定值；

将所述设定值输入控制器，使得所述X向反力外引模块输出所需的控制力。

可选的，所述滤波包括低通滤波与凹陷滤波。

与现有技术相比，本发明所提供的反力外引装置及其方法的有益效果是：

1、本发明在内部框架与外部框架之间设置有X向反力外引模块，可以抵消X向电机传递到内部框架的反力，从而减小内部框架的震动；

2、本发明在X向反力外引模块的线圈与外部框架之间设置有弹簧阻尼结构与导向结构，用于抵消X向反力外引模块在出力方向传递到外部框架的震动，从而达到更好的抵消X向电机反力的效果。

附图说明

图1为现有技术中反力外引装置的结构示意图。

图2为现有技术中主动减震器补偿X向电机反力的残余震动示意图。

图3为本发明实施例一所提供的反力外引装置的结构示意图。

图4为本发明实施例一所提供的反力外引装置出力平衡的原理示意图。

图5为本发明实施例一所提供的反力外引装置与传统的反力外引装置的效果对比图。

图6为本发明实施例二所提供的反力外引装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在详述本发明实施例时，为了便于说明，示意图不依一般比例局部放大，不应以此作为对本发明的限定。

本发明的反力外引装置及其方法可广泛应用于多种领域，尤其适用于光刻装置，下面通过较佳的实施例来加以说明，当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的普通技术人员所熟知的一般的替换无疑涵盖在本发明的保护范围内。

【实施例一】

请参考图3，其为本发明实施例一所提供的反力外引装置的结构示意图。如图3所示，所述反力外引装置包括：内部框架30、外部框架31、位于所述内部框架30的工件台32、X向电机33、Y向电机34、位于所述Y向电机34与外部框架31之间的Y向反力外引模块35、以及位于所述内部框架30与外部框架31之间的X向反力外引模块36。其中，所述工件台32采用H型驱动结构，所述Y向电机34包括Y向电机定子341与Y向电机动子342，所述X向电机33的两端与所述Y向电机动子342相连接，随所述Y向电机动子342在Y向移动。

本实施例中，所述X向反力外引模块36为X向反力外引直线电机，其数量为2个，分布于所述X向电机33的两侧。所述X向反力外引模块36与所述X向电机33驱动力的方向平行，且所述X向反力外引模块36与所述X向电机33等高，以便于所述X向反力外引模块36抵消X向电机33的反力。

所述X向反力外引模块36包括磁铁361与线圈362，所述磁铁361安装于所述内部框架30上，所述线圈362安装于所述外部框架31上。

所述反力外引装置还包括控制器，用于产生X向反力外引模块36抵消X向电机33反力的控制力。所述X向电机33的反力作用在内部框架上，通过2个X向反力外引模块36的控制力抵消X向电机33的反力。

所述2个X向反力外引模块36产生的控制力需要满足以下公式：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{Fx}1=\mathrm{Fx}\frac{L2-Y1}{L2+L1}\\ \mathrm{Fx}2=\mathrm{Fx}\frac{L1+Y1}{L2+L1}\end{array}\right.---\left(1\right)$

请参考图4，其为反力外引装置出力平衡的原理示意图，如图4所示，当X向与Y向都处于零位时，所述2个X向反力外引模块36到所述X向电机33的距离分别为L1与L2，当工件台32的Y向在Y1位置时，所述X向电机33作用在内部框架30上的反力为Fx，根据出力平衡原理，所述2个X向反力外引模块36产生的向右的控制力Fx1与Fx2与所述X向电机33的向左的反力Fx应该处于平衡状态，即满足Fx1(L2+L1)＝Fx(L2-Y1)(2)Fx2(L2+L1)＝Fx(L1+Y1)(3)

根据(2)和(3)即可得出公式(1)。

相应的，本发明还提供一种反力外引方法，采用上述的反力外引装置，所述方法包括以下步骤：

步骤S01：获取工件台32在Y向的位置Y1以及X向电机33的反力Fx；

步骤S02：计算2个X向反力外引模块36需要的控制力理论值；即按公式(1)计算2个X向反力外引模块36的控制力理论值Fx1与Fx2；

步骤S03：将所述控制力理论值进行滤波，输出所述控制力的设定值；将所述控制力理论值Fx1与Fx2依次进行低通滤波与凹陷(Notch)滤波，以减小控制力中的高频成分，减小对内部框架30的高频冲击，由此得到所述控制力的设定值；

步骤S04：将所述设定值控制器，使得所述X向反力外引模块36输出所需的控制力；将上述步骤中得到的所述控制力的设定值输入控制器，然后所述2个X向反力外引模块36输出所需的控制力，抵消X向电机33产生的反力。

请参考图5，其为本发明实施例一所提供的反力外引装置与传统的反力外引装置的效果对比图，如图5所示，本发明所提供的反力外引装置可以在极大程度上抵消X向电机33的反力对内部框架30的震动。

【实施例二】

在实施例一的基础上，所述X向反力外引模块的线圈通过弹簧阻尼结构以及导向结构与所述外部框架相连接。

请参照图6，其为本发明实施例二所提供的反力外引装置的结构示意图，如图6所示，所述反力外引装置包括：内部框架60、外部框架61、位于所述内部框架60的工件台62、X向电机63、Y向电极64、位于所述Y向电机64与外部框架61之间的Y向反力外引模块65、以及位于所述内部框架60与外部框架61之间的X向反力外引模块66。

所述X向反力外引模块66包括磁铁661与线圈662，所述磁铁661安装于所述内部框架60上，所述线圈662通过弹簧阻尼结构67以及导向结构68与所述外部框架61相连接。本实施例中，所述弹簧阻尼结构37为橡胶块，用于隔离所述X向反力外引模块66在出力方向上传递到外部框架61的震动；所述导向结构68为导轨或柔性块，用于实现所述X向反力外引模块66在出力方向相对于外部框架61能自由运动。其余的装置都与实施例一所述相同，在此不做赘述。

实施例二中，在所述反力外引装置中设置弹簧阻尼结构与导向结构，X向反力外引模块传递到外部框架的高频扰动力可以极大的衰减，从而减小了外部框架的震动，但是在实施例一中，虽然不能减小高频扰动力，但是其装置与实施例二相比要简单，因此在实际应用中可以根据侧重点的不同来选择不同实施例中的装置。

综上所述，本发明在内部框架与外部框架之间设置有X向反力外引模块，可以抵消X向电机传递到内部框架的反力，从而减小内部框架的震动；本发明在X向反力外引模块的线圈与外部框架之间设置有弹簧阻尼结构与导向结构，用于抵消X向反力外引模块在出力方向传递到外部框架的震动，从而达到更好的抵消X向电机反力的效果。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (12)

1.一种反力外引装置，其特征在于，包括：内部框架、外部框架、位于所述内部框架的工件台、X向电机与Y向电机、位于所述Y向电机与外部框架之间的Y向反力外引模块、以及位于所述内部框架与外部框架之间的X向反力外引模块。

2.如权利要求1所述的反力外引装置，其特征在于，所述X向反力外引模块为X向反力外引直线电机。

3.如权利要求2所述的反力外引装置，其特征在于，所述X向反力外引模块的数量为2个。

4.如权利要求3所述的反力外引装置，其特征在于，所述X向反力外引模块分布于所述X向电极的两侧。

5.如权利要求4所述的反力外引装置，其特征在于，所述X向反力外引模块与所述X向电机驱动力方向平行，所述X向反力外引模块与所述X向电机等高。

6.如权利要求2所述的反力外引装置，其特征在于，所述X向反力外引模块包括磁铁与线圈，所述磁铁安装于所述内部框架上，所述线圈安装于所述外部框架上。

7.如权利要求2所述的反力外引装置，其特征在于，所述X向反力外引模块包括磁铁与线圈，所述磁铁安装于所述内部框架上，所述线圈通过弹簧阻尼结构以及导向结构与所述外部框架相连接。

8.如权利要求7所述的反力外引装置，其特征在于，所述弹簧阻尼结构为橡胶块，所述导向结构为导轨或柔性块。

9.如权利要求1所述的反力外引装置，其特征在于，还包括：控制器，用于产生X向反力外引模块抵消X向电机反力的控制力。

10.如权利要求9所述的反力外引装置，其特征在于，所述2个X向反力外引模块产生的控制力满足：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{Fx}1=\mathrm{Fx}\frac{L2-Y1}{L2+L1}\\ \mathrm{Fx}2=\mathrm{Fx}\frac{L1+Y1}{L2+L1}\end{array}\right..$

其中，L1、L2表示：当X向与Y向处于零位时，两个X向反力外引模块与X向电机的距离；Y1表示：工件台Y向在Y1的位置；Fx表示：X向电机在X方向产生的反力。

11.一种反力外引方法，其特征在于，采用如权利要求1～10任意一项所述的反力外引装置，所述反力外引方法包括：

获取工件台Y向的位置以及X向电机的反力；

计算2个X向反力外引模块需要的控制力理论值；

将所述控制力理论值进行滤波，输出所述控制力的设定值；

将所述设定值输入控制器，使得所述X向反力外引模块输出所需的控制力。

12.如权利要求11所述的反力外引方法，其特征在于，所述滤波包括低通滤波与凹陷滤波。