CN1721993A - 采用压电致动器移动物体的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种压电致动器系统。压电致动器系统包括大量可以伸长和切变的压电致动器。利用伸长和切变，压电致动器分别响应于第一和第二控制信号而抓紧和移动物体。物体可能的位移受压电致动器的最大切变的限制。为了增大可能的位移，可以控制压电致动器进行线性切变顺序或搬移顺序。在线性切变顺序过程中，移动物体；在搬移顺序过程中，物体基本上静止，而压电致动器相对于物体复位，之后进一步利用线性切变顺序移动物体。压电致动器系统可适合于执行缓慢搬移顺序，该缓慢搬移顺序是相对缓慢地执行搬移顺序，在该顺序过程中可以同时执行线性切变顺序，防止在移动过程中的任何停机时间。

Description

采用压电致动器移动物体的系统和方法

技术领域

本发明涉及一种利用压电致动器移动物体的系统和方法，更特别地，涉及一种用于移动与光刻装置相关联的物体的系统。

背景技术

光刻装置是一种将所需图案作用于基底的目标部分上的装置。光刻装置可以用于例如集成电路(IC)的制造。在这种情况下，构图部件，如掩模，可用于产生对应于IC一个单独层的电路图案，该图案可以成像在具有辐射敏感材料(抗蚀剂)层的基底(例如硅晶片)的目标部分(例如包括部分，一个或者几个管芯)上。

一般地，单个基底将包含依次曝光的相邻目标部分的网格。已知的光刻装置包括所谓的步进器，其中通过将全部图案一次曝光在目标部分上而辐射每一目标部分，还包括所谓的扫描器，其中通过投射光束沿给定方向(“扫描”方向)扫描图案、并同时沿与该方向平行或者反平行的方向同步扫描基底来辐射每一目标部分。

在光刻装置中，利用压电致动器移动物体的系统可以用来移动多个物体，如用于控制曝光激光束的位置和角度的透镜元件或反射镜。“压电”材料是已知的材料，这种材料响应于电压或电荷而变形。存在不同类型的压电材料。例如，响应于外加控制信号，一种类型的压电材料长度改变而其他类型的材料发生切变(shear)。在下文，长度增加或减少的压电材料将称作“伸长压电(材料)”，而发生切变的压电材料称作“切变压电(材料)”。

如果不存在外负载，那么长度变化或切变距离相对于外加控制信号提供的电荷基本上呈线性的。附着于压电致动器或与其相连的物体，即外负载，随压电材料而移动。压电材料的伸长或切变是受限制的。因此，当使用压电致动器的线性模式时，物体可能仅移动通过相对较小的距离。

为了增大移动物体的范围，已知的是将上述压电类型组合，以便产生既能够伸长又能够发生切变的压电致动器。由于大量的这些压电致动器以及适当顺序的伸长和切变，物体可沿一定方向移动通过更大的距离。

例如，利用大量适合于伸长和切变的压电致动器，使物体接合成为可能。那么，在该顺序的第一步骤中，第一致动器通过远离物体收缩而释放物体，在第二步骤中，第一致动器向左切变，而仍然与物体接合的第二致动器携物体与之一起向右切变。在第三步骤中，第一致动器通过膨胀再次与物体接合，同时保持在其切变状态中。

第二致动器通过收缩而释放其与物体的接合，同时保持在其切变状态中。接着，在第四步骤中，第一致动器携物体与之一起向右切变，返回到其初始状态。第二致动器也切变回到其初始状态。在第五步骤中，第二致动器通过膨胀再次与物体接合。在第五步骤之后，两个致动器都回到其初始放松状态。但是物体已经向右移动了两次，因此已经移动了单个压电致动器预定义的，可能是最大的切变距离的两倍。上述顺序可以重复任意次数，直到物体到达目标位置。在下文中，该顺序称作步进顺序或步进模式。

步进模式的缺点在于，即使对于很小的移动，压电致动器都需要收缩和膨胀。压电致动器的寿命取决于收缩或切变的次数。因此，压电致动器的寿命通过对于很小的移动的收缩和膨胀而减小，而只有切变可满足。但是，如上所述，在线性模式下移动物体的范围非常小。

发明内容

如这里具体化和广义描述的，本发明的原理是提供一种用于移动物体的压电致动器系统。在一个实施方式中，压电致动器系统配置为执行至少两次顺序：线性切变顺序和搬移(shuffle)顺序。该线性切变顺序包括利用至少一个压电致动器与物体接合，并通过使所述至少一个压电致动器发生切变来移动物体。该搬移顺序包括释放第一压电致动器与物体的接合，改变所述第一压电致动器的切变状态，并利用所述第一致动器再次与物体接合。

在一个实施方式中，压电致动器系统包括主要利用压电致动器的线性模式移动物体。压电致动器与物体接合并发生切变。因此该物体可以移动通过与该压电致动器的最大切变距离相对应的最大距离。对于在压电致动器的切变范围内移动物体，压电致动器不收缩和膨胀。因为移动物体通过该压电致动器切变范围内的一个距离而不发生收缩和膨胀，即伸长，因此基本上增大了压电致动器的寿命。

但是，物体可能需要移动通过在致动器切变范围之外的一个距离。因此，压电致动器系统可以使线性切变顺序和搬移顺序交替。当压电致动器已经达到其最大，或者任何其他预定的切变时，那么执行搬移顺序。在搬移顺序过程中，物体基本上不移动，但是将压电致动器带入一状态中，在该状态中它们可以沿物体应该移动的方向再次移动。

压电致动器可以通过只提升物体而与物体接合。由于压电致动器和物体之间的摩擦，当压电致动器发生切变时物体随压电致动器一起移动。物体通过压电致动器的接合应该广义地解释为压电致动器与物体相互作用，从而当压电致动器发生切变时，物体随该压电致动器一起移动。

要注意，本发明可以采用任何压电致动器系统，其中压电致动器对物体施加沿第一方向和第二方向的力，施加第一方向的力用于使物体沿第一方向移动，第二方向优选基本上垂直于第一方向，施加该方向的力用于与所述物体接合。例如，在一个实施方式中，压电致动器由彼此相对设置的两个压电子致动器形成，通过在两个压电子致动器之间夹紧物体来与该物体接合。子致动器与物体接合在一起，并使物体沿所需方向移动。压电致动器的这一实施方式确保致动器与物体的良好接合。

在另一个实施方式中，物体可由压电致动器接合，同时它们处于放松状态。在该实施方式中，可以通过弹簧使压电致动器推压物体。为了释放一个压电致动器的接合，所述致动器收缩，同时另一个致动器膨胀。

上面提到的搬移顺序可用于增大移动物体的系统的范围。在线性切变顺序的过程中执行物体的移动。当通过线性切变达到最大或预定位移距离时，搬移顺序将压电致动器带进其可沿所需移动方向再次发生切变的状态。在搬移顺序过程中，当压电致动器沿着与所需移动方向相反的方向发生切变时，物体停留在其位置。在搬移顺序之后，线性切变顺序可以进一步沿所需移动方向移动物体。因此，使线性切变顺序和搬移顺序交替，可以移动物体通过任意距离。

搬移顺序从释放第一压电致动器的接合开始。第二压电致动器可以保持与物体接合。由于第二压电致动器保持接合，因此物体保持在原地。第一压电致动器收缩，远离物体移动，因此释放其接合。实质上，在释放其接合之后，压电致动器可以发生切变而不移动物体。

在释放其接合之后，压电致动器从其预定最大切变向后发生切变，到达下述状态，其中该压电致动器是放松的，或者在下一个线性切变顺序过程中沿着增加其最大切变距离的相反方向发生切变超过其放松状态。然后其膨胀并再次与物体接合。一旦第一压电致动器再次与物体接合，第二压电致动器就执行与第一顺序相同的顺序：第二压电致动器释放其接合，切变回到其放松状态，或者沿着相反的方向超过其放松状态，并再次与物体接合。当第二压电致动器执行搬移顺序时，第一压电致动器保持与物体接合。因此，两个压电致动器具有已形成的不移动物体的附加切变范围。

注意，上面已经参考具有适合于伸长和切变的两个压电致动器的系统描述了所述顺序。实际上，系统可以具有任意数量的压电致动器。如果存在多于两个压电致动器，那么一个接一个地为每个压电致动器执行上述搬移顺序，或者所有压电致动器可以组成许多组，例如两个组，一个组接一个组地执行上述顺序。

此外，在上述系统中，物体完全由压电致动器支撑，该压电致动器需要在两个阶段中执行搬移顺序。在每个阶段中，一个或多个压电致动器保持其接合，并因此支撑物体，而一个或多个其他压电致动器向后切变。但是，在一个具体实施方式中，可能提供支撑物体的大量支架，而所有压电致动器在同一时间向后切变。当压电致动器再次与物体接合时，将物体从支架提升，并且通过压电致动器再次完全支撑该物体。在另一个实施方式中，物体在移动过程中甚至不通过致动器来支撑，而是通过任何其他种类的支撑装置，因此物体由致动器接合和移动，同时由其他支撑装置来支撑。

控制系统可以配置为位置控制系统。位置控制器，如PID-控制器可以根据表示所需移动的输入信号而产生控制器力信号。控制器力信号馈送到致动器输入。致动器对应于控制器力信号而移动物体。传感器系统同时确定物体的实际位置。从设定目标位置减去该实际位置。将最后得到的所需移动用作控制器输入信号。

为了执行搬移顺序并且使线性切变顺序和搬移顺序交替，控制系统可以配有搬移控制器。搬移控制器接收控制器力信号。搬移控制器将控制器力信号转变为对应的第一和第二致动器控制信号。

此外，搬移控制器检测致动器达到或接近其最大或预定切变的时间。当检测到最大切变时，搬移控制器通过向位置控制器提供搬移事件信号来开启位置控制器开环，从而断开控制器力信号。然后搬移控制器根据搬移顺序输出第一和第二致动器控制信号序列。在完成该搬移顺序之后，再次接通控制器力信号，系统继续执行线性切变顺序。

搬移控制器可以包括用于确定搬移顺序执行的时间的搬移判定器，和用于产生第一和第二致动器控制信号以及搬移事件信号的分布发生器(profilegenerator)。例如，在线性切变顺序过程中，搬移判定器可以为每个致动器估计第二致动器控制信号。第二致动器控制信号是致动器总切变的度量(measure)。当该信号超过预定极限时，搬移判定器命令执行(instruct)搬移顺序。

此外，分布发生器可以具有多个系统参数，并存储任何既定程序的顺序，或大量既定程序的顺序。根据参数和既定程序的顺序步骤，分布发生器可产生第一和第二致动器控制信号以及搬移事件信号。

如上所述的搬移顺序尽可能快地执行，因为在搬移顺序过程中物体基本上不移动，导致停机时间。在本发明的另一个实施方式中，系统进一步适合于执行缓慢搬移顺序，其中搬移顺序相对较慢地执行，在该过程中，同时执行线性切变顺序，从而防止在致动过程中的任何停机时间。

在搬移顺序过程中，因为位置控制器必须开启闭环，即脱离致动器，因此物体基本上不移动。需要这种断开来确保稳定的控制系统，因为从线性切变顺序变为搬移顺序将导致第二控制信号中的跳跃，并且因为在该搬移顺序过程中产生大的干扰力。在缓慢搬移顺序过程中，位置控制器不需要开启开环，而是保持闭环。这样，位置控制器保持控制压电致动器来移动物体，同时还控制压电致动器搬移。在该缓慢搬移顺序过程中可以继续这种致动，因为至少大量的压电致动器在缓慢搬移控制过程中与物体接合，并且产生的干扰力比搬移顺序过程中产生的力更小。

为了确保从线性切变顺序到缓慢搬移顺序的平滑过渡，控制系统可以包括一积分器，控制器力信号输入到该积分器中。当开始缓慢搬移顺序时，该积分器响应于搬移起始控制信号而复位，积分器的输出加入到第二控制信号中。由于将积分器置于控制器力信号和第二控制信号之间，因此位置控制系统应该适合于该额外的积分器。

当开始缓慢搬移顺序时，搬移起始控制信号供给积分器。响应于该搬移起始控制信号，积分器将器输出复位为零。在缓慢搬移顺序过程中，第二控制信号是控制器力信号和搬移控制信号之和。在缓慢搬移顺序开始时，将第二控制信号的值复制到第二搬移控制信号。然后，积分器如上所述复位，将其输出设置为零。这样，当开始缓慢搬移顺序时，第二搬移控制信号和积分器输出之和的第二控制信号保持基本上相等，提供向缓慢搬移顺序的平滑过渡。

在缓慢搬移顺序的过程中，第二搬移控制信号可逐渐减小到零，积分器输出增大。如果第二搬移控制信号减小到零，那么缓慢搬移顺序结束，积分器输出形成第二控制信号，提供从缓慢搬移顺序到线性切变顺序的平滑过渡。当第二搬移控制信号在搬移顺序的结尾保持基本上不变(不等于零)时，还提供从搬移到切变的平滑过渡。

根据本发明的另一个实施方式，提供一种光刻装置，该装置包括用于提供辐射投射光束的照射系统，用于支撑构图部件的支撑结构，该构图部件用于赋予投射光束带图案的横截面，用于保持基底的基底台，用于将带图案的光束投射到基底目标部分上的投影系统，以及用于移动透镜元件或反射镜的压电致动器系统。

根据本发明的另一个方面，提供一种利用大量压电致动器移动物体的方法，该压电致动器适合于响应第一控制信号而伸长，并且响应第二控制信号而发生切变，该方法包括线性切变顺序和搬移顺序。线性切变顺序包括利用至少一个压电致动器与物体接合，通过使所述至少一个压电致动器发生切变而移动物体。搬移顺序包括释放第一压电致动器与物体的接合，改变所述第一压电致动器的切变状态，利用所述第一致动器再次与物体接合。

根据本发明的另一个方面，提供一种器件制造方法，该方法包括提供一基底，利用照射系统提供辐射的投射光束，利用构图部件赋予投射光束带图案的横截面，将带图案的辐射束投射到基底的目标部分上，以及利用根据本发明的方法移动透镜元件或反射镜。

在本申请中，本发明的光刻装置具体用于制造IC，但是应该理解这里描述的光刻装置可能具有其它应用，例如，它可用于制造集成光学系统、用于磁畴存储器的引导和检测图案、液晶显示器(LCD)、薄膜磁头等等。本领域的技术人员将理解，在这种可替换的用途范围中，这里任何术语“晶片”或者“管芯(die)”的使用可以认为分别与更普通的术语“基底”或者“目标部分”同义。在曝光之前或之后，可以利用例如轨道(一种通常将抗蚀剂层涂敷于基底并将已曝光的抗蚀剂显影的工具)或者计量工具或检验工具对这里提到的基底进行处理。

在可应用的地方，这里公开的内容可应用于这种和其他基底处理工具。此外，基底可以处理多于一次，例如为了形成多层IC，因此这里所用的术语基底还指的是已经包含多个已处理层的基底。

这里使用的术语“辐射”和“光束”包含所有类型的电磁辐射，包括紫外(UV)辐射(例如具有365，248，193，157或者126nm的波长)和远紫外(EUV)辐射(例如具有5-20nm的波长范围)，以及粒子束，如离子束或者电子束。

这里使用的术语“构图部件”应广义地解释为能够给投射光束赋予带图案的截面的装置，以便在基底的目标部分上形成图案。应该注意，赋予投射光束的图案可以不与在基底的目标部分上的所需图案完全一致。一般地，赋予投射光束的图案与在目标部分中形成的器件如集成电路的特殊功能层相对应。

构图部件可以是透射的或是反射的。构图部件的示例包括掩模和可编程反射镜阵列和可编程LCD板。掩模在光刻中是公知的，它包括如二进制型、交替相移型、和衰减相移型的掩模类型，以及各种混合掩模类型。可编程反射镜阵列的一个例子是利用微小反射镜的矩阵排列，每个反射镜能够独立地倾斜，从而沿不同方向反射入射的辐射光束；按照这种方式，对反射光束进行构图。在构图部件的每个实施例中，支撑结构可以是一个框架或工作台，例如，所述结构根据需要可以是固定的或者是可移动的，并且可以确保构图部件位于例如相对于投影系统的所需位置处。这里的任何术语“中间掩模版”或者“掩模”的使用可认为与更普通的术语“构图部件”同义。

这里使用的术语“投影系统”应广义地解释为包含各种类型的投影系统，包括折射光学系统，反射光学系统，和反折射光学系统，如适合于所用的曝光辐射，或者适合于其他方面，如使用浸液或使用真空。这里任何术语“镜头”的使用可以认为与更普通的术语“投影系统”同义。

照射系统还可以包括各种类型的光学部件，包括用于引导、整形或者控制辐射投射光束的折射，反射和反折射光学部件，这些部件在下文还可共同地或者单独地称作“镜头”。

光刻装置可以具有两个(二级)或者多个基底台(和/或两个或多个掩模台)。在这种“多级式”器件中，可以并行使用这些附加台，或者可以在一个或者多个台上进行准备步骤，而一个或者多个其它台用于曝光。

光刻装置也可以是这样一种类型，其中基底浸入具有相对较高折射率的液体中，如水，以填充投影系统的最后一个元件与基底之间的空间。浸液液可以应用于光刻装置的其他空间中，例如在掩模和投影系统的第一个元件之间。油浸法在本领域是公知的，用于增大投影系统的数值孔径。

附图说明

现在仅通过举例的方式，参照附图描述本发明的各个实施方案，在图中相应的参考标记表示相应的部件，其中：

图1表示根据本发明一个实施方式的光刻装置；

图2a和2b分别示意性地示出能够伸长和能够发生切变的压电致动器；

图2c示意性示出能够伸长和发生切变的压电致动器；

图2d和2e示意性地示出依照本发明一个实施方式的压电致动器系统的实施方式；

图3示出现有技术中利用压电致动器移动物体的顺序；

图4a示出根据本发明的线性切变顺序；

图4b示出根据本发明的搬移顺序；

图5a示出现有技术的位置控制电路；

图5b示出依照本发明一实施方式的用于控制压电致动器的位置控制电路；

图6a示出依照本发明一个实施方式用于执行搬移顺序的搬移控制器，即搬移控制电路；

图6b示出依照本发明一个实施方式用于执行搬移和缓慢搬移顺序的搬移控制器。

具体实施方式

光刻投影装置

图1示意性地表示了根据本发明一具体实施方式的光刻投影装置。该装置包括：

辐射系统Ex，IL：用于提供辐射投射光束PB(例如UV辐射，如通过受激准分子激光器产生的，在248nm，193nm或157nm处工作，或者通过激光激发等离子体源(laser-fired plasma source)产生的，在13.6nm工作)。在这种具体的情况下，辐射系统还包括辐射源LA；

第一目标台(掩模台)MT：设有用于保持掩模MA(例如中间掩模版)的掩模保持器，并与用于将该掩模相对于物体PL精确定位的第一定位机构PM连接；

第二目标台(基底台)WT：设有用于保持基底W(例如涂敷抗蚀剂的硅晶片)的基底保持器，并与用于将基底相对于物体PL精确定位的第二定位机构PW连接；

投影系统(“镜头”)PL：(例如石英和/或CaF₂透镜系统或者包括由这些材料制成的透镜元件的反折射系统，或反射镜系统)用于将掩模MA的辐射部分成像在基底W的目标部分C(例如包括一个或多个管芯)上。

如这里指出的，该装置属于透射型(即具有透射掩模)。可是，一般来说，它还可以是例如反射型(例如具有反射掩模)。另外，该装置可以采用其他种类的构图机构，如上述涉及的可编程反射镜阵列型。

辐射源LA(例如UV受激准分子激光器，激光激发等离子体源，放电源，或者在储存环或同步加速器中电子束路径周围提供的波动器或同步加速器)产生辐射光束。该光束直接或在横穿过如扩束器Ex等调节装置后，馈送到照射系统(照射器)IL上。照射器IL包括调节装置AM，用于设定光束强度分布的外和/或内径向范围(通常分别称为σ-外和σ-内)。另外，它一般包括各种其它部件，如积分器IN和聚光器CO。按照这种方式，照射到掩模MA上的光束PB在其横截面具有所需的均匀度和强度分布。

应该注意，参考图1，辐射源LA可以置于光刻投影装置的壳体中(例如当辐射源LA是汞灯时经常是这种情况)，但也可以远离光刻投影装置，其产生的辐射光束被(例如通过合适的定向反射镜的帮助)引导至该装置中；当光源LA是受激准分子激光器时通常是后面的那种情况。本发明和权利要求包含这两种方案。

光束PB然后与保持在掩模台MT上的掩模MA相交。横向穿过掩模MA后，光束PB通过镜头PL，该镜头将光束PB聚焦在基底W的目标部分C上。在第二定位装置PW(和干涉测量装置IF)的辅助下，基底台WT可以精确地移动，例如在光束PB的光路中定位不同的目标部分C。类似地，例如在从掩模库中机械取出掩模MA后或在扫描期间，可以使用第一定位装置PM将掩模MA相对光束PB的光路进行精确定位。

一般地，用图1中未明确显示的长行程模块(粗略定位)和短行程模块(精确定位)，可以实现目标台MT、WT的移动。可是，在晶片步进器中(与步进一扫描装置相对)，掩模台MT可与短行程致动装置连接，或者固定。掩膜MA与基底W可以使用掩膜对准标记M1、M2和基底对准标记P1、P2进行对准。

所示的装置可以按照两种不同的模式使用：

步进模式：掩模台MT基本保持不动，整个掩模图像被一次投射(即单“闪”)到目标部分C上。然后基底台WT沿x和/或y方向移动，以使不同的目标部分C能够由光束PB照射；以及

扫描模式：基本为相同的情况，但是给定的目标部分C没有暴露在单“闪”中。取而代之的是，掩模台MT沿给定的方向(所谓的“扫描方向”，例如y方向)以速度v移动，以使投射光束PB在掩模图像上扫描；同时，基底台WT沿相同或者相反的方向以速度V＝Mv同时移动，其中M是镜头PL的放大率(通常M＝1/4或1/5)。在这种方式中，可以曝光相当大的目标部分C，而没有牺牲分辨率。

实施方式1

图2示出用作致动器的可能类型的压电材料。图2a(I)示出设置在基层材料8上的一块伸长压电材料2。可以将控制信号即电压供给该伸长压电材料2。响应于控制信号(II)，该块压电材料2膨胀(或收缩)，当除去该控制信号时，该材料(分别)收缩(或膨胀)。

图2b(I)示出设置在基层材料8上的一块切变压电材料4。当控制信号即电压供给该压电材料4(II)时，压电材料4向左或向右发生切变，并且当除去该控制信号时，返回到其初始位置。

附着于压电材料2，4的物体10随压电材料2，4的伸长或切变而移动。最大位移受压电材料2，4的最大膨胀或切变的限制。通常，这仅仅是非常小的位移，并且对致动器来说是不够的。

如图2c(I)所示的压电致动器6包括一块伸长压电材料2和切变压电材料4。压电致动器置于基层材料8上。电压可以分别施加于两块压电材料2，4上。这样，如图2c(II)和(III)所示，致动器6可以响应于第一控制信号而伸长，响应于第二控制信号而发生切变，并且响应于第一和第二控制信号而同时伸长和发生切变。

第二实施方式

图2d(I)示出压电致动器的一个实施方式，该压电致动器包括4个如图2c中所示的压电致动器。物体10通过所述四个压电致动器6来接合。压电致动器6置于基层材料8上。基层材料8利用弹簧9与参考系11连接。当没有控制信号供给压电致动器6时，即压电致动器6放松(I)，那么由于弹簧载荷使物体与压电致动器6接合。为了释放与物体10的接合，第一压电致动器6a膨胀，而第二压电致动器6b收缩，如图2d(II)所示。这样，第一压电致动器6a抓紧物体10，而第二压电致动器6b释放其接合。

第三实施方式

图2e(I)示出用于移动物体10的压电致动器系统的另一个实施方式。压电致动器系统包括两个伸长压电致动器2a和2b，以及半圆形摩擦元件7。摩擦元件7的平坦面7a放置为抵靠压电致动器2a和2b。摩擦元件7的凸面7b可以与物体10接合。如图2e(II)所示，通过使一个压电致动器2a膨胀，并且或许另一个压电致动器2b收缩，摩擦元件7旋转预定角度。当摩擦元件7放置为其凸面7b抵靠物体10时，物体10由于摩擦元件7和物体10之间的摩擦而移动。压电致动器2a和2b的收缩释放摩擦元件7与物体10的接合。

注意在图2e所示的实施方式中，当压电致动器2a和2b都收缩或膨胀时，压电致动器系统伸长。这样，压电致动器2a和2b都响应于第一控制信号而收缩或膨胀。响应于第二控制信号，一个压电致动器2a收缩(或膨胀)，另一个压电致动器2b(分别)膨胀(或收缩)，导致摩擦元件7的凸面7b发生切变。这样该压电致动器系统可以代替图2c所示的一个压电致动器6。

第四实施方式

图3示出现有技术的系统，该系统包括大量压电致动器6，在这种情况下，两个压电致动器使物体10移动通过比单个压电致动器6的最大伸长或切变更大的距离。在图3所示的系统中，压电致动器6包括两个子致动器6a，6b，这两个压电致动器彼此相对设置。致动器6通过使物体在两个子致动器6a和6b中夹紧而抓紧物体10(I)。

在第一步骤(II)中，为了移动物体10，致动器6之一通过远离物体10收缩而释放其与物体10的接合。然后，在第二步骤(III)中，仍然与物体10接合的致动器6沿所需移动方向发生切变，例如向右切变，而仍然收缩的另一个致动器6向相反的方向，例如向左发生切变。与物体10接合并沿移动方向发生切变的致动器6携带着物体10，因此物体10沿着所需的方向移动通过致动器6的预定切变距离。

在第三步骤(IV)中，远离物体10收缩的致动器6通过膨胀再次与物体10接合，同时所述致动器6保持其切变状态。一旦致动器6与物体10接合，那么已经沿移动方向达到其最大切变距离的另一个致动器6就通过收缩释放物体10。接着，在第四步骤(V)中，在这种情况下，两个致动器6都直接回到其初始位置。与物体10接合的致动器6再一次沿运动方向携带着物体10。因此物体10再一次沿移动方向移动通过致动器6的预定切变距离。在第五步骤(VI)中，收缩的致动器6再次膨胀并与物体10接合。

然后在移动顺序的第一步骤之前，两个致动器6都到达其初始状态，即相同的伸长和切变状态。但是物体10已经沿所需方向移动了两步。由于压电致动器6已经到达其初始位置，因此该顺序可重复任意次数，使物体10沿所需移动方向移动通过任意距离。但是，要注意，对于物体10的每个位移，即使对于小于致动器6最大切变距离的物体10的位移，致动器6必须伸长和发生切变。释放和再次接合产生干扰力，降低了定位精度，因此是该顺序的缺点。此外，由于致动器6的每次收缩或膨胀缩短了致动器6的寿命，因此图3中说明的顺序缩短了致动器6的寿命。

图4a(I)示出具有两个压电致动器6的系统，每个压电致动器6都包括两个子致动器6a和6b。但是图4a(II)示出，根据本发明一个实施方式，以不同于图3的系统的方式，致动器6移动物体10。通过与物体10接合的致动器6的线性切变来移动物体10。不使用收缩或膨胀来移动物体10。但是最大位移受关于图2a和2b所述的限制。

图4b示出搬移顺序，该顺序将致动器6带回到其初始状态，同时保持物体10在沿所需移动方向移动之后基本上不动。在第一步骤(I)中，致动器6之一释放其与物体10的接合，在下一步骤(II)中，其发生切变回到其初始切变状态。在第三步骤(III)中，致动器再次与物体10接合。第二致动器6重复上述三个步骤也返回到其初始状态(III，IV，V)。当两个致动器6都回到其初始状态时，可以再次执行图4a中所示的线性切变顺序。在搬移顺序过程中，物体10基本上不移动。

线性切变顺序和搬移顺序的交替能够使物体10移动通过任意距离。要注意，物体10当然可以类似地向左移动来代替如图3和4中所示的向右移动。

第五实施方式

图5a示出用于控制物体位置的基本现有技术的位置控制电路。设定点发生器系统20输出物体的所需位置。并且，在具体实施方式中，所述输出位置可以是表示从当前位置到所需目标位置的平滑轨迹的一系列连续的位置。

将设定点发生器系统20的输出输入到减法器22中。减法器22也设有实际位置信号34。实际位置信号34代表将通过位置控制系统移动的物体的实际位置。所需位置减去实际位置信号34，由减法器22输出位置误差信号24。

将位置误差信号24输入到位置控制器26中。位置控制器26在本领域是众所周知的系统。根据该位置误差信号24，位置控制器26确定位置控制器力信号28。将位置控制器力信号28输出到致动器系统30。致动器系统30施加与该位置控制器力信号28相对应的力，从而移动物体。例如，如果致动器系统30是关于图3，4a和4b所述的压电致动器系统，那么位置控制器力信号28可以代表在对应数量的导线上提供的一定量电压，每个电压通过致动器系统30控制所包括的每个压电致动器。但是，在该位置控制电路中可以使用任何其他的致动器，因此位置控制器力信号28可以具有任何适当的形式。

物体的实际位置由位置传感器系统32来确定。位置传感器系统32可以是适合于且能够确定物体的实际位置并且将该实际位置转变为输入到减法器22的实际位置信号34的任何系统。

本领域的普通技术人员容易理解图5a中所示的位置控制系统如何起作用。根据设定位置和实际位置信号34，产生位置误差信号24。位置控制器26将位置误差信号24转变为合适的位置控制器力28，该力控制致动器系统30移动物体。物体的实际位置由位置传感器系统32来确定，该系统将实际位置信号34供给减法器22，由此再产生位置误差信号24。当物体到达设定位置时，位置误差信号24变为零。然后由位置控制器26设定的位置控制器力28使物体10再也不移动。这样，物体移动到由设定点发生器系统20设定的位置。

如图5b所示的根据本发明的位置控制电路基本上类似于图5a的位置控制电路。但是，图5b的位置控制电路进一步包括搬移控制器36，致动器系统30是压电致动器系统。位置控制器力信号28输入到搬移控制器36，搬移控制器36的输出包括用于压电致动器系统30中包括的每个压电致动器的第一控制信号38和第二控制信号40。第一控制信号38控制压电致动器的伸长，第二控制信号40控制压电致动器的切变。这样，位置控制器力28转变为第二控制信号40。

根据本发明，压电致动器系统30利用线性切变顺序来移动物体。为此，与图5a的位置控制电路相比不需要任何附加的系统。但是，当压电致动器达到其最大切变时，需要执行根据本发明的搬移顺序。搬移控制器36确定压电致动器接近或达到其最大切变，以及开始搬移顺序的时间。

搬移控制器36可以用任何方法确定压电致动器的最大切变。例如，搬移控制器36可以累加致动器随时间的切变，并将其与预定极限比较，或者直接测量该切变。

当检测其最大切变时，搬移控制器36开启位置控制电路开环，即禁止位置控制器26，从而位置误差不受控制，并且位置控制器力信号28设定为零。搬移控制器36通过将搬移事件信号42供给位置控制器26而禁止位置控制器26。

当位置控制电路是开环时，根据本发明的搬移顺序，搬移控制器36输出第一和第二控制信号38，40。在搬移顺序之后，搬移控制器36将搬移事件信号42送到位置控制器26，该控制器在响应中再次检查位置误差信号24并输出对应的位置控制器力信号28。在具体实施方式中，位置控制器26可以在重新开始位置控制器力信号28的输出之前等待预定的时期，从而在搬移顺序之后能够稳定下来，在该过程中位置控制器26开启开环。在另一个实施方式中，位置控制器26在重新开始位置控制器力信号28的输出之前等待第三搬移事件信号42。

第六实施方式

在本发明的另一个实施方式中，搬移控制器36设置为执行缓慢搬移顺序。搬移控制器36不需要向位置控制器26发送搬移事件信号42，因为在缓慢搬移顺序过程中系统保持闭环。但是搬移控制器36进一步包括一装置，如积分器，用以确保从线性切变顺序到缓慢搬移顺序的过渡是平滑的。这将在下面关于图6b更加详细地解释。

图6b更加详细地示出了搬移控制器36。位置控制器力信号28输入到搬移控制器36中。根据力-信号到致动器-电压因数45，通过变换器44将位置控制器力信号28转变为致动器电压46。但是，变换器44不是搬移控制器36必不可少的元件，因为位置控制器力信号28已经是致动器电压46。致动器电压46送到两个加法器48a和48b，加法器48a，48b的输出作为第二控制信号40输出。

在图6a的实施方式中，第二控制信号40由搬移判定器50来检测。搬移判定器50检查第二控制信号40，因为第二控制信号40代表压电致动器的实际切变状态。当第二控制信号40超过预定切变极限52，即压电致动器接近或已经达到其最大或预定切变时，搬移判定器50输出搬移起始信号54。

搬移起始信号54送到分布发生器56。分布发生器56输出第一和第二搬移控制信号58和60。第一搬移控制信号58作为第一控制信号38输出，第二搬移控制信号60加到致动器电压46，然后作为第二控制信号40输出。第一和第二搬移控制信号58和60是基于预定参数62，如最大速度，最大接合力和顺序表。此外，分布发生器56输出搬移事件信号42，该信号用于启用和禁止位置控制器。

此外，搬移控制器36设有选择器64。选择器64可以用于对一定量参数的选择一值，所述参数在每种情况下不同。例如，选择器可以选择由分布发生器56使用哪一顺序，或者确定压电致动器需要返回到哪种切变状态的参数。压电致动器不一定返回到无切变状态，而是在搬移顺序之后可以具有任何切变状态。例如，当物体沿移动方向移动时，可以控制压电致动器在搬移顺序过程中沿着向预定，可能是最大切变的移动方向相反的方向发生切变，该搬移顺序使物体在随后的线性切变顺序过程中具有更大的位移。但是根据本发明，选择器64不是搬移控制器36必不可少的元件。

图6b示出根据本发明设置为执行缓慢搬移顺序的搬移控制器36。此外，与图6a相比将积分器引入到搬移控制器36中。积分器66累加致动器电压46，并输出结合的致动器电压68。此外，积分器66具有作为输入的搬移起始信号54。当输入搬移起始信号54时，积分器66复位，将其输出设定为零。随着结合的致动器电压68设定为零，分布发生器56可以起动以输出在某一电平起动的第二搬移控制信号60，该电平是刚好在积分器66复位之前结合的致动器电压68和前一次搬移的端值之和。这样，防止了在第二控制信号40中的跳动。

当分布发生器56根据缓慢搬移顺序输出第一和第二搬移控制信号58和60时，位置控制器保持闭环，从而控制物体的位置。由于搬移缓慢地进行，因此该位置控制过程不需要被中断。因此，分布发生器56不输出搬移事件信号42。

要注意，当在搬移控制器36中引入积分器66时，如图5b中所示的位置控制电路需要进行不同地调谐。例如，如果刚好在位置控制器26输出之前在位置控制器26中存在积分器，那么位置控制器26的积分器可以由搬移控制器36中的积分器66代替。但是在另一个实施方式中，积分器66可以置于系统的其他节点处。

尽管上面已经描述了本发明的具体实施方式，但是应该理解，本发明也可以按照不同于所描述的方式实施。说明书不意味着限制本发明。

Claims (24)

1.一种用于移动物体的压电致动器系统，包括：

多个压电致动器，每个所述压电致动器配置为响应于第一控制信号伸长或收缩，并且响应于第二控制信号沿第一方向或与所述第一方向相反的第二方向发生切变；

控制系统，用于通过提供所述第一和第二控制信号来控制所述压电致动器；

其中系统通过执行至少一次线性剪切顺序和搬移顺序来实现所述物体的移动，所述线性切变顺序包括利用至少一个所述压电致动器与所述物体接合，并通过使所述至少一个压电致动器沿第一方向发生切变来移动所述物体，

其中所述搬移顺序包括释放第一压电致动器与所述物体的接合，通过使所述第一压电致动器沿相反方向发生切变来改变所述第一压电致动器的切变状态，并利用所述第一致动器再次与物体接合。

2.根据权利要求1的系统，其中第二压电致动器保持与所述物体接合，同时所述第一压电致动器释放接合，所述第二压电致动器在所述第一压电致动器之后执行所述搬移顺序，同时所述第一压电致动器接合所述物体。

3.根据权利要求1的系统，其中压电致动器由彼此相对设置的两个压电子致动器形成，通过在两个压电子致动器之间夹紧所述物体来接合所述物体。

4.根据权利要求1的系统，其中系统配置为使所述线性切变顺序和所述搬移顺序交替，以扩大移动所述物体的范围。

5.根据权利要求1的系统，其中所述控制系统包括位置控制器和搬移控制器，用于通过向所述位置控制器提供搬移事件信号并向每个压电致动器输出所述第一和第二控制信号而在所述线性切变顺序和所述搬移顺序之间切换。

6.根据权利要求5的系统，其中所述搬移控制器包括确定搬移顺序要执行的时间的搬移判定器以及产生第一、第二控制信号和搬移事件信号的分布发生器。

7.根据权利要求2的系统，其中该系统进一步配置为执行缓慢搬移顺序，其中所述搬移顺序相对缓慢地执行，在该缓慢搬移顺序过程中，同时执行所述线性切变顺序。

8.根据权利要求7的系统，其中控制系统包括一积分器，该积分器具有作为输入的控制力信号，所述积分器响应于搬移起始控制信号而复位，所述积分器的输出加到所述第二控制信号。

9.一种光刻装置，包括：

用于提供辐射投射光束的照射系统；

用于支撑构图部件的支撑结构，所述构图部件用于给所述辐射光束的截面赋予图案；

用于保持基底的基底台；

用于将带图案的光束投射到基底的目标部分上的投影系统；

用于移动所述光刻装置的部件的压电制动系统，

所述压电制动系统包括：

多个压电致动器，每个所述压电致动器配置为响应于第一控制信号伸长或收缩，并且响应于第二控制信号沿第一方向或与所述第一方向相反的第二方向发生切变；

控制系统，用于通过提供所述第一和第二控制信号来控制所述压电致动器；

其中系统通过执行至少一次线性剪切顺序和搬移顺序来实现所述物体的移动，所述线性切变顺序包括利用至少一个所述压电致动器与所述物体接合，并通过使所述至少一个压电致动器沿第一方向发生切变来移动所述物体，

其中所述搬移顺序包括释放第一压电致动器与所述物体的接合，通过使所述第一压电致动器沿相反方向发生切变来改变所述第一压电致动器的切变状态，并利用所述第一致动器再次与物体接合。

10.根据权利要求9的装置，其中第二压电致动器保持与所述物体接合，同时所述第一压电致动器释放接合，所述第二压电致动器在所述第一压电致动器之后执行所述搬移顺序，同时所述第一压电致动器接合所述物体。

11.根据权利要求9的装置，其中压电致动器由彼此相对设置的两个压电子致动器形成，通过在两个压电子致动器之间夹紧所述物体来接合所述物体。

12.根据权利要求9的装置，其中系统配置为使所述线性切变顺序和所述搬移顺序交替，以扩大移动所述物体的范围。

13.根据权利要求9的装置，其中所述控制系统包括位置控制器和搬移控制器，用于通过向所述位置控制器提供搬移事件信号并向每个压电致动器输出所述第一和第二控制信号而在所述线性切变顺序和所述搬移顺序之间切换。

14.根据权利要求13的装置，其中所述搬移控制器包括确定搬移顺序要执行的时间的搬移判定器以及产生第一、第二控制信号和搬移事件信号的分布发生器。

15.根据权利要求10的装置，其中该系统进一步配置为执行缓慢搬移顺序，其中所述搬移顺序相对缓慢地执行，在该缓慢搬移顺序过程中，同时执行所述线性切变顺序。

16.根据权利要求15的装置，其中控制系统包括一积分器，该积分器具有作为输入的控制力信号，所述积分器响应于搬移起始控制信号而复位，所述积分器的输出加到所述第二控制信号。

17.一种利用一定量压电致动器移动物体的方法，该压电致动器适合于响应第一控制信号而伸长或收缩，并且响应第二控制信号而沿两个相反的方向发生切变，该方法包括：

执行线性切变顺序，该线性切变顺序包括利用至少一个压电致动器与物体接合，并且通过使所述至少一个压电致动器沿所述两个方向之一发生切变而移动所述物体；

执行搬移顺序，该搬移顺序包括释放第一压电致动器与所述物体的接合，通过使所述第一压电致动器向相反方向发生切变来改变所述第一压电致动器的切变状态，利用所述第一致动器再次与物体接合。

18.根据权利要求17的方法，其中第二压电致动器保持与物体接合，同时所述第一压电致动器释放其接合，所述第二压电致动器在所述第一压电致动器之后执行所述搬移顺序，同时所述第一压电致动器保持接合所述物体。

19.根据权利要求17的方法，还包括使所述线性切变顺序和所述搬移顺序交替，以扩大移动所述物体的范围。

20.根据权利要求17的方法，还包括执行缓慢搬移顺序，其中所述搬移顺序相对缓慢地执行，在该缓慢搬移顺序过程中，同时执行所述线性切变顺序。

21.一种采用光刻装置的器件制造方法，包括：

提供用于提供辐射光束的照射系统；

提供用于支撑构图部件的支撑结构，所述构图部件用于给所述辐射光束的横截面赋予图案；

提供用于保持基底的基底保持器；

提供投影系统，该投影系统用于将所述带图案的光束投射到基底的目标部分上；以及

通过利用一定量压电致动器移动所述光刻装置的部件，所述压电致动器适合于响应于第一控制信号而伸长或收缩，并且响应于第二控制信号而沿两个相反的方向发生切变，所述部件的移动包括：

执行线性切变顺序，该线性切变顺序包括利用至少一个所述压电致动器接合所述物体，并通过使所述至少一个压电致动器沿所述两个方向之一发生切变来移动所述物体；

执行搬移顺序，该搬移顺序包括释放第一压电致动器与所述物体的接合，通过使所述第一压电致动器向相反方向发生切变来改变所述第一压电致动器的切变状态，并利用所述第一致动器再次与物体接合。

22.根据权利要求21的器件制造方法，其中第二压电致动器保持与物体接合，同时所述第一压电致动器释放其接合，所述第二压电致动器在所述第一压电致动器之后执行所述搬移顺序，同时所述第一压电致动器保持与所述物体接合。

23.根据权利要求21的器件制造方法，还包括使所述线性切变顺序和所述搬移顺序交替，以扩大移动所述物体的范围。

24.根据权利要求23的器件制造方法，还包括执行缓慢搬移顺序，其中所述搬移顺序相对缓慢地执行，在该缓慢搬移顺序过程中，同时执行所述线性切变顺序。

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