[发明专利]一种永磁弹射掩模台弹射区电机出力最小轨迹规划方法

说明书

本发明是一种永磁弹射掩模台弹射区电机出力最小轨迹规划方法。所述方法是基于一种永磁弹射掩模台往复扫描运动，根据其运动特征和是否存在永磁弹射力，把掩模台的运动区间划分为非弹射区和弹射区。需根据弹射区的运动需求和运动的对称性，以电机出力最小为优化目标，选择多项式结构作为弹射区的运动轨迹函数；掩模台出入弹射区的加速度、速度、位移等的限制作为约束条件，采用遗传算法求解多项式轨迹函数最优参数。本发明不仅适用于永磁弹射掩模台，对于拥有弹射结构的设备具有一定的适应性。

技术领域

本发明可应用于集成电路制造领域，涉及一种具有永磁弹射结构的掩模台在有永磁弹力作用的运动区间的轨迹规划及电机出力最小的优化方法。

背景技术

光刻是集成电路芯片的生产工艺的重要工序，该工序所用的设备称为光刻机。目前，应用广泛的是步进扫描式光刻机。掩模台系统是步进扫描光刻机的关键子系统之一，其运动性能决定最终光刻工艺的性能。永磁弹射掩模台是一种面向未来光刻机的需求的一种新型掩模台结构，其基本概念如图1所示。永磁弹射掩模台在传统掩模台的基础上增加了永磁弹射结构，永磁弹射结构由两对磁钢组成，分别安装于掩模台的运动台两侧，正如清华大学学者研究发明的“一种掩模台系统”，磁钢作为一种驱动装置，相互作用产生永磁弹力，当掩模台在没有永磁弹力作用范围内运动时，掩模台的驱动力仅由电机提供；当掩模台在永磁弹力的作用范围运动时，则由永磁弹力和电机出力共同驱动掩模台运动。因此，永磁弹射掩模台利用驱动分离的方式减少电机能量损耗。

轨迹规划是实现掩模台运动必不可少的环节。轨迹规划的主要任务是计算给定运动轨迹在每个采样周期的位移、速度、加速度等，为后续的控制提供有效的参考数据。此外，轨迹规划将影响掩模台系统的运动精度和性能，是研发过程中的重难点之一。传统的轨迹规划如国外学者在论文“Trajectory planning and feedforward design forelectromechanical motion systems”中所介绍的二阶、三阶轨迹能满足传统掩模台一些性能的需求。但是，传统的轨迹规划方法未考虑永磁弹射掩模台的永磁弹射力，应用到永磁弹射掩模台时存在局限，造成电机出力较大，限制了永磁弹射掩模台性能提高。此外，如何最大化地利用永磁弹射力来减少电机出力，进而达到减小能量损耗的目的也是轨迹规划需着重考虑的问题。

发明内容

本发明是一种对永磁弹射掩模台弹射区电机出力最小轨迹规划方法，其主要目的是设计一种适用于永磁弹射掩模台弹射区的运动轨迹，并且能使掩模台在弹射区运动时电机出力最小，减少能量损耗。

为了实现上述目的，一种永磁弹射掩模台弹射区电机出力最小轨迹规划方法包含如下步骤：

1)根据永磁弹射掩模台的往复扫描的运动特性，把掩模台的不存在永磁弹力的运动区间划分为非弹射区，存在永磁弹力的区间划分为弹射区；

2)弹射区电机出力最小轨迹规划：

a.以电机出力最小为优化目标，目标函数如下所示：

式中，T为待优化的弹射区运动时间参数；F_all与F_p分别代表掩模台运动的总驱动力和永磁弹射结构的永磁弹力；

b.选择多项式结构作为弹射区的运动轨迹函数，掩模台出入弹射区的加速度、速度、位移的限制作为优化的约束条件如下所示：

式中y″′()、y″()、y′()、y()分别表示加加速、加速度、速度以及位移在某时刻的值；y_弹射与v_弹射分别代表进入弹射区的位置和速度。

如上所述的一种永磁弹射掩模台弹射区电机出力最小轨迹规划方法，弹射区的运动轨迹函数表达式为：