[发明专利]一种适合于大幅面运动规划的高精、高速运动测量系统

说明书

本发明公开了一种适合于大幅面运动规划的高精、高速运动测量系统，借助该系统可以实现高达亚纳米级的二维位移测量精度，特别适合于诸如光刻机、光栅刻划机、液晶面板加工机、精密机床等高端设备中运动控制所必须的反馈测量。具体为将不同频率的一维或二维光栅错位搭接、同频错位过渡铺设以实现大幅面铺设，从而实现任意大幅面运动规划所必须的路径控制范围，再配合以多个光栅位移测量探头的电气协调细分以大幅降低单点测量（细分）时间，从而实现任意大幅面、高精度（最高可达亚纳米，且有多种测量精度协调互验）、高速度（单探头所需要的细分量减少，整体速度优于目前光栅尺中探头的探测速度）运动控制所需的反馈测量。

技术领域

本发明属于精密仪器领域，具体为一种测量系统，特别适合于高端精密、高速要求、大幅面运动控制的系统和设备，为其提供运动反馈控制所必须的测量支撑。

背景技术

光刻机作为工业母机其相关技术一直引领芯片相关产业的发展。按照目前的行业态势，下一代光刻机将针对18inch直径的晶圆(450mm)开发相关技术，对作为运动控制不可或缺的测量技术提出了更高的要求：运动部的运动规划范围至少达到米级、精度达到纳米甚至亚纳米、加速度不低于10g。在如此极端要求下，运动控制和材料性状等随时间变化情况的快速实时获取都将最终转化为对测量的要求，这对测量提出了更大的挑战，也是各国、相关企业时下暗中较劲争夺技术制高点的核心领域。当然，相关的应用还非常广泛，如大幅面液晶面板、高精度机床、大幅面光栅刻划机等需要高精度测量、而运动范围又非常大、测量速度要求非常快的高端装备。

但是，目前大幅面光栅的制作非常困难，世界上也只有美国、法国和中国可以制作米级尺寸大幅面光栅，但超过1米尺度大幅面光栅加工机器仍未见有报道。光栅拼接以构成整块大光栅的想法已有文献报道和科学基金支持，研究诸如制栅过程分区曝光构造大幅面光栅等。其研究的目的主要是将同频率的两块光栅等相位拼接起来，但现实的加工操作能力限制了其应用。例如，对于2000线对/mm的光栅要在复制或粘帖在大幅面板上，其搭接精度低于1/4光栅周期就没有意义了，一般至少要高于1/8光栅周期(0.0625微米)，这个配准精度已经超过了很多大幅度运动控制系统的控制能力，而这还没考虑空间位置中的倾斜、微转等方面的影响。

根据文献、专利检索和业内咨询讨论，以上采用大幅面(单频率)光栅测量大幅度运动是相关领域研究人员目前仍然在努力探索的事情，尚无可靠的方案。本发明专利则另辟蹊径，采用并列多道二维光栅、阵列多探头协调测量，并做统计分析以提高可靠性，同时借助光栅道标作为基准点从而建立起整体台面坐标控制网络。不仅完美解决了大幅面光栅的问题，而且进一步发展了提高测量稳定可靠性的新思路，这对高达纳米甚至亚纳米测量尤其重要，多项权利要求均属世界首创发明。

发明内容

本发明的目的在于提出一种适合于大幅面运动规划的高精度、高速度测量系统，尤其适合于光刻机、大幅面液晶面板加工装备、精密机床、光栅刻划机等。本系统与目前此类设备所采用的测量系统相比，具有明显的技术优势，但同时也并限于所列应用，高精、快速、大幅面运动控制这三项极端要求中只要有一项需要，均可能考虑本发明的应用。

为实现上述目的所采用的具体技术方案为：

一种适合于大幅面运动规划的高精、高速运动测量系统，包括高平整度台面、运动块、多块光栅、多组光栅测量探头、协调控制电路、多个光栅道标；其中，光栅和光栅道标均固定于台面之上，光栅测量探头和协调控制电路固定于运动块上，运动块在协调控制电路的驱动下相对于台面移动。

所述的多块光栅沿运动路径分为多道铺设于高平整度台面；铺设方法是：不同规格(周期)的光栅邻道铺设，同规格的光栅至少出现两道，并且当其中一道的光栅因光栅块不够长而出现断口时，其他道的光栅有足够的连续长度在运动块的运动方向覆盖该断口位置。

所述的光栅道标布置在光栅道的断口中央、相邻栅道的交界线以及台面边沿。