由于光刻工艺的需求，光刻机必须在100级左右的超净化间内使用。而净化间的建设和运行成本很高，空间一般都比较紧张，因此，光刻机在实现功能的同时机械结构设计必须紧凑，电机的外形尺寸必须满足机械安装方面的要求。选择执行电机首先要考虑被控参数的行程范围，其次考虑体积、重量、精度、分辨率以及响应速度等指标。一般来说，电机的尺寸和它的带载能力是成正比的，既要求外形尺寸小，又要较大的输出扭矩。光刻机的对准观察系统的微型三位工作台，要求跟随性好，高速的扫描快、稳，低速扫描的定位精度高，需要良好动态特性，较小的时滞。这样就给驱动执行器的选择带来了难题。 2 驱动电机的对比分析
在目前工业自动化中常被应用的电机主要有：直流伺服电机(无刷式／有刷式)、交流伺服电机、步进电机等3种。交流伺服电机结构简单，无电刷和换向器，不需要维修，适应的安装环境宽，可以承受高速运转并提供较大的扭矩。随着变频调速技术的成熟，交流伺服电机在工业控制中得到广泛应用，但是体积比较大，由于受到机械结构限制而无法在双面光刻机中安装使用。步进电机不需要反馈就能对位移或速度进行精确控制，而且控制系统结构简单，价格便宜，但是运行噪音大，并容易产生震动，光刻机的对准观察是在高倍放大成像下进行的，微小的震动都会造成图像抖动和对准漂移。直流电机变换直流的电能为旋转的机械能，具有噪音小、体积小、响应速度快以及可靠性高等优点。再根据直流伺服电机的特性曲线图1进行其运动控制特性分析。
从其特性曲线看出还具有以下的特点：
(1)起动、制动和过载转矩大；
(2)外加电压-->转速、外加电流-->转矩呈线性比例，易于平滑调速，且调速范围广；
(3)效率高(因定子与转子磁场呈90°角会相感应出的作用力F损失最少)。
再对光刻机的对准观察系统的微型三位工作台进行分析，x、y、z3个方向的负载均为干摩擦轻型负载，对直线运动表现为摩擦力，旋转运动表现为摩擦力矩，在其运动行程内，负载变化很小，其可看成常值，转动惯量小。根据负载运行特点及安装尺寸的要求，选定采用微型空心杯电枢直流伺服电机。
微型空心杯直流伺服电机的特点：
(1)低传动惯量，由于转子无铁心，且壁薄而细长，传动叵量小，起动时间常数小，转矩．转动惯量比很大；
(2)灵敏度高，快速性能好，速度调节方便；
(3)损耗小，效率高，电枢电感很小，换向性能很好，几乎不产生火花，大大提高了使用寿命；
(4)由于绕组在气隙冢均匀分布，不存在齿槽效应，转矩波动小，低速运转平稳，噪声小。
通过上述分析，微直流伺服电机能够满足光刻机对准观察系统机械、电气两方面的驱动需求。
3 直流伺服电机参数分析
在确定选择哪一款电机以前，首先要明确驱动要求，如：需要多大的转矩，在这一转矩下的速度有多大、加速度情况、负载的惯量；电机允许的最高电压、限制电流是多少等。而且通常情况下，不是电机直接驱动，而是通过同步带、减速箱、丝杠等机械装置输出其功率，因此，所有参数都要折算到电机轴。为了提高输出转矩和定位精度，光刻机对准观察系统的驱动采用电机和减速器结合使用的方式，再根据每个部件的运动精度、负载、外形尺寸等要求的不同，确定具体的类型和减速比。 首先通过对转矩的需求来选出可能的电机型号。一方面，要考虑峰值转矩Mmax，另一方面，还要考虑有效转矩Mmax。连续运行的特征是通过工作点(MB，nB)来表述的。在考虑电机的型号选择中，连续转矩作为主要部分必须认真对待。Mmax要比工作点的转矩MB大(Mcont>MB)。在非连续运行的情况下，如起／停的工作状态下，有效转矩必须比电机的连续转矩小(Mcont>MRMS)。这样可以避免电机过热。并且，所选的电机的堵转转矩通常都要大于所需的峰值转矩(MH>Mmax)。
直流伺服电机在整个工作周期中，所有的运行点必须都在最大电压曲线以下。如图2所示。
从数学的角度来看，意味着下面的公式适用于所有的工作点(MB，nB)：
其中，Kn为速度常数，Umax最高输入电压，n0为空载转速，MB为工作转矩，
为速度／转矩斜率。当采用伺服放大器时，考虑到在功率放大级中会有一些电压损耗，因此加在电机上的有效电压会低一些。所以，当在决定最大给定电压Umax时，预留出20％的余量。这样可以确保在电机的偏差、负载，放大器和电源都不是很合适的时候依然不会对控制产生过大的影响。
计算负载数据：加(减)速所需的转矩计算如下：
其中，JL为负载惯量。例如：电机驱动负载按图3所示运动曲线实现周期运动。
最大速度是在加速阶段的结束时产生的。在这一点，拥有最大速度(60r／min)和最大转矩(450mNm)。因此，最大的机械功率是：
齿轮减速箱的选择：所需齿轮箱的最大连续转矩至少要0.28 Nm。瞬时转矩至少要0.45 Nm。举例来说，外径22 mm的金属行星齿轮减速箱可以满足要求。该减速箱推荐输入转速为6000 r／min，这样，最大允许的减速比为：
所以，选择速比低一些的84：1的三级传动的减速箱。最高效率为59％。然后，速度和转矩要折算到电机轴。
因此，一只带减速器的直流伺服电机组件就被选择出来了。它能够满足驱动速度和转矩的要求。
4 结束语
按照本文的方法，对φ150mm光刻机对准观察系统的微型三位工作台驱动电机，根据x、y、z各方向行程、负载的不同，进行分析选型并得到应用。该设备采用微直流伺服电机驱动扫描工作台，能够准确快速地捕捉到对准图形标记，进行物镜的精确定位，保证标记图形锁定。具有跟随性好，高速的扫描快、稳，低速扫描的定位精度高的特点，达到了设备的指标要求。
