光刻機(jī)作為高端超精密加工裝備的代表,在大規(guī)模集成電路制造領(lǐng)域發(fā)揮了無可替代的重要作用。掩模臺作為光刻機(jī)的重要核心組成部分,在高速、多自由度下的定位精度直接影響到光刻機(jī)的套刻精度。為實(shí)現(xiàn)掩模臺的六自由度高精度運(yùn)動定位,需要建立準(zhǔn)確的多自由度解耦測量模型。目前掩模臺多自由度測量中激光光柵干涉儀已呈現(xiàn)逐步取代激光干涉儀的趨勢,但已有的測量模型研究一般僅針對采用激光干涉儀的情況,而欠缺使用光柵干涉儀作為測量反饋元件的掩模臺多自由度測量模型。為此,本文針對以基于光柵干涉儀的掩模臺測量系統(tǒng)為研究對象,結(jié)合光柵干涉儀的測量原理,對掩模臺的三自由度高速運(yùn)動測量系統(tǒng)進(jìn)行建模分析,建立一個描述光柵干涉儀讀數(shù)與掩模臺位置坐標(biāo)關(guān)系之間的數(shù)學(xué)模型,完善基于光柵干涉儀的掩模臺高速高精度位移測量及定位理論。主要研究工作如下:首先,對掩模臺位移測量系統(tǒng)的原理和技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行綜合分析,提出基于光柵干涉儀和電容傳感器的多自由度測量方法,并分別分析和設(shè)計傳感器在掩模臺上的安裝方式和位置布局。其次,以掩模臺光柵干涉儀測量系統(tǒng)為研究對象,建立針對掩模臺光柵干涉測量系統(tǒng)的多個坐標(biāo)系,利用坐標(biāo)和向量的形式精確地表示掩模臺測量系統(tǒng)中各個物理量間的關(guān)系,并將六自由度之間的耦合情況都考慮在測量模型中。在此基礎(chǔ)上,建模過程中率先考慮在理想情況下,分析掩模臺運(yùn)動前后位置坐標(biāo)與光柵干涉儀讀數(shù)間的關(guān)系,建立不考慮安裝誤差的測量全局模型;在考慮各種安裝誤差的情況下,建立考慮安裝誤差的測量全局模型。利用Solidworks軟件模擬掩模臺測量系統(tǒng)的運(yùn)動,驗(yàn)證不考慮安裝誤差的測量全局模型和考慮安裝誤差的測量全局模型建模的正確性,證明不考慮安裝誤差的測量全局模型優(yōu)于傳統(tǒng)簡單模型,滿足掩模臺測量系統(tǒng)的精度需求;分析各個機(jī)器常數(shù)不準(zhǔn)對測量模型帶來的影響,得到每個誤差允許變化的范圍。最后,針對掩模臺測量系統(tǒng)全局模型為復(fù)雜的非線性隱函數(shù)表達(dá)式,直接迭代運(yùn)算會影響測量系統(tǒng)實(shí)時性的問題,研究全局模型的數(shù)值解算方法,提出一種基于線性化近似求解數(shù)值的方法,并使用Matlab對數(shù)值解算方法進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)與分析,驗(yàn)證線性化模型數(shù)值解算方法的可行性。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TH74
【部分圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文2.1 多自由度測量系統(tǒng)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀.1.1 基于激光干涉儀測量系統(tǒng)單頻激光干涉儀是最早的激光干涉測量系統(tǒng)，隨后隨著測量技術(shù)的逐漸發(fā)頻激光干涉儀出現(xiàn)，相比于單頻激光干涉儀，其優(yōu)勢在于抗干擾能力強(qiáng)，無漂移且系統(tǒng)增益優(yōu)。在華中科技大學(xué)李小平研發(fā)團(tuán)隊(duì)研發(fā)的六自由度激光干量系統(tǒng)，針對工件臺使用六個雙頻激光器測量 X、Y、RX、RY、RZ 和一個傳感器測量 Z。整體測量方案布局如圖 1-1 所示。

由正弦曲線型的平面光柵作為位移傳感器的核心元件器共同構(gòu)成的平面編碼器測量方案，如圖 1-2 所示[21-加產(chǎn)生干涉信號，最終實(shí)現(xiàn)多自由度同時測量，實(shí)驗(yàn)自由度上具有納米級的分辨率。此外，華中科技大學(xué)射光柵的測量原理對兩個方向的位移實(shí)現(xiàn)了測量，通與光柵安裝誤差間的定性關(guān)系[24]。2012 年，臺灣大學(xué)型的平面衍射光柵干涉儀測量系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)同時測量套相同的線型衍射光柵干涉儀，通過正交的方式進(jìn)行簡化了整體結(jié)構(gòu)，并且增大了平面光柵和光學(xué)讀數(shù)頭的光學(xué)配置和緊湊的系統(tǒng)尺寸，它可以有效地減少環(huán)性。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，這種方法測量精度高，穩(wěn)定25-28]；2012 年，清華大學(xué)的朱煜教授研究團(tuán)隊(duì)提出了面三維磁定位的測量方法。該方法對平面平移和旋轉(zhuǎn)量級的測量分辨力，通過仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了理想情況性[29]。

圖 1-3 掩模臺三自由度測量布局上述的專利 US7651270B2 掩模臺三自由度測量布局方案，如圖 1-4 所示，其具體讀數(shù)頭布局如下。左邊和一個 X 向的探測頭，右圖表示在讀數(shù)頭中安裝兩個通過一致的初始位置和光柵干涉儀測量讀數(shù)就可以得YXY圖 1-4 讀數(shù)頭探測器布局圖 公司的 NXT:1950i 型光刻機(jī)采用由德國 Heidenhain ，其規(guī)格為 400mm×400mm，由該光柵作為標(biāo)尺光

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本文編號：2829479