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(wú)可替代的重要作用。掩模臺(tái)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(tái)的六自由度高精度運(yùn)動(dòng)定位,需要建立準(zhǔn)確的多自由度解耦測(cè)量模型。目前掩模臺(tái)多自由度測(cè)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(shì),但已有的測(cè)量模型研究一般僅針對(duì)采用激光干涉儀的情況,而欠缺使用光柵干涉儀作為測(cè)量反饋元件的掩模臺(tái)多自由度測(cè)量模型。為此,本文針對(duì)以基于光柵干涉儀的掩模臺(tái)測(cè)量系統(tǒng)為研究對(duì)象,結(jié)合光柵干涉儀的測(cè)量原理,對(duì)掩模臺(tái)的三自由度高速運(yùn)動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行建模分析,建立一個(gè)描述光柵干涉儀讀數(shù)與掩模臺(tái)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(tái)高速高精度位移測(cè)量及定位理論。主要研究工作如下:首先,對(duì)掩模臺(tái)位移測(cè)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(cè)量方法,并分別分析和設(shè)計(jì)傳感器在掩模臺(tái)上的安裝方式和位置布局。其次,以掩模臺(tái)光柵干涉儀測(cè)量系統(tǒng)為研究對(duì)象,建立針對(duì)掩模臺(tái)光柵干涉測(cè)量系統(tǒng)的多個(gè)坐標(biāo)系,利用坐標(biāo)和向量的形式精確地表示掩模臺(tái)測(cè)量系統(tǒng)中各個(gè)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(cè)量模型中。在此基礎(chǔ)上,建模過(guò)程中率先考慮在理想情況下,分析掩模臺(tái)運(yùn)動(dòng)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(cè)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(cè)量全局模型。利用Solidworks軟件模擬掩模臺(tái)測(cè)量系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng),驗(yàn)證不考慮安裝誤差的測(cè)量全局模型和考慮安裝誤差的測(cè)量全局模型建模的正確性,證明不考慮安裝誤差的測(cè)量全局模型優(yōu)于傳統(tǒng)簡(jiǎn)單模型,滿足掩模臺(tái)測(cè)量系統(tǒng)的精度需求;分析各個(gè)機(jī)器常數(shù)不準(zhǔn)對(duì)測(cè)量模型帶來(lái)的影響,得到每個(gè)誤差允許變化的范圍。最后,針對(duì)掩模臺(tái)測(cè)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(huì)影響測(cè)量系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的問(wèn)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(duì)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(jí)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(cè)量系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀.1.1 基于激光干涉儀測(cè)量系統(tǒng)單頻激光干涉儀是最早的激光干涉測(cè)量系統(tǒng)，隨后隨著測(cè)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(shì)在于抗干擾能力強(qiáng)，無(wú)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(duì)工件臺(tái)使用六個(gè)雙頻激光器測(cè)量 X、Y、RX、RY、RZ 和一個(gè)傳感器測(cè)量 Z。整體測(cè)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(cè)量方案，如圖 1-2 所示[21-加產(chǎn)生干涉信號(hào)，最終實(shí)現(xiàn)多自由度同時(shí)測(cè)量，實(shí)驗(yàn)自由度上具有納米級(jí)的分辨率。此外，華中科技大學(xué)射光柵的測(cè)量原理對(duì)兩個(gè)方向的位移實(shí)現(xiàn)了測(cè)量，通與光柵安裝誤差間的定性關(guān)系[24]。2012 年，臺(tái)灣大學(xué)型的平面衍射光柵干涉儀測(cè)量系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)同時(shí)測(cè)量套相同的線型衍射光柵干涉儀，通過(guò)正交的方式進(jìn)行簡(jiǎn)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(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，這種方法測(cè)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(cè)量方法。該方法對(duì)平面平移和旋轉(zhuǎn)量級(jí)的測(cè)量分辨力，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了理想情況性[29]。

圖 1-3 掩模臺(tái)三自由度測(cè)量布局上述的專利 US7651270B2 掩模臺(tái)三自由度測(cè)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(gè) X 向的探測(cè)頭，右圖表示在讀數(shù)頭中安裝兩個(gè)通過(guò)一致的初始位置和光柵干涉儀測(cè)量讀數(shù)就可以得YXY圖 1-4 讀數(shù)頭探測(cè)器布局圖 公司的 NXT:1950i 型光刻機(jī)采用由德國(guó) 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(hào)：2829479