掩模台三自由度光栅干涉测量模型研究

作     者：王静 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：丁雪梅

授予年度：2017年

学科分类：08[工学] 0803[工学-光学工程] 

主      题：测量模型 掩模台 光栅干涉仪 位置测量系统 

摘      要：光刻机作为高端超精密加工装备的代表,在大规模集成电路制造领域发挥了无可替代的重要作用。掩模台作为光刻机的重要核心组成部分,在高速、多自由度下的定位精度直接影响到光刻机的套刻精度。为实现掩模台的六自由度高精度运动定位,需要建立准确的多自由度解耦测量模型。目前掩模台多自由度测量中激光光栅干涉仪已呈现逐步取代激光干涉仪的趋势,但已有的测量模型研究一般仅针对采用激光干涉仪的情况,而欠缺使用光栅干涉仪作为测量反馈元件的掩模台多自由度测量模型。为此,本文针对以基于光栅干涉仪的掩模台测量系统为研究对象,结合光栅干涉仪的测量原理,对掩模台的三自由度高速运动测量系统进行建模分析,建立一个描述光栅干涉仪读数与掩模台位置坐标关系之间的数学模型,完善基于光栅干涉仪的掩模台高速高精度位移测量及定位理论。主要研究工作如下:首先,对掩模台位移测量系统的原理和技术指标进行综合分析,提出基于光栅干涉仪和电容传感器的多自由度测量方法,并分别分析和设计传感器在掩模台上的安装方式和位置布局。其次,以掩模台光栅干涉仪测量系统为研究对象,建立针对掩模台光栅干涉测量系统的多个坐标系,利用坐标和向量的形式精确地表示掩模台测量系统中各个物理量间的关系,并将六自由度之间的耦合情况都考虑在测量模型中。在此基础上,建模过程中率先考虑在理想情况下,分析掩模台运动前后位置坐标与光栅干涉仪读数间的关系,建立不考虑安装误差的测量全局模型;在考虑各种安装误差的情况下,建立考虑安装误差的测量全局模型。利用Solidworks软件模拟掩模台测量系统的运动,验证不考虑安装误差的测量全局模型和考虑安装误差的测量全局模型建模的正确性,证明不考虑安装误差的测量全局模型优于传统简单模型,满足掩模台测量系统的精度需求;分析各个机器常数不准对测量模型带来的影响,得到每个误差允许变化的范围。最后,针对掩模台测量系统全局模型为复杂的非线性隐函数表达式,直接迭代运算会影响测量系统实时性的问题,研究全局模型的数值解算方法,提出一种基于线性化近似求解数值的方法,并使用Matlab对数值解算方法进行仿真实验与分析,验证线性化模型数值解算方法的可行性。