補(bǔ)償系統(tǒng)三自由度位移測(cè)量及誤差傳遞分析研究.pdf

1、隨著半導(dǎo)體工藝技術(shù)的快速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)極大規(guī)模集成電路芯片制造的光刻設(shè)備對(duì)產(chǎn)率、線寬、套刻精度等技術(shù)指標(biāo)提出了越來(lái)越高的要求，與之而來(lái)的是為實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)片率的高加速度要求與實(shí)現(xiàn)高套刻精度的高定位精度要求之間的矛盾問(wèn)題。為解決光刻機(jī)工件臺(tái)高加速度與高定位精度的問(wèn)題，工件臺(tái)引入了平衡質(zhì)量技術(shù)，其主要功能是在高加速度的條件下削弱機(jī)內(nèi)振動(dòng)，提高硅片臺(tái)運(yùn)動(dòng)定位精度。工件臺(tái)補(bǔ)償系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)動(dòng)單元多，為達(dá)到硅片臺(tái)的定位精度要求，必須對(duì)運(yùn)動(dòng)單元進(jìn)行誤差傳遞

2、分析，找出對(duì)位移測(cè)量結(jié)果影響較大的誤差源，并進(jìn)行誤差補(bǔ)償，以提高硅片臺(tái)測(cè)量精度。
　　本文以由平衡質(zhì)量塊、宏動(dòng)單元、硅片臺(tái)單元組成的工件臺(tái)補(bǔ)償系統(tǒng)為研究對(duì)象，建立了補(bǔ)償系統(tǒng)三自由度位移測(cè)量模型，并對(duì)各運(yùn)動(dòng)單元誤差源作用機(jī)理進(jìn)行分析，建立綜合誤差傳遞模型，通過(guò)仿真與實(shí)驗(yàn)對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。論文主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　(1)基于工件臺(tái)補(bǔ)償系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)組成，建立平衡質(zhì)量塊相對(duì)于支撐框架三自由度位移測(cè)量模型，宏動(dòng)單元相對(duì)于平衡質(zhì)量塊

3、三自由度位移測(cè)量模型，硅片臺(tái)相對(duì)于宏動(dòng)單元三自由度測(cè)量模型，最終給出硅片臺(tái)在基臺(tái)坐標(biāo)系下的位置信息；根據(jù)測(cè)量傳感器布局，建立平衡質(zhì)量塊、宏動(dòng)單元的三自由度位移測(cè)量數(shù)學(xué)模型，并針對(duì)平衡質(zhì)量塊三自由度位移測(cè)量模型提出修正方案，對(duì)安裝誤差進(jìn)行補(bǔ)償。
　　(2)基于多體系統(tǒng)理論和儀器精度理論，建立在各誤差源綜合作用的情況下補(bǔ)償系統(tǒng)的誤差傳遞模型，找出影響各運(yùn)動(dòng)單元位移測(cè)量結(jié)果的誤差源，并通過(guò)分析每個(gè)誤差源的作用機(jī)理，以幾何誤差向量的形式給

4、出各誤差源對(duì)支撐框架、平衡質(zhì)量塊、宏動(dòng)單元等剛體空間姿態(tài)六自由度方向位移影響程度，并建立了平衡質(zhì)量塊、宏動(dòng)單元的三自由度位移測(cè)量結(jié)果的不確定度評(píng)估模型。
　　(3)通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)等方法獲得了支撐框架、平衡質(zhì)量塊、宏動(dòng)單元等各運(yùn)動(dòng)鏈間誤差源的相關(guān)參數(shù)，給出了各誤差源對(duì)相應(yīng)運(yùn)動(dòng)單元測(cè)量結(jié)果的影響程度，并對(duì)平衡質(zhì)量塊、宏動(dòng)單元三自由度位移測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了不確定度評(píng)定計(jì)算，給出了測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度；對(duì)補(bǔ)償系統(tǒng)“H”型驅(qū)動(dòng)導(dǎo)軌進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)仿

5、真，給出了宏動(dòng)單元加速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)誤差，為后續(xù)誤差傳遞模型的綜合計(jì)算提供了相關(guān)參數(shù)。
　　(4)針對(duì)平衡質(zhì)量塊三自由度位移測(cè)量模型搭建實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行驗(yàn)證，并將測(cè)量結(jié)果與激光位移傳感器和光電自準(zhǔn)直儀示數(shù)進(jìn)行比較，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在0~10mm運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)，平衡質(zhì)量塊x向、y向測(cè)量誤差均小于35μm，Rz向測(cè)量誤差小于17μrad。
　　(5)針對(duì)補(bǔ)償系統(tǒng)整體的三自由度位移測(cè)量結(jié)果及其不確定度進(jìn)行了蒙特卡洛法驗(yàn)證，針對(duì)激光干涉儀執(zhí)行

6、清零操作時(shí)，通過(guò)蒙特卡洛法對(duì)硅片臺(tái)在基臺(tái)坐標(biāo)系下的位移測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了不確定度評(píng)定，在各種誤差綜合作用的情況下，在置信概率95％下，硅片臺(tái)相對(duì)于基臺(tái)的x向和y向位移輸出結(jié)果及其擴(kuò)展不確定度分別為：x=(165.000±0.064)mm，y=(195.000±0.054)mm。
　　綜上，本文提出了補(bǔ)償系統(tǒng)三自由度位移測(cè)量模型和誤差傳遞模型，獲得了各誤差源對(duì)相應(yīng)運(yùn)動(dòng)單元空間姿態(tài)六自由度影響程度，通過(guò)蒙特卡洛法，對(duì)在各誤差源綜合作用的情