補償系統(tǒng)三自由度位移測量及誤差傳遞分析研究.pdf

1、隨著半導體工藝技術的快速發(fā)展，實現(xiàn)極大規(guī)模集成電路芯片制造的光刻設備對產(chǎn)率、線寬、套刻精度等技術指標提出了越來越高的要求，與之而來的是為實現(xiàn)高產(chǎn)片率的高加速度要求與實現(xiàn)高套刻精度的高定位精度要求之間的矛盾問題。為解決光刻機工件臺高加速度與高定位精度的問題，工件臺引入了平衡質量技術，其主要功能是在高加速度的條件下削弱機內(nèi)振動，提高硅片臺運動定位精度。工件臺補償系統(tǒng)結構復雜，運動單元多，為達到硅片臺的定位精度要求，必須對運動單元進行誤差傳遞

2、分析，找出對位移測量結果影響較大的誤差源，并進行誤差補償，以提高硅片臺測量精度。
　　本文以由平衡質量塊、宏動單元、硅片臺單元組成的工件臺補償系統(tǒng)為研究對象，建立了補償系統(tǒng)三自由度位移測量模型，并對各運動單元誤差源作用機理進行分析，建立綜合誤差傳遞模型，通過仿真與實驗對測量結果進行驗證。論文主要研究內(nèi)容如下：
　　(1)基于工件臺補償系統(tǒng)機械結構組成，建立平衡質量塊相對于支撐框架三自由度位移測量模型，宏動單元相對于平衡質量塊

3、三自由度位移測量模型，硅片臺相對于宏動單元三自由度測量模型，最終給出硅片臺在基臺坐標系下的位置信息；根據(jù)測量傳感器布局，建立平衡質量塊、宏動單元的三自由度位移測量數(shù)學模型，并針對平衡質量塊三自由度位移測量模型提出修正方案，對安裝誤差進行補償。
　　(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償系統(tǒng)的誤差傳遞模型，找出影響各運動單元位移測量結果的誤差源，并通過分析每個誤差源的作用機理，以幾何誤差向量的形式給

4、出各誤差源對支撐框架、平衡質量塊、宏動單元等剛體空間姿態(tài)六自由度方向位移影響程度，并建立了平衡質量塊、宏動單元的三自由度位移測量結果的不確定度評估模型。
　　(3)通過仿真實驗等方法獲得了支撐框架、平衡質量塊、宏動單元等各運動鏈間誤差源的相關參數(shù)，給出了各誤差源對相應運動單元測量結果的影響程度，并對平衡質量塊、宏動單元三自由度位移測量結果進行了不確定度評定計算，給出了測量結果的擴展不確定度；對補償系統(tǒng)“H”型驅動導軌進行了動力學仿

5、真，給出了宏動單元加速運動過程中的動態(tài)誤差，為后續(xù)誤差傳遞模型的綜合計算提供了相關參數(shù)。
　　(4)針對平衡質量塊三自由度位移測量模型搭建實驗裝置進行驗證，并將測量結果與激光位移傳感器和光電自準直儀示數(shù)進行比較，實驗結果表明在0~10mm運動范圍內(nèi)，平衡質量塊x向、y向測量誤差均小于35μm，Rz向測量誤差小于17μrad。
　　(5)針對補償系統(tǒng)整體的三自由度位移測量結果及其不確定度進行了蒙特卡洛法驗證，針對激光干涉儀執(zhí)行

6、清零操作時，通過蒙特卡洛法對硅片臺在基臺坐標系下的位移測量結果進行了不確定度評定，在各種誤差綜合作用的情況下，在置信概率95％下，硅片臺相對于基臺的x向和y向位移輸出結果及其擴展不確定度分別為：x=(165.000±0.064)mm，y=(195.000±0.054)mm。
　　綜上，本文提出了補償系統(tǒng)三自由度位移測量模型和誤差傳遞模型，獲得了各誤差源對相應運動單元空間姿態(tài)六自由度影響程度，通過蒙特卡洛法，對在各誤差源綜合作用的情