補(bǔ)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(dǎo)體工藝技術(shù)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(shè)備對產(chǎn)率、線寬、套刻精度等技術(shù)指標(biāo)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(jī)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(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，提高硅片臺運動定位精度。工件臺補(bǔ)償系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運動單元多，為達(dá)到硅片臺的定位精度要求，必須對運動單元進(jìn)行誤差傳遞

2、分析，找出對位移測量結(jié)果影響較大的誤差源，并進(jìn)行誤差補(bǔ)償，以提高硅片臺測量精度。
　　本文以由平衡質(zhì)量塊、宏動單元、硅片臺單元組成的工件臺補(bǔ)償系統(tǒng)為研究對象，建立了補(bǔ)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(jī)理進(jìn)行分析，建立綜合誤差傳遞模型，通過仿真與實驗對測量結(jié)果進(jìn)行驗證。論文主要研究內(nèi)容如下：
　　(1)基于工件臺補(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(zhì)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(biāo)系下的位置信息；根據(jù)測量傳感器布局，建立平衡質(zhì)量塊、宏動單元的三自由度位移測量數(shù)學(xué)模型，并針對平衡質(zhì)量塊三自由度位移測量模型提出修正方案，對安裝誤差進(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，找出影響各運動單元位移測量結(jié)果的誤差源，并通過分析每個誤差源的作用機(jī)理，以幾何誤差向量的形式給

4、出各誤差源對支撐框架、平衡質(zhì)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(zhì)量塊、宏動單元的三自由度位移測量結(jié)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(zhì)量塊、宏動單元等各運動鏈間誤差源的相關(guān)參數(shù)，給出了各誤差源對相應(yīng)運動單元測量結(jié)果的影響程度，并對平衡質(zhì)量塊、宏動單元三自由度位移測量結(jié)果進(jìn)行了不確定度評定計算，給出了測量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度；對補(bǔ)償系統(tǒng)“H”型驅(qū)動導(dǎo)軌進(jìn)行了動力學(xué)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(guān)參數(shù)。
　　(4)針對平衡質(zhì)量塊三自由度位移測量模型搭建實驗裝置進(jìn)行驗證，并將測量結(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，實驗結(jié)果表明在0~10mm運動范圍內(nèi)，平衡質(zhì)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(bǔ)償系統(tǒng)整體的三自由度位移測量結(jié)果及其不確定度進(jìn)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(biāo)系下的位移測量結(jié)果進(jìn)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(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)三自由度位移測量模型和誤差傳遞模型，獲得了各誤差源對相應(yīng)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