光刻机工件台六自由度测量系统研究

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1、硕士学位论文光刻机工件台六自由度测量系统研究RESEARCHON6-DEGREE-OF-FREEDOMMEASUREMENTSYSTEMOFWAFERSTAGE宋磊哈尔滨工业大学2013年7月国内图书分类号：TB96学校代码：10213国际图书分类号：620密级：公开工学硕士学位论文光刻机工件台六自由度测量系统研究硕士研究生：宋磊导师：王岩教授申请学位：工学硕士学科：控制科学与工程所在单位：航天学院答辩日期：2013年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TB96U.D.C:620DissertationfortheMasterDegreeinEngine

2、eringRESEARCHON6-DEGREE-OF-FREEDOMMEASUREMENTSYSTEMOFWAFERSTAGECandidate:LeiSongSupervisor:Prof.YanWangAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:ControlScienceandEngineeringDept.ofControlScienceandAffiliation:EngineeringDateofDefence:July,2013Degree-Conferring-Institution:HarbinIns

3、tituteofTechnology摘要摘要光刻技术是极大规模集成电路制造流程中的重要环节，其中套刻精度是光刻机的主要性能指标，在当前光刻机发展的背景下，工件台技术在提高套刻精度方面扮演着越来越重要的角色。光刻机工件台是实现六自由度超精密运动及定位功能的平台，其位置测量系统的精度直接影响着工件台伺服控制系统的性能。针对工件台位置测量系统的性能特点，本文首先确定了基于激光干涉仪的测量布局，并重点研究了测量模型的建立和测量数据的解算方法问题，其中测量系统的建模过程是保证测量精度的关键，而数据解算问题是保证系统实时性的关键。本文首先在既定坐标系下，采用向量语言来描述测量布局中的几何关系和

4、误差因素，并推导出激光干涉仪读数与工件台位置坐标之间的关系式。这种建模方法可以完整的描述出误差因素对各个自由度的影响以及变量之间的耦合关系，所以，最后推导出的全局模型是对该测量系统的精确描述。另外，本文对模型外的非结构性误差因素进行了分析和补偿。激光干涉仪全局模型体现了激光干涉仪读数和工件台位置坐标之间的函数关系，但由于其表达式是复杂的隐式函数，采用一般的数值解算方法将会耗费大量的计算资源，针对此问题，本文提出了一种线性化的模型来快速地解算数据，并在较低的频率下对线性模型系数进行更新，从而解决了数据处理与系统实时性要求之间的矛盾。最后本文对该数据解算方法的有效性进行了验证，仿真结果

5、表明该算法能够满足系统的精度要求和实时性要求。由于激光干涉仪是增量式的测量仪器，在正常工作前需要一个绝对的参考点对其读数进行修正，这个过程称为激光干涉仪的校零。校零是本测量系统的另一个重要组成部分，本文建立了零位传感器模型和简化的激光干涉仪模型，分析了校零中存在的问题，并给出相应的解决方法，最后明确了校零的流程。关键词：工件台；激光干涉仪；六自由度；位置测量系统IAbstractAbstractLithographyisasignificantprocedureinULSImanufacturing,wheretheoverlayaccuracyisoneofthekeyperfo

6、rmanceindicators.Asthedevelopmenttrendoflithography,waferstageplaysanimportantroleinimprovingoverlayaccuracy.Waferstageisaultraprecisemotionplatformwith6degreeoffreedom,whosefunctionisbasedonobtainingitspositioninformationexactly.Thismeasurementsystemisdifferentfromordinarygeometricmeasurement

7、system.Firstofall,thismeasurementsystemisrequiredtomeettheaccuracyofnanometerlevel,butalso,ithasalongrange.Secondly,thestage’sspeedisveryhighandthere’restrongcouplingbetweenthefreedoms.Accordingtocharacteristicsofwaferstage,thisresearch