[发明专利]一种工件台微动部分机械参数估计方法

摘要

一种工件台微动部分机械参数估计方法，主要涉及工件台微动部分机械参数估计方法。本发明是要解决光刻机工件台微动部分三个水平音圈电机的安装角度和质心位置难于通过传统精密仪器精确测量的问题。一、建立转换关系；二、建立位置关系；三、将位置关系二次求导；四、得出相对驱动力及转矩与曝光区域中心加速度的关系式；五、得出曝光中心位置和音圈电机驱动力之间的关系式；六、设定实际质心位置和安装角度；七、由平面几何关系得出L1-L10的实际值；八、利用步骤三中的方法计算实际Q；九、利用步骤一中的方法计算实际L；十、建立误差模型；十一、列写位移差方程；十二、通过试验测得[x′t y′t r′zt z′t r′xt r′y t]T；十三、仿真得[xt yt rzt zt rxt ryt]T；十四、解方程组得△x0,△y0,△z0,△θ1,△θ2,△θ3。本发明属于超精密制造领域。

主权项

1.一种工件台微动部分机械参数估计方法，其特征在于工件台微动部分机械参数估计方法按以下步骤实现：一、根据音圈电机的安装位置和角度建立工件台微动部分质心驱动力及转矩与音圈电机驱动力之间的转换关系；二、建立曝光中心与工件台微动部分质心之间的位置关系；三、将步骤二得到的位置关系二次求导并忽略一次微分项，得到工件台微动部分质心与曝光中心的加速度关系；四、根据牛顿第二定律得出作用在工件台微动部分质心上的驱动力及转矩与曝光区域中心加速度的关系式Fcog=Mcog·Q·x..y..r..zz..r..xr..y]]>其中Mcog=m000000m000000Jz000000m000000Jx000000Jy]]>m为工件台微动部分质量，J_x，J_y，J_z为工件台微动部分相对于x，y，z轴的转动惯量；五、利用步骤一和步骤四所得结果列写关于质心驱动力及转矩的等式，得到曝光中心位置和音圈电机驱动力之间的关系式；六、计算实际含有测量误差的工件台微动部分质心位置和水平方向音圈电机安装角度为x‾0=x0+Δx0y‾0=y0+Δy0z‾0=z0+Δz0θ‾1=θ1+Δθ1θ‾2=θ2+Δθ2θ‾3=θ3+Δθ3,]]>其中Δx₀，Δy₀，Δz₀为工件台微动部分质心位置误差，Δθ₁，Δθ₂，Δθ₃为工件台微动部分水平方向音圈电机安装角度误差，为实际含有测量位置误差的工件台微动部分质心位置，为实际含有测量角度误差的工件台微动部分水平方向音圈电机安装角度；七、在工件台微动部分包含质心位置误差Δx₀，Δy₀，Δz₀，并且包含水平方向音圈电机安装角度误差Δθ₁，Δθ₂，Δθ₃的情况下，由平面几何计算出含有测量误差的L₁-L₁₀的实际值；L‾1=L1-Δx02+Δy02·cos[arctanΔy0Δx0-(π2-θ1-Δθ1)]L‾2=L2+Δx02+Δy02·sin(θ2+Δθ2-arctanΔy0Δx0)L‾3=(L3+Δy0)cos(θ3+Δθ3)L‾4=L4+Δz0L‾5=L5-Δy0L‾6=L6+Δy0L‾7=L7+Δz0L‾8=L8+Δx0L‾9=L9+Δx0L‾10=L10-Δx0]]>其中为含有位置误差的质心到f₁-f₃方向上的距离；为含有位置误差的质心到f₁-f₃所在平面的竖直距离；为含有位置误差的质心到f₄，f₅(f₆)方向上的距离；为含有位置误差的质心到f₄-f₆方向上的距离；八、在工件台微动部分包含质心位置误差Δx₀，Δy₀，Δz₀的情况下，利用步骤三中的方法计算含有测量误差的Q可得QΔ=10-(y+y‾0)00z+z‾001x+x‾00-(z+z‾0)00010000001y+y‾0-(x+x‾0)000010000001]]>其中Q_Δ为工件台微动部分含有质心位置误差Δx₀，Δy₀，Δz₀条件下的转换矩阵Q；九、在工件台微动部分包含质心位置误差Δx₀，Δy₀，Δz₀，并且包含水平方向音圈电机安装角度误差Δθ₁，Δθ₂，Δθ₃的情况下，利用步骤一中的方法计算对应的含有测量误差的转换关系矩阵L可得LΔ=-cosθ‾1-cosθ‾2cosθ‾3000sinθ‾1-sinθ‾2sinθ‾3000L‾1L‾2L‾3000000111-L‾4sinθ‾1L‾4sinθ‾2L‾4sinθ‾3-L‾5L‾6L‾6-L‾7cosθ‾1-L‾7cosθ‾2L‾7cosθ‾3-L‾8-L‾9L‾10]]>其中L_Δ为工件台微动部分包含质心位置误差Δx₀，Δy₀，Δz₀、水平方向音圈电机安装角度误差Δθ₁，Δθ₂，Δθ₃条件下的转换矩阵；十、利用步骤八和步骤九所得结果建立误差模型，列写在工件台微动部分包含质心位置误差Δx₀，Δy₀，Δz₀，并且包含水平方向音圈电机安装角度误差Δθ₁，Δθ₂，Δθ₃的情况下，曝光中心位置和音圈电机驱动力之间的关系式：S′=D′·f1f2f3f4f5f6]]>其中D′=1s2·QΔ-1·M-1·LΔ=QΔ-1·1ms20000001ms20000001Jzs20000001ms20000001Jxs20000001Jys2·LΔ]]>S′为在工件台微动部分包含质心位置误差Δx₀，Δy₀，Δz₀，并且包含水平方向音圈电机安装角度误差Δθ₁，Δθ₂，Δθ₃的情况下，工件台微动部分的六自由度输出；十一、列写位移差方程：S′-S=1s2·(QΔ-1·M-1·LΔ-Q-1·M-1·L)·f1f2f3f4f5f6]]>十二、对工件台微动部分六个音圈电机施加常值恒定力f₁-f₆，施力时间t，通过试验测得[x′_t y′_t r′_zt z′_t r′_xt r′_yt]^T，其中x′_t，y′_t，r′_zt，z′_t，r′_xt，r′_yt为工件台微动部分六个自由度在时刻t的实际输出；十三、利用步骤五的结果，用计算机仿真在给定常值恒力f₁-f₆作用下，施力时间t，仿真得[x_t y_t r_zt z_t r_xt r_yt]^T，其中x_t，y_t，r_zt，z_t，r_xt，r_yt为工件台在无质心位置误差和音圈电机安装角度误差的情况下微动部分六个自由度的仿真输出；十四、将步骤十二和步骤十三的结果代入步骤十一中的位移差方程，令S′＝[x′_t y′_tr′_zt z′_t r′_xt r′_yt]^T，S＝[x_t y_t r_zt z_t r_xt r_yt]^T，通过解方程组得Δx₀，Δy₀，Δz₀，Δθ₁，Δθ₂，Δθ₃。