【摘 要】
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发展独立自主的信息技术产业,光刻机国产化是必要条件。外差光栅干涉测量是光刻机工件台精密定位的重要测量技术。目前国内在这一领域的研究主要集中在关键设备的研发,例如具有超高波长稳定性的激光器、高细分数低噪声相位处理板卡、大尺寸高线密度二维衍射光栅等,而关于外差光栅干涉测量技术在测量建模与误差补偿方面的研究,尤其是外差光栅干涉测量系统的误差分析与补偿方面,仍比较缺乏。因此,本文针对外差光栅干涉测量中需要
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发展独立自主的信息技术产业,光刻机国产化是必要条件。外差光栅干涉测量是光刻机工件台精密定位的重要测量技术。目前国内在这一领域的研究主要集中在关键设备的研发,例如具有超高波长稳定性的激光器、高细分数低噪声相位处理板卡、大尺寸高线密度二维衍射光栅等,而关于外差光栅干涉测量技术在测量建模与误差补偿方面的研究,尤其是外差光栅干涉测量系统的误差分析与补偿方面,仍比较缺乏。因此,本文针对外差光栅干涉测量中需要解决的测量模型与校准补偿等关键问题,研究测量模型的建模与模型解算误差验证方法,在深入分析外差激光干涉仪误差补偿方法的基础上,研究外差光栅干涉仪的校准方法。具体内容如下:1.外差光栅干涉仪测量系统建模与仿真验证基于激光多普勒频移原理,建立由激光相位差计算光栅干涉仪读数头位移的数学模型;根据测量系统结构布局,基于空间几何理论,完成了描述工件台位置与读数头位移关系的位置模型;然后根据位移相等原则,建立了工件台六自由度位移测量模型。在测量模型误差分析方面采用模型在环仿真方法验证测量模型的解算误差,模型解算误差小于0.1nm。针对安装误差的不确定性对测量模型解算误差的影响,首次提出了光栅干涉仪安装误差阈值的估计方法。在此基础上利用模型在环仿真分析了多个读数头组合的最优组合方式,最后给出了不同读数头组合之间的切换测量及切换模型。2.外差光栅干涉仪实验平台搭建针对光栅干涉仪误差补偿需求,搭建了光栅干涉仪实验平台。设计了一种外差激光干涉仪和外差光栅干涉仪能够同时进行六自由度位置测量的结构布局。经实验测试,激光干涉仪的实际分辨力为0.154nm,光栅干涉仪的分辨力为0.2nm。激光干涉仪短期重复性小于0.5nm,光栅干涉仪重复性达到3nm。3.外差激光干涉仪误差补偿方法及实验基于激光干涉仪测量轴布局,本文给出了9轴激光干涉仪位移测量模型。利用六足运动台的零位测试了激光干涉仪的归零误差,以运动台坐标系为参考,完成了激光干涉仪坐标系的粗校准。研究了基于Rz、Ry测量冗余的激光干涉仪旋转度、扫描倾斜以及反射镜面型的校准方法,经实验验证,激光干涉仪测量值的校准残差约150nm,与运动台的定位误差一致。4.外差光栅干涉仪误差补偿方法及实验本文深入分析了外差光栅干涉仪误差来源,主要包括仪器误差、环境误差、模型误差、安装误差及切换误差。以激光干涉仪测量数据为参考,测试了光栅干涉仪的归零误差,对光栅干涉仪的自增益、坐标系非正交进行了补偿。利用光栅干涉仪冗余测量轴,研究了读数头位移非一致性误差补偿方法,经实验测试,非一致性误差补偿残差小于0.1nm,读数头位移非一致性误差补偿模型具有较好效果。
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