光刻机物镜可调机构电容传感器测量系统标定方法
发布时间：2021-08-11 15:33
光刻机是集光、机、电一体化的高端产品,投影物镜是光刻机的重要部件。为满足光刻系统要求的像质,减少零件的加工装配以及环境温度等因素对光刻系统造成的影响,光刻机投影物镜为多层镜片结构。其安装与定位需要达到纳米级的精度,故投影物镜镜组的位姿调节需采用微位移机构完成,该调节机构测量系统的精度尤为重要。本文研究的物镜可调机构的测量系统,以电容传感器作为测量元件,并利用双频激光干涉仪对其测量元件进行标定。由于该系统的各个传感器测量方向,与物镜的运动方向不是相对应的,故需对电容传感器、激光干涉仪的测量系统进行解耦。本文提出标定所需算法,一种自适应混合飞蛾-火焰优化算法。并通过仿真软件,对提出的算法与各经典优化算法基于CEC2015函数集进行对比测试,测试结果表明,提出的自适应混合飞蛾-火焰优化算法更适用于标定。本文分析电容传感器测量系统的误差来源,借助自适应混合飞蛾-火焰优化算法,利用双频激光干涉仪测量数据,进行对电容传感器的标定仿真。即利用标定算法辨识出各电容传感器的机械安装参数,以避免传感器存在的安装误差,影响解耦模型的精度。标定后,测量系统输出的物镜各自由度位移与标准数据之间的误差,满足10p...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
TWINSCANNXT:2000i光刻机整体结构图[2]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-2-值孔径，从而提高物镜像质。随着投影物镜系统的分辨率提高，物镜像质的要求急剧提升，为满足光刻系统要求的像质，光刻机投影物镜的像质需采用微位移结构完成，通常微位移机构的调节精度需达到纳米级。在光学系统中，调节机构的主要目标为：令各个光学元件处于理论的、精准的空间位置上。故光刻机投影物镜调节机构在具有准确空间定位功能的同时，要具备对光学元件轴向、径向与偏转进行调整的功能，从而降低由于装配和机械零件加工给光学元件造成的倾斜、偏心、位移等误差。光刻机投影物镜为多层镜片结构[6]2。光刻机投影物镜示意图如图1-2所示：图1-2光刻机投影物镜[7]为满足精度要求，光刻机投影物镜是一个多层的镜片结构，它一般的构成为近三十片口径为200mm~300mm的光学元件紧密的排成一串，但由于安装空间有限，导致用来支撑投影物镜的结构空间较为紧张，所以，光刻机投影物镜可调机构应具有结构紧凑、调节行程大、精度高等特点[6]2。1.2国内外相关领域研究现状1.2.1光刻机物镜可调机构研究光刻机投影物镜可调机构需满足结构紧凑、调节行程大、精度高等性能。一些传统调节机构如：螺纹传动、凸轮机构、丝杠螺母、蜗轮蜗杆等，它们的调节行程一般可以达到毫米量级或以上，虽然调节行程满足要求，但还是存在体积大、摩擦损耗、需要润滑、工作条件受限制、间隙等一系列缺点[6]3。为满足光刻机物
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-3-镜可调机构的性能，克服传统可调机构的种种缺点，国内外的专家学者对可调机构作出了研究并改进。本文该部分对一些国内外上述领域的研究成就进行列举：韩国学者RyuJaeW等，设计了一种基于由压电陶瓷驱动地柔性机构的微动平台，并给出平台优化的数学公式，该平台可实现X、Y轴向微动和绕Z轴向转动，而且上述运动可达到较高的分辨率[8]。美国学者HaleL等，为满足极紫外光刻机（EUVL）投影物镜固定与装调的要求，设计一种采用了高分辨率的两脚架型的柔性机构，该柔性机构为压电螺杆驱动，它包含固定于外镜框的传动柔性铰链部分，与和内镜筒相连的约束柔性铰链部分，压电螺杆可直接驱动传动柔性铰链并且使其绕着铰链轴旋转，由约束柔性铰链来约束内镜筒的两个方向自由度，上述调节机构可实现绕X轴、绕Y轴和Z轴三自由度的调节[9]。学者DanielVukobratovich等，为满足光学元件的超精密轴向、偏转调节所需要可调机构的高分辨率、高精度、紧凑性等性能，提出两种结构形式不同的狭缝柔性机构，提出的两种铰链，都可以采用线切割的方式加工得到，工艺简单，其中一种为线性移动的狭缝柔性机构，此机构可提供某一轴向的位移，并理论上不在其正交方向发生耦合位移，而另外一种是二轴万向节的狭缝柔性机构，此机构可产生绕两个轴角位移[10]。中科院长春光机所的陈华男等，以柔性铰链为基础设计了一种柔性二级减速机构，并且将其应用于，作用为光刻机投影物镜光学元件X-Y向的偏心位置补偿的，新型一体式X-Y方向的柔性调节机构，同时对机构原理分析的基础上，将柔性调节机构的结构参数优化[11]51。图1-3X-Y向柔性调节机构三维模型[11]53中科院长春光机所的郭抗等，采用6-PSS并联机构，设计一种精密的光学元
【参考文献】：
期刊论文
[1]融合折射原理反向学习的飞蛾扑火算法[J]. 王光,金嘉毅. 计算机工程与应用. 2019(11)
[2]电容传感器线性度标定平台[J]. 张德福,葛川,李显凌,倪明阳,郭抗. 光学精密工程. 2016(01)
[3]电容式位移传感器的线性度标定与不确定度评定[J]. 葛川,张德福,李朋志,郭抗,李佩玥,杨怀江. 光学精密工程. 2015(09)
[4]光刻投影物镜中X-Y向柔性调节机构设计[J]. 陈华男,郭抗,张玲花,刘健,尚红波. 光电工程. 2015(06)
[5]简述光刻机投影物镜的几种减振方案[J]. 黄静莉. 精密制造与自动化. 2014(03)
[6]基于最小二乘法的差动变面积式电容传感器非线性拟合[J]. 海静,卢文科. 仪表技术. 2014(02)
[7]光刻物镜中光学元件精密轴向调整机构的设计与分析[J]. 彭海峰,孙振. 光子学报. 2014(04)
[8]6-PSS型光学元件精密轴向调节机构[J]. 郭抗,巩岩. 光学精密工程. 2013(10)
[9]灰色理论的位移传感器标定不确定度评定[J]. 宋小奇,何伟铭. 传感技术学报. 2012(11)
[10]评定直线度误差的最小二乘法与最小包容区域法精度之比较[J]. 黄富贵,崔长彩. 光学精密工程. 2007(06)
硕士论文
[1]狭缝柔性结构的光学元件超精密调节机构研究[D]. 董世则.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 2016
[2]多自由度精密运动平台机械参数软测量方法[D]. 陈震宇.哈尔滨工业大学 2016
[3]带保护环的差分式电容位移传感器标定平台研究[D]. 王浩.华中科技大学 2014
[4]基于位移测量的差动电容传感器研究[D]. 海静.东华大学 2014
[5]无线单片式微位移电容传感器的研究[D]. 黄林.西南交通大学 2013
[6]直线电机驱动H-drive精密平台运动控制研究[D]. 赵冶.清华大学 2010
本文编号：3336416
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
TWINSCANNXT:2000i光刻机整体结构图[2]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-2-值孔径，从而提高物镜像质。随着投影物镜系统的分辨率提高，物镜像质的要求急剧提升，为满足光刻系统要求的像质，光刻机投影物镜的像质需采用微位移结构完成，通常微位移机构的调节精度需达到纳米级。在光学系统中，调节机构的主要目标为：令各个光学元件处于理论的、精准的空间位置上。故光刻机投影物镜调节机构在具有准确空间定位功能的同时，要具备对光学元件轴向、径向与偏转进行调整的功能，从而降低由于装配和机械零件加工给光学元件造成的倾斜、偏心、位移等误差。光刻机投影物镜为多层镜片结构[6]2。光刻机投影物镜示意图如图1-2所示：图1-2光刻机投影物镜[7]为满足精度要求，光刻机投影物镜是一个多层的镜片结构，它一般的构成为近三十片口径为200mm~300mm的光学元件紧密的排成一串，但由于安装空间有限，导致用来支撑投影物镜的结构空间较为紧张，所以，光刻机投影物镜可调机构应具有结构紧凑、调节行程大、精度高等特点[6]2。1.2国内外相关领域研究现状1.2.1光刻机物镜可调机构研究光刻机投影物镜可调机构需满足结构紧凑、调节行程大、精度高等性能。一些传统调节机构如：螺纹传动、凸轮机构、丝杠螺母、蜗轮蜗杆等，它们的调节行程一般可以达到毫米量级或以上，虽然调节行程满足要求，但还是存在体积大、摩擦损耗、需要润滑、工作条件受限制、间隙等一系列缺点[6]3。为满足光刻机物
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-3-镜可调机构的性能，克服传统可调机构的种种缺点，国内外的专家学者对可调机构作出了研究并改进。本文该部分对一些国内外上述领域的研究成就进行列举：韩国学者RyuJaeW等，设计了一种基于由压电陶瓷驱动地柔性机构的微动平台，并给出平台优化的数学公式，该平台可实现X、Y轴向微动和绕Z轴向转动，而且上述运动可达到较高的分辨率[8]。美国学者HaleL等，为满足极紫外光刻机（EUVL）投影物镜固定与装调的要求，设计一种采用了高分辨率的两脚架型的柔性机构，该柔性机构为压电螺杆驱动，它包含固定于外镜框的传动柔性铰链部分，与和内镜筒相连的约束柔性铰链部分，压电螺杆可直接驱动传动柔性铰链并且使其绕着铰链轴旋转，由约束柔性铰链来约束内镜筒的两个方向自由度，上述调节机构可实现绕X轴、绕Y轴和Z轴三自由度的调节[9]。学者DanielVukobratovich等，为满足光学元件的超精密轴向、偏转调节所需要可调机构的高分辨率、高精度、紧凑性等性能，提出两种结构形式不同的狭缝柔性机构，提出的两种铰链，都可以采用线切割的方式加工得到，工艺简单，其中一种为线性移动的狭缝柔性机构，此机构可提供某一轴向的位移，并理论上不在其正交方向发生耦合位移，而另外一种是二轴万向节的狭缝柔性机构，此机构可产生绕两个轴角位移[10]。中科院长春光机所的陈华男等，以柔性铰链为基础设计了一种柔性二级减速机构，并且将其应用于，作用为光刻机投影物镜光学元件X-Y向的偏心位置补偿的，新型一体式X-Y方向的柔性调节机构，同时对机构原理分析的基础上，将柔性调节机构的结构参数优化[11]51。图1-3X-Y向柔性调节机构三维模型[11]53中科院长春光机所的郭抗等，采用6-PSS并联机构，设计一种精密的光学元
【参考文献】：
期刊论文
[1]融合折射原理反向学习的飞蛾扑火算法[J]. 王光,金嘉毅. 计算机工程与应用. 2019(11)
[2]电容传感器线性度标定平台[J]. 张德福,葛川,李显凌,倪明阳,郭抗. 光学精密工程. 2016(01)
[3]电容式位移传感器的线性度标定与不确定度评定[J]. 葛川,张德福,李朋志,郭抗,李佩玥,杨怀江. 光学精密工程. 2015(09)
[4]光刻投影物镜中X-Y向柔性调节机构设计[J]. 陈华男,郭抗,张玲花,刘健,尚红波. 光电工程. 2015(06)
[5]简述光刻机投影物镜的几种减振方案[J]. 黄静莉. 精密制造与自动化. 2014(03)
[6]基于最小二乘法的差动变面积式电容传感器非线性拟合[J]. 海静,卢文科. 仪表技术. 2014(02)
[7]光刻物镜中光学元件精密轴向调整机构的设计与分析[J]. 彭海峰,孙振. 光子学报. 2014(04)
[8]6-PSS型光学元件精密轴向调节机构[J]. 郭抗,巩岩. 光学精密工程. 2013(10)
[9]灰色理论的位移传感器标定不确定度评定[J]. 宋小奇,何伟铭. 传感技术学报. 2012(11)
[10]评定直线度误差的最小二乘法与最小包容区域法精度之比较[J]. 黄富贵,崔长彩. 光学精密工程. 2007(06)
硕士论文
[1]狭缝柔性结构的光学元件超精密调节机构研究[D]. 董世则.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 2016
[2]多自由度精密运动平台机械参数软测量方法[D]. 陈震宇.哈尔滨工业大学 2016
[3]带保护环的差分式电容位移传感器标定平台研究[D]. 王浩.华中科技大学 2014
[4]基于位移测量的差动电容传感器研究[D]. 海静.东华大学 2014
[5]无线单片式微位移电容传感器的研究[D]. 黄林.西南交通大学 2013
[6]直线电机驱动H-drive精密平台运动控制研究[D]. 赵冶.清华大学 2010
本文编号：3336416
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