一種微動(dòng)臺(tái)機(jī)械參數(shù)誤差辨識(shí)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于超精密制造領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 光刻機(jī)是超大規(guī)模集成電路制造的關(guān)鍵設(shè)備，雙工件臺(tái)系統(tǒng)是工件臺(tái)系統(tǒng)發(fā)展演 變而得到突破性的進(jìn)展得到的成果，雙工件臺(tái)系統(tǒng)在光刻機(jī)中起著至關(guān)重要的作用，它的 定位精度直接影響了光刻出來的硅片的質(zhì)量。超精密定位工件臺(tái)為光刻技術(shù)、生物技術(shù)、數(shù) 控加工、納米表面地形測(cè)量、半導(dǎo)體制造等領(lǐng)域提供了載物平臺(tái)，可以精確運(yùn)動(dòng)和超精密定 位。光刻機(jī)系統(tǒng)中通常采用宏微結(jié)構(gòu)。宏動(dòng)部分主要完成高速大行程運(yùn)動(dòng)，微動(dòng)部分主要 任務(wù)是實(shí)現(xiàn)納米級(jí)的動(dòng)態(tài)跟蹤和定位。光刻機(jī)工件臺(tái)微動(dòng)部分是多變量、六自由度的超精 密空間運(yùn)動(dòng)體，其運(yùn)動(dòng)特性由六個(gè)音圈電機(jī)來共同控制實(shí)現(xiàn)。其中三個(gè)水平方向的音圈電 機(jī)來驅(qū)動(dòng)其進(jìn)行水平方向的平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，另外三個(gè)豎直方向的音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)其進(jìn)行豎直方 向運(yùn)動(dòng)。
[0003]微動(dòng)臺(tái)是工件臺(tái)上直接承載硅片的平臺(tái)，是微調(diào)硅片姿態(tài)的控制平臺(tái)，發(fā)揮著超 精密定位的作用，所以其機(jī)械參數(shù)精度直接影響到制造的芯片質(zhì)量。微動(dòng)臺(tái)機(jī)械參數(shù)精度 直接取決于微動(dòng)臺(tái)上六個(gè)音圈電機(jī)的安裝位置、三個(gè)水平音圈電機(jī)的安裝角度。但限于現(xiàn) 有技術(shù)，安裝精度不能直接滿足控制需求，需要對(duì)安裝后的機(jī)械參數(shù)誤差進(jìn)行測(cè)量，而電機(jī) 安裝完成后，機(jī)械參數(shù)誤差難以通過現(xiàn)有的儀表直接測(cè)量，因此需要新的測(cè)量方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為了解決傳統(tǒng)間接測(cè)量方法受固定參數(shù)和固定輸入輸出維數(shù)的 的限制的問題，本發(fā)明提供一種微動(dòng)臺(tái)機(jī)械參數(shù)誤差辨識(shí)方法。
[0005]本發(fā)明的一種微動(dòng)臺(tái)機(jī)械參數(shù)誤差辨識(shí)方法，
[0006] 步驟一：根據(jù)微動(dòng)臺(tái)水平方向上三個(gè)電機(jī)和垂直方向上三個(gè)電機(jī)力與力矩的關(guān) 系，加入電機(jī)安裝的待辨識(shí)的機(jī)械誤差參數(shù)，組成參數(shù)向量，構(gòu)建工件臺(tái)臺(tái)體含差模型；
[0007] 步驟二：確定工件臺(tái)臺(tái)體含差模型中的部分機(jī)械誤差參數(shù)，建立緊湊教學(xué)優(yōu)化算 法目標(biāo)函數(shù)；
[0008] 步驟三：測(cè)量n組微動(dòng)臺(tái)上的六個(gè)電機(jī)輸出和n組微動(dòng)臺(tái)上X，Y，Z軸上受到的力 和力矩，將數(shù)據(jù)代入目標(biāo)函數(shù)，其中n為大于1的常數(shù)；
[0009]步驟四：初始化計(jì)數(shù)器t = 0,均值初始值yt[i] = 0,方差初始值〇 t[i]=入；i
值和方差；其中t為算法迭代次數(shù)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)，由PV矩陣生成隨機(jī)向量Trt的初始值；
[0010] 步驟五：由PV矩陣生成隨機(jī)向量Stt，Stt中的每一個(gè)元素對(duì)應(yīng)PV矩陣中一組均 值和方差決定的高斯函數(shù)的隨機(jī)值；
[0011]步驟六：計(jì)算均值 DMeant= ranc^X (Trt_round(l+rand2(0,1)) X y t)，round 函數(shù) 接受一個(gè)參數(shù)返回與參數(shù)最近的整數(shù)，randJP rand 2均為隨機(jī)函數(shù)；
[0012] 步驟七：更新沒廠=+DMm",;
[0013] 步驟八：將&廠和Trt分別代入目標(biāo)函數(shù)，將獲得的函數(shù)值進(jìn)行比較，若 /(r/;)S/(St^)，:則.1.淑.er=炎廣w :，winner = Trt，若 /(汾廣）</(斤;）'則 loser = Tr t， w細(xì)= ; loser表示目標(biāo)函數(shù)得到的較差解向量，winner表示目標(biāo)函數(shù)得到的較優(yōu) 解向量；
[0014] 步驟九：更新均值和標(biāo)準(zhǔn)差：
表示緊湊式教學(xué)優(yōu)化算法虛擬人口數(shù)；
[0016] 步驟十：由步驟九獲得的PV矩陣隨機(jī)生成&廠2 ;
[0017] 步驟十一：將1和&廣分別代入目標(biāo)函數(shù)，將獲得的函數(shù)值進(jìn)行比較，若 /(&廣)< /(St廠），生成新的= *廠廠％ 成新的 廠=&廣'+名(St，2- Stri ;
[0018]步驟十二：將新的Str和Trt分別代入目標(biāo)函數(shù)，將獲得的函數(shù)值進(jìn)行比較，若 ./(乃附），.則.|似沈二汾廣' winner = Trt，若/(汾廠'')</(乃;），則loser = Trt， winner=SfteK ；
[0019] 步驟十三：更新均值和標(biāo)準(zhǔn)差：
[0021]步驟十四：更新Trt+1= winner ;
[0022] 步驟十五：t = t+1，判斷t是否等于設(shè)定的值iteration maximum，若是，則轉(zhuǎn)入 步驟十六，若否，則轉(zhuǎn)入步驟五；
[0023] 步驟十六：取Trt(t G[0，iteration maximum])的最大值Trmax作為最優(yōu)解向量 St〇pt;
[0024] 步驟十七：將步驟十六所得的最優(yōu)解Stcipt*的參數(shù)與步驟一中參數(shù)向量中的按 順序?qū)?yīng)，獲得剩余機(jī)械誤差參數(shù)。
[0025] 步驟一包括：
[0026] 步驟一一：根據(jù)光刻機(jī)工件臺(tái)臺(tái)體模型建立微動(dòng)臺(tái)水平方向上三個(gè)電機(jī)和垂直方
[0027] a為水平方向音圈電機(jī)到XOY坐標(biāo)系原點(diǎn)的距離，b為豎直方向音圈電機(jī)到XOY坐 標(biāo)系原點(diǎn)的距離；M Fhl、MFh2和M Fh3分別表示水平方向上三個(gè)電機(jī)受到的力矩，M Fvl、Mfv2和M Fv3 分別表示垂直方向上三個(gè)電機(jī)受到的力矩，F(xiàn)hl、Fh2和Fh3分別表示水平方向上三個(gè)電機(jī)受到 的力，F(xiàn) vl、Fv2和F v3分別表示垂直方向上三個(gè)電機(jī)受到的力；
[0028] 步驟一二：根據(jù)步驟一一的方程組，得到工件臺(tái)動(dòng)臺(tái)合力與六個(gè)電機(jī)力的對(duì)應(yīng)關(guān) 系為：
[0030] 其中，F(xiàn)x、FjP F 2分別為工件臺(tái)動(dòng)臺(tái)在X、Y和Z方向上所受合力，M "、Mjv 別為工件臺(tái)動(dòng)臺(tái)在X、Y和Z方向上所受合力矩；
[0031] 步驟一三：在步驟一二得到的對(duì)應(yīng)關(guān)系中加入電機(jī)安裝機(jī)械誤差參數(shù)構(gòu)建工件臺(tái)

[0037] 其中，byl為垂直方向的1號(hào)電機(jī)到工件臺(tái)坐標(biāo)系原點(diǎn)的Y向規(guī)定距離，b y2為垂直 方向1號(hào)、2號(hào)電機(jī)到工件臺(tái)坐標(biāo)系原點(diǎn)的Y向規(guī)定距離，bxl為垂直方向1號(hào)電機(jī)到工件臺(tái) 坐標(biāo)系原點(diǎn)的X向規(guī)定距離，b x2為垂直方向1號(hào)、2號(hào)電機(jī)到工件臺(tái)坐標(biāo)系原點(diǎn)的X向規(guī)定 距離，A axl、A ax2、A ax3、A ayl、A ayjP A a "分別為水平方向1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)電機(jī)到工件臺(tái) 坐標(biāo)系原點(diǎn)的X向和Y向距離偏差，A 0 p A 0 2和A 0 3分別為水平方向1號(hào)、2號(hào)和3號(hào) 電機(jī)施力方向與規(guī)定方向的角度偏差，Abxl A bx2、A bx3、A byl、AbyjP Aby3為垂直方向1 號(hào)、2號(hào)、3號(hào)電機(jī)到工件臺(tái)坐標(biāo)系原點(diǎn)的X向和Y向距離偏差，A X為微動(dòng)臺(tái)質(zhì)心在工件臺(tái) 坐標(biāo)系的X向坐標(biāo)值，A y為微動(dòng)臺(tái)質(zhì)心在工件臺(tái)坐標(biāo)系的Y向坐標(biāo)值，A z = z' +A = z' + Az'，z'為電機(jī)施力平面到微動(dòng)臺(tái)坐標(biāo)系XOY平面的距離，Az'為微動(dòng)臺(tái)質(zhì)心在工 件臺(tái)坐標(biāo)系的Z向坐標(biāo)值。
[0038] 步驟二包括：
[0039] 步驟二一：對(duì)得到的矩陣A3x3和D3x3按角度0進(jìn)行泰勒展開并忽略平方及高次 項(xiàng)得：

A 03,解出 Az ;
[0049] 步驟二五：根據(jù)步驟二二至步驟二四獲得的，確定C6x6矩陣，進(jìn)而確定工件臺(tái)臺(tái)體 含差模型中的參數(shù)，根據(jù)確定的參數(shù)，建立緊湊教學(xué)優(yōu)化算法目標(biāo)函數(shù)如下：
據(jù)代入目標(biāo)函數(shù)對(duì)應(yīng)的C6x6矩陣，為第i組微動(dòng)臺(tái)測(cè)量數(shù)據(jù)代入目標(biāo)函數(shù)對(duì)應(yīng)的 廠州fW,為第i組微動(dòng)臺(tái)測(cè)量數(shù)據(jù)代入目標(biāo)函數(shù)對(duì)應(yīng)的胃.；
[0051] Np 等于 20。
[0052] 人等于10。
[0053] 本發(fā)明的有益效果在于，本發(fā)明通過對(duì)微動(dòng)臺(tái)的建模，描述方程的建立，通過方程 和近似解得一部分機(jī)械參數(shù)誤差，最后引入緊湊式教學(xué)優(yōu)化算法得到剩余其他的參數(shù)誤 差。本發(fā)明的參數(shù)誤差的辨識(shí)過程依賴啟發(fā)式優(yōu)化算法實(shí)現(xiàn)。步驟四至步驟十六采用緊湊 式教學(xué)優(yōu)化算法，使參數(shù)的測(cè)量不受測(cè)量的參數(shù)和需求參數(shù)的維數(shù)所限制，不受傳統(tǒng)方法 解算方程時(shí)參數(shù)矩陣不能為奇異矩陣的限制，誤差參數(shù)的個(gè)數(shù)和需要測(cè)量的參數(shù)的個(gè)數(shù)不 受限制，同時(shí)能滿足控制所需的高精度。
【附圖說明】
[0054]圖1為理想狀態(tài)下微動(dòng)臺(tái)各電機(jī)安裝機(jī)械參數(shù)原理示意圖；
[0055]圖2為考慮安裝誤差下微動(dòng)臺(tái)各電機(jī)安裝機(jī)械參數(shù)的原理示意圖；
[0056] 圖3為圖2的俯視圖；
[0057] 圖4為具體實(shí)施中步驟四至步驟十六的原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0058] 結(jié)合圖1至圖4說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的一種微動(dòng)臺(tái)機(jī)械參數(shù)誤差辨 識(shí)方法，步驟一：根據(jù)微動(dòng)臺(tái)水平方向上三個(gè)電機(jī)和垂直方向上三個(gè)電機(jī)力與力矩的關(guān)系， 加入電機(jī)安裝的待辨識(shí)的機(jī)械誤差參數(shù)，組成參數(shù)向量，構(gòu)建工件臺(tái)臺(tái)體含差模型；
[0059] 步驟一包括：
[0060] 步驟一一：根據(jù)光刻機(jī)工件臺(tái)臺(tái)體模型建立微動(dòng)臺(tái)水平方向上三個(gè)電機(jī)和垂直方
[0061] a為水平方向音圈電機(jī)到XOY坐標(biāo)系原點(diǎn)的距離，b為豎直方向音圈電機(jī)到XOY坐 標(biāo)系原點(diǎn)的距離；MFhl、MFh2和M Fh3分別表示水平方向上三個(gè)電機(jī)受到的力矩，M Fvl、Mfv2和M Fv3 分別表示垂直方向上三個(gè)電機(jī)受到的力矩，F(xiàn)hl、Fh2和Fh3分別表示水平方向上三個(gè)電機(jī)受到 的力，F(xiàn) vl、Fv2和F v3分別表示垂直方向上三個(gè)電機(jī)受到的力；
[0062] 步驟一二：根據(jù)步驟一一的方程組，得到工件臺(tái)動(dòng)臺(tái)合力與六個(gè)電機(jī)力的對(duì)應(yīng)關(guān) 系為：
[0064]其中，F(xiàn)x、FjPF2分別為工件臺(tái)動(dòng)臺(tái)在X、Y和Z方向上所受合力，M"、M1t和Mjv 別為工件臺(tái)動(dòng)臺(tái)在X、Y和Z方向上所受合力矩；
[0065] 步驟一三：在步驟一二得到的對(duì)應(yīng)關(guān)系中加入電機(jī)安裝機(jī)械誤差參數(shù)構(gòu)建工件臺(tái)
[0071] 其中，byl為垂直方向的1號(hào)電機(jī)到工件臺(tái)坐標(biāo)系原點(diǎn)的Y向規(guī)定距離，b y2為垂直 方向1號(hào)、2號(hào)電機(jī)到工件臺(tái)坐標(biāo)系原點(diǎn)的Y向規(guī)定距離，bxl為垂直方向1號(hào)電機(jī)到工件臺(tái) 坐標(biāo)系原點(diǎn)的X向規(guī)定距離，b x2為垂直方向1號(hào)、2號(hào)電機(jī)到工件臺(tái)坐標(biāo)系原點(diǎn)的X向規(guī)定 距離，A axl、A ax2、A ax3、A ayl、A ayjP A a "分別為水平方向1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)電機(jī)到工件臺(tái) 坐標(biāo)系原點(diǎn)的X向和Y向距離偏差