一种微动台机械参数误差辨识方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于超精密制造领域。
【背景技术】
[0002] 光刻机是超大规模集成电路制造的关键设备，双工件台系统是工件台系统发展演 变而得到突破性的进展得到的成果，双工件台系统在光刻机中起着至关重要的作用，它的 定位精度直接影响了光刻出来的硅片的质量。超精密定位工件台为光刻技术、生物技术、数 控加工、纳米表面地形测量、半导体制造等领域提供了载物平台，可以精确运动和超精密定 位。光刻机系统中通常采用宏微结构。宏动部分主要完成高速大行程运动，微动部分主要 任务是实现纳米级的动态跟踪和定位。光刻机工件台微动部分是多变量、六自由度的超精 密空间运动体，其运动特性由六个音圈电机来共同控制实现。其中三个水平方向的音圈电 机来驱动其进行水平方向的平动和转动，另外三个竖直方向的音圈电机驱动其进行竖直方 向运动。
[0003]微动台是工件台上直接承载硅片的平台，是微调硅片姿态的控制平台，发挥着超 精密定位的作用，所以其机械参数精度直接影响到制造的芯片质量。微动台机械参数精度 直接取决于微动台上六个音圈电机的安装位置、三个水平音圈电机的安装角度。但限于现 有技术，安装精度不能直接满足控制需求，需要对安装后的机械参数误差进行测量，而电机 安装完成后，机械参数误差难以通过现有的仪表直接测量，因此需要新的测量方法。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是为了解决传统间接测量方法受固定参数和固定输入输出维数的 的限制的问题，本发明提供一种微动台机械参数误差辨识方法。
[0005]本发明的一种微动台机械参数误差辨识方法，
[0006] 步骤一：根据微动台水平方向上三个电机和垂直方向上三个电机力与力矩的关 系，加入电机安装的待辨识的机械误差参数，组成参数向量，构建工件台台体含差模型；
[0007] 步骤二：确定工件台台体含差模型中的部分机械误差参数，建立紧凑教学优化算 法目标函数；
[0008] 步骤三：测量n组微动台上的六个电机输出和n组微动台上X，Y，Z轴上受到的力 和力矩，将数据代入目标函数，其中n为大于1的常数；
[0009]步骤四：初始化计数器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为算法迭代次数计数器的计数，由PV矩阵生成随机向量Trt的初始值；
[0010] 步骤五：由PV矩阵生成随机向量Stt，Stt中的每一个元素对应PV矩阵中一组均 值和方差决定的高斯函数的随机值；
[0011]步骤六：计算均值 DMeant= ranc^X (Trt_round(l+rand2(0,1)) X y t)，round 函数 接受一个参数返回与参数最近的整数，randJP rand 2均为随机函数；
[0012] 步骤七：更新没厂=+DMm",;
[0013] 步骤八：将&厂和Trt分别代入目标函数，将获得的函数值进行比较，若 /(r/;)S/(St^)，:则.1.淑.er=炎广w :，winner = Trt，若 /(汾广）</(斤;）'则 loser = Tr t， w細= ; loser表示目标函数得到的较差解向量，winner表示目标函数得到的较优 解向量；
[0014] 步骤九：更新均值和标准差：
表示紧凑式教学优化算法虚拟人口数；
[0016] 步骤十：由步骤九获得的PV矩阵随机生成&厂2 ;
[0017] 步骤十一：将1和&广分别代入目标函数，将获得的函数值进行比较，若 /(&广)< /(St厂），生成新的= *厂厂％ 成新的 厂=&广'+名(St，2- Stri ;
[0018]步骤十二：将新的Str和Trt分别代入目标函数，将获得的函数值进行比较，若 ./(乃附），.则.|似沈二汾广' winner = Trt，若/(汾厂'')</(乃;），则loser = Trt， winner=SfteK ；
[0019] 步骤十三：更新均值和标准差：
[0021]步骤十四：更新Trt+1= winner ;
[0022] 步骤十五：t = t+1，判断t是否等于设定的值iteration maximum，若是，则转入 步骤十六，若否，则转入步骤五；
[0023] 步骤十六：取Trt(t G[0，iteration maximum])的最大值Trmax作为最优解向量 St〇pt;
[0024] 步骤十七：将步骤十六所得的最优解Stcipt*的参数与步骤一中参数向量中的按 顺序对应，获得剩余机械误差参数。
[0025] 步骤一包括：
[0026] 步骤一一：根据光刻机工件台台体模型建立微动台水平方向上三个电机和垂直方
[0027] a为水平方向音圈电机到XOY坐标系原点的距离，b为竖直方向音圈电机到XOY坐 标系原点的距离；M Fhl、MFh2和M Fh3分别表示水平方向上三个电机受到的力矩，M Fvl、Mfv2和M Fv3 分别表示垂直方向上三个电机受到的力矩，Fhl、Fh2和Fh3分别表示水平方向上三个电机受到 的力，F vl、Fv2和F v3分别表示垂直方向上三个电机受到的力；
[0028] 步骤一二：根据步骤一一的方程组，得到工件台动台合力与六个电机力的对应关 系为：
[0030] 其中，Fx、FjP F 2分别为工件台动台在X、Y和Z方向上所受合力，M "、Mjv 别为工件台动台在X、Y和Z方向上所受合力矩；
[0031] 步骤一三：在步骤一二得到的对应关系中加入电机安装机械误差参数构建工件台
[0037] 其中，byl为垂直方向的1号电机到工件台坐标系原点的Y向规定距离，b y2为垂直 方向1号、2号电机到工件台坐标系原点的Y向规定距离，bxl为垂直方向1号电机到工件台 坐标系原点的X向规定距离，b x2为垂直方向1号、2号电机到工件台坐标系原点的X向规定 距离，A axl、A ax2、A ax3、A ayl、A ayjP A a "分别为水平方向1号、2号、3号电机到工件台 坐标系原点的X向和Y向距离偏差，A 0 p A 0 2和A 0 3分别为水平方向1号、2号和3号 电机施力方向与规定方向的角度偏差，Abxl A bx2、A bx3、A byl、AbyjP Aby3为垂直方向1 号、2号、3号电机到工件台坐标系原点的X向和Y向距离偏差，A X为微动台质心在工件台 坐标系的X向坐标值，A y为微动台质心在工件台坐标系的Y向坐标值，A z = z' +A = z' + Az'，z'为电机施力平面到微动台坐标系XOY平面的距离，Az'为微动台质心在工 件台坐标系的Z向坐标值。
[0038] 步骤二包括：
[0039] 步骤二一：对得到的矩阵A3x3和D3x3按角度0进行泰勒展开并忽略平方及高次 项得：
A 03,解出 Az ;
[0049] 步骤二五：根据步骤二二至步骤二四获得的，确定C6x6矩阵，进而确定工件台台体 含差模型中的参数，根据确定的参数，建立紧凑教学优化算法目标函数如下：
据代入目标函数对应的C6x6矩阵，为第i组微动台测量数据代入目标函数对应的 厂州fW,为第i组微动台测量数据代入目标函数对应的胃.；
[0051] Np 等于 20。
[0052] 人等于10。
[0053] 本发明的有益效果在于，本发明通过对微动台的建模，描述方程的建立，通过方程 和近似解得一部分机械参数误差，最后引入紧凑式教学优化算法得到剩余其他的参数误 差。本发明的参数误差的辨识过程依赖启发式优化算法实现。步骤四至步骤十六采用紧凑 式教学优化算法，使参数的测量不受测量的参数和需求参数的维数所限制，不受传统方法 解算方程时参数矩阵不能为奇异矩阵的限制，误差参数的个数和需要测量的参数的个数不 受限制，同时能满足控制所需的高精度。
【附图说明】
[0054]图1为理想状态下微动台各电机安装机械参数原理示意图；
[0055]图2为考虑安装误差下微动台各电机安装机械参数的原理示意图；
[0056] 图3为图2的俯视图；
[0057] 图4为具体实施中步骤四至步骤十六的原理示意图。
【具体实施方式】
[0058] 结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述的一种微动台机械参数误差辨 识方法，步骤一：根据微动台水平方向上三个电机和垂直方向上三个电机力与力矩的关系， 加入电机安装的待辨识的机械误差参数，组成参数向量，构建工件台台体含差模型；
[0059] 步骤一包括：
[0060] 步骤一一：根据光刻机工件台台体模型建立微动台水平方向上三个电机和垂直方
[0061] a为水平方向音圈电机到XOY坐标系原点的距离，b为竖直方向音圈电机到XOY坐 标系原点的距离；MFhl、MFh2和M Fh3分别表示水平方向上三个电机受到的力矩，M Fvl、Mfv2和M Fv3 分别表示垂直方向上三个电机受到的力矩，Fhl、Fh2和Fh3分别表示水平方向上三个电机受到 的力，F vl、Fv2和F v3分别表示垂直方向上三个电机受到的力；
[0062] 步骤一二：根据步骤一一的方程组，得到工件台动台合力与六个电机力的对应关 系为：
[0064]其中，Fx、FjPF2分别为工件台动台在X、Y和Z方向上所受合力，M"、M1t和Mjv 别为工件台动台在X、Y和Z方向上所受合力矩；
[0065] 步骤一三：在步骤一二得到的对应关系中加入电机安装机械误差参数构建工件台
[0071] 其中，byl为垂直方向的1号电机到工件台坐标系原点的Y向规定距离，b y2为垂直 方向1号、2号电机到工件台坐标系原点的Y向规定距离，bxl为垂直方向1号电机到工件台 坐标系原点的X向规定距离，b x2为垂直方向1号、2号电机到工件台坐标系原点的X向规定 距离，A axl、A ax2、A ax3、A ayl、A ayjP A a "分别为水平方向1号、2号、3号电机到工件台 坐标系原点的X向和Y向距离偏差