基于線性霍爾傳感器的平面三自由度微位移測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì).pdf

1、掩模-硅片對(duì)準(zhǔn)技術(shù)作為光刻機(jī)三大核心技術(shù)之一，一直是光刻機(jī)的研究熱點(diǎn)。掩模臺(tái)對(duì)準(zhǔn)時(shí)，其微動(dòng)臺(tái)平面三自由度微位移測(cè)量直接影響到光刻機(jī)的套刻精度和圖形尺寸。為了滿足微動(dòng)臺(tái)更換掩模版時(shí)的測(cè)量要求，本文設(shè)計(jì)了基于線性霍爾傳感器的平面三自由度測(cè)量系統(tǒng)，主要完成的工作如下：
　　通過對(duì)單自由度微位移測(cè)量裝置進(jìn)行電磁場(chǎng)仿真，得出了磁感應(yīng)強(qiáng)度空間分布的形式，驗(yàn)證了單自由度測(cè)量方案可行性。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了平面三自由度測(cè)量的傳感器布局方案，針對(duì)測(cè)量平

2、面內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度的理想分布模型于實(shí)際分布模型不一致的問題，提出了一種基于橢圓函數(shù)擬合的微動(dòng)臺(tái)平面三自由度位置解耦方法，通過對(duì)測(cè)量平面磁場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行高密度采樣，利用橢圓函數(shù)對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度分布模型進(jìn)行擬合，為建立傳感器測(cè)量值與微動(dòng)臺(tái)位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系提供了理論設(shè)計(jì)依據(jù)；根據(jù)控制系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率的要求，設(shè)計(jì)了基于FPGA的模塊化線性霍爾傳感器信號(hào)處理卡，實(shí)現(xiàn)了高靈敏度、高采樣率、高傳輸速率測(cè)量；搭建了單自由度微位移測(cè)量裝置實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及平面三自由度綜合測(cè)

3、試的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的單自由度及平面三自由度分辨力和非線性度進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，驗(yàn)證了測(cè)量系統(tǒng)的正確性。
　　單自由度傳感器實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)線性霍爾傳感器距離磁鋼表面高度為8.0mm時(shí)，傳感器在4.0mm的量程內(nèi)分辨力優(yōu)于1μm，非線性度為6.06％F.S.，補(bǔ)償后非線性度能達(dá)到0.08%F.S.。平面三自由度實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在±2mm平面測(cè)量范圍內(nèi)，基于橢圓函數(shù)擬合的磁場(chǎng)曲線能夠較理想地反映磁感應(yīng)強(qiáng)度的真實(shí)分布狀況，平均擬合誤差優(yōu)