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

1、掩模-硅片對準(zhǔn)技術(shù)作為光刻機三大核心技術(shù)之一，一直是光刻機的研究熱點。掩模臺對準(zhǔn)時，其微動臺平面三自由度微位移測量直接影響到光刻機的套刻精度和圖形尺寸。為了滿足微動臺更換掩模版時的測量要求，本文設(shè)計了基于線性霍爾傳感器的平面三自由度測量系統(tǒng)，主要完成的工作如下：
　　通過對單自由度微位移測量裝置進行電磁場仿真，得出了磁感應(yīng)強度空間分布的形式，驗證了單自由度測量方案可行性。在此基礎(chǔ)上設(shè)計了平面三自由度測量的傳感器布局方案，針對測量平

2、面內(nèi)磁感應(yīng)強度的理想分布模型于實際分布模型不一致的問題，提出了一種基于橢圓函數(shù)擬合的微動臺平面三自由度位置解耦方法，通過對測量平面磁場強度進行高密度采樣，利用橢圓函數(shù)對磁感應(yīng)強度分布模型進行擬合，為建立傳感器測量值與微動臺位置的對應(yīng)關(guān)系提供了理論設(shè)計依據(jù)；根據(jù)控制系統(tǒng)對數(shù)據(jù)傳輸速率的要求，設(shè)計了基于FPGA的模塊化線性霍爾傳感器信號處理卡，實現(xiàn)了高靈敏度、高采樣率、高傳輸速率測量；搭建了單自由度微位移測量裝置實驗平臺及平面三自由度綜合測

3、試的實驗平臺，對測量系統(tǒng)的單自由度及平面三自由度分辨力和非線性度進行了實驗驗證，驗證了測量系統(tǒng)的正確性。
　　單自由度傳感器實驗結(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，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.，補償后非線性度能達到0.08%F.S.。平面三自由度實驗結(jié)果表明，在±2mm平面測量范圍內(nèi)，基于橢圓函數(shù)擬合的磁場曲線能夠較理想地反映磁感應(yīng)強度的真實分布狀況，平均擬合誤差優(yōu)