为实现掩模台水平向三自由度高精度的运动定位,掩模台测量系统需要建立准确的多自由度解耦测量模型。采用二维衍射平面光栅尺建立掩模台自由度位置测量系统,并主要分析平面光栅尺和读头产生的多个安装误差使测量掩模台位置存在偏差的原因。首先结合安装布局设计出三自由度位移模型,然后结合平面光栅尺和读头的安装误差,分析掩模台位置产生阿贝误差与余弦误差的原因,并设计补偿算法来减小掩模台位置误差,再通过MATLAB软件对模型进行仿真,发现耦合系数具有收敛性;最后提出一种误差校准方法,以双频激光干涉仪测量系统为基准,利用最小二乘法拟合平面光栅尺位置模型的自由度耦合系数。结果表明,该算法能有效地对掩模台的阿贝误差与余弦误差进行补偿,实现5 nm的测量系统不确定度。

设计了一个基于二维光栅的高精度位置测量系统的硬件在环仿真平台,分析了测量模型在编程过程中产生误差的原因,并使用该仿真平台测试了模型的精度和运算时间。结果表明,当计算频率为20 kHz时,测量模型的编程精度优于0.79 nm,测量机箱引起的误差为8.84×10 ^-7 nm。该仿真平台能够有效地检测基于二维光栅的测量模型在编程过程中产生的误差,并测试模型运算时间。