【摘要】：主動隔微振技術(shù)因其優(yōu)良的低頻性能而成為抑制光刻機內(nèi)部微振動的核心技術(shù)之一。微振動直接影響光刻機超精密運動平臺的定位精度和計量框架的穩(wěn)定性,最終制約光刻機最小線寬和套刻精度的提升。微振動干擾包括基礎(chǔ)振動和直接干擾兩大類�；诹銊偠仍淼膫鹘y(tǒng)隔微振技術(shù)可有效隔離基礎(chǔ)振動,但會弱化系統(tǒng)對直接干擾的抑制能力。因此,當(dāng)基礎(chǔ)振動和直接干擾對系統(tǒng)的影響在同一量級時,傳統(tǒng)方法必須權(quán)衡二者的影響,從而無法有效抑制光刻機內(nèi)部微振動�；A(chǔ)振動隔離和直接干擾抑制難以兼顧的問題已成為提升光刻機隔微振性能的主要技術(shù)瓶頸。本文旨在解決光刻機隔微振技術(shù)中基礎(chǔ)振動隔離和直接干擾抑制難以兼顧的問題。為此,首先提出了一種基于干擾均方根響應(yīng)的反饋量配置優(yōu)化方法,以獲取反饋量的最優(yōu)配置和反饋系數(shù)的最優(yōu)值;其次提出了一種基于無窮剛度和零剛度復(fù)合作用的主動負(fù)剛度隔微振方法,以兼顧基礎(chǔ)振動隔離和直接干擾抑制;最后提出了一種面向力反饋主動隔微振致動器的干擾力自感知方法,直接測量并實時補償干擾力,以抑制直接干擾。本文主要研究內(nèi)容詳述如下:針對多因素干擾同時作用時反饋量配置的優(yōu)化問題,提出了一種基于干擾均方根響應(yīng)的反饋量配置優(yōu)化方法,分析了單自由度主動隔振模型下各直接反饋量及其組合的隔振性能。該方法以干擾均方根響應(yīng)值作為評價振動水平的單一指標(biāo),通過建立以反饋量系數(shù)、干擾功率譜密度為自變量,干擾均方根響應(yīng)值為因變量的函數(shù)關(guān)系,定量分析了反饋量配置以及各干擾對振動水平的影響。利用該方法確定了反饋量的系數(shù)最優(yōu)值,并且明確了基礎(chǔ)振動和直接干擾在被隔振設(shè)備振動有效值中各自的權(quán)重。針對基于零剛度原理的主動負(fù)剛度隔微振方法難以兼顧基礎(chǔ)振動隔離和直接干擾抑制的問題,本文提出了一種基于無窮剛度和零剛度復(fù)合作用的主動負(fù)剛度隔微振方法。該方法通過絕對位移反饋主動負(fù)剛度實現(xiàn)了無窮剛度和零剛度復(fù)合控制,使被隔振設(shè)備與參考點、基礎(chǔ)之間的等效剛度分別趨于無窮大和零,等價于將被隔振設(shè)備剛性連接在參考點之上,并使其與基礎(chǔ)(振源)完全隔離,兼顧了直接干擾的抑制和基礎(chǔ)振動的隔離。分析結(jié)果表明,該方法可有效降低被隔振設(shè)備的振動水平。針對柔性設(shè)備隔振時干擾力測不準(zhǔn)的問題,提出了一種面向力反饋主動隔微振致動器的干擾力自感知方法。該方法利用自感知型致動器的雙向換能特性,直接測量并實時補償干擾力。通過優(yōu)化致動器的驅(qū)動線圈結(jié)構(gòu),提升了磁場分布的均勻性,并利用基于有源開爾文電橋原理的干擾自感知電路實現(xiàn)了自感知電壓的線性提取。分析結(jié)果表明,該方法可實現(xiàn)干擾力自感知。最后,搭建實驗平臺,對本文提出的隔微振方法進(jìn)行了實驗驗證。結(jié)果表明:均方根響應(yīng)法合成的設(shè)備振動速度有效值與實測值的誤差小于7.7%,驗證了該方法的可行性;隨機激勵條件下,應(yīng)用復(fù)合作用主動負(fù)剛度隔微振方法后,被隔振設(shè)備的振動速度有效值比被動隔微振方法降低了21.7%,比零剛度原理隔微振方法降低了8.4%;致動器對干擾力的自感知靈敏度系數(shù)優(yōu)于2.0(mV·s)/N,實現(xiàn)了干擾力自感知。
[Abstract]:Active vibration isolation technology is one of the core technologies for suppressing the internal micro-vibration of the lithography machine because of its excellent low-frequency performance. The micro-vibration directly affects the positioning accuracy of the ultra-precision motion platform of the lithography machine and the stability of the measuring frame, and finally, the minimum line width and the accuracy of the etching of the lithography machine are finally restricted. The micro-vibration interference includes basic vibration and direct interference. The traditional micro-vibration technology based on the principle of zero stiffness can effectively isolate the basic vibration, but weaken the system's ability to suppress the direct interference. Therefore, when the influence of the basic vibration and the direct interference on the system is on the same order, the traditional method has to trade off the influence of the two, so that the internal micro-vibration of the lithography machine can not be effectively suppressed. The problem that the basic vibration isolation and direct interference suppression is difficult to balance has become the main technical bottleneck for improving the microvibration performance of the lithography machine. The purpose of this paper is to solve the problem that the basic vibration isolation and direct interference in the micro-vibration technology of the lithography machine are difficult to balance. In order to obtain the optimal configuration of the feedback quantity and the optimal value of the feedback coefficient, an active negative stiffness and micro-vibration method based on the combination of infinite stiffness and zero stiffness is proposed. In this paper, a self-sensing method for the interference force of a force-feedback active-diaphragm actuator is presented, which can be used to measure and compensate the interference force in real time to suppress direct interference. The main research contents of this paper are as follows: the optimization of the feedback quantity configuration at the same time with respect to the multi-factor interference, and a feedback quantity configuration optimization method based on the interference root mean square response is proposed. The vibration isolation performance of each direct feedback quantity and its combination under the single-degree-of-freedom active vibration isolation model is analyzed. The method uses the interference root-mean-square response value as a single index for evaluating the vibration level, The feedback quantity configuration and the influence of each interference on the vibration level are quantitatively analyzed. The optimal value of the coefficient of the feedback quantity is determined by the method, and the weight of the basic vibration and the direct interference in the effective value of the vibration of the vibration isolation device is determined. In order to solve the problem of vibration isolation and direct interference suppression, an active negative stiffness vibration isolation method based on infinite stiffness and zero stiffness is presented in this paper. The method realizes the compound control of infinite rigidity and zero rigidity through the absolute displacement feedback active negative stiffness, And the isolation of the direct interference and the basic vibration is taken into account. The results show that the method can effectively reduce the vibration level of the vibration isolation equipment. In this paper, a self-sensing method for the interference force of a force-feedback active septum microvibration actuator is presented in view of the uncertainty of the interference force during the vibration isolation of the flexible equipment. The method utilizes the bidirectional energy-changing characteristics of the self-sensing actuator to directly measure and compensate the interference force in real time. By optimizing the drive coil structure of the actuator, the uniformity of the magnetic field distribution is improved, and the linear extraction of the self-sensing voltage is realized by using the interference self-sensing circuit based on the principle of the active Kelvin bridge. The results show that the method can realize the self-sensing of the interference force. Finally, the experiment platform is set up, and the microvibration method proposed in this paper is proved. The results show that the error of the effective value of the vibration velocity and the measured value of the equipment synthesized by the root mean square response method is less than 7.7%, and the feasibility of the method is proved. The effective value of the vibration velocity of the vibration isolation device is 21.7% lower than that of the passive vibration isolation method, and the micro-vibration method is reduced by 8.4% compared with the principle of zero stiffness; the self-sensing sensitivity coefficient of the actuator to the interference force is better than 2.0 (mV 路 s)/ N, and the self-sensing of the interference force is realized.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN305.7

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本文編號：2447331