發(fā)布時(shí)間：2020-08-02 11:51

【摘要】：以集成電路(Integration Circuit,IC)為代表的半導(dǎo)體技術(shù)的高速發(fā)展推動(dòng)著社會(huì)的進(jìn)步。隨著IC的最小特征尺寸向小于30nm的方向發(fā)展,作為IC制造光刻技術(shù)中的核心部件,光刻投影物鏡的像差對(duì)成像質(zhì)量的影響越來(lái)越突出。而壓電促動(dòng)器作為物鏡光學(xué)元件調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的核心驅(qū)動(dòng)器件,可以實(shí)時(shí)補(bǔ)償像散、球差與畸變等像差,極大地改善投影物鏡的成像質(zhì)量。因此,本論文采用以下方法對(duì)壓電促動(dòng)器的建模和控制進(jìn)行了深入研究,實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)誤差小于20nm和調(diào)節(jié)時(shí)間少于0.15s的微米級(jí)位移控制,滿足了高NA光刻投影物鏡高精度像差補(bǔ)償?shù)男枨蟆?、分析了電容位移傳感器、光柵尺與激光測(cè)長(zhǎng)干涉儀的工作原理,通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試了各自的位移測(cè)量噪聲,得出了在納米級(jí)精度閉環(huán)控制中這三種傳感器的適用場(chǎng)合。2、研究了疊堆式壓電促動(dòng)器的遲滯特性,建立了模糊遲滯模型,設(shè)計(jì)了自適應(yīng)模糊內(nèi)�？刂扑惴�,分析了算法的穩(wěn)定性,進(jìn)行了正弦軌跡跟蹤的高精度閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)。此外,設(shè)計(jì)了疊堆式壓電促動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的移相器系統(tǒng),借助于外部高精度激光測(cè)長(zhǎng)干涉儀的位移測(cè)量校正,使用半閉環(huán)控制方法,實(shí)現(xiàn)了3nm的重復(fù)定位精度。3、分析了準(zhǔn)靜態(tài)情況下行走式壓電促動(dòng)器位移與電壓的關(guān)系,對(duì)比驗(yàn)證了不同驅(qū)動(dòng)波形下的運(yùn)動(dòng)特性,建立了行走式壓電促動(dòng)器系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)線性模型,基于頻率響應(yīng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了系統(tǒng)辨識(shí)。設(shè)計(jì)了路徑規(guī)劃、速度前饋、PID反饋和重復(fù)學(xué)習(xí)控制算法,對(duì)行走式壓電促動(dòng)器系統(tǒng)進(jìn)行了定位和軌跡跟蹤的高精度閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)。4、分析了壓電促動(dòng)器在光刻物鏡中的應(yīng)用場(chǎng)景,針對(duì)其中的像差補(bǔ)償軸向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)與六自由度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的納米級(jí)精度位移調(diào)節(jié)控制應(yīng)用,研究了行程、位移分辨率、調(diào)節(jié)時(shí)間、穩(wěn)態(tài)誤差以及閉環(huán)控制調(diào)節(jié)時(shí)光學(xué)元件面形的變化。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TH74
【圖文】：

第 1 章 緒論為了對(duì)疊堆式壓電促動(dòng)器的遲滯效應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償控制，人們研究了前饋控制器反饋控制器、前饋加反饋復(fù)合控制器以及其它先進(jìn)智能控制器。文獻(xiàn)[38-41]研究了迭代學(xué)習(xí)控制方法在疊堆式壓電促動(dòng)器遲滯補(bǔ)償控制中的應(yīng)用。如圖 1.1(a)所示，Leang[40]采用基于 Preisach 遲滯模型的迭代學(xué)習(xí)控制方法，分析了該控制方法的收斂性，在全行程范圍內(nèi)的跟蹤誤差為 0.24%。Helfrich[41采用迭代學(xué)習(xí)前饋控制加H 反饋控制策略對(duì)疊堆式壓電促動(dòng)器微動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行精密運(yùn)動(dòng)控制，平均 RMS 控制誤差為 40nm，如圖 1.1(b)所示。

(a) (b)圖 1.2 壓電促動(dòng)器滑�？刂破脚_(tái)和算法Figure 1.2 The platform and algorithm of sliding mode control of piezoelectric actuatorNguyen[47]針對(duì)疊堆式壓電促動(dòng)器建立了一致性遲滯模型，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的閉環(huán)控制方法，控制誤差在40nm以?xún)?nèi)，如圖1.3(a)所示。Wong[48]設(shè)計(jì)了如圖1.3(b)所示的基于支持向量機(jī)遲滯模型的復(fù)合控制器用來(lái)抑制壓電促動(dòng)器率相關(guān)遲滯非線性的影響，跟蹤相對(duì)誤差可達(dá)到 0.03%。

[47]針對(duì)疊堆式壓電促動(dòng)器建立了一致性遲滯模型，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的閉環(huán)控制方法，控制誤差在40nm以?xún)?nèi)，如圖1.3(a)所示。Wong[48]設(shè)計(jì)了如圖1.3(b)所示的基于支持向量機(jī)遲滯模型的復(fù)合控制器用來(lái)抑制壓電促動(dòng)器率相關(guān)遲滯非線性的影響，跟蹤相對(duì)誤差可達(dá)到 0.03%。

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本文編號(hào)：2778472