光电子封装超精密运动平台末端姿态调整

针对光电子封装中超精密平台运动控制困难,末端坐标系与各轴运动关系复杂等问题,对串联机构的几何结构以及单自由度运动轴与末端姿态变换的关系进行研究。其步骤是:首先,基于串联机构的D-H方程,分析运动轴与其位姿的坐标变换并建立各运动轴和末端阵列光纤的位姿运动方程;然后,以末端点为原点,由位姿运动方程导出保持末端点不动的轴运动约束方程;最后,由约束方程导出旋转轴运动条件下移动轴的运动补偿方程。研究结果表明:在微小行程下,通过旋转轴行程的均匀细分和移动轴的运动补偿,末端原点的运动范围大大减少,减少的比例与细分系数近似呈正比。

超精密运动平台主动隔振系统动力学模型理论与实验研究

超精密运动平台振动控制系统是一个带不确定非线性系统。搭建了精密运动平台减振系统,设计了一种以空气弹簧为隔振元件,主/被动隔振在主动隔振和被动隔振之间通过开启电源进行切换的系统,分析并构建了系统的动力学模型,并对平台的主动隔振系统进行测试研究。理论分析和实验结果证实了主动隔振系统可行性,有效提高了加工系统的隔振效果,为平台进行高精密加工提供了保证,同时,为主动隔振系统及相关系统动力学研究提供了一种方法。

超精密运动系统跟踪误差定量分析

直线或平面电机驱动的超精密运动系统加减速域跟踪误差对建立时间有重要影响,定量分析加减速域跟踪误差并建立解析模型,对减小建立时间有重要的工程与学术价值。针对工程实际中的数字控制系统,该文基于单质量块刚体和双质量块柔性体模型,在离散域建立跟踪误差与前馈控制器、反馈控制器和目标轨迹之间的解析模型,从物理层面深入分析超精密运动系统加减速域轨迹跟踪误差产生机理。定量分析表明,在给定的前馈控制器和反馈控制器作用下,时域上加减速域跟踪误差与目标轨迹特定阶次的导数近似成正比。在跟踪误差定量分析的基础上,提出一种前馈控制器参数整定方法。实验验证误差分析的正确性和前馈控制器参数整定方法的有效性。

面向IC光刻的超精密运动台控制技术

对于步进扫描投影光刻机,掩模台和工件台的同步伺服性能将直接影响整机技术指标。掩模台和工件台是典型的六自由度超精密运动台,在耦合动力学、复杂内外部干扰条件下兼顾高动态和超精密运动是其核心控制难题,研究和发展面向集成电路光刻的超精密运动台控制技术对于实现高端光刻机国产化具有重要意义。本文首先阐述高端光刻机对超精密运动台的伺服性能需求以及实现这些需求所面临的技术挑战,然后从解耦控制、反馈控制、前馈控制、协同控制和轨迹生成五个方面回顾光刻机超精密运动台控制相关研究成果与最新进展,并对其现存的问题和发展方向进行评述。

光刻机超精密运动台数据驱动MIMO定结构前馈控制

超精密多输入多输出(Multiple-input multiple-output,MIMO)运动台是集成电路制造装备——光刻机的核心部件之一,其轨迹跟踪性能是保证光刻机产率和分辨率的关键。提出一种高效的数据驱动MIMO定结构前馈控制方法,有效补偿参考轨迹引入的伺服误差,降低各自由度间的耦合,从而提高光刻机超精密运动台对不同轨迹跟踪任务的适应性及跟踪性能。采用多项式对MIMO前馈控制器进行参数化,以保证前馈控制器的固有稳定性及其对变轨迹的鲁棒性。利用脉冲响应实验法无偏估计过程灵敏度函数矩阵的马尔可夫参数,进而建立高效的数据驱动参数优化算法,根据伺服系统的输入-输出数据迭代优化MIMO前馈控制器参数。所提方法无需对光刻机运动台建模,且每次迭代仅需一次轨迹跟踪实验。将所提方法应用于课题组自主研发的光刻机硅片台,2种参考轨迹的跟踪实验结果验证所提方法在有效提高轨迹跟踪性能的同时降低各自由度间的耦合。

主动控制空气静压精密直移工作台系统的研究

基于伺服控制理论 ,介绍一种新型超精密直线运动工作台 .精密工作台的底部和四周共设置九个主动空气支承 ,普通机械导轨拖动 ,除运动方向外其余五维位置姿态由两只四光束激光探头进行测量 ,并将测量值送控制器与目标值比较 ,驱动压电陶瓷致动补偿空气膜厚度随外部干扰变化对运动精度的影响 .系统固有误差作预处理后 。

粗微叠层式硅片台数据驱动MIMO前馈控制

光刻机中承载晶圆进行图像曝光的硅片台是一个典型的多输入多输出(multi-input multi-output,MIMO)超精密运动系统,MIMO前馈控制技术是抑制各自由度耦合误差的关键环节。针对光刻机粗微叠层式结构的硅片台,文中基于主从控制架构,提出一种微动台和粗动台MIMO前馈控制方法。该前馈采用线性参数化结构,以微分单元为基函数,将控制器的参数整定问题转化为一个凸优化问题,进而给出前馈控制器的全局最优参数整定方法以及参数迭代过程中梯度的无偏估计方法。通过硅片台多场曝光轨迹跟踪实验,验证所提参数整定方法的快速收敛性能。实验结果表明,所提方法能够有效减小微动台多自由度耦合的轨迹跟踪误差和粗微之间的相对误差。