顏家鈺臺灣大學：機械工程學研究所蕭智凱Shiao, Chih-KaiChih-KaiShiao2007-11-282018-06-282007-11-282018-06-282007http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/61052本文主要在設計微影製程中移動晶圓或者是光罩（分劃版）的多自由度托架。在次世代微影製程技術中，不論是深紫外光微影術或者是電子束微影術，其晶圓（試片）的托架都是相當重要的一環。為了配合次世代微影製程的要求，多自由度的托架不僅要能等速地穩定移動，還要求縮短其加速時間與提高定位校準能力。因此，我們將改良現今常被使用的多自由度載台，在托架與晶圓或分劃版間加放一個多自由度的壓電致動的奈米定位掃瞄平台，以達成高解析定位的要求。 然而壓電致動的奈米平台會因遲滯效應而造成位移的誤差，本文利用順滑模態控制器改善穩態誤差，並且消除壓電致動器的遲滯效應，使奈米操控平台的位移呈線性，以符合我們對高解析度的要求。In this thesis we design a precision 6 degree-of-freedom motion stage for the scanning electron microscope (SEM) system. The SEM system shines high power electron beam on the sample surface, and measures the sample structure by measuring the amount of back scattered secondary electrons from the sample surface. The usual SEM has electron optics to focus and scan the beam across the sample. The resolution of the scan and the available tilting angle are limited. It is thus desirable to have a high resolution multi-d-o-f stage within the SEM chamber. This thesis proposes the design of a novel 6 d-o-f precision piezoelectric stage. To simplify the control, we checked the interference to ensure that each degree-of-freedom motion does not interfere with other axes. We then design a high performance servo controller for the stage. To match the motion range requirements, the stage have motion range of 20目錄 口試委員會審定書 Ⅰ 英文口試委員會審定書 Ⅱ 誌謝 Ⅲ 摘要 Ⅳ Abstract Ⅴ 目錄 Ⅵ 圖目錄 Ⅸ 表目錄 ⅩⅦ 第一章 緒論 1 1.1研究背景 1 1.2文獻回顧 2 1.3研究目的與預期目標 4 1.4研究貢獻 4 第二章 電子束微影系統奈米操控托架結構分析 6 2.1 簡介 6 2.1.1 壓電材料 6 2.1.1.1 基本性質 6 2.1.1.2 壓電材料組成律 7 2.1.1.3 機電轉換係數 8 2.1.1.4 積層式壓電致動器 9 2.1.2 平板彈簧 11 2.1.3 放大機構 12 2.2 機構設計 12 2.2.1 X-Y-θz平台設計 12 2.2.2 Z-θx-θy平台設計 14 2.3 機構實體圖 15 第三章 有限元素法分析 17 3.1 ANSYS模擬 17 3.2靜態分析 21 3.3模態分析 28 3.4諧波分析 31 第四章 系統實驗架構與設計 34 4.1 實驗硬體概述 34 4.2 積層式壓電致動器 34 4.3 壓電驅動器 35 4.4 LVDT(位移感測器) 37 4.4.1 LVDT之簡介 37 4.4.2 LVDT原理 38 4.4.3 LVDT E-115.21 39 4.4.4 LVDT校正實驗 40 4.4.5 LVDT控制模組 41 4.4.6 LVDT雜訊 41 4.5 訊號擷取卡 42 4.5.1類比數位轉換卡 42 4.5.2數位類比轉換卡 43 4.5.3輸入電壓最小可偵測範圍 44 第五章 系統識別 46 5.1 系統描述 46 5.2 線性疊加實驗 48 5.3 系統識別的方法 50 5.4 系統識別的結果 51 5.5 磁滯模型 55 第六章 順滑模態控制設計與模擬 57 6.1 順滑模態控制理論 57 6.2 順滑模態控制器設計 58 6.3 控制系統模擬 65 第七章 實驗結果與討論 73 7.1 SISO實驗結果 73 7.2 MIMO實驗結果 82 7.3 結論與未來展望 91 參考文獻 933074494 bytesapplication/pdfen-US奈米平台多自由度壓電致動器順滑模態控制遲滯效應nano stagemulti-d-o-fpiezoelectricsliding mode controlhysteresisthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/61052/1/ntu-96-R94522813-1.pdf