顏家鈺Yen, Jia-Yush臺灣大學:機械工程學研究所李柏均Lee, Po-JyunPo-JyunLee2010-06-302018-06-282010-06-302018-06-282008U0001-1407200821192500http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/187380在次世代的微影技術中，電子束微影(E-beam Lithography，EBL)目前被認為是最有潛力發展成為次世代半導體製程設備的技術，其中，高解析度的多自由度定位平台是不可或缺的。為滿足電子束微影系統的需求，本文的目標在設計一六自由度的精密定位平台，以控制平台的致動作為電子束微影時的曝光補償。們改良掃描電子顯微鏡JEOL-7000F本身的位移平台，在上面加裝一使用壓電致動的多軸奈米定位平台。壓電致動器具有體積小、出力大、剛性佳等優點，然而其遲滯效應會造成10％-15％的位移誤差，為了降低遲滯效應對控制的影響，我們選擇順滑模態理論作為閉迴路控制器，將壓電遲滯現象視為系統的匹配式干擾來設計控制參數，並且由各種壓電遲滯模型中，選用函數法來找出本文中的壓電遲滯模型，以此模型為參考模擬出實際控制參數的有界極值，如此我們僅需設計一組參數，卻可以控制一段範圍的頻率，並且對於變頻率、變振幅的輸入訊號，也都能有良好的控制響應。E-beam lithography(EBL) is one of the lithographic technique, and it is considered the most potential technique to be the key of semiconductor process in the next generation. Thus, high performance stage is necessary. In this thesis we design a precision six degree-of-freedom positioning stage and control the motion of stage as lithographic compensation.e choose piezoelectric material as the actuator, but the hysteresis cause large displacement error. We use sliding mode controller as the closed loop control to reduce hysteresis effect, because it has robust character. Here hysteresis effect regards as matched system uncertainty, and we can estimate its upper bound by transfer function hysteresis model and Matlab simulation. Therefore, our multi-axes piezoelectric positioning stage could adapt to altering frequency or unsettled amplitude.目錄試委員會審定書 Ⅰ文口試委員會審定書 Ⅱ謝 Ⅲ要 Ⅳbstract Ⅴ錄 Ⅵ目錄 X目錄 XVI1章 緒論 1.1 研究背景 1.2 文獻回顧 2.3 研究目標 4.4 研究貢獻 52章 奈米托架機構設計與分析 6.1 機構設計 6.1.1 X-Y-θz平台設計 6.1.2 Z-θx-θy平台設計 8.2 機構實體圖 10.3 機構模擬分析 123章 實驗系統架構 19.1 硬體簡介 19.2 壓電致動器 19.3 壓電驅動器 20.4 LVDT位移感測器 23.4.1 LVDT之簡介 23.4.2 LVDT原理 24.4.3 LVDT E-115.21 25.4.4 LVDT校正實驗 26.4.5 LVDT控制模組 27.4.6 LVDT雜訊 28.5 訊號擷取卡 29.5.1 類比數位轉換卡 29.5.2 數位類比轉換卡 30.5.3 輸入電壓最小可偵測範圍 314章 壓電致動器 33.1 壓電材料特性 33.1.1 簡介 33.1.2 壓電效應 34.1.3 遲滯效應 35.1.4 潛變效應 36.2 壓電材料組成律 37.3 機電轉換係數 38.4 積層式壓電致動器 39.5 實際壓電致動器規格 41.6 遲滯效應模型 43.6.1 壓電致動器線性模型 43.6.2 Approximated Polynomial Model 44.6.3 Maxwell Slip Model 44.6.4 Bouc-Wen Model 47.6.5 Duhem Model 49.6.6 Simplified Dahl Model 49.6.7 函數法 505章 系統識別 54.1 基本系統描述 54.2 線性疊加實驗 55.2.1 X-Y-θz軸線性疊加 56.2.2 Z軸線性疊加 56.2.3 θx軸線性疊加 57.2.4 θy軸線性疊加 59.3 系統識別步驟 60.3.1 X-Y-θz軸系統識別步驟 61.3.2 Z軸系統識別步驟 61.3.3 θx軸系統識別步驟 62.3.4 θy軸系統識別步驟 62.3.5 MIMO系統識別步驟 64.4 系統識別結果 64.4.1 X-Y-θz軸識別結果 64.4.2 Z軸識別結果 66.4.3 θx軸識別結果 67.4.4 θy軸識別結果 67.5 遲滯曲線模型 68.5.1 X-Y-θz遲滯模型 69.5.2 Z軸遲滯模型 69.5.3 θx軸遲滯模型 71.5.4 θy軸遲滯模型 72.6 旋轉角度關係式 746章 順滑模態控制 76.1 順滑模態控制理論 76.2 順滑模態控制器設計 79.3 系統控制 867章 實驗結果與討論 91.1 Z軸實驗結果 91.2 θx軸實驗結果 97.3 θy軸實驗結果 103.4 結論與未來目標 109考文獻...................................112amp;#8195;4100496 bytesapplication/pdfen-US壓電致動器奈米定位平台多自由度順滑模態控制遲滯模型piezoelectricnano positioning stagemulti-DOFsliding mode controlhysteresisthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/187380/1/ntu-97-R95522814-1.pdf