设计了一种电容位移传感器在线标定平台, 用于位移的高精度调节和检测。该平台的运动对称中心轴、测量光路的对称中心轴和传感器的传感轴共轴, 故从测量原理上减小了阿贝误差。标定平台具有z/tip/tilt调节功能, 保证了传感器的传感面和被测面板的被测面之间的装调对准。介绍了标定平台的组成和标定方法的原理, 采用对称平行四边形机构实现了微位移调节, 基于柔度矩阵法(CMM)分析了导向机构的输出柔度和行程。试验测得动平台行程为735.162 μm, 和有限元法(FEM)、CMM计算结果的误差分别为7.410%和4.633%, 满足行程误差要求。经过标定补偿后, 传感器的线性度由0.014 21%提高至0.006 231%。实验结果显示, 该线性度标定方法精度高, 标定后的传感器满足位移精密调节机构使用要求。

由于光刻投影物镜装调中电容传感器的线性度指标不能够满足位移调节精度的需求,本文提出了一种提高电容传感器测量线性度的方法。该方法采用压电驱动器提供位移进给;采用高精度激光测长干涉仪校准电容传感器的线性度,提供位移反馈以保证运动控制精度。采用高阶曲线拟合方法得到拟合系数对传感器线性度进行在线标定;对标定实验中的环境、安装、机构以及控制等进行不确定度分析与评定以保证电容传感器的线性度测量精度;最后进行电容传感器线性度的标定实验。实验结果表明: 本文提出的线性度标定方法能够减小各误差项对于测量结果的影响,标定后传感器线性度由0.047 14%提高至0.004 84%,近一个数量级,并且线性度重复性较高,重复性偏差为0.38 nm,全行程内线性度的合成不确定度为5.70 nm,能够满足光刻物镜中位移控制精度的需求。

由于开闭环迭代学习控制方法能在加快收敛速度的情况下降低跟踪误差, 本文利用该控制方法来提高压电驱动器(PZT)的高频轨迹跟踪精度。首先, 提出了离散时间下的开环P型结合闭环PI型的迭代学习律, 并且给出了基于该学习律的收敛性条件。然后, 设计了用于PZT系统的离散开闭环迭代学习控制器。最后, 针对50 Hz单频和25 Hz+50 Hz复频三角波轨迹进行了跟踪控制实验。实验结果表明: 所提出的迭代学习控制器对上述2种轨迹的最大跟踪误差分别为10.6 nm和12.5 nm, 相对于PID控制器, 分别降低了96.25%和95.62%。结果显示: 提出的控制方法易于实现, 无需准确的PZT迟滞和系统模型就可以获得很高的跟踪精度, 能有效地满足高频和复频轨迹跟踪的精度要求。

针对压电陶瓷驱动器(PZT)的迟滞非线性对周期性超精密跟踪精度的影响, 对基于Takagi-Sugeno(T-S)型模糊规则的动态模糊系统( DFS)前馈+PI控制方法进行了研究。介绍了DFS模型前提部分和结论部分的辨识方法; 结合直接逆模型控制和迭代学习控制的思想, 提出了周期性轨迹跟踪的DFS前馈+PI控制方法。最后, 针对20 Hz的三角波和正弦波期望轨迹进行了跟踪控制实验。实验结果表明: 提出的控制方法对三角波和正弦波期望轨迹的最大跟踪误差分别为0.25%和0.27%, 相对于PI控制, 跟踪精度分别提高了52倍和64倍,而最大跟踪绝对误差分别降低到5.1 nm和5.5 nm。结果显示这种控制方法易于实现, 周期性轨迹跟踪精度高。