光刻物镜中压电陶瓷驱动器的动态性能研究

针对压电陶瓷在光刻机投影物镜中作为像质补偿镜组促动器的特定应用要求,对一种以集成运算放大器构成的压电陶瓷驱动器的动态性能进行了研究.首先,针对驱动器系统中集成运放固有频率特性对动态性能的影响进行了分析,确定了外部补偿网络的参量.然后,针对驱动器系统大容性负载对动态性能的影响进行了分析,提出了隔离电阻的补偿方法.最后,讨论了驱动器系统中寄生电容对动态性能的影响.计算表明:补偿后的压电陶瓷驱动器系统相位裕量为79 °,阶跃响应无超调量,调节时间为5 μS.基本满足压电陶瓷在光刻物镜中作为像质补偿镜组促动器的稳定性强、响应快速、超调量小等动态要求.     

压电陶瓷驱动器疲劳对变形镜校正带宽的影响

在自适应光学波前校正过程中,变形镜驱动器在交变电场的长期循环作用下会产生疲劳效应.根据自适应光学控制系统的误差传递函数和开环传递函数,结合压电陶瓷驱动器的疲劳特性,分析了压电陶瓷驱动器在产生疲劳后对变形镜延时、校正带宽和系统稳定性的影响.结果表明,对于同一种压电陶瓷,其压电性能、介电性能及机电耦合性能均随着循环次数的增加而下降,其中机电耦合性能对变形镜延时影响最大.在变形镜校正畸变波前过程中,压电陶瓷驱动器的循环使用次数越多,变形镜延时越长,其校正得到的误差抑制带宽和开环带宽越小,而相位裕度变化范围表现出缓慢增大的趋势,系统的稳定性也随之变差.     

光刻物镜中主动透镜的变形和像差特性

高精度光刻投影物镜在工作过程中吸收激光能量产生热像差,在离轴照明模式(如偶极照明)下,热像散显著且随时间变化,传统的被动光学方法无法补偿此类像差。提出在折射式光刻投影物镜系统中使用主动光学的方法,通过力促动器作用在透镜上使镜片变形以补偿初阶热像散。采用有限元分析方法,分析了简化的折射平板在促动力作用下的变形特点和像差特性;用几何光学理论近似论证了该补偿方案的可行性,并且分析了促动器分布、促动力大小、促动器与平板接触区域尺寸以及支撑结构对平板变形的影响。结果表明,在优化的支撑结构下,主动平板可以较好地补偿系统初阶热像散和初阶四叶像差,为光刻系统热像差的补偿提供了一个思路。     

投影光刻物镜的计算机辅助装调

针对投影光刻物镜苛刻的像质要求,将计算机辅助装调(CAA)技术引入投影光刻物镜的装调过程中,建立了相应的数学模型。选取33个视场Fringe Zernike多项式的4~37项,以及畸变作为校正对象,并选取19个结构参量作为补偿器。通过将CODE V的宏功能和Matlab结合,采集灵敏度矩阵和像质数据。提出用奇异值分解求加权最小二乘解的方法计算补偿量,通过权重因子实现对不同视场上不同Zernike项系数或畸变的改进。将补偿后光刻物镜的性能和理想光刻物镜对比,发现相比于设计镜头,装调后镜头的平均波前均方根(RMS)大约差0.004λ,平均畸变大约差1nm,该方法可以将系统波像差和畸变恢复到接近设计水平。     

光电经纬仪主镜面型误差主动补偿技术研究

光电经纬仪俯仰动作时,引起主镜的面型误差,从而影响整个光学系统的准确度,以往主镜支撑结构采用被动式补偿方式,来保证实际面型最大误差在设计指标之内.本文基于压电陶瓷主动面型补偿技术,通过对俯仰变化引起面型误差曲线的实时修正,来主动控制主镜装调和动作引起的面型误差.使用光机系统联合仿真方法,拟合主镜面型误差,然后采用压电陶瓷的主动补偿技术修正面型误差,能够使原主镜峰值下降到66.9 nm,均方根最大值下降到12.9 nm,满足15.82 nm的均方根要求.基于压电陶瓷的主动面型补偿技术不仅可以很好地实时补偿主镜的动态面型误差,提高光学系统的像质清晰度和视轴稳定性,对大口径高准确度主镜系统的装调与动态检测有重要的意义.     

拼接镜主动共相实验研究

针对拼接型天文望远镜主镜的共相检测问题,对宽窄带夏克哈特曼检测法在拼接主镜各子镜间平移误差的测量进行了理论与仿真分析,并搭建了一套室内拼接镜的主动共相检测实验光路系统,其中拼接镜是由4块对边长为100mm、曲率半径为2 000mm的正六边形球面反射镜组成.首先,利用夏克波前探测器进行了拼接镜的精共焦误差的检测,通过主动光学技术控制压电陶瓷促动器,实现了拼接镜的精共焦的调节;然后通过宽带共相检测实现了粗共相的检测;最后,通过窄带共相检测实现了精共相的检测,并通过主动光学技术控制压电陶瓷促动器,实现了共相的调节.实验表明:宽窄带夏克哈特曼检测法对拼接子镜平移误差测量量程达到几十微米,共相检测精度达到15nm,满足拼接镜对平移误差的测量要求.     

光刻物镜热像差主动补偿系统设计与实验

光刻物镜硅片刻蚀过程中的Z5像散会使光刻物镜波像差产生严重的劣化。为了对像散进行实时补偿,提出一种Z5像散主动补偿系统。该系统由实时数据平台、驱动力系统、柔性支撑结构和光学透镜构成。采用球面干涉仪作为光学透镜表面面形的检测设备,利用最小二乘法及线性叠加原理确定驱动参数与面形关系。实验进行了主动补偿系统的驱动器响应函数测试、补偿行程测试、补偿精度测试、补偿分辨率测试。结果表明,系统Z5像散补偿行程达到735nm,Z5像散补偿精度小于2nm,引入的高阶像差小于1nm,像散补偿分辨率为2nm,该系统能够有效补偿光刻物镜系统波前像差,使光刻物镜满足像质要求。     

基于干涉仪测量的变形镜面形展平标定研究

为了全面地了解变形镜的性能,以便自适应光学系统更好地工作,进行了基于干涉仪测量的变形镜面形展平标定研究.首先,给变形镜的压电陶瓷驱动器施加一半的控制电压;再用Zygo干涉仪测得变形镜的面形,计算对应各个驱动器位置的镜面高度,并算得各个位置镜面高度相对平均镜面高度的偏差;最后,控制驱动器运动使偏差量为零.测试及实验表明,受压电陶瓷迟滞的影响,上述过程需要迭代4到6次镜面面形才会收敛到希望的准确度;对镜面周边无驱动器约束的21单元变形镜,展平之后其80%口径的面形接近λ/20(λ=632.8nm);对镜面周边有驱动器约束的137单元变形镜,展平后的面形优于λ/50.在望远镜不同的观测条件下,该技术可以快速地对变形镜进行展平标定,以适应不同的工作环境.     

变形镜像差拟合能力的有限元仿真

为了研究变形镜对于Zernike多项式像差模式的拟合能力,利用有限元仿真方法,建立了两种不同单元排布方式的变形镜有限元模型.通过给促动器施加理论位移,进行了仿真分析.结果指出了不同的促动器排布方式与像差拟合能力之间的关系,同时表明57点促动器密布的排列方式已经能校正像差到λ/20甚至更小,验证了促动器对变形镜"印透效应"等的影响.     

基于干涉仪测量的变形镜面形展平标定研究

为了全面地了解变形镜的性能,以便自适应光学系统更好地工作,进行了基于干涉仪测量的变形镜面形展平标定研究.首先,给变形镜的压电陶瓷驱动器施加一半的控制电压;再用Zygo干涉仪测得变形镜的面形,计算对应各个驱动器位置的镜面高度,并算得各个位置镜面高度相对平均镜面高度的偏差;最后,控制驱动器运动使偏差量为零.测试及实验表明,受压电陶瓷迟滞的影响,上述过程需要迭代4到6次镜面面形才会收敛到希望的准确度;对镜面周边无驱动器约束的21单元变形镜,展平之后其80%口径的面形接近λ/20(λ=632.8 nm);对镜面周边有驱动器约束的137单元变形镜,展平后的面形优于λ/50.在望远镜不同的观测条件下,该技术可以快速地对变形镜进行展平标定,以适应不同的工作环境.     

NA1.35投影光刻光学系统偏振像差的优化

为了实现NA1.35投影光刻光学系统高质量成像，在设计过程中除了控制波像差，还需进一步优化光学系统的偏振像差。利用Jones光瞳和物理光瞳表达了NA1.35投影光刻光学系统的偏振像差，并用二向衰减量与延迟量分析了光学系统偏振像差的大小；根据光线入射到不同光学面上最大入射角度的不同，为每个光学面设计相应的膜系以优化光学系统的偏振像差。相比于采用常规膜系，膜系优化后NA1.35投影光刻光学系统的二向衰减量和延迟量分别减小到了0.021 8、0.057 2 rad，即减小了光学系统的偏振像差。利用Prolith光刻仿真软件，分别对采用常规膜系和优化膜系的NA1.35投影光刻光学系统进行曝光性能仿真，结果显示:膜系优化后光学系统的成像对比度提高了4.4%，证明了NA1.35投影光刻光学系统偏振像差优化方法的有效性。     

CCD相机动态传递函数核心测试设备的设计

高分辨率CCD相机的动态传递函数测试设备主要用在实验室条件时使用,模拟相机在飞行状态时地面景物的空间运动轨迹,综合评价相机系统在自身动态像移补偿、偏流角控制下的成像质量。与传统的静态传递函数相比,该项指标能够更好地反映CCD相机在实际工作状态下的成像质量。以动态传递函数测试的基本原理为基础,提出了系统中的关键测试设备—动态目标发生器的研制思路,并对设备的测试精度进行了分析,得到了动态目标发生器光学/机械系统的工程化设计方案。     

基于STC单片机F-P扫描干涉仪的设计

通过分析F-P扫描干涉仪的工作原理,基于STC89C52RC单片机,采用PA93功率放大器驱动压电陶瓷,设计了1 064nm平平腔结构的F-P扫描干涉仪。腔镜反射率为98%,精细度156,腔长0.1~100mm连续可调,对应自由光谱区1.5~1 500GHz和分辨率9.65~9 650MHz。压电陶瓷驱动电压和频率通过4×4矩阵键盘,可以在0~200V和1~30Hz连续可调,显示在1 602液晶屏上。同时可以通过RS232串口与计算机通讯,在上位机使用LabVIEW软件界面方便地设置压电陶瓷驱动电压和频率。最后使用该F-P扫描干涉仪,对激光二极管泵浦Nd:YVO4激光器纵模进行了测量,验证了整个系统的工作性能。     

高精度光学平台调焦控制系统

针对经纬仪、量子通信望远镜等光电跟踪控制系统光学平台调焦的需要,在保证跟踪控制性能和可靠性的基础上,设计了一种低成本、小体积的高精度光学调焦控制系统,以先进精简指令集计算机处理器和现场可编程门阵列为核心组成比例-积分-微分光学控制平台来实现调焦控制。分析如何提升光学平台调焦精度,利用基于缓冲运放进行信号扩展的方法提升光学平台调焦控制反馈偏差信号精度,提出3种反馈信号补偿方法并进行对比和分析,选择等分中值补偿方法对电位器反馈信号进行补偿,在不影响调焦时间的基础上简化了软硬件设计,提升了调焦精度和效率,具有低功耗、实现简单、成本低、体积小等优点。在实验中,对获取的调焦图像采用主观分析和客观评价标准相结合的方法进行调焦效果验证,证明了该设计的优势。该设计已用于某光电跟踪探测项目,在1μm级调焦精度时全程调焦时间约为3s,反应快速,性能稳定可靠。     

Integrated design of piezoelectric damping system for flexible structure

This paper aims at developing an integrated design method of the active/passive hybrid type of piezoelectric damping system for reducing the dynamic response of the flexible structures due to external dynamic loads. The design method is based on the numerical optimization technique whose objective function is a control effort of the active damping. A vibration suppression performance, which is evaluated by the maximum value of the gain of the frequency response function of the structure, is constrained. In order to demonstrate the structural damping capability of the hybrid type of piezoelectric damping system designed by proposed method, numerical simulation and laboratory experiment will be done using a three-story flexible structure model equipped with 12 surface bonded PZT tiles pairs. Both numerical and experimental results indicate that the optimally designed hybrid piezoelectric damping system can be successfully achieving excellent performance as compared to a conventional purely active piezoelectric damping system.     

Impact of polarized illumination on high NA imaging in ArF immersion lithography at 45 nm node

Immersion lithography has been considered as the mainstream technology to extend the feasibility of optical lithography to further technology nodes. Using proper polarized illumination in an immersion lithographic tool is a powerful means to enhance the image quality and process capability for high numerical aperture (NA) imaging. In this paper, the impact of polarized illumination on high NA imaging in ArF immersion lithography for 45 nm dense lines and semi-dense lines is studied by PROLITH simulation. The normalized image log slope (NILS) and exposure defocus (ED) window are simulated under various polarized illumination modes, and the impact of polarized illumination on image quality and process latitude is analyzed.     

精密稳定控制系统输入量的获取方法

精密稳定(二级稳定d)控制系统具有通频带宽、响应速度快、精度高的特点,弥补了跟踪架伺服(一级稳定b)控制系统的不足。压电陶瓷倾斜平台(PZT)作为精密稳定控制系统的驱动装置,对于这种特殊结构来说,传统的光电传感器的输入不适于精密稳定控制系统的驱动装置。着重讨论了其输入量的获取方法,并在实验的基础上分析了这种方法的可行性。     

基于直流无刷电机的汽车EPS系统控制器开发

为了改善转向系统助力性能和降低系统功耗,基于直流无刷电机,研究了电动助力转向系统的结构组成与工作原理,采用Freescale 微控制器MC56F8346作为主控芯片,开发了汽车电动助力转向系统控制器。将控制器分为控制电路和驱动电路两部分,设计了转矩、电流等信号采集电路、霍尔位置传感器的转子位置信号捕捉电路及驱动电路。试验结果表明,所开发的控制器静态功耗低,动态响应快,能够满足电动助力转向系统对转向灵活性、轻便性及可靠性的需求。     

超高速碰撞产生弱磁场线圈测量系统

为了测量超高速碰撞过程中产生瞬态弱磁场的磁感应强度,设计了弱磁场测量的线圈系统。阐述了线圈的设计、线圈等效电路的分析、运算放大器的选择及其功能。理论上探讨了自积分电阻对测量频率的影响。通过超高速碰撞实验得到了产生的弱磁场信号,实验记录的测量信号光滑,表明该测量系统具有较好的抗干扰性能。该测量系统的建立将为超高速碰撞产生等离子体的性能研究提供新的手段。