摘 要： 針對光刻機投影物鏡中使用壓電陶瓷對像質補償鏡組進行精密定位控制的需求，設計一種壓電陶瓷驅動系統，并著重對其精度性能進行了分析與研究。首先對系統進行了誤差項分解，然后對各誤差項進行詳細的理論計算，最后將所有誤差項的影響按最差情況合成，所得結果滿足設計要求。進而試制了系統樣機，并對其性能進行實驗驗證，結果表明，壓電陶瓷驅動系統的誤差不超過80 mV，與理論分析的結果符合，滿足壓電陶瓷驅動系統的設計指標。

　　關鍵詞： 壓電陶瓷; 驅動系統; 系統設計; 誤差項分解; 精度分析; 實驗驗證

　　0 引 言

　　光刻機作為極大規模集成電路工藝關鍵設備，為了滿足10 nm量級特征尺寸的半導體加工需求，其投影物鏡對成像質量的要求極為嚴苛，常常需實現納米量級的系統波相差。但是在光刻投影物鏡的實際加工、裝配及工作過程中不可避免地存在元件公差、裝配誤差以及外部環境引起的各種像差，因此會在投影物鏡中配置位置可調的鏡片予以補償[1?4]，通常其定位執行器應具有10 nm量級的典型定位精度。

　　壓電陶瓷[5?6]材料以其無磁性干擾、定位分辨率高、發熱量小等特點廣泛用于光刻機投影物鏡中像差補償鏡的定位執行器[7?13]。本文針對上述應用場景分析設計一種壓電陶瓷驅動系統，并對其進行了實驗驗證。

　　1 系統設計

　　1.1 設計目標

　　根據光學設計和結構設計的計算結果，要求某光刻機投影物鏡的像差補償系統具有優于5 μm調節行程、優于550 N的輸出力以及10 nm量級的定位分辨率。因此選擇PI公司P?885型壓電陶瓷作為定位執行器。

　　P?885.11型壓電陶瓷的輸入電壓為100 V，位移6.5 μm。根據驅動P?885型壓電陶瓷實現10 nm量級精密定位的要求可知，壓電陶瓷驅動系統應滿足以下指標：

　　1) 驅動系統的輸出電壓為0～100 V;

　　2) 驅動系統的輸出精度為154 mV;

　　3) 驅動系統帶寬為100 Hz。

　　1.2 系統結構

　　為了實現上述設計目標，本文設計的壓電陶瓷驅動系統結構如圖1所示。上位機發出的位移指令由微控制器接收并將其轉換為16位的數字信號;該數字信號經過數模轉換器轉換為-10～10 V的模擬電壓信號，數模轉換器所需的高精度低漂移的5 V參考電壓由精密電壓基準環節提供。模擬電壓信號經運算放大器放大10倍后驅動壓電陶瓷負載。

　　推薦閱讀：光電子技術論文多少字好發表