光刻机隔振试验平台运动控制系统设计与研究

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1、中南大学硕士学位论文摘要超精密运动平台是步进扫描式光刻机的核心部件之一。生产上对半导体光刻设备高质量和高效率的不断追求，迫使其运动平台朝着高速、高加速度进一步发展。因此，如何减小甚至消除高速、高加速运动对整个光刻设备的振动冲击，保证半导体器件的光刻质量，就成为半导体光刻设备研制过程中一个亟待解决的问题。本文研究的内容源自于国家自然科学基金项目：“精密机械减振隔振术”。论文的主要目标是设计出能模拟光刻机动力学特征和运动特征的隔振试验平台，为后续的隔振、减振研究提供实体模型和硬件基础。而论文的主要内容则是设计试验平台的运动控制

2、系统，使其按照原型光刻机的运动特性来运动。论文首先在分析步进式扫描光刻机工作机理的基础上，设计了试验平台的整体构架。同时，根据其关键部件的运动特征及具体的控制要求，确立了试验平台运动控制系统的整体设计方案：采用Pc机与多轴运动控制器(卡)构成的主从式控制结构。并以该方案为依据，针对控制系统的应用要求对系统中的关键部件进行技术参数的计算和选型。然后，论文阐述了PID控制和复合控制的基本原理及PID控制器和前馈控制器的设计方法，并采用单纯形法对速度环、位置环的控制器进行寻优。为了从理论上验证整个控制方案及控制算法的可行性，论文

3、对整个控制系统进行了数学建模和SIMULINK仿真。通过仿真，不仅预测了实际系统的控制性能，还体现了前馈控制对提高系统跟踪性能的重要作用。仿真表明，只要控制器参数选取得当，运动控制系统能满足预定的控制目标。此外，论文对所购硬件模块的安装和调试中的关键环节进行了探索和说明，通过对一系列参数的设置和调整，使控制系统的系能最终达到最佳。最后，论文进行了系统相关控制指标(如定位精度)的检测实验；并通过在线对比实验，证实了理论上实现同步控制的最优方法。实验结果表明，论文所设计的运动控制系统达到了预定的控制性能指标，并且能通过简单编程

4、使其模拟光刻机的运动特征，为下一步进行隔振和减振研究提供了可靠的硬件平台。关键词：运动平台，运动控制器，simulink仿真同步控制，定位精度中南大学硕士学位论文ABSTRACTUltra-precisionmotionstageisoneofthekeycomponentsofthestep—scanningphotographicmachine．Withthecontinuouspursuingtohighqualityandhighefficiencyofthesemiconductorlithographyequi

5、pmentinproduction，themotionstageisdevelopingfurthertowardshJighvelocityandllighacceleration．Thereby,howtoreduceandeventoremovethevibrantimpactcausedbyhighvelocityandhi曲acceleration，andguaranteethelithographyqualityoftherelatedproduction，isbecomingaurgentproblemt0b

6、esolvedintheprocessofdevelopingsemiconductorlithographyequipment．TheresearchinterrelatedinthisthesiscomesfromNationalNuralsciencefondssuppoaingItem‘'DampingandIsolatingVibrationTechnologyforPrecisionManchine'’．TheaimofthethesisistodesignatestingstagethatCansimulat

7、ethedynamicandmotionalcharacteristicsofphotographicmachine，andthusprovidearealmodelandhardwarebasisforthefollowingresearchindampingandisolatingvibration．Firgly,onthebasisofanalyzingthephotographicmachine’Sworkingmechanism，thethesisdesignsthestage’shardwareflame．At

8、thesametime，accordingtothemotioncharacteristicsandidiographiccontrolrequestofthestage，itestablishesthewholedesigningschemeofstage’Smotioncontrolsystem：a