大行程兩自由度精密工作臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)的研制.pdf

1、光刻機(jī)是集成電路加工領(lǐng)域的核心設(shè)備,也是技術(shù)難度最大的設(shè)備,目前我國(guó)的光刻機(jī)整機(jī)及分系統(tǒng)技術(shù)與國(guó)外先進(jìn)水平有著很大的差距。工件臺(tái)是光刻機(jī)的關(guān)鍵子系統(tǒng),其核心一個(gè)大行程兩自由度的精密定位工作臺(tái),大行程精密定位技術(shù)也是光刻機(jī)的主要技術(shù)難題之一。而測(cè)量、控制技術(shù)研究是大行程精密定位技術(shù)研究的一個(gè)重要方面,本文針對(duì)目前國(guó)內(nèi)光刻機(jī)的研究現(xiàn)狀,研制了可應(yīng)用于0.5um分布重復(fù)式光刻機(jī)的的大行程兩自由度精密工作臺(tái)的測(cè)控系統(tǒng)。
　　本文首先根據(jù)所

2、研究工作臺(tái)的應(yīng)用背景確定了工作臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求,依據(jù)這些設(shè)計(jì)要求,對(duì)工作臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)各個(gè)分系統(tǒng)進(jìn)行了方案設(shè)計(jì)并對(duì)所用器件進(jìn)行了選型,其中在測(cè)量系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)上,對(duì)激光干涉儀和光柵進(jìn)行了詳細(xì)的對(duì)比分析,突破常規(guī),選用了精密光柵作為工作臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)的位置檢測(cè)傳感器,在滿足測(cè)量性能的前提下,提高了測(cè)量穩(wěn)定性并且顯著降低了成本。在此基礎(chǔ)上給出了采用上—下位機(jī)兩級(jí)控制策略的測(cè)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和工作原理。
　　其次,完成了下位機(jī)控制系統(tǒng)的硬件

3、電路設(shè)計(jì)。選擇了 TI公司專用于電機(jī)伺服控制的TMS320LF2407A DSP作為下位機(jī)控制系統(tǒng)的微控制器,并分析了這一方案的諸多優(yōu)點(diǎn),在此基礎(chǔ)上分別設(shè)計(jì)了宏動(dòng)平臺(tái)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和光柵與DSP的接口電路以及宏動(dòng)平臺(tái)的安全限位電路。為了保證工作臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)的電磁兼容性,在整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)過(guò)程中,全程考慮了電磁兼容性的要求,并得到了很好的效果。
　　然后,對(duì)宏動(dòng)平臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)的機(jī)理建模和辨識(shí)建模的過(guò)程分別做了詳細(xì)的敘述,并依據(jù)宏動(dòng)平臺(tái)進(jìn)

4、給系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和摩擦模型,設(shè)計(jì)了摩擦前饋補(bǔ)償和微分先行相結(jié)合的宏動(dòng)平臺(tái)位置控制器。
　　最后,對(duì)工作臺(tái)的實(shí)際定位性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究和必要的理論分析。結(jié)果表明,所研制的測(cè)控系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠,對(duì)工作臺(tái)的控制效果非常理想,當(dāng)機(jī)身溫度變化不超過(guò)±0.03℃時(shí),在全行程范圍(100mm×100mm)內(nèi)工作臺(tái)X軸重復(fù)定位精度為46nm,Y軸重復(fù)定位精度56nm,優(yōu)于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指標(biāo),不僅可以應(yīng)用于0.5um分布重復(fù)式光刻機(jī),而且其重復(fù)定位精度