光刻机粗精耦合及同步控制算法研究

论文摘要

光刻技术是大规模集成电路制造技术和微光学、微机械技术的先导和基础;它决定了集成电路的集成度;而光刻机粗精耦合控制系统是实现精确定位的基础。本文针对粗精组合结构的精密工作台系统,以气浮导轨支承、直线电机驱动的光刻机控制系统为研究对象,对粗动台和微动台高速高精度运动控制中的一些关键技术问题进行了研究。本文要解决的是光刻机控制系统的理论性问题,要研究的主要内容是在运动控制中,系统的动力学特性及振动、扰动等对系统跟踪特性的影响,建立精确的系统动力学模型,以保证系统的快速跟踪特性。光刻机控制系统由工件台及掩模台两套系统组成,分别为工件台的被控对象及控制器和掩模台的被控对象及控制器。此外,光刻装置还包括一套同步控制系统以保证系统的协同工作特性。同步控制的目的是为了减小控制系统两个平台间的相对误差,其基本方法是将微动台与粗动台的相对误差传给粗动台,利用粗动台控制系统进行补偿。光刻机精密伺服控制系统是一种高响应速度、高定位精度、无超调的伺服系统,本文着重于光刻机伺服系统的算法研究,并通过仿真实验证明:所设计的粗精耦合控制系统有较好的快速响应能力、鲁棒性能、和控制精度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 光刻机的国内外研究现状分析
• 1.3 控制系统整体构成
• 1.4 本文研究内容
• 第2章 控制系统模型建立
• 2.1 控制系统动力学模型及化简
• 2.2 直线电机子系统动力学模型建立
• 2.3 动平台模块动力学模型分析与建立
• 2.4 定平台模块动力学模型分析与建立
• 2.5 耦合模型建立及解耦方法研究
• 2.6 运动控制方法的选择
• 2.6.1 位置环控制方法
• 2.6.2 前馈控制的引入
• 2.6.3 扰动观测器的引入
• 2.6.4 耦合控制方法研究
• 2.7 本章小结
• 第3章 粗精控制策略及仿真分析
• 3.1 控制策略概述
• 3.2 控制系统中电机选择
• 3.2.1 粗通道直线直流电机
• 3.2.2 精通道音圈电机
• 3.3 控制策略研究
• 3.3.1 PID参数整定方法
• 3.3.2 转速电流双闭环直流调速系统的设计
• 3.3.3 粗精控制方法研究
• 3.4 仿真结果分析
• 3.5 光刻机控制系统的若干实际问题研究
• 3.5.1 精密工件台的振动抑制
• 3.5.2 精密工件台的抗扰性研究
• 3.5.3 电机的发热控制
• 3.5.4 控制系统的防磁研究
• 3.5.5 满足于控制要求的机械系统指标提出
• 3.6 本章小结
• 第4章 粗精控制中耦合作用控制算法研究
• 4.1 耦合控制系统常规控制精度影响因素分析
• 4.2 耦合系统状态空间模型建立
• 4.3 控制系统的理论基础
• 4.3.1 最优控制器的设计准则
• 4.3.2 最优控制仿真研究
• 4.3.3 LQG/LTR控制器设计方法研究
• 4.4 本章小结
• 第5章 同步控制仿真研究
• 5.1 同步控制概述
• 5.2 交叉控制策略及ASML同步控制
• 5.2.1 交叉同步控制策略
• 5.2.2 ASML同步控制策略
• 5.3 以工件台为主，掩模台为辅的同步控制策略
• 5.4 本章小节
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 个人简历