积分和二阶滑模控制在光刻机双工件台系统中的应用

摘要

超精密双工件台系统是光刻机中最为核心的子系统之一，对光刻机运行过程的硅片初始对准、步进扫描以及曝光等操作中起着关键性的作用，其跟踪定位精度直接影响着光刻机的分辨率，其系统性能的优劣与衡量光刻机性能的三大指标联系密切。所以针对双工件台运动的高速度和高精度的指标要求，本文主要对双工件台宏动台、微动台以及换台过程进行了运动控制研究。将滑模控制方法应用到了双工件台系统中，使系统的精度和抗扰性都得到了很大提高。
　　首先，针对双工件台的整体结构特点和工作原理，以及系统的换台过程和扫描曝光过程，分析了双工件台系统的控制指标，并按照其具体要求，对双工件台单自由度运动进行了轨迹规划，最后简要介绍了宏、微动台执行机构的选型。
　　其次，以双工件台的宏动台为例，在宏动台SISO解耦模型的基础上提出了一种积分滑模控制方法，该方法的优点是能够同时满足调节时间和稳态误差这两个重要的性能指标，提高了控制系统的性能。而为了削弱滑模控制方法的抖振问题，采用边界层技术对滑模项进行了改进，通过仿真与传统PID控制方法进行对比，证明了积分滑模控制方法在双工件台系统中的可行性与有效性。
　　再次，虽然采用边界层方法有效的改善了滑模的抖振效应，但是却使得滑模控制失去了抗震动和抗扰动的宝贵特性，对系统的抗干扰能力和稳态性能都带来了影响，所以对积分滑模方法的鲁棒反馈项进行了重新设计，给出了一种二阶滑模控制方法。并根据滑模控制中前馈控制项所存在的问题，对前馈控制进行了改进设计，通过与积分滑模控制方法进行了对比验证，证明了改进方法的优越性。
　　最后，对双工件台控制系统进行了设计和搭建，并解决了包括多控制板卡通信以及板卡内部通信等一些控制过程中的实际软硬件问题，然后在双工件台实物平台上进行了永磁直线电机的控制试验，不但达到了系统的指标要求，使得换台过程能够顺利完成，更是使得系统性能得到了很大提升。

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第1章 绪论

1.1 课题背景及研究的目的意义

1.2国内外研究现状

1.3本文主要研究内容

第2章 光刻机双工件台系统分析

2.1 引言

2.2 双工件台整体结构及工作原理

2.3 双工件台系统换台设计及性能指标

2.4 双工件台运动轨迹规划

2.5 双工件台宏微执行机构概述

2.6 小结

第3章 工件台宏动系统的积分滑模控制

3.1 引言

3.2 双工件台宏动部分解耦及控制系统建模

3.3 滑模控制简介

3.4 工件台积分滑模控制

3.5 仿真及验证

3.6 小结

第4章 工件台宏动系统的二阶滑模控制

4.1 引言

4.2 双工件台系统的二阶滑模控制

4.3 基于自适应前馈和二阶滑模的复合控制

4.4 小结

第5章 双工件台系统控制试验研究

5.1 引言

5.2 双工件台控制系统的搭建及设计

5.3 宏动台单电机积分滑模控制试验

5.4宏动台单电机改进的滑模控制试验

5.5 小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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