复合驱动光刻机掩模台的运动控制研究

摘要

光刻机掩模台是光刻机运动控制系统中关键的运动机构之一，其作用是承载掩模片与工件台协同运动共同完成对硅片的扫描光刻任务。本文光刻机掩模台结构最大的特点是采用了宏微两级驱动的复合驱动形式。宏动台负责大行程单自由度运动，微动台负责小行程六自由度运动。本文主要针对宏微机构的掩模台对其运动控制方法进行了研究。
　　首先，针对掩模台宏动台与微动台的结构分别分析了宏动台与微动台的运动特点以及在控制过程中需要解决的关键问题，然后对掩模台系统指标的满足性需求做了分析。
　　其次，针对掩模台宏动台的双边驱动结构采用了交叉耦合的同步策略，并对其进行了PID控制的仿真与实验验证，证明了交叉耦合同步控制在掩模台系统中的有效性。然后重点对分数阶PIλDμ控制进行了相关研究，通过仿真探讨了其控制器参数对控制性能的作用，然后将其应用到掩模台同步控制中。仿真与实验结果均证明了分数阶PIλDμ相对传统PID的优越性。
　　再次，对掩模台微动台的六自由度运动进行了几何解耦，将其分解为两个三自由上的解耦，并从实际系统的角度出发完成了解耦计算。然后针对微动音圈电机位置控制，提出了基于线性扩张状态观测器的分数阶PIλDμ控制，并取得了良好的控制效果。
　　最后，从系统输入输出与宏微模型耦合的角度，经过对比分析选用了宏动跟随微动的宏微控制策略，将分数阶PIλDμ控制器与线性扩张状态观测器应用到所设计的宏微系统中，获得出了非常理想的控制性能。

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第1章 绪论

1.1 课题来源及研究背景

1.2 国内外发展现状

1.3 本文主要研究内容

第2章 掩模台系统的功能介绍与结构分析

2.1 引言

2.2 步进式扫描光刻机结构及掩模台功能介绍

2.3 掩模台结构分析

2.4 掩模台系统指标需求分析

2.5 小结

第3章 宏动台的多电机同步控制研究

3.1 引言

3.2 建立永磁同步直线电机数学模型

3.3 基于交叉耦合同步的PID控制

3.4 采用分数阶PIλDμ的同步控制仿真研究

3.5 采用分数阶PIλDμ控制器的宏动台同步控制实验

3.6 小结

第4章 微动台的运动解耦及音圈电机位置控制

4.1 引言

4.2 掩模台微动台六自由度运动解耦计算

4.3 基于扩张状态观测器的音圈电机位置控制研究

4.4 引入扩张状态观测器的音圈电机分数阶PIλDμ控制研究

4.5 小结

第5章 光刻机掩模台的宏微控制方法研究

5.1 引言

5.2 典型的宏微控制策略

5.3 主从结构的宏微控制对象模型的建立与分析选择

5.4 宏动跟随微动的宏微控制系统结构设计与仿真分析

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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