工件台掩膜台运动控制卡设计及同步方法研究

摘要

光刻机是现在生产集成电路所用的最主要的专用设备，其采用一种光腐蚀技术将所需要的电子元器件刻在半导体硅片上。集成电路随着计算机和信息技术的要求而不断发展，其功率消耗越来越低，集成度不断增大，制程工艺也就相应日益精密，从当初的微米级发展到现在的几十纳米，这就给光刻机的发展带来了巨大的挑战。为打破发达国家在集成电路这一行业的垄断，我国开始大力加强光刻机的发展。
　　本文以光刻机精密工件台和掩膜台为主要研究对象，对其专用运动控制卡设计以及同步控制理论方面做了一定的研究。本课题在光刻机控制系统方面采用的是国际上精密设备比较常用的方式：工控机结合专用运动控制卡。控制卡与工控机通信总线采用的是传输速度快、运行可靠的VME总线。控制卡硬件设计方面充分考虑系统控制精度、响应速度、实时性以及成本等要求，进行芯片选型和电路设计。主要控制核心采用TI公司的DSP TMS320F2812，VME总线接口芯片采用的是 SCV64，为了避免通信时发生拥堵现象，两者之间的数据缓冲采用双口 RAM来处理。课题设计了完整的控制电路，制作成运动控制卡，为控制理论方法的实践和软件实施提供了硬件基础。
　　此外，光刻机光刻精度和生产效率受到同步运动控制的很大影响，本课题研究系统要求工件台和掩膜台的位置和速度都在尽量短的时间内达到严格同步。本文详细介绍了目前常用的几种同步控制策略，并结合课题实际情况，选取了协调式的交叉耦合同步控制方法，并进行控制器的设计，最后进行的实验仿真和误差分析证明方法可行有效。

目录

工件台掩膜台运动控制卡设计及同步方法研究

DESIGN OF MOTION CONTROL BOARD AND RESEARCH ON SYNCHRONOUS METHODS OF WAFER STAGE AND RETICLE STAGE

摘 要

Abstract

目 录

绪论

1.1 课题来源背景及意义

1.2 光刻机相关技术国内外研究现状分析

1.2.1 光刻机整体发展现状

1.2.2 工件台掩膜台发展现状

1.2.3 运动控制卡发展现状

1.2.4 同步控制方法发展现状

1.3 本文的研究内容

第2章 控制卡整体方案及硬件设计

2.1 光刻机工件台结构

2.2 控制卡类型及整体性能要求

2.3 VME总线介绍

2.4 控制卡的整体规划

2.5 控制卡芯片选型及硬件电路设计

2.5.1 DSP模块电路设计

2.5.2 DSP存储器的扩展

2.5.3 控制卡输入输出接口

2.5.4 双口RAM

2.5.5 DSP与VME总线通信接口

2.6 本章小结

第3章 同步控制对象模型建立

3.1 工件台和掩膜台运动机制

3.2 工件台和掩膜台电机模型

3.2.1 直线电机和音圈电机工作原理

3.2.2 直线电机和音圈电机静态特性

3.2.3 直线电机和音圈电机动态特性

3.3 直线电机和音圈电机的闭环控制

3.3.1 电流环的设计

3.3.2 速度环的设计

3.3.3 位置环的设计

3.4 工件台掩膜台动力学模型

3.5 本章小结

第4章 工件台掩膜台同步控制方法

4.1 光刻机同步控制作用

4.2 同步控制方法

4.2.1 平行（非耦合）同步控制策略

4.2.2 交叉耦合同步控制策略

4.3 工件台掩膜台协调式同步控制

4.3.1 同步控制系统结构

4.3.2 控制器设计

4.4 仿真结果分析

4.5 本章小结

第5章 同步误差及硅片变形误差分析

5.1 同步控制误差分析

5.1.1 同步误差性能标准

5.1.2 同步误差性能比较

5.2 硅片变形误差分析

5.3 本章小结

结 论

参考文献

哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明

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致