本文關(guān)鍵詞： 泰伯光刻機(jī) 運(yùn)動控制系統(tǒng) 音圈電機(jī) PID控制 DSP處理器　出處：《中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：本文在泰伯光刻機(jī)樣機(jī)研發(fā)的背景下,進(jìn)行樣機(jī)Z軸運(yùn)動控制系統(tǒng)的研究工作。泰伯光刻機(jī)是利用周期性微納結(jié)構(gòu)的自成像效應(yīng)進(jìn)行光刻的設(shè)備,具有成像分辨率高、實(shí)現(xiàn)無鏡頭成像等優(yōu)點(diǎn)。目前常用的泰伯光刻機(jī)有兩種曝光模式,一種是定點(diǎn)曝光模式,另一種是掃描曝光模式。定點(diǎn)曝光模式要求Z向運(yùn)動平臺具有較高的定位精度,并且隨著微納結(jié)構(gòu)周期的減小,對定位精度的要求也越高。掃描曝光模式需要Z向運(yùn)動平臺勻速運(yùn)動時穩(wěn)定性要好,對定位精度的要求不高。因此為滿足目前對高分率周期型微納結(jié)構(gòu)的需求,對泰伯光刻機(jī)Z向運(yùn)動平臺的定位精度以及運(yùn)動穩(wěn)定性提出了更高的要求。本文在分析了現(xiàn)有控制系統(tǒng)的組成部分以及特點(diǎn)的情況下,提出以音圈電機(jī)作為執(zhí)行器的方案,設(shè)計了以DSP為主處理器,FPGA為協(xié)處理器的運(yùn)動控制板卡,并搭建實(shí)驗(yàn)平臺,對運(yùn)動平臺性能進(jìn)行測試。本文詳細(xì)介紹了基于音圈電機(jī)的泰伯光刻機(jī)Z向運(yùn)動控制系統(tǒng)的設(shè)計方案以及相關(guān)實(shí)驗(yàn)。第一章介紹了研究的背景和意義,對運(yùn)動控制系統(tǒng)進(jìn)行分析,提出采用音圈電機(jī)作為執(zhí)行器的設(shè)計方案;第二章分析了音圈電機(jī)的數(shù)學(xué)模型,在此基礎(chǔ)上建立音圈電機(jī)的控制模型,分析了三階S型速度曲線規(guī)劃算法并進(jìn)行優(yōu)化;第三章介紹運(yùn)動控制板卡硬件電路設(shè)計的原理以及過程;第四章介紹控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計,包括FPGA程序設(shè)計、DSP程序設(shè)計以及上位機(jī)控制界面軟件設(shè)計。第五章搭建實(shí)驗(yàn)平臺對系統(tǒng)的定位精度和勻速運(yùn)動性能進(jìn)行測試,實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,在空載情況下,該平臺重復(fù)定位精度為0.563μm,當(dāng)增加0.5kg的負(fù)載情況下,系統(tǒng)重復(fù)定位精度為0.667μm,滿足設(shè)計要求的1μm;同時對系統(tǒng)在低速、中速、高速三種速度勻速運(yùn)動情況下時間位移圖進(jìn)行分析,結(jié)果顯示,在這三種速度模式下,均可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的運(yùn)動。將該運(yùn)動系統(tǒng)嵌入到實(shí)驗(yàn)室已有的URE-2000/35光刻機(jī)中進(jìn)行曝光測試,實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,該運(yùn)動平臺基本達(dá)到預(yù)期的要求;最后對本文進(jìn)行總結(jié),并對下一步需要進(jìn)行的工作進(jìn)行展望。
[Abstract]:In this paper, the research work of Z-axis motion control system is carried out under the background of the research and development of Tyber lithography machine, which is based on the self-imaging effect of periodic micro-nano structure. It has the advantages of high resolution and no lens. There are two kinds of exposure mode, one is fixed-point exposure mode, which is commonly used in Tyber lithography at present. The other is scanning exposure mode, which requires high positioning accuracy of Z-direction moving platform and decreases with the period of micro-nano structure. The higher the requirement of positioning accuracy is, the better the stability of the scanning exposure mode is when the Z-direction moving platform is moving at uniform speed, and the less the requirement of the positioning accuracy is. Therefore, in order to meet the needs of the periodic micro-nano structure with high fraction rate at present. Higher requirements for the positioning accuracy and motion stability of the Z-direction motion platform of the Taber lithography machine are put forward. In this paper, the components and characteristics of the existing control system are analyzed. A motion control board with voice coil motor as actuator is proposed, and a motion control board with DSP as coprocessor is designed, and an experimental platform is built. The performance of the motion platform is tested. This paper introduces the design scheme and related experiments of the Z-direction motion control system of the Taiber lithography machine based on the voice coil motor. Chapter 1 introduces the background and significance of the research. The motion control system is analyzed, and the design scheme of using voice coil motor as actuator is put forward. In the second chapter, the mathematical model of the voice coil motor is analyzed, and the control model of the voice coil motor is established, and the third-order S-shape speed curve programming algorithm is analyzed and optimized. The third chapter introduces the principle and process of hardware circuit design of motion control card. Chapter 4th introduces the software design of the control system, including FPGA programming. DSP program design and PC control interface software design. 5th chapter built the experimental platform to test the positioning accuracy and uniform motion performance of the system. The experimental results show that in the case of no load. The precision of repeated positioning of the platform is 0.563 渭 m, and when the load of 0.5kg is increased, the precision of repeated positioning of the system is 0.667 渭 m, which meets the design requirement 1 渭 m; At the same time, the time displacement diagram of the system is analyzed under the condition of low speed, medium speed and high speed. The results show that in these three speed modes. The motion system is embedded into the URE-2000/35 lithography machine in the laboratory for exposure test. The experimental results show that the motion platform basically meets the expected requirements; Finally, this paper is summarized and the future work is prospected.
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP273

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 唐九耀,曹向群,陳鈺清;光刻機(jī)的分辨率和對準(zhǔn)特性研究[J];光電子·激光;2001年11期

2 ;充分發(fā)揮光刻機(jī)功能的研討[J];中國計量學(xué)院學(xué)報;2001年02期

3 李艷秋;光刻機(jī)的演變及今后發(fā)展趨勢[J];微細(xì)加工技術(shù);2003年02期

4 嚴(yán)利人;光刻機(jī)曝光光學(xué)中的概念辨析[J];微細(xì)加工技術(shù);2003年02期

5 ;國產(chǎn)首臺直寫式光刻機(jī)在合肥問世[J];集成電路通訊;2008年01期

6 趙陽;;光刻機(jī)常見故障與對策[J];上海電機(jī)學(xué)院學(xué)報;2009年02期

7 蔣薇;趙立新;;光刻機(jī)外型設(shè)計新理念[J];現(xiàn)代科學(xué)儀器;2013年01期

8 ;光刻機(jī)座談會在江蘇吳縣召開[J];半導(dǎo)體設(shè)備;1977年03期

9 高仰月;間隙設(shè)定技術(shù)在光刻機(jī)中的應(yīng)用[J];電子工業(yè)專用設(shè)備;1987年02期

10 卿典;中科院光電所制成1.5～2μm光刻機(jī)[J];紅外;1994年05期

相關(guān)會議論文 前5條

1 何峰;吳志明;王軍;袁凱;蔣亞東;;襯底材料對光刻機(jī)對準(zhǔn)精度的影響研究[A];2009年先進(jìn)光學(xué)技術(shù)及其應(yīng)用研討會論文集（上冊）[C];2009年

2 閆觀勇;王向朝;楊濟(jì)碩;徐東波;;光刻機(jī)空間像的工件臺坐標(biāo)的校正方法[A];第十四屆全國光學(xué)測試學(xué)術(shù)討論會論文（摘要集）[C];2012年

3 滕偉;柳亦兵;;掃描光刻機(jī)硅片臺五自由度激光測量模型[A];第二十九屆中國控制會議論文集[C];2010年

4 王向朝;;光刻機(jī)投影物鏡成像質(zhì)量原位檢測技術(shù)的研究[A];第十一屆全國光學(xué)測試學(xué)術(shù)討論會論文（摘要集）[C];2006年

5 馬明英9;王向朝;王帆;;一種新的光刻機(jī)投影物鏡垂軸像質(zhì)參數(shù)原位檢測技術(shù)[A];第十一屆全國光學(xué)測試學(xué)術(shù)討論會論文（摘要集）[C];2006年

相關(guān)重要報紙文章 前10條

1 記者 李鑫 北京;國內(nèi)首臺自主知識產(chǎn)權(quán)光刻機(jī)將在合肥面世[N];電子資訊時報;2007年

2 潘峰;安徽：國產(chǎn)首臺直寫式光刻機(jī)問世[N];中國電子報;2008年

3 朱磊;我國首臺精密光刻機(jī)問世[N];人民日報;2008年

4 通訊員 龐輝揚(yáng);中山將擬量產(chǎn)直寫光刻機(jī)[N];中山日報;2012年

5 本報記者 郝玲邋張驊 通訊員 張和允;洋技術(shù)能否打造中國“芯”[N];中國企業(yè)報;2007年

6 哲一;芯碩半導(dǎo)體：亞微米級光刻機(jī)“合肥造”[N];中國電子報;2008年

7 本報記者 李治國;“智造”光刻機(jī) 十年磨一劍[N];經(jīng)濟(jì)日報;2012年

8 李陳續(xù);國產(chǎn)首臺亞微米無掩膜光刻機(jī)通過鑒定[N];光明日報;2008年

9 本報記者 王春 實(shí)習(xí)生 肖浩宇;光陰十年刻下深深的腳印[N];科技日報;2012年

10 記者 戴麗昕;十年一劍 中國“智造”追趕超越[N];上�？萍紙�;2012年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 許爽;基于成像光強(qiáng)的光刻機(jī)像差原位檢測理論與方法研究[D];華中科技大學(xué);2016年

2 劉巍;基于靈敏度解析函數(shù)的光刻機(jī)波像差檢測理論與方法研究[D];華中科技大學(xué);2011年

3 李金龍;ArF浸沒光刻雙工件臺運(yùn)動模型研究[D];中國科學(xué)院研究生院（光電技術(shù)研究所）;2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 劉法志;光刻機(jī)換臺過程控制算法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

2 顏飛;光刻機(jī)微動測量系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

3 高軒;UV-LED曝光系統(tǒng)及曝光工藝研究[D];北京交通大學(xué);2016年

4 姚靖威;泰伯光刻機(jī)Z向運(yùn)動平臺控制系統(tǒng)研究[D];中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所);2017年

5 鄒鵬程;光刻機(jī)粗精耦合及同步控制算法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

6 項(xiàng)程;光刻機(jī)雙工件臺系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立與驗(yàn)證[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2012年

7 劉旗;步進(jìn)掃描光刻機(jī)工件臺同步誤差校正方法及控制[D];中國科學(xué)院研究生院（光電技術(shù)研究所）;2013年

8 李聰;光刻機(jī)雙工件臺軌跡規(guī)劃算法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

9 閆華星;雙工件臺光刻機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)三維仿真平臺設(shè)計[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2012年

10 謝德東;光刻機(jī)結(jié)構(gòu)動力學(xué)建模與仿真[D];華中科技大學(xué);2007年

，

本文編號：1455469