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光刻机掩模台运动控制器设计

作　者: 林灿发
导　师: 王雷
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: 掩模台运动控制 VME总线前馈控制
分类号: TN405
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

光刻机是大规模集成电路芯片制造的关键设备，它的性能指标直接影响到集成芯片的设计与应用范围。随着光刻机制作线宽的不断减小，生产效率不断提高，对工件台和掩模台控制系统的定位精度和运行速度越来越高。本文针对掩模台的结构，设计了控制掩模台运动的控制系统，设计并制作了用于掩模台控制系统的专用运动控制卡，搭建了一维运动控制平台，实现了对掩模台的定位及功能测试。首先对控制卡和运动台的控制策略进行分析，针对掩模台，分析了宏动台和微动台的受力情况，对掩模台上的电机进行了解耦分析，求出了合力与合力矩与各个电机施力关系，确定了以扰动观测器和前馈补偿相结合的控制策略，将系统摩擦确定为以粘滞摩擦为主的干扰，并将摩擦力加入到速度环反馈系统中。然后对应用于光刻机掩模台的运动控制卡的硬件需求及接口性能进行分析，提出控制系统的整个原理架构，针对各个接口进行设计，并对部分接口设计若干实验，最终验证了VME总线能够支持16/32位数据32位地址的读写，传输速率优于1M×4B/s，能够响应从模块产生的中断，控制卡的模拟量输出经过标定后，输出电压的标准偏差低于2mV，各个接口的性能和可靠性在掩模台控制系统中能够得到满足。接着，设计了掩模台的控制系统软件，明确了系统中上位机、VG5板卡和控制板卡上的主要功能，完善了三者之间的通信功能，并针对控制板卡的DSP和FPGA设计了具体的通信方式，对于系统中可以利用的资源进行了模块化设计，简化了操作步骤，便于顶层程序进行调用。最后，根据课题设计的控制系统搭建相应的掩模台控制系统，完成对掩模台的控制，由实验可以得到，掩模台的定位噪声为±3μm，分辨力能够达到10μm，能够实现掩模台的正弦运动，将位移反馈环节换成分辨力为1.24nm的双频激光干涉仪后，掩模台的定位噪声达到了±0.2μm。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-6
目录  6-8
第1章绪论  8-14
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  8
  1.2 光刻机发展现状  8-10
  1.3 运动控制器的发展概况  10-13
  1.4 课题主要研究内容  13-14
第2章掩模台控制系统方案设计  14-25
  2.1 引言  14
  2.2 控制系统整体方案  14-15
  2.3 控制卡功能接口模块设计  15-16
  2.4 掩模台运动系统与解耦  16-19
    2.4.1 宏动台分析  16-17
    2.4.2 微动台分析  17-19
  2.5 控制方法设计研究  19-24
    2.5.1 扰动观测器设计  20-23
    2.5.2 零相差前馈补偿 PID 控制原理  23-24
  2.6 本章小结  24-25
第3章用于掩模台的运动控制卡硬件设计及接口测试  25-37
  3.1 引言  25
  3.2 控制卡硬件资源分析  25-26
  3.3 运动控制器 VME 接口设计与实现  26-31
    3.3.1 VME 接口主模块实现  26
    3.3.2 控制器 VME 从模块接口设计  26-30
    3.3.3 运动控制器自定义同步总线设计与实现  30-31
  3.4 高速串行链路模块  31-32
  3.5 测量系统  32-35
    3.5.1 光栅尺测量接口  32-34
    3.5.2 AD/DA 接口测试实现  34-35
  3.6 预留接口设计  35-36
  3.7 本章小结  36-37
第4章系统软件设计  37-46
  4.1 引言  37
  4.2 功能介绍  37-38
  4.3 VG5 板卡  38-39
  4.4 控制卡数据存储  39-43
  4.5 系统初始化  43-45
  4.6 本章小结  45-46
第5章实验与分析  46-50
  5.1 引言  46
  5.2 掩模台控制系统搭建  46-47
  5.3 实验测试与结果分析  47-49
    5.3.1 掩模台定位噪声  47
    5.3.2 掩模台台阶实验  47-48
    5.3.3 掩模台正弦运动实验  48
    5.3.4 激光器反馈控制  48-49
  5.4 本章小结  49-50
结论  50-51
参考文献  51-55
致谢  55

光刻机掩模台运动控制器设计

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