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

【摘要】：本文在泰伯光刻機樣機研發(fā)的背景下,進行樣機Z軸運動控制系統(tǒng)的研究工作。泰伯光刻機是利用周期性微納結(jié)構(gòu)的自成像效應(yīng)進行光刻的設(shè)備,具有成像分辨率高、實現(xiàn)無鏡頭成像等優(yōu)點。目前常用的泰伯光刻機有兩種曝光模式,一種是定點曝光模式,另一種是掃描曝光模式。定點曝光模式要求Z向運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向運動平臺勻速運動時穩(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Z向運動平臺的定位精度以及運動穩(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的情況下,提出以音圈電機作為執(zhí)行器的方案,設(shè)計了以DSP為主處理器,FPGA為協(xié)處理器的運動控制板卡,并搭建實驗平臺,對運動平臺性能進行測試。本文詳細介紹了基于音圈電機的泰伯光刻機Z向運動控制系統(tǒng)的設(shè)計方案以及相關(guān)實驗。第一章介紹了研究的背景和意義,對運動控制系統(tǒng)進行分析,提出采用音圈電機作為執(zhí)行器的設(shè)計方案;第二章分析了音圈電機的數(shù)學模型,在此基礎(chǔ)上建立音圈電機的控制模型,分析了三階S型速度曲線規(guī)劃算法并進行優(yōu)化;第三章介紹運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)計以及上位機控制界面軟件設(shè)計。第五章搭建實驗平臺對系統(tǒng)的定位精度和勻速運動性能進行測試,實驗結(jié)果顯示,在空載情況下,該平臺重復(fù)定位精度為0.563μm,當增加0.5kg的負載情況下,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動情況下時間位移圖進行分析,結(jié)果顯示,在這三種速度模式下,均可以實現(xiàn)穩(wěn)定的運動。將該運動系統(tǒng)嵌入到實驗室已有的URE-2000/35光刻機中進行曝光測試,實驗結(jié)果顯示,該運動平臺基本達到預(yù)期的要求;最后對本文進行總結(jié),并對下一步需要進行的工作進行展望。
[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.
【學位授予單位】：中國科學院大學(中國科學院光電技術(shù)研究所)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TP273

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本文編號：1455469