雙硅片臺超精密運動控制系統(tǒng)的硬件平臺研究.pdf

1、高性能運動控制硬件平臺是實現(xiàn)光刻機超精密運動控制的基礎(chǔ)。本文結(jié)合“‘十一五’國家重大科技專項——光刻機雙工件臺系統(tǒng)樣機研發(fā)”的研制，對雙工件臺臺超精密運動控制硬件平臺進行了研究與實踐。
　　光刻機要求高速、大行程、6自由度和納米級同步掃描運動。對于65nm光刻機，其硅片臺掩膜臺同步運動精度要求為：MA<3.2nm，MSD<7nm；對于雙硅片臺，其運動涉及多達40個運動軸的同步協(xié)調(diào)控制。雙硅片臺運動控制系統(tǒng)需對上百個執(zhí)行器、傳感器進

2、行精密測控和對數(shù)據(jù)進行高速運算處理，并且要高性能的多處理器并行控制結(jié)構(gòu)來滿足其控制計算與信息處理。
　　本文介紹了雙硅片臺機械結(jié)構(gòu)和運動結(jié)構(gòu)，描述了測控方案，分析了雙硅片臺運動控制需求，研究并設(shè)計了一種雙硅片臺超精密運動控制系統(tǒng)硬件平臺。掩模臺、工件臺均采用粗、精復(fù)合運動的機械結(jié)構(gòu)。長行程粗動臺主要實現(xiàn)長行程的高速、高加速運動，短行程微動臺用于實現(xiàn)納米級精密運動。工作時，通過40多個軸的同步協(xié)同運動，完成雙硅片臺與掩膜臺的同步運動

3、。由于是超精密運動，需要高的采樣控制頻率，需在極短的伺服周期內(nèi)對不同的軸完成激光測量模型解算、位置-加速度反饋控制、精密軌跡插補、電機作用力解耦等復(fù)雜控制計算，并保證嚴(yán)格同步執(zhí)行。除運動控制外，還需要對各運動執(zhí)行元件狀態(tài)進行運行監(jiān)控，保證運行的穩(wěn)定性與安全性，如：電機溫度、激光干涉儀光強信號、氣浮導(dǎo)軌的氣壓、環(huán)境溫度及氣壓等進行測量；對行程開關(guān)等多種數(shù)字開關(guān)進行控制。多軸同步控制需要運動控制系統(tǒng)具備多處理器并行處理的能力；控制算法的復(fù)雜

4、度和實時性要運動控制的計算單元須擁有超強的計算能力和高速的處理能力；多測量系統(tǒng)相互切換及數(shù)百個傳感器采集涉及到多源、多目標(biāo)的復(fù)雜數(shù)據(jù)傳輸，另外，計算中涉及到多處理器間共享數(shù)據(jù)實時交互，這都要求運動控制系統(tǒng)具備多總線高速高性能數(shù)據(jù)交互能力。
　　針對上述運行需求，本文對雙硅片臺運動控制器硬件結(jié)構(gòu)進行了研究，提出了一種基于VME總線的主從式多處理器并行處理的硬件架構(gòu)，以滿足涉及多達40軸的超精密運動控制與同步運動控制要求；設(shè)計了基于自

5、定義局部總線的并行架構(gòu)和分布式共享內(nèi)存機制技術(shù)，以保證多處理器同步高速運算和在規(guī)定的伺服周期內(nèi)完成參與伺服運算的多塊板卡之間的伺服數(shù)據(jù)存儲和實時交換；針對運動控制系統(tǒng)傳感器信號繁多的特點，為了達到數(shù)據(jù)采樣實時性、同步性的要求并降低實現(xiàn)難度，避免干擾漂移，減少連接線纜，提出了基于高速光纖鏈路通信的高速高精度信號采集/控制技術(shù)。
　　本文研制的硬件平臺已應(yīng)用于國家重大科技專項的光刻機雙硅片臺系統(tǒng)研制，已為在四輪雙硅片臺樣機研制配套應(yīng)用