光刻机掩模微动台耦合误差分析及控制器设计

作     者：张之万 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：强盛

授予年度：2015年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：掩模台 解耦 滑模控制 粒子群学习优化算法 

摘      要：光刻机的制造建立在一个国家强大的科技实力和工业基础之上。光刻机的研发需要多个学科的交叉合作。掩模台在光刻机工作中负责实现掩模板的精确运动。不断提升掩模台运动控制的精度关系到能否进一步提升光刻机的性能指标。掩模台采用了宏动结合微动的控制方式,而微动台又直接体现着掩模台的控制精度。为实现微动台的高精度伺服运动,本文主要有以下研究内容。本文介绍了当前国内外光刻机、滑模控制理论及技术和粒子群学习算法的发展现状。本文随后分析了光刻机整机,掩模台以及微动台的工作原理,所受扰动,存在误差以及控制系统的具体实现。其次,光刻机掩模台微动台上装有6个音圈电机和6个霍尔传感器。根据电机安装位置,完成了电机力学解耦,随后针对控制过程中质心与曝光中心的偏移,提出了质心偏移的分析方法,此方法的正确性和有效性得到了仿真实验的验证,在测量元件实际安装几何尺寸的基础上,完成了测量耦合模型的建立。再次,针对掩模台抗扰动的工作要求,设计了基于指数趋近率的滑模控制器,同时,应用粒子群学习算法,完成粒子群算法优化滑模控制器参数的算法设计,并进行实验验证。讨论了滑模参数的选择对于控制效果的影响以及粒子学习目标函数的选择对控制效果的影响。最后,在上述研究内容的基础上,综合上文解耦与单自由度控制器设计的研究内容,完成了基于力学耦合与台体模型的6自由度MIMO滑模控制系统设计。在仿真实验的基础上,讨论了解耦矩阵计算和控制器设计对于多自由度系统精度的影响。