隨著芯片集成度的不斷提高、器件尺寸的不斷縮小，光刻技術(shù)和光刻設(shè)備、封裝設(shè)備、數(shù)控技術(shù)等發(fā)生著顯著的變化，對于光刻機(jī)來講，為了方便維護(hù)、裝機(jī)，降低維護(hù)時間、費(fèi)用以及運(yùn)行成本，需要模塊化的設(shè)計(jì)；對于高速高精工作臺，無論在設(shè)計(jì)、建模、控制方法等方面都需要****的性能；因此國內(nèi)許多研究者都對涉及工作臺的相關(guān)技術(shù)展開了研究。目前在工業(yè)工作臺的伺服控制上，大多采用pid串聯(lián)濾波器，加上前饋進(jìn)行控制，大多數(shù)情況下控制效果較好，但由于有些工作臺運(yùn)動范圍大，不同位置帶來的模型變化較大，對性能與魯棒性均帶來了無法克服的缺點(diǎn)，在20世紀(jì)70年代開始研究滑模變結(jié)構(gòu)控制，對干擾和模型不確定性有很大提高，隨著對滑�？刂萍夹g(shù)的不斷發(fā)展，近年來已經(jīng)逐漸應(yīng)用到精密伺服控制中。由于硅片單元或芯片規(guī)則分布，因此在光刻、封裝過程中，工作臺一般是按照一定路徑做掃描和步進(jìn)運(yùn)動，因此工作中會產(chǎn)生固定的周期性干擾，本文首先根據(jù)工作臺系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，建立了系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，對其著重研究了具有解耦的周期性干擾補(bǔ)償器的離散滑模變結(jié)構(gòu)控制技術(shù)，有效地解決了精密系統(tǒng)伺服控制模型不確定性和干擾帶來的性能損失問題。

  本文描述的是一種超精密運(yùn)動臺系統(tǒng)可用于微納電子制造與封裝設(shè)備、精密數(shù)控裝備等，精密運(yùn)動臺三維結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

   

    工作臺系統(tǒng)一般是普通工作臺速度的4~5倍，性能要求很苛刻。超精工作臺一般采用宏微驅(qū)動，主要由一個長行程直線電機(jī)（粗動臺）、3個短行程電機(jī)（微動臺）、大理石基座和物料卡盤以及其氣浮系統(tǒng)等組成，其位置用激光干涉儀來測量。短行程電機(jī)具有3個獨(dú)立的線圈，線圈裝配在y向直線電機(jī)的動子驅(qū)動臂上，電機(jī)的磁極掩模卡盤的一部分；按洛侖茲馬達(dá)工作原理，靠氣足浮起的在大理石上的物料卡盤在電磁力作用下可作無機(jī)械接觸的運(yùn)動。短行程電機(jī)的一個線圈沿x向工作，其他兩線圈沿y向工作，用于實(shí)現(xiàn)微動臺蓋，y和rz三個自由度的小范圍精確調(diào)整；長行程直線電機(jī)實(shí)現(xiàn)粗動臺r方向一個自由度的長行程運(yùn)動；整個工作臺系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)蓋，y和rz三個自由度的精密控制并實(shí)現(xiàn)y方向的長行程精密定位與高速運(yùn)行。短行程電機(jī)的行程非常小(±1.5 mm)，但精度非常高(10 nm以內(nèi))；移動短行程裝配體的長行程電機(jī)具有大的行程(400 mm)，但其精度相對較低（μm級）。掩�？ūP和長行程動子之間的相對運(yùn)動由差分傳感器（圖1中未示出）來檢測。在短行程電機(jī)的驅(qū)動力作用下，當(dāng)物料卡盤運(yùn)動時，差分傳感器檢測到其運(yùn)動并觸發(fā)長行程直線電機(jī)運(yùn)動。由于使用了差分傳感器和氣浮結(jié)構(gòu)，使得微動臺和粗動臺之間除了電磁相互作用力外不存在其他耦合影響。短行程電機(jī)工作于激光干涉儀控制模式；長行程直線電機(jī)工作于差分傳感器控制模式，其跟隨物料卡盤或者說是短行程電機(jī)進(jìn)行運(yùn)動。這就是所謂的主從控制工作原理。在引線鍵合、掃描光刻機(jī)中，物料工作臺和對準(zhǔn)工作臺協(xié)同運(yùn)動以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的曝光動作。為滿

足不同運(yùn)動臺之間的同步運(yùn)動和微電子制造中高質(zhì)高產(chǎn)的要求，伺服工作臺系統(tǒng)均需具有非常精確的定位精度和較高的加速度要求。例如掩模臺系統(tǒng)的運(yùn)行速度是硅片臺的4倍，能達(dá)到的物理極限指標(biāo)和定位精度等參數(shù)，見表l。

   

    因此，有必要對這類微納精密平臺的動力學(xué)模型與控制器設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，井對系統(tǒng)進(jìn)行仿真，研究其運(yùn)動性能，為系統(tǒng)性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。

    進(jìn)行高速超精的物料臺運(yùn)動系統(tǒng)的控制，首先需要處理的問題包括物理測量系統(tǒng)的變換、驅(qū)動系統(tǒng)的增益匹配或驅(qū)動解耦等，并建立系統(tǒng)的動力學(xué)模型；然后進(jìn)行軌跡規(guī)劃，反饋控制設(shè)計(jì)、前饋補(bǔ)償，以及其他先進(jìn)的補(bǔ)償、權(quán)函數(shù)選取等。使用