数控光刻机控制系统设计(附件)
激光加工这项加工方法在目前是最有发展前景的，由于激光雕刻技术是无接触加工，因此其加工速度快，无噪声。由于激光的能量和移动速度都是可以通过控制的方法来实现调节，因此在复杂的加工情况下，也可以进行高精度的加工。除此之外，不仅进行平面加工也可以进行三维立体加工。本文主要介绍了数控光刻机的控制系统的设计，详细介绍了机械平台的设计、主面板硬件方案的设计、系统主电路的设计以及激光器的选取，控制部分在电子元器件的选取上主要进行了伺服电机的选取以及伺服驱动器的选取，还有与编码器的接线图等。综上所述，该数控光刻机控制系统的设计方案能够满足要求，合理简单，也同样具有一定的应用价值。关键词 数控光刻机，激光加工，控制系统目 录
1 引言 1
1.1 本课题的研究背景及意义 1
1.2 本课题国内外研究概况 2
1.2.1 国内现状 2
1.2.2 国外现状 2
1.3 本课题要研究的内容和方法 3
1.3.1 本课题需研究的内容 3
1.3.2 本课题的研究方法 4
2 数控光刻机原理与系统总体方案 4
2.1 数控光刻机的基本原理 4
2.1.1 数控光刻机结构设计 4
2.1.2 激光雕刻机的加工原理 5
2.1.3 激光雕刻机的加工流程 6
2.2 控制系统的总体方案 6
2.2.1 系统设计的要求 6
2.2.2 系统设计方案 7
3 控制系统的硬件方案 10
3.1 机械平台的设计 10
3.2 主面板硬件方案 11
3.3 系统主电路的设计 14
3.4激光器的选取 16
4 伺服驱动系统的设计 18
4.1伺服电机的选取 18
4.2 伺服驱动器的选取 19
4.3 编码器的接线 22
结 论 25
致 谢 26
参 考 文 献 27
1 引言
上世纪80年代，光学技术开始得到认知与发展。这项技术在应用上远远落后于理
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
的选取 16
4 伺服驱动系统的设计 18
4.1伺服电机的选取 18
4.2 伺服驱动器的选取 19
4.3 编码器的接线 22
结 论 25
致 谢 26
参 考 文 献 27
1 引言
上世纪80年代，光学技术开始得到认知与发展。这项技术在应用上远远落后于理论知识，由于高集成度的电工加工技术的快速发展，从而带动了光学技术的快速发展，到90年代，激光技术已经发展成了一种新兴的加工技术，由于激光具有很高的亮度和很高的方向性等优点，是激光加工操作变得简单易行。随着科学技术的不断进步，激光加工这种加工方法的使用愈来愈普遍。人们对精密定位技术的要求也随之在不断提高，现在已经作为关键技术被人们所关注。现代科技正瞬息万变，传统的光刻技术与工艺已不能再满足集成电路生产的要求。因此，越来越多人在关注、投入进来，开始研究高精密，高集成的光刻技术[1] 。
激光雕刻技术就属于激光加工中的一种，它的应用范围比较广泛，同时还有着各种各样的优点，比如能适应各种材料、加工质量好、加工效率高等。
1.1 本课题的研究背景及意义
该课题来源于某科研项目，激光加工已经广泛地应用于各行各业，可以在不同的型面上雕刻出非常复杂的图案，满足不同的加工需求，可以是平面加工，也可以进行三维立体加工，对机械和控制系统的要求都很高，本课题主要进行控制系统的设计。激光雕刻机的运动控制属于两轴的运动控制，主要控制工件台的运动，使其按照预定的轨迹和运动参数完成激光雕刻任务[2] 。激光雕刻机如图1-1所示。
图1-1 激光雕刻机
1.2 本课题国内外研究概况
1.2.1 国内现状
我国是集成电路最大的消耗国之一，但是自给自足的能力确相当低。总的来说，我国在激光加工技术的应用上远远要远远落后于理论研究，和国际上的产品相比有很大的差距，国内大多数激光雕刻机能做到的最小线宽是1微米[3]，这类光刻机只适用于学生实验和教师科研，并没有达到能让企业投入生产的要求。目前技术领先的是上海微电子装备有限公司，上海微电子装备有限公司已经量产的是90纳米；中子科技集团公司第45研究所国电，已经量产的是150纳米；合肥芯硕半导体有限公司和无锡影速半导体科技有限公司，已经量产最先进的是200纳米；先腾光电科技有限公司，已经量产的是800纳米。有着国家科技重大专项“极大规模集成电路制造装备与成套工艺专项”的65nm光刻机研制，目前正在进行整机考核。中国16个重大专项中的02专项提出光刻机到2020年出22纳米的。2015年出45纳米的并且65纳米的产业化。下面具体说一下45纳米的。因为目前主流的光刻机。包括32纳米的还有28纳米基本都是在45纳米的侵入深紫外光刻机上面改进升级来的。所以中国掌握45纳米的很重要。65纳米的在90纳米上面升级物镜到1.2口径就可以了。45纳米光刻机是一个很重要的台阶，达到这个水平后，在45纳米光刻机上面进行物镜和偏振光升级可以达到32纳米。另外用于光刻机的固态深紫外光源也在研发，我国的光刻机研发是并行研发的，22纳米光刻机用到的技术也在研发，用在45纳米的升级上面。还有电子束直写光刻机，纳米压印设备，极紫外光刻机技术也在研发。对光刻胶升级，对折射液升级，并且利用套刻方法可以达到22纳米到14纳米甚至10纳米的水平。相应的升级的用的光刻胶、第3代折射液等也在相应的研发中[4] 。
总之，我国在数控光刻机的研究和应用花费的人力物力都相当打，也取得了十分不错的效果。为我国以后能够运用更加先进的加工技术打下了扎实的基础。
1.2.2 国外现状
激光加工在本世纪的加工方法中具有着非常重要的地位，是一项十分有潜力的学科。发展的速度令人十分惊讶，同时应用的范围之广也更加确定了它的地位，在未来，都是成为各国工业生产所必须要竞争的加工手段。目前，也只有微电子技术的地位能与之相媲美。
光学光刻机技术在不断的发展，这使集成电路高密度化、高集成化取得了极大的进展。对精密定位技术的要求也随之在不断提高，现在已经作为关键技术被人们所关注。现代科技正瞬息万变，传统的光刻技术与工艺已不能再满足集成电路生产的要求。因此，越来越多人在关注、投入进来，开始研究高精密，高集成的光刻技术。光刻技术是应集成电路的发展而逐步发展，也可以认为集成电路是整个信息产业里的基础，集成电路装备又是集成电路产业价值链中的“皇冠”，高端的光刻机好比是这“皇冠上的明珠”，是生产集成电路的数控机床[5]。
现在国际上的情况，日本在激光加工这项工艺上是发展较快的国家之一。日本的Nikon和Canon三家公司具有0.18mμ以下的同步扫描光刻机制造能力。其中，日本的Nikon、Canon的设备对机械结构精度要求很高（0.18mμ以上时直接由机械导轨
1 引言 1
1.1 本课题的研究背景及意义 1
1.2 本课题国内外研究概况 2
1.2.1 国内现状 2
1.2.2 国外现状 2
1.3 本课题要研究的内容和方法 3
1.3.1 本课题需研究的内容 3
1.3.2 本课题的研究方法 4
2 数控光刻机原理与系统总体方案 4
2.1 数控光刻机的基本原理 4
2.1.1 数控光刻机结构设计 4
2.1.2 激光雕刻机的加工原理 5
2.1.3 激光雕刻机的加工流程 6
2.2 控制系统的总体方案 6
2.2.1 系统设计的要求 6
2.2.2 系统设计方案 7
3 控制系统的硬件方案 10
3.1 机械平台的设计 10
3.2 主面板硬件方案 11
3.3 系统主电路的设计 14
3.4激光器的选取 16
4 伺服驱动系统的设计 18
4.1伺服电机的选取 18
4.2 伺服驱动器的选取 19
4.3 编码器的接线 22
结 论 25
致 谢 26
参 考 文 献 27
1 引言
上世纪80年代，光学技术开始得到认知与发展。这项技术在应用上远远落后于理
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
的选取 16
4 伺服驱动系统的设计 18
4.1伺服电机的选取 18
4.2 伺服驱动器的选取 19
4.3 编码器的接线 22
结 论 25
致 谢 26
参 考 文 献 27
1 引言
上世纪80年代，光学技术开始得到认知与发展。这项技术在应用上远远落后于理论知识，由于高集成度的电工加工技术的快速发展，从而带动了光学技术的快速发展，到90年代，激光技术已经发展成了一种新兴的加工技术，由于激光具有很高的亮度和很高的方向性等优点，是激光加工操作变得简单易行。随着科学技术的不断进步，激光加工这种加工方法的使用愈来愈普遍。人们对精密定位技术的要求也随之在不断提高，现在已经作为关键技术被人们所关注。现代科技正瞬息万变，传统的光刻技术与工艺已不能再满足集成电路生产的要求。因此，越来越多人在关注、投入进来，开始研究高精密，高集成的光刻技术[1] 。
激光雕刻技术就属于激光加工中的一种，它的应用范围比较广泛，同时还有着各种各样的优点，比如能适应各种材料、加工质量好、加工效率高等。
1.1 本课题的研究背景及意义
该课题来源于某科研项目，激光加工已经广泛地应用于各行各业，可以在不同的型面上雕刻出非常复杂的图案，满足不同的加工需求，可以是平面加工，也可以进行三维立体加工，对机械和控制系统的要求都很高，本课题主要进行控制系统的设计。激光雕刻机的运动控制属于两轴的运动控制，主要控制工件台的运动，使其按照预定的轨迹和运动参数完成激光雕刻任务[2] 。激光雕刻机如图1-1所示。
图1-1 激光雕刻机
1.2 本课题国内外研究概况
1.2.1 国内现状
我国是集成电路最大的消耗国之一，但是自给自足的能力确相当低。总的来说，我国在激光加工技术的应用上远远要远远落后于理论研究，和国际上的产品相比有很大的差距，国内大多数激光雕刻机能做到的最小线宽是1微米[3]，这类光刻机只适用于学生实验和教师科研，并没有达到能让企业投入生产的要求。目前技术领先的是上海微电子装备有限公司，上海微电子装备有限公司已经量产的是90纳米；中子科技集团公司第45研究所国电，已经量产的是150纳米；合肥芯硕半导体有限公司和无锡影速半导体科技有限公司，已经量产最先进的是200纳米；先腾光电科技有限公司，已经量产的是800纳米。有着国家科技重大专项“极大规模集成电路制造装备与成套工艺专项”的65nm光刻机研制，目前正在进行整机考核。中国16个重大专项中的02专项提出光刻机到2020年出22纳米的。2015年出45纳米的并且65纳米的产业化。下面具体说一下45纳米的。因为目前主流的光刻机。包括32纳米的还有28纳米基本都是在45纳米的侵入深紫外光刻机上面改进升级来的。所以中国掌握45纳米的很重要。65纳米的在90纳米上面升级物镜到1.2口径就可以了。45纳米光刻机是一个很重要的台阶，达到这个水平后，在45纳米光刻机上面进行物镜和偏振光升级可以达到32纳米。另外用于光刻机的固态深紫外光源也在研发，我国的光刻机研发是并行研发的，22纳米光刻机用到的技术也在研发，用在45纳米的升级上面。还有电子束直写光刻机，纳米压印设备，极紫外光刻机技术也在研发。对光刻胶升级，对折射液升级，并且利用套刻方法可以达到22纳米到14纳米甚至10纳米的水平。相应的升级的用的光刻胶、第3代折射液等也在相应的研发中[4] 。
总之，我国在数控光刻机的研究和应用花费的人力物力都相当打，也取得了十分不错的效果。为我国以后能够运用更加先进的加工技术打下了扎实的基础。
1.2.2 国外现状
激光加工在本世纪的加工方法中具有着非常重要的地位，是一项十分有潜力的学科。发展的速度令人十分惊讶，同时应用的范围之广也更加确定了它的地位，在未来，都是成为各国工业生产所必须要竞争的加工手段。目前，也只有微电子技术的地位能与之相媲美。
光学光刻机技术在不断的发展，这使集成电路高密度化、高集成化取得了极大的进展。对精密定位技术的要求也随之在不断提高，现在已经作为关键技术被人们所关注。现代科技正瞬息万变，传统的光刻技术与工艺已不能再满足集成电路生产的要求。因此，越来越多人在关注、投入进来，开始研究高精密，高集成的光刻技术。光刻技术是应集成电路的发展而逐步发展，也可以认为集成电路是整个信息产业里的基础，集成电路装备又是集成电路产业价值链中的“皇冠”，高端的光刻机好比是这“皇冠上的明珠”，是生产集成电路的数控机床[5]。
现在国际上的情况，日本在激光加工这项工艺上是发展较快的国家之一。日本的Nikon和Canon三家公司具有0.18mμ以下的同步扫描光刻机制造能力。其中，日本的Nikon、Canon的设备对机械结构精度要求很高（0.18mμ以上时直接由机械导轨
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