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极紫外光刻机工件台动力学建模及仿真

作　者: 辛杰
导　师: 刘亚忠
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 工件台 气浮支撑 直线驱动 有限元分析 优化设计 APDL
分类号: TN305.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


工件台系统是极紫外光刻(EUV)的一个关键子系统。极紫外光刻机采用步进扫描曝光方式,成像质量不仅取决于光学系统的质量,还取决于工件台的动态定位,因此工件台系统机械结构的动态性能和光学系统的质量同样重要。工件台的运行精度、速度、加速度以及动态定位是影响整机成像质量、套刻精度和产率的重要因素。因此在研发阶段对工件台系统的动态分析就显得尤为重要。通过分析国内外先进超精密工件台结构形式,对工件台关键技术进行了研究。分析了真空平衡型气浮支撑的工作原理,推导出数学模型,并进行了承载力及刚度分析;对工件台整体方案进行了分析,并对直线电机及气浮导轨结构形式进行了分析;针对微动平台微动特性,运用几何分析方法,对其进行了运动分析,以解释其微动补偿作用,并对微动台部分进行了结构设计。运用有限元分析软件ANSYS对工件台系统进行了静力分析,模态分析以及瞬态分析。通过静力分析找出工件台静力变形最大位置,为结构设计以及系统安装提供依据。对工件台整机进行了模态分析,找出结构设计的薄弱环节。由于承载微动台决定了系统最终定位精度,因此对承载微动台部分单独进行模态分析。运用瞬态分析方法对工件台动态特性进行了分析,分析其在不同阻尼下的动态响应。尝试将拓扑优化以及参数化建模技术引入结构设计之中。对承载微动台进行基于静态刚度以及动态刚度的拓扑优化分析。利用ANSYS中的APDL语言对承载微动台进行参数化建模及二次开发,将整个有限元分析过程参数化。对拓扑优化后模型进行灵敏度分析,运用ANSYS优化模块对其进行优化。最后对优化后承载微动台进行了静力分析、模态分析以及瞬态分析。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-14
  1.1 课题背景和研究意义  8-9
  1.2 国内外高精度工件台发展现状  9-11
  1.3 光刻机工件台的技术难点  11-12
    1.3.1 工件台总体结构方案  11
    1.3.2 工件台材料选择  11
    1.3.3 直线驱动技术  11-12
    1.3.4 直线导向技术  12
  1.4 光刻机工件台动态结构分析  12-13
  1.5 本课题的主要研究内容  13-14
第2章 工件台关键技术及结构设计  14-25
  2.1 气浮支撑技术工作原理  14-19
    2.1.1 真空平衡气足数学模型  15-18
    2.1.2 预加载技术  18-19
  2.2 直线驱动技术  19
  2.3 工件台方案  19-20
  2.4 两级气浮扫描工件台结构设计  20-24
    2.4.1 微动台精度补偿分析  21-23
    2.4.2 微动台结构设计  23-24
  2.5 本章小结  24-25
第3章 工件台静力学及动力学分析  25-39
  3.1 有限元法基本思想  25
  3.2 工件台静力学分析  25-31
    3.2.1 紧固件静力学分析  26-29
    3.2.2 工件台工况分析  29-31
  3.3 工件台模态分析  31-34
    3.3.1 工件台等效动力学模型  31-32
    3.3.2 模态分析结果  32-34
  3.4 工件台瞬态分析  34-38
  3.5 本章小结  38-39
第4章 工件台结构优化设计  39-50
  4.1 基于ANSYS的结构拓扑优化  39-43
    4.1.1 ANSYS中拓扑优化相关理论及应用  40
    4.1.2 选择单元类型  40-41
    4.1.3 定义并控制载荷工况  41
    4.1.4 定义并控制优化过程  41-42
    4.1.5 拓扑优化结果分析  42-43
  4.2 工件台参数化建模及仿真分析  43-44
    4.2.1 工件台参数化建模  43-44
    4.2.2 仿真结果分析  44
  4.3 动态优化设计  44-48
    4.3.1 灵敏度分析  45
    4.3.2 承载微动台优化设计变量  45-46
    4.3.3 承载微动台优化设计目标函数  46
    4.3.4 承载微动台优化设计约束条件  46
    4.3.5 承载微动台动力优化设计数学模型  46-47
    4.3.6 ANSYS优化分析  47-48
  4.4 优化后承载微动台动态响应分析  48-49
  4.5 本章小结  49-50
结论  50-51
参考文献  51-55
致谢  55

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 半导体技术 > 一般性问题 > 半导体器件制造工艺及设备 > 光刻、掩膜
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