本文在泰伯光刻机样机研发的背景下,进行样机Z轴运动控制系统的研究工作。泰伯光刻机是利用周期性微纳结构的自成像效应进行光刻的设备,具有成像分辨率高、实现无镜头成像等优点。目前常用的泰伯光刻机有两种曝光模式,一种是定点曝光模式,另一种是扫描曝光模式。定点曝光模式要求Z向运动平台具有较高的定位精度,并且随着微纳结构周期的减小,对定位精度的要求也越高。扫描曝光模式需要Z向运动平台匀速运动时稳定性要好,对定位精度的要求不高。因此为满足目前对高分率周期型微纳结构的需求,对泰伯光刻机Z向运动平台的定位精度以及运动稳定性提出了更高的要求。本文在分析了现有控制系统的组成部分以及特点的情况下,提出以音圈电机作为执行器的方案,设计了以DSP为主处理器,FPGA为协处理器的运动控制板卡,并搭建实验平台,对运动平台性能进行测试。本文详细介绍了基于音圈电机的泰伯光刻机Z向运动控制系统的设计方案以及相关实验。第一章介绍了研究的背景和意义,对运动控制系统进行分析,提出采用音圈电机作为执行器的设计方案;第二章分析了音圈电机的数学模型,在此基础上建立音圈电机的控制模型,分析了三阶S型速度曲线规划算法并进行优化;第三章介绍运动控制板卡硬件电路设计的原理以及过程;第四章介绍控制系统的软件设计,包括FPGA程序设计、DSP程序设计以及上位机控制界面软件设计。第五章搭建实验平台对系统的定位精度和匀速运动性能进行测试,实验结果显示,在空载情况下,该平台重复定位精度为0.563μm,当增加0.5kg的负载情况下,系统重复定位精度为0.667μm,满足设计要求的1μm;同时对系统在低速、中速、高速三种速度匀速运动情况下时间位移图进行分析,结果显示,在这三种速度模式下,均可以实现稳定的运动。将该运动系统嵌入到实验室已有的URE-2000/35光刻机中进行曝光测试,实验结果显示,该运动平台基本达到预期的要求;最后对本文进行总结,并对下一步需要进行的工作进行展望。