硅片表面颗粒污染检测在当今极大规模集成电路制造中扮演着日益重要的角色。为了保证检测效率以满足产能需要，硅片检测运动平台需采用高速旋转、连续进给的螺旋运动对硅片进行扫描。旋转运动的轴向跳动导致硅片表面偏离光学检测的焦平面，造成成像质量下降。对于未来45-22nm工艺节点而言，需保证旋转运动台的垂向定位精度达±0.5μm，这对硅片检测运动平台垂向精密运动机构的设计和控制提出了严峻的挑战。本文主要开展硅片检测运动平台垂向精密运动机构的总体方案设计、零部件选型及结构设计分析、垂向定位控制系统设计以及相应的实验研究，主要工作和成果如下：根据硅片检测运动平台的总体指标要求，分析了垂向精密运动机构的功能和性能需求，提出了滚动导轨导向、气缸平衡重力、音圈电机实现位置补偿控制的垂向精密运动机构总体方案，同时满足了换片工序的垂向大行程运动和检测工序的精密定位要求。开展了气缸、音圈电机、光栅尺和滚动导轨等关键部件的分析、选型与校核研究，完成了垂向精密运动机构的结构设计和样机研制。开展了垂向精密运动机构的精密定位控制系统设计，仿真分析了电流、速度、位置三环PID反馈控制的位置补偿控制效果。开展了垂向精密运动机构的精密定位控制实验，结果表明其垂向定位精度达到±0.1μm，满足设计要求。进一步研究并验证了垂向精密运动机构对于微米量级小幅度位置波动的跟踪能力，为后续利用该垂向精密运动机构补偿水平向导轨的微米量级直线度误差、气浮转台微米量级轴向跳动奠定了基础。