随着摩尔定律的持续,光刻机设备的研发复杂度呈指数倍增长,然而电子设备的推陈出新频率的提升却要求光刻机研发周期缩短。光刻机作为集成电路领域的“印钞机”,客户对设备可靠性和故障定位与修复有着较高的要求。为此,现代光刻机设备开发过程中采用了硬件在环(Hardware in the Loop)(简称HIL)仿真技术。硅片传输(Wafer Handing Unit)(简称WH)作为光刻机设备的一个重要单元,其承载了实现硅片以高精度和高效率从片盒传送至工件台的功能。光刻机的HIL仿真系统可以视为一台虚拟光刻机,其模拟光刻机软件系统控制的硬件设备,为光刻机软件系统的调试、测试提供模拟的硬件环境。光刻机HIL仿真系统起到了如下作用:首先,光刻机硬件不具备运行条件时,利用HIL仿真系统可进行光刻机软件的调试工作,尤其是硬件实时控制层的调试工作。为后续光刻机软件和硬件集成调试节省了宝贵时间,缩短了光刻机产品的研发周期。其次,利用HIL仿真系统对光刻机软件进行测试,一方面弥补了传统光刻机软件仿真测试所没有覆盖的硬件实时控制层的测试,提升了软件测试的覆盖面;另一方面也弥补了光刻机真机测试时部分破坏性场景无法验证的问题,提高了软件测试过程中设备安全性的保障。本文完成的硅片预对准单元HIL仿真系统实现了对整个硅片预对准功能的模拟,可在不具备光刻机真机的情况下最大限度的验证预对准软件功能。一方面,模拟客户方由于工艺适应性等原因而产生各类预对准不通过情况,在公司内部可通过调整仿真数据进行场景再现,为更快更好的提供光刻机软件奠定了基础。另一方面,本文实现了单轴运动控制仿真,给光刻机HIL其它系统的单轴运动控制仿真提供了参考,为整个光刻机HIL系统的实现提供了重要的支撑。本文第一章介绍了光刻机及硅片预对准的国内外研究现状;第二章介绍光刻机软件系统、硅片传输分系统及硬件在环仿真系统在光刻机上的应用;第三章分析了硅片传输硬件在环和预对准硬件在环的需求,硅片预对准功能的仿真主要包含预对准运动控制仿真和图像采集仿真,其中运动控制仿真包含执行器仿真、机械仿真和光栅尺传感器仿真三个部分内容;第四章设计了硅片传输硬件在环架构,并详细分析及设计了执行器仿真、机械仿真、传感器仿真及图像采集仿真模型;第五章实现并部署上述系统;第六章通过集成测试验证了系统功能正确性及精度、时间性能;第七章对系统的设计和实现进行了总结并规划了下一步扩展方向。