光刻机工件台高精度跟踪控制及干扰抑制研究
发布时间：2021-11-01 12:56
光刻是生产半导体材料的重要过程,无掩模光刻设备因其成本低、灵敏性强、产率高的特点,在集成电路制造业中具有较为广阔的应用前景。工件台运动控制系统作为光刻设备的重要模块,搭载硅片完成扫描曝光运动,其运动速度及跟踪精度直接关系芯片刻制产率和品质,本文以工件台控制系统为对象展开研究工作,针对系统在扫描曝光运动过程中存在的跟踪控制问题进行深入研究。首先,对光刻工件台控制系统进行简单介绍,从高精度控制、扫描轨迹影响及系统干扰抑制三个方面对工件台系统存在的控制问题进行了详细分析,指出平台存在参数摄动、电机扰动力、噪声干扰等不利于跟踪控制的因素。针对过渡过程中容易出现的系统超调而严重影响跟踪误差收敛及曝光效率的问题,利用能量函数最优的思想对工件台运动中的过渡过程进行轨迹规划。并通过扫描实验得到系统频率响应曲线,由动力学方程进行拟合得到系统传递函数完成系统建模。其次,分析了无模型迭代学习控制的原理及特点,结合工件台扫描曝光过程运动特点,设计无模型迭代学习控制实现高精度跟踪控制的方案。为提高系统的鲁棒性能及迭代学习收敛速度,在无模型迭代学习控制策略的基础上引入模糊控制策略对迭代因子进行调整,实验结果表明,...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
传统光刻曝光结构
电子科技大学硕士学位论文4研究主要是以提高工件台的精度、速度及真空适应性为主要目标[11]。当前光刻机工件台的控制系统大多为计算机数字控制方式，采用伺服控制结构实现位置控制，其控制结构如图1-4所示。图1-4光刻机工件台运动控制系统结构图虽然在实际应用中，光刻机控制系统依然是经典控制策略占主流，但随着高性能微处理器和数字信号处理在控制电路中的应用，现代控制策略及智能控制策略在光刻机工件台控制系统中的应用有了更大研究空间。目前市场上的光刻机工件台控制大多采用PID控制，PID控制器结构简单，控制性能好且易于实现[11]，但不能有效减小系统不确定因素对控制性能的影响。PID控制器的设计需要深入了解被控对象的系统特性，因控制器自身结构限制，提高控制精度将导致系统动态性能减弱，而动态性能的提升将带来更高的能耗。在对控制精度及稳定性需求较高的精密运动控制系统中，不仅要求系统具有较高的跟踪精度还要求具有较好的动态性能，传统PID控制难以满足需求，通常根据实际应用问题对其进行改进[12]。2002年Lin等人充分考虑模型不确定性及大范围外部扰动问题，提出一种广义二参数鲁棒PID控制策略[13]。2008年Jan等人利用基因算法整定PID参数，提出基于基因算法的鲁棒PID控制策略，系统跟踪误差最小化及干扰抑制能力分别由预先设置的相关准则函数及衰减量级确定[14]。2011年Kim等人针对光刻机工件台控制问题提出基于均方根信号的新型变增益PID控制策略，有效提高电机的速度控制精度且具有较强的干扰抑制能力[15]。2012年Shin等人提出新型抗饱和PID控制器，通过预测积分状态的稳态值调节控制器，在矢量控制感应电动机的速度控制中，表现出较好的抗积分饱和效果，很好地解决了积分饱和对控制性能的不利影响[
第二章光刻机工件台控制系统及建模15度及平稳性要求较高。扫描阶段系统运动轨迹固定，而过渡阶段涉及加速减速运动是轨迹规划的研究重点。传统工件台运动轨迹使用三阶规划法，该方法系统一开始就存在较大加速度，而在过渡过程中加速度变化不连续，可能导致运动过程产生大的超调，需要较长调节时间使误差收敛。本文使用能量最优算法对过渡过程轨迹进行规划，其规划轨迹加速度变化是连续的，不易造成系统超调，同时还能缩短系统调节时间。基于能量最优的轨迹规划算法目的是得到轨迹的n阶导数均满足转移能量最小，表现为：min(E)=min∫[(),(),(),][(),(),(),]10（2-1）式中Q为一个半正定矩阵，()为目标轨迹。将系统状态方程转化为如下形式：{()=()+()()=()+()（2-2）则有：()=(+)()+()=()+()（2-3）最优化问题转化为：min(E)=min∫()()10（2-4）利用最优化理论求解上述方程即可得到解形式：u(t)=11(()10())∈[0,1]（2-5）式中G-1是一个能控型格拉姆矩阵。求解上述等式并设置过渡时间及起始与终止状态即可得到最优轨迹如图2-3所示。图2-3过渡阶段轨迹
【参考文献】：
期刊论文
[1]全球光刻机发展概况以及光刻机装备国产化[J]. 张霞,刘宏波,顾文,周细应,于治水. 无线互联科技. 2018(19)
[2]融合迭代学习与干扰观测器的压电微动平台精密运动控制[J]. 冯朝,凌杰,明敏,肖晓晖. 机器人. 2018(06)
[3]基于ZPETC-FF和DOB的精密运动平台控制[J]. 陈兴林,刘川,周乃新,王斌. 哈尔滨工业大学学报. 2014(01)
[4]负荷频率控制系统的线性自抗扰控制[J]. 谭文,周宏,傅彩芬. 控制理论与应用. 2013(12)
[5]基于BP神经网络的自适应自抗扰控制及仿真[J]. 齐晓慧,李杰,韩帅涛. 兵工学报. 2013(06)
[6]Fal函数滤波器的分析及应用[J]. 王宇航,姚郁,马克茂. 电机与控制学报. 2010(11)
[7]国际主流光刻机研发的最新进展[J]. 袁琼雁,王向朝. 激光与光电子学进展. 2007(01)
[8]100nm步进扫描投影光刻机工件台、掩模台的发展[J]. 董吉洪,田兴志,李志来,王明哲. 光机电信息. 2004(05)
[9]一类不确定对象的扩张状态观测器[J]. 韩京清. 控制与决策. 1995(01)
博士论文
[1]迭代学习控制方法及其在扫描光刻系统中的应用研究[D]. 姜晓明.哈尔滨工业大学 2014
[2]微电子制芯领域中磁悬浮精密定位平台的研究[D]. 宋文荣.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2004
本文编号：3470150
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
传统光刻曝光结构
电子科技大学硕士学位论文4研究主要是以提高工件台的精度、速度及真空适应性为主要目标[11]。当前光刻机工件台的控制系统大多为计算机数字控制方式，采用伺服控制结构实现位置控制，其控制结构如图1-4所示。图1-4光刻机工件台运动控制系统结构图虽然在实际应用中，光刻机控制系统依然是经典控制策略占主流，但随着高性能微处理器和数字信号处理在控制电路中的应用，现代控制策略及智能控制策略在光刻机工件台控制系统中的应用有了更大研究空间。目前市场上的光刻机工件台控制大多采用PID控制，PID控制器结构简单，控制性能好且易于实现[11]，但不能有效减小系统不确定因素对控制性能的影响。PID控制器的设计需要深入了解被控对象的系统特性，因控制器自身结构限制，提高控制精度将导致系统动态性能减弱，而动态性能的提升将带来更高的能耗。在对控制精度及稳定性需求较高的精密运动控制系统中，不仅要求系统具有较高的跟踪精度还要求具有较好的动态性能，传统PID控制难以满足需求，通常根据实际应用问题对其进行改进[12]。2002年Lin等人充分考虑模型不确定性及大范围外部扰动问题，提出一种广义二参数鲁棒PID控制策略[13]。2008年Jan等人利用基因算法整定PID参数，提出基于基因算法的鲁棒PID控制策略，系统跟踪误差最小化及干扰抑制能力分别由预先设置的相关准则函数及衰减量级确定[14]。2011年Kim等人针对光刻机工件台控制问题提出基于均方根信号的新型变增益PID控制策略，有效提高电机的速度控制精度且具有较强的干扰抑制能力[15]。2012年Shin等人提出新型抗饱和PID控制器，通过预测积分状态的稳态值调节控制器，在矢量控制感应电动机的速度控制中，表现出较好的抗积分饱和效果，很好地解决了积分饱和对控制性能的不利影响[
第二章光刻机工件台控制系统及建模15度及平稳性要求较高。扫描阶段系统运动轨迹固定，而过渡阶段涉及加速减速运动是轨迹规划的研究重点。传统工件台运动轨迹使用三阶规划法，该方法系统一开始就存在较大加速度，而在过渡过程中加速度变化不连续，可能导致运动过程产生大的超调，需要较长调节时间使误差收敛。本文使用能量最优算法对过渡过程轨迹进行规划，其规划轨迹加速度变化是连续的，不易造成系统超调，同时还能缩短系统调节时间。基于能量最优的轨迹规划算法目的是得到轨迹的n阶导数均满足转移能量最小，表现为：min(E)=min∫[(),(),(),][(),(),(),]10（2-1）式中Q为一个半正定矩阵，()为目标轨迹。将系统状态方程转化为如下形式：{()=()+()()=()+()（2-2）则有：()=(+)()+()=()+()（2-3）最优化问题转化为：min(E)=min∫()()10（2-4）利用最优化理论求解上述方程即可得到解形式：u(t)=11(()10())∈[0,1]（2-5）式中G-1是一个能控型格拉姆矩阵。求解上述等式并设置过渡时间及起始与终止状态即可得到最优轨迹如图2-3所示。图2-3过渡阶段轨迹
【参考文献】：
期刊论文
[1]全球光刻机发展概况以及光刻机装备国产化[J]. 张霞,刘宏波,顾文,周细应,于治水. 无线互联科技. 2018(19)
[2]融合迭代学习与干扰观测器的压电微动平台精密运动控制[J]. 冯朝,凌杰,明敏,肖晓晖. 机器人. 2018(06)
[3]基于ZPETC-FF和DOB的精密运动平台控制[J]. 陈兴林,刘川,周乃新,王斌. 哈尔滨工业大学学报. 2014(01)
[4]负荷频率控制系统的线性自抗扰控制[J]. 谭文,周宏,傅彩芬. 控制理论与应用. 2013(12)
[5]基于BP神经网络的自适应自抗扰控制及仿真[J]. 齐晓慧,李杰,韩帅涛. 兵工学报. 2013(06)
[6]Fal函数滤波器的分析及应用[J]. 王宇航,姚郁,马克茂. 电机与控制学报. 2010(11)
[7]国际主流光刻机研发的最新进展[J]. 袁琼雁,王向朝. 激光与光电子学进展. 2007(01)
[8]100nm步进扫描投影光刻机工件台、掩模台的发展[J]. 董吉洪,田兴志,李志来,王明哲. 光机电信息. 2004(05)
[9]一类不确定对象的扩张状态观测器[J]. 韩京清. 控制与决策. 1995(01)
博士论文
[1]迭代学习控制方法及其在扫描光刻系统中的应用研究[D]. 姜晓明.哈尔滨工业大学 2014
[2]微电子制芯领域中磁悬浮精密定位平台的研究[D]. 宋文荣.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2004
本文编号：3470150
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