浸没式光刻浸液动力参数调制系统建模分析与优化设计

发布时间：2017-10-06 00:21

  本文关键词：浸没式光刻浸液动力参数调制系统建模分析与优化设计

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【摘要】：注液流量的精确控制在半导体IC制造装备中有着至关重要的作用：浸没液体的流量波动,将引起液体压力波动而导致微小气泡的产生,同时也会造成浸没流场液层的动荡,而这些都会对光刻质量产生影响,甚至导致刻蚀曝光失败。除了流量指标,光刻系统对液体温度有着严格的要求：温度的波动将会引起硅片表面应变,使得分辨率降低而影响光刻质量。国家专项的注液系统设计,将流量和温度调控功能分开设计,整合过程中出现相斥现象而导致调控效果不佳。与此同时,核心部件浸没单元对流量的需求可视为时变系统,这就要求注液系统具有一定的自适应性,而专项的流量控制设计,例如PID控制虽然经过整定后能满足系统要求,但不具备自适应性。课题针对当前注液系统设计过程中出现的问题以及控制的自适应性要求,提出了完备的工艺流程设计；引入模糊控制以满足自适应性要求,完成对模糊PID的仿真验证后,移植入实验平台进行实际调控。具体工作如下：1、分析专项注液系统设计中的功能相斥原因,提出解决该问题的工艺流程原理,并对工艺中各阶段的功能进行分解和说明。2、针对工艺设计原理,进行相应的设计工作,包括器件材料选型、机械结构设计、电气接线设计以及控制流程设计,并在此基础上实现测试平台搭建。3、引入模糊控制理论并结合PID控制生成模糊PID控制方式,在MATLAB软件中建立仿真模型并验证了模糊PID较于常规PID的优良性能。4、搭建流量调节单元、压力变送器、流量计和比例控制阀等核心部件的实验测试平台,并在PLC控制器中实现基本的模糊PID控制功能。5、分析实验系统在常规PID和模糊PID控制模式下的调控效果,尤其是对比超调量和响应时间的优化结果,验证模糊PID控制方式的自适应性功能。
【关键词】：动力参数调制系统 漫没流场 流量控制 压力限制 温度调控 机电系统设计 模糊PID控制 仿真系统 超调量 响应时间
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN305.7
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-26
• 1.1 浸液动力参数调制系统研究背景11-15
• 1.1.1 光刻技术原理及发展现状11-12
• 1.1.2 浸没光刻技术概述12-13
• 1.1.3 浸没液体的基本需求13-14
• 1.1.4 核心部件浸没单元的基本结构14-15
• 1.2 流量控制参数对浸没流场的影响15-20
• 1.2.1 流场过流流量计算15-17
• 1.2.2 流量变化引起的流场问题17-19
• 1.2.3 调控实现对系统设计的限制19-20
• 1.3 调控方法在动力参数调制系统的应用20-25
• 1.3.1 注液系统自适应性的要求20-22
• 1.3.2 模糊控制器的研究及设计方法22-23
• 1.3.3 基于模糊控制的PID控制23-25
• 1.4 本章小结25-26
• 2 动力参数调制系统方案设计26-33
• 2.1 国家专项注液控制系统设计26-28
• 2.1.1 动力参数要求26
• 2.1.2 注液系统工艺原理设计26-28
• 2.1.3 实验现象及存在问题28
• 2.2 动力参数调制系统原理设计28-31
• 2.2.1 流量控制的需求更新28-29
• 2.2.2 动力参数调制系统工艺原理29-30
• 2.2.3 参数调制功能分配30-31
• 2.3 方案对比及优化分析31-32
• 2.4 本章小结32-33
• 3 系统的初步设计和搭建33-52
• 3.1 材料和主要部件选型33-40
• 3.1.1 过流部件及管道材料分析33-34
• 3.1.2 关于工艺设计过程中的相关计算和数值要求34-36
• 3.1.2.1 纯化系统接口数值34-35
• 3.1.2.2 系统内部参数分配35-36
• 3.1.3 系统主要部件型号选择36-40
• 3.2 系统机械结构及三维布局设计40-42
• 3.2.1 核心部件三维结构绘制41
• 3.2.2 系统三维布局模型41-42
• 3.3 电气连接设计42-46
• 3.3.1 信号类型及数量统计43-44
• 3.3.2 电源电路接线设计44-45
• 3.3.3 信号电路接线设计45-46
• 3.4 控制流程及程序基本功能设计46-50
• 3.4.1 动作时序图设计46-48
• 3.4.2 功能模块划分及实现方式48-50
• 3.4.3 基本程序框架50
• 3.5 测试平台搭建50-51
• 3.5.1 测试平台原理图50-51
• 3.5.2 平台实现过程51
• 3.6 本章小结51-52
• 4 基于模糊控制的PID控制器设计与仿真52-67
• 4.1 基于模糊控制的PID工作原理52-53
• 4.2 偏差和偏差变化率的模糊化处理53-56
• 4.2.1 论域和语言变量设计54
• 4.2.2 隶属度函数设计方法54-55
• 4.2.3 系统对应函数的选择55-56
• 4.3 PID因子变化量的精确化处理56-60
• 4.3.1 PID因子变化量的论域和语言变量设计57-58
• 4.3.2 比例微分积分的精确化处理58
• 4.3.3 PID控制规则设计58-60
• 4.4 基于模糊控制PID控制器仿真60-66
• 4.4.1 仿真系统的模型建立60-62
• 4.4.2 仿真过程与结果现象62-64
• 4.4.3 结果分析与引用可靠性64-66
• 4.5 本章小结66-67
• 5 应用模糊PID控制实验测试67-77
• 5.1 流量调节单元自反馈调节的实验验证67-68
• 5.2 实验平台PID参数初设值尝试68-71
• 5.3 调控优化方法及PID整定实验71-73
• 5.4 模糊PID控制实现及与普通PID调控效果对比73-75
• 5.5 实验结果分析75-76
• 5.6 本章小结76-77
• 6 总结与展望77-79
• 6.1 研究总结77-78
• 6.2 工作展望78-79
• 7 附录79-94
• 7.1 附录1：实验原始数据79-86
• 7.1.1 流量调节单元IFC测试数据79
• 7.1.2 不同参数配置下的PID控制测试数据79-83
• 7.1.3 整定PID不同参数组合测试数据83-85
• 7.1.4 模糊PID控制实验测试数据85-86
• 7.2 附录2：系统试验测试程序86-94
• 7.2.1 主程序单元86-88
• 7.2.2 循环中断单元88-90
• 7.2.3 系统初始模块90-91
• 7.2.4 模糊控制模块91-94
• 参考文献94-96
• 作者简介96

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