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基于ZPET-FF和ESO的直线伺服鲁棒跟踪控制

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上海交通大学学报 2014年第5期48卷 679-684页

作者：陈兴林刘川周乃新王斌哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001

提出一种将零相位误差跟踪和前馈(ZPET-FF)与扩张状态观测器(ESO)相结合的重复控制方法,以提高宏动台直线电机伺服系统的跟踪性能.以ZPET-FF作为前馈跟踪控制器,将信号估计器估计的跟踪误差和系统的实时误差作为其输入信号,将控制器对... 详细信息

提出一种将零相位误差跟踪和前馈(ZPET-FF)与扩张状态观测器(ESO)相结合的重复控制方法,以提高宏动台直线电机伺服系统的跟踪性能.以ZPET-FF作为前馈跟踪控制器,将信号估计器估计的跟踪误差和系统的实时误差作为其输入信号,将控制器对系统的跟踪误差进行实时补偿,以降低参数变化对系统的影响,有效提高系统的带宽和跟踪性能,减小系统的动态跟踪误差;采用ESO补偿系统中的各种扰动抑制噪声,以提高系统的抗干扰能力.实验结果表明,所提出的控制方法不仅提高了系统的动态跟踪性能,而且减小了系统的跟踪误差.

关键词：光刻机工件台掩模台零相位误差跟踪控制器扩张状态观测器

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基于迭代学习的掩模台与工件台同步控制

华中科技大学学报（自然科学版） 2013年第2期41卷 86-90页

作者：武志鹏陈兴林王岩哈尔滨工业大学航天学院黑龙江哈尔滨150001

针对光刻机掩模台与工件台在曝光扫描过程中必须保持运动同步的问题,提出了一种迭代学习同步控制方法.为提高系统的动态跟踪精度和带宽,采用以直线电机和音圈电机为执行器的宏微控制结构,建立了掩模台的动力学模型.提出的主从同步控制... 详细信息

针对光刻机掩模台与工件台在曝光扫描过程中必须保持运动同步的问题,提出了一种迭代学习同步控制方法.为提高系统的动态跟踪精度和带宽,采用以直线电机和音圈电机为执行器的宏微控制结构,建立了掩模台的动力学模型.提出的主从同步控制结构以工件台为主动系统、掩模台为从动系统,在常规反馈控制的基础上加入了同步控制器.根据迭代学习控制方法设计了二阶同步学习律,并证明了该学习律的收敛性.仿真结果表明同步学习算法可以明显地减小同步偏差,同步偏差的峰值和移动标准差随迭代次数的增加而不断减小,在50次迭代后分别减小了45.12%和36.84%.

关键词：同步偏差迭代学习控制主从控制掩模台工件台

基于多核运算板卡的掩模台位移测量系统架构研究

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基于多核运算板卡的掩模台位移测量系统架构研究

作者：周航汛桂林电子科技大学

学位级别：硕士

产率作为光刻机三大关键指标之一,在高端光刻机中占有重要的地位,而掩模台位移测量系统的计算周期直接影响着产率,因此研究掩模台位移测量系统架构对提升光刻机产率具有重大意义。由于对光刻机的研究起步较晚和国外的技术封锁,国内对于... 详细信息

产率作为光刻机三大关键指标之一,在高端光刻机中占有重要的地位,而掩模台位移测量系统的计算周期直接影响着产率,因此研究掩模台位移测量系统架构对提升光刻机产率具有重大意义。由于对光刻机的研究起步较晚和国外的技术封锁,国内对于掩模台位移测量系统架构的研究仍处于较低水平。伴随国产高端光刻机对产率要求的不断提高,目前的系统架构难以满足国产光刻机对50us较短计算周期的要求。对此,本文以掩模台位移测量系统架构为研究对象,结合测量系统的数据流,对影响计算周期的各环节进行理论分析,并提出一种基于多核运算板卡的掩模台位移测量系统架构。此外,本文也对多核运算板卡的固件架构重点技术进行研究。最后通过搭建测试平台进行实验,对比分析得出:本文提出的系统架构,相较于国内其他的系统架构在计算周期上有较大的提升,可满足50us计算周期要求。本文主要研究工作如下:首先,对掩模台位移测量系统计算周期内的数据流进行详细分析,总结影响系统计算周期的主要环节,并针对基于单核运算板卡和多核运算板卡的系统架构,对上述环节进行对比分析。其次,从多方面对比分析多种不同架构的多核CPU和背板总线,综合选择搭载多核DSP和VME背板总线接口的多核运算板卡,并完成系统硬件架构的整体设计。然后,对比选择主从开发模型作为多核固件开发模型,并充分利用多核DSP提供的SYS/BIOS操作系统进行固件开发。此外,对比分析多核DSP的核间数据交互方式,选择利用共享内存进行数据交互的方式,并针对其存在的数据一致性问题,提出核间数据交互的机制。最后,搭建测试平台,对本文提出的系统架构进行性能比对测试。测试结果表明:本文选用的多核运算板卡读写片上总线的平均速率为163.85Mbps和1 120.88Mbps,读写VME背板总线的平均速率高达7 169.52Mbps和10 563.75Mbps,读写光纤数据的平均速率为448.79Mbps和568.94Mbps。此外,通过硬件在环仿真实验可知,相较于目前国内提出的计算周期最短的系统架构,本文提出的系统架构在计算周期的时间性能方面提升了约160.68%,在保证模型运算精度的同时,满足50us计算周期的要求。

关键词：共享内存多核运算板卡系统架构位移测量掩模台

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掩模台机械系统设计及仿真

掩模台机械系统设计及仿真

作者：邓乐哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

光刻机是集成电路产业的基础设备,光刻机的线宽决定着集成电路的特征尺寸。光刻机研制水平的提高能够带动整个集成电路产业界的技术升级,能够有效地促进国家经济的发展和提高国家高技术领域的核心竞争力。光刻机俨然已成为衡量国家综合... 详细信息

光刻机是集成电路产业的基础设备,光刻机的线宽决定着集成电路的特征尺寸。光刻机研制水平的提高能够带动整个集成电路产业界的技术升级,能够有效地促进国家经济的发展和提高国家高技术领域的核心竞争力。光刻机俨然已成为衡量国家综合国力的重要标志。极紫外光刻机是当今光刻机研制中的热点。掩模台是极紫外光刻机中的核心组成部分,由于极紫外光刻机套刻精度和产业化的要求,掩模台要实现高速大行程的纳米级运动,这使得掩模台成为了一个电、气、磁耦合的复杂机械系统。利用SolidWorks、ANSYS静力分析、ANSYS模态分析和ANSYS拓扑优化初步完成了对掩模台的结构设计和优化,使其固有频率和质量都能达到设计要求。掩模台设计成宏动台和微动台的双级结构。宏动台采用“H”型直线电机驱动和气浮导轨支撑,微动台采用音圈电机驱动和支撑。直线电机的启动和停止会引起掩模台的超调,因此对微动台、掩模支撑系统、基座系统分别进行了瞬态分析,得到了相应的稳定时间。直线电机的电磁力存在周期性的波动,这个波动会影响宏动台的振动。利用ANSYS谐分析得到了掩模支撑系统的最大振动幅值。为了得到外界干扰的影响,对基座系统进行了随机振动分析。利用SolidWorks、GAMBIT和FLUENT完成了对气浮导轨的设计,使得每个气浮滑块竖直刚度为93.46 N/μm,水平刚度为121.56 N/μm。掩模板的变形会直接影响到套刻精度,因此对掩模板进行了热-结构耦合分析。当掩模板变形产生的套刻误差超出设计指标值时,提出了三条改进措施,最终使其达到设计指标。

关键词：光刻机掩模台热-结构耦合分析 ANSYS FLUENT

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光刻机掩模微动台耦合误差分析及控制器设计

光刻机掩模微动台耦合误差分析及控制器设计

作者：张之万哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

光刻机的制造建立在一个国家强大的科技实力和工业基础之上。光刻机的研发需要多个学科的交叉合作。掩模台在光刻机工作中负责实现掩模板的精确运动。不断提升掩模台运动控制的精度关系到能否进一步提升光刻机的性能指标。掩模台采用了... 详细信息

光刻机的制造建立在一个国家强大的科技实力和工业基础之上。光刻机的研发需要多个学科的交叉合作。掩模台在光刻机工作中负责实现掩模板的精确运动。不断提升掩模台运动控制的精度关系到能否进一步提升光刻机的性能指标。掩模台采用了宏动结合微动的控制方式,而微动台又直接体现着掩模台的控制精度。为实现微动台的高精度伺服运动,本文主要有以下研究内容。本文介绍了当前国内外光刻机、滑模控制理论及技术和粒子群学习算法的发展现状。本文随后分析了光刻机整机,掩模台以及微动台的工作原理,所受扰动,存在误差以及控制系统的具体实现。其次,光刻机掩模台微动台上装有6个音圈电机和6个霍尔传感器。根据电机安装位置,完成了电机力学解耦,随后针对控制过程中质心与曝光中心的偏移,提出了质心偏移的分析方法,此方法的正确性和有效性得到了仿真实验的验证,在测量元件实际安装几何尺寸的基础上,完成了测量耦合模型的建立。再次,针对掩模台抗扰动的工作要求,设计了基于指数趋近率的滑模控制器,同时,应用粒子群学习算法,完成粒子群算法优化滑模控制器参数的算法设计,并进行实验验证。讨论了滑模参数的选择对于控制效果的影响以及粒子学习目标函数的选择对控制效果的影响。最后,在上述研究内容的基础上,综合上文解耦与单自由度控制器设计的研究内容,完成了基于力学耦合与台体模型的6自由度MIMO滑模控制系统设计。在仿真实验的基础上,讨论了解耦矩阵计算和控制器设计对于多自由度系统精度的影响。

关键词：掩模台解耦滑模控制粒子群学习优化算法

光刻机掩模台六自由度解耦仿真及宏动轨迹规划

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光刻机掩模台六自由度解耦仿真及宏动轨迹规划

作者：潘昌瑞哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

在信息时代，大规模集成电路制造技术的重要性日益凸显，而光刻机作为集成电路制造的核心设备，其重要性是不言而喻的。双工件台及掩模台系统是光刻机的核心部件，二者需要在控制系统作用下，在曝光的过程中实现高速、高效、高精度的同... 详细信息

在信息时代，大规模集成电路制造技术的重要性日益凸显，而光刻机作为集成电路制造的核心设备，其重要性是不言而喻的。双工件台及掩模台系统是光刻机的核心部件，二者需要在控制系统作用下，在曝光的过程中实现高速、高效、高精度的同步扫描运动。本文主要研究掩模台系统。承载着掩模板的微动台一方面可以结合宏动台实现大范围的扫描运动，另一方面其在空间的各个自由度方向均可运动，必须加以主动控制，才能在光刻的过程中，满足定位指标。本文对掩模台微动台进行了六自由度解耦仿真，并就宏动台的运动轨迹进行了规划，在掩模台上进行实验验证。首先，对掩模台的机械结构和功能进行分析，分析得出掩模台微动台在六个自由度方向上存在耦合关系，从微动台的运动位置几何关系和运动的力学合成分解关系两个方面，进行六自由度解耦求解，得出用矩阵表示的相应解耦关系式。接着，进行关于掩模台微动运动控制系统的设计，先是在Adams中建立微动台的虚拟样机模型，设置环境变量，实现与Simulink相结合的联合控制仿真。在Simulink中，基于第二章的两种解耦分析方法，采用两种控制策略，设计控制系统。最后在联合仿真环境中进行控制系统仿真，并对结果进行分析，得出采用位置解耦关系设计的控制系统存在一定的困难，采用力学解耦关系设计控制系统较为可行。然后，对于掩模台系统的宏动运动轨迹进行合理规划，采用三阶运动曲线规划掩模台的运动轨迹，并给出了具体的轨迹规划计算过程。此外为实现在工程样机上进行相关实验，对控制系统的软件进行设计，在分析总体软件功能结构的基础之上，分部分进行介绍。其中包括上位机设计分析、基于VxWorks操作系统的VG5板卡多任务嵌入式程序设计、传感器数据采集板卡FPGA逻辑设计以及运动控制板卡的逻辑模块和控制算法设计。在最后的实验章节，首先进行宏动台20mm的阶跃实验，可以实现响应上升时间16ms,稳态定位精度±0.3μm;接着进行宏动台的正弦跟踪动态实验，实现了10Hz的正弦曲线跟踪;然后在掩模台宏动台上完成扫描运动实验，实验中实现宏动台的响应曲线从加速结束到匀速扫描稳定时间小于30ms,在1m/s的匀速扫描阶段，实现位置跟踪误差小于10μm，速度及匀速位置跟踪误差满足宏动台的设计指标。

关键词：掩模台运动控制解耦动力学联合仿真

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光刻机掩模台运动控制器设计

光刻机掩模台运动控制器设计

作者：林灿发哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

光刻机是大规模集成电路芯片制造的关键设备，它的性能指标直接影响到集成芯片的设计与应用范围。随着光刻机制作线宽的不断减小，生产效率不断提高，对工件台和掩模台控制系统的定位精度和运行速度越来越高。本文针对掩模台的结构，设... 详细信息

光刻机是大规模集成电路芯片制造的关键设备，它的性能指标直接影响到集成芯片的设计与应用范围。随着光刻机制作线宽的不断减小，生产效率不断提高，对工件台和掩模台控制系统的定位精度和运行速度越来越高。本文针对掩模台的结构，设计了控制掩模台运动的控制系统，设计并制作了用于掩模台控制系统的专用运动控制卡，搭建了一维运动控制平台，实现了对掩模台的定位及功能测试。首先对控制卡和运动台的控制策略进行分析，针对掩模台，分析了宏动台和微动台的受力情况，对掩模台上的电机进行了解耦分析，求出了合力与合力矩与各个电机施力关系，确定了以扰动观测器和前馈补偿相结合的控制策略，将系统摩擦确定为以粘滞摩擦为主的干扰，并将摩擦力加入到速度环反馈系统中。然后对应用于光刻机掩模台的运动控制卡的硬件需求及接口性能进行分析，提出控制系统的整个原理架构，针对各个接口进行设计，并对部分接口设计若干实验，最终验证了VME总线能够支持16/32位数据32位地址的读写，传输速率优于1M×4B/s，能够响应从模块产生的中断，控制卡的模拟量输出经过标定后，输出电压的标准偏差低于2mV，各个接口的性能和可靠性在掩模台控制系统中能够得到满足。接着，设计了掩模台的控制系统软件，明确了系统中上位机、VG5板卡和控制板卡上的主要功能，完善了三者之间的通信功能，并针对控制板卡的DSP和FPGA设计了具体的通信方式，对于系统中可以利用的资源进行了模块化设计，简化了操作步骤，便于顶层程序进行调用。最后，根据课题设计的控制系统搭建相应的掩模台控制系统，完成对掩模台的控制，由实验可以得到，掩模台的定位噪声为±3μm，分辨力能够达到10μm，能够实现掩模台的正弦运动，将位移反馈环节换成分辨力为1.24nm的双频激光干涉仪后，掩模台的定位噪声达到了±0.2μm。

关键词：掩模台运动控制 VME总线前馈控制

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超精密掩模台位移测量系统热漂移研究

仪器仪表用户 2019年第7期26卷 11-14页

作者：云攀攀张文涛王献英桂林电子科技大学电子工程与自动化学院广西桂林541004 上海微电子装备(集团)股份有限公司上海201203

针对28nm浸没式扫描光刻机掩模台的光栅干涉仪位移测量系统,开展了系统热漂移研究,并进行了热漂移测试实验与结果分析。该位移测量系统采用外差对称式四细分的光路设计以及栅距为1μm的二维光栅,配合2048倍电子细分的相位计数卡,其系统... 详细信息

针对28nm浸没式扫描光刻机掩模台的光栅干涉仪位移测量系统,开展了系统热漂移研究,并进行了热漂移测试实验与结果分析。该位移测量系统采用外差对称式四细分的光路设计以及栅距为1μm的二维光栅,配合2048倍电子细分的相位计数卡,其系统分辨力达到了0.12nm。热漂移测试结果显示:该系统的热漂移X向为17.86nm/K,Y向为41.43nm/K。在光刻机掩模台的实际测量环境中,测量环境的温度波动稳定在5mK以内,此时系统的热漂移X向可以控制在0.09nm以内,Y向可以控制在0.21nm以内。实验数据表明系统的热漂移误差小于1nm,满足掩模台亚纳米位移测量精度需求。

关键词：光栅干涉仪位移测量热漂移掩模台

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光刻机掩模台djerk前馈控制算法研究

仪器仪表用户 2019年第5期26卷 1-4,32页

作者：石婷婷谈恩民张志钢张霖桂林电子科技大学电子工程与自动化学院广西桂林541004 上海微电子装备(集团)股份有限公司上海201203

针对光刻机掩模台控制系统中存在影响控制精度的机械模态,提出了一种djerk前馈控制方法。该方法在加速度前馈基础上引入一种新的前馈。该算法利用四阶点对点运动轨迹作为参考位置进行仿真验证,与传统的加速度前馈控制方法相比,传统的加... 详细信息

针对光刻机掩模台控制系统中存在影响控制精度的机械模态,提出了一种djerk前馈控制方法。该方法在加速度前馈基础上引入一种新的前馈。该算法利用四阶点对点运动轨迹作为参考位置进行仿真验证,与传统的加速度前馈控制方法相比,传统的加速度前馈的位置误差在2.3E～7m,引入djerk前馈后的位置误差在2E～8m。因此,djerk前馈有效地减小位置误差,提升了掩模台系统性能。

关键词： djerk前馈机械模态掩模台运动控制