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光刻機換臺過程中公轉電機殘留震蕩抑制的控制方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510353872.0

申請日:

2015.06.24

公開號:

CN104914682A

公開日:

2015.09.16

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||著錄事項變更IPC(主分類):G03F 7/20變更事項:發明人變更前:陳興林 韓記曉 宋法質 萬勇利 張常江 劉洋 趙為志 何良辰 宋躍 陳震宇變更后:劉楊 李理 宋法質 譚久彬|||實質審查的生效 IPC(主分類):G03F 7/20申請日:20150624|||公開
IPC分類號: G03F7/20 主分類號: G03F7/20
申請人: 哈爾濱工業大學
發明人: 陳興林; 韓記曉; 宋法質; 萬勇利; 張常江; 劉洋; 趙為志; 何良辰; 宋躍; 陳震宇
地址: 150000黑龍江省哈爾濱市南崗區西大直街92號
優先權:
專利代理機構: 哈爾濱龍科專利代理有限公司23206 代理人: 高媛
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510353872.0

授權公告號:

104914682B|||||||||

法律狀態公告日:

2017.05.03|||2017.04.12|||2015.11.04|||2015.09.16

法律狀態類型:

授權|||著錄事項變更|||實質審查的生效|||公開

摘要

光刻機換臺過程中公轉電機殘留震蕩抑制的控制方法,它屬于光刻機雙工件臺框架運動控制的高精度快速定位控制的技術領域。它的方法步驟為:一:在線狀態下給公轉電機施加階躍給定,幅值為10度,通過上位機保存公轉電機在該給定下的運行曲線數據;二:把上位機保存的曲線數據,作為simulink仿真中的Y_,進行離線整形;三:在離線情況下,運用改進的蟻群算法得到最優輸入整形器參數;四:給公轉電機施加S曲線給定,目標位置為30度,利用得到的最優輸入整形器參數在在線狀態下進行輸入整形,直接對輸入進行整形,對公轉電機進行開環前饋控制。本發明能對公轉電機的S曲線給定進行輸入整形,可以使公轉電機實現快速定位,定位時間由6S減少到2S。

權利要求書

權利要求書
1.  光刻機換臺過程中公轉電機殘留震蕩抑制的控制方法,其特征在于它的方法步驟為:
步驟一:在線狀態下給公轉電機施加階躍給定,幅值為10度,通過上位機保存公轉電機在該給定下的運行曲線數據;
步驟二:將整形器的位置與被控對象的位置互換,對輸出進行整形,把上位機保存的曲線數據,作為simulink仿真中的Y_,進行離線整形;
步驟三:在離線情況下,運用改進的蟻群算法得到最優輸入整形器參數;所述改進的蟻群算法的過程如下:估計各變量的取值范圍xil≤xi≤xiu,i=1,2…N,共有N個變量,分別將其進行n等分,在N個變量組成的N維空間區域內打網格,空間的一個網格點上對應于一個狀態,該狀態為一個N維位置矢量,包含N個變量的信息;將人工螞蟻遍及所有的網格狀態,得到每個狀態對應的目標函數值,確定出目標函數值最小的網格點,可以得到該點所對應的N個變量的取值;接著縮小各變量的取值范圍,新的取值范圍取決于目標函數值最小的網格點,再在新的N維空間區域內打網格,如此反復,直到網格的間距小于預先給定的精度,算法停止;所述變量為A1和t2,取值范圍為0≤A1≤1,0≤t2≤5,將A1和t2分別設為x1和x2,且均進行10等分,則x1l=0,x1u=1,x2l=0,x2u=5,每個變量對應11個節點,令x1對應的節點為i,i=1,2…11,x2對應的各節點為j,j=1,2…11,因此可以得到121個網格狀態,即得到121個位置矢量;選取目標函數取為:其中e為誤差,y為經整形后的輸出,max(y)為 最大超調量,所以為了使公轉電機達到快速準確定位,目標函數值越小性能越優;依次將各螞蟻遍及所有的網格,得到各個狀態對應的目標函數值,確定最小的目標函數值對應的狀態;因此就可以得到該最優狀態所對應的兩個變量節點數分別設為ibest,jbest,然后縮小兩變量的取值范圍為x1l=x1l+(ibest-2)*h1,x1u=x1l+(ibest+2)*h1;x2l=x2l+(jbest-2)*h2,x2u=x2l+(jbest+2)*h2;對縮小范圍后的變量再分別進行10等分可以得到新的h1和h2,在新的區域內打網格,直到max(h1,h2)<0.00001算法停止,則最優解為x1*=(x1l+x1u)/2,]]>x2*=(x2l+x2u)/2;]]>
步驟四:給公轉電機施加S曲線給定,目標位置為30度,利用得到的最優輸入整形器參數在在線狀態下進行輸入整形,此時采用的是傳統的整形器控制技術,及直接對輸入進行整形,對公轉電機進行開環前饋控制。

說明書

說明書光刻機換臺過程中公轉電機殘留震蕩抑制的控制方法
技術領域
本發明屬于光刻機雙工件臺框架運動控制的高精度快速定位控制的技術領域。
背景技術
光刻機是超高精度控制系統,需要實現納米級的運動與定位精度。作為光刻機的子系統,雙工件臺系統負責將硅片和掩模片運送到指定位置,完成同步運動,其運動精度將直接影響光刻的效果。雙工件臺系統區別于單個工件臺系統的關鍵就在于換臺系統,一個完整的硅片曝光過程主要包括六個步驟,在單工件臺系統中,這六個步驟是單工件臺按順序依次完成的,因此硅片的處理時間為六個步驟之和;而在雙工件臺系統中,由兩個工件臺同時完成這六個步驟。在雙工件臺光刻機中,處理一個硅片的時間包括曝光時間和換臺時間,縮短換臺時間可以減少處理硅片的總時間,從而提高光刻產率。
雙工件臺換臺系統的核心是一個公轉電機,其處于整個裝置的中間位置,兩個自轉電機安裝在工件臺上。換臺前兩個工件臺分別位于曝光區和預處理區,在換臺開始后,兩個工件臺水平移動到換臺區,掛接公轉電機,在公轉電機帶動下實現位置互換,接下來兩個工件臺分別運動到預處理位和曝光位,實現了功能互換。整個換臺過程是按預定軌跡精確走到指定位置的,轉換了特定的角度,這樣可以保證換臺后工件臺能夠比較精確 地停在目標位置上。但現有光刻機雙工件臺換臺過程中,公轉電機在快速定位時會出現殘留震蕩的問題。在現有換臺中,從施加給定到準確定位到目標位置,公轉電機的運動軌跡是3階S曲線,要求在整個運動過程中完全實現對軌跡的跟蹤定位,定位精度要達到納米級。由于未加入輸入整形技術時公轉電機的定位時間要用6S,跟蹤精度達不到要求。
發明內容
本發明的目的是提供一種光刻機換臺過程中公轉電機殘留震蕩抑制的控制方法,是為了解決光刻機雙工件臺換臺過程中,公轉電機在快速定位時出現的殘留震蕩的問題。
所述的目的是通過以下方案實現的:所述的一種光刻機換臺過程中公轉電機殘留震蕩抑制的控制方法,它的方法步驟為:
步驟一:在線狀態下給公轉電機施加階躍給定,幅值為10度,通過上位機保存公轉電機在該給定下的運行曲線數據;
步驟二:將整形器的位置與被控對象的位置互換,對輸出進行整形,把上位機保存的曲線數據,作為simulink仿真中的Y_,進行離線整形;
步驟三:在離線情況下,運用改進的蟻群算法得到最優輸入整形器參數;所述改進的蟻群算法的過程如下:估計各變量的取值范圍xil≤xi≤xiu,i=1,2…N,共有N個變量,分別將其進行n等分,在N個變量組成的N維空間區域內打網格,空間的一個網格點上對應于一個狀態,該狀態為一個N維位置矢量,包含N個變量的信息;將人工螞蟻遍及所有的網格狀態,得到每個狀態對應的目標函數值,確定出目標函數值最小的網格點,可以得到該點所對應的N個變量的取值;接著縮小各變量的取值 范圍,新的取值范圍取決于目標函數值最小的網格點,再在新的N維空間區域內打網格,如此反復,直到網格的間距小于預先給定的精度,算法停止;所述變量為A1和t2,取值范圍為0≤A1≤1,0≤t2≤5,將A1和t2分別設為x1和x2,且均進行10等分,則x1l=0,x1u=1,h1=x1u-x1ln=1-010=0.1,]]>x2l=0,x2u=5,每個變量對應11個節點,令x1對應的節點為i,i=1,2…11,x2對應的各節點為j,j=1,2…11,因此可以得到121個網格狀態,即得到121個位置矢量;選取目標函數取為:其中e為誤差,y為經整形后的輸出,max(y)為最大超調量,所以為了使公轉電機達到快速準確定位,目標函數值越小性能越優;依次將各螞蟻遍及所有的網格,得到各個狀態對應的目標函數值,確定最小的目標函數值對應的狀態;因此就可以得到該最優狀態所對應的兩個變量節點數分別設為ibest,jbest,然后縮小兩變量的取值范圍為x1l=x1l+(ibest-2)*h1,x1u=x1l+(ibest+2)*h1;x2l=x2l+(jbest-2)*h2,x2u=x2l+(jbest+2)*h2;對縮小范圍后的變量再分別進行10等分可以得到新的h1和h2,在新的區域內打網格,直到max(h1,h2)<0.00001算法停止,則最優解為x1*=(x1l+x1u)/2,x2*=(x2l+x2u)/2;]]>
步驟四:給公轉電機施加S曲線給定,目標位置為30度,利用得到的最優輸入整形器參數在在線狀態下進行輸入整形,此時采用的是傳統的整形器控制技術,及直接對輸入進行整形,對公轉電機進行開環前饋控制。
本發明能對公轉電機的S曲線給定進行輸入整形,可以使公轉電機實現快速定位,定位時間由6S減少到2S。由于在整個換臺過程中,公轉電機需要帶動雙工件臺實現位置和功能互換,所以公轉電機的定位速度提高 之后,整個換臺的時間就減少了,提高了光刻機的產率。
附圖說明
圖1是本發明中涉及的simulink離線仿真模型示意圖;
圖2是離線情況下,階躍給定公轉電機整形前后響應結果對比圖;
圖3是在線情況下,未加輸入整形器的3階S曲線給定和未加整形器的3階S曲線響應結果圖;
圖4是在線情況下,加入輸入整形器的3階S曲線給定和加入整形器后的3階S曲線響應結果圖。
具體實施方式
具體實施方式一:結合圖1、圖2、圖3、圖4所示,圖1中,Y_:整形器的輸入;A1:輸入整形器第一個脈沖的幅值;A2:輸入整形器第二個脈沖的幅值;T2:輸入整形器第二個脈沖的時滯時間;Y:整形后輸出;Scope:示波器;它的方法步驟為:
步驟一:在線狀態下給公轉電機施加階躍給定,幅值為10度,通過上位機保存公轉電機在該給定下的運行曲線數據;
步驟二:將整形器的位置與被控對象的位置互換,對輸出進行整形,把上位機保存的曲線數據,作為simulink仿真中的Y_,進行離線整形;
步驟三:在離線情況下,運用改進的蟻群算法得到最優輸入整形器參數;所述改進的蟻群算法的過程如下:估計各變量的取值范圍xil≤xi≤xiu,i=1,2…N,共有N個變量,分別將其進行n等分,在N個變量組成的N維空間區域內打網格,空間的一個網格點上對應于一個狀態, 該狀態為一個N維位置矢量,包含N個變量的信息;將人工螞蟻遍及所有的網格狀態,得到每個狀態對應的目標函數值,確定出目標函數值最小的網格點,可以得到該點所對應的N個變量的取值;接著縮小各變量的取值范圍,新的取值范圍取決于目標函數值最小的網格點,再在新的N維空間區域內打網格,如此反復,直到網格的間距小于預先給定的精度,算法停止;所述變量為A1和t2,取值范圍為0≤A1≤1,0≤t2≤5,將A1和t2分別設為x1和x2,且均進行10等分,則x1l=0,x1u=1,h=x1u-x1ln=1-010=0.1,]]>x2l=0,x2u=5,每個變量對應11個節點,令x1對應的節點為i,i=1,2…11,x2對應的各節點為j,j=1,2…11,因此可以得到121個網格狀態,即得到121個位置矢量;選取目標函數取為:其中e為誤差,y為經整形后的輸出,max(y)為最大超調量,所以為了使公轉電機達到快速準確定位,目標函數值越小性能越優;依次將各螞蟻遍及所有的網格,得到各個狀態對應的目標函數值,確定最小的目標函數值對應的狀態;因此就可以得到該最優狀態所對應的兩個變量節點數分別設為ibest,jbest,然后縮小兩變量的取值范圍為x1l=x1l+(ibest-2)*h1,x1u=x1l+(ibest+2)*h1;x2l=x2l+(jbest-2)*h2,x2u=x2l+(jbest+2)*h2;對縮小范圍后的變量再分別進行10等分可以得到新的h1和h2,在新的區域內打網格,直到max(h1,h2)<0.00001算法停止,則最優解為x1*=(x1l+x1u)/2,x2*=(x2l+x2u)/2;]]>
步驟四:給公轉電機施加S曲線給定,目標位置為30度,利用得到的最優輸入整形器參數在在線狀態下進行輸入整形,此時采用的是傳統的整形器控制技術,及直接對輸入進行整形,對公轉電機進行開環前饋控制。
原理:在實際換臺中,從施加給定到準確定位到目標位置,公轉電機的運動軌跡是3階S曲線,要求在整個運動過程中完全實現對軌跡的跟蹤定位,定位精度要達到納米級。由于未加入輸入整形技術時公轉電機的定位時間要用6S,跟蹤精度達不到要求。為了提高定位精度,實現快速換臺,本發明所采用的方案是采用輸入整形開環前饋控制技術,僅需要對公轉電機的給定3階S曲線信號進行整形,就能消除電機的殘留震蕩,實現快速定位。
傳統的帶有輸入整形器的控制系統都是前饋控制,直接對輸入進行整形,然后再把整形后的輸入施加給被控對象。而在實際應用中由于需要運用優化算法對輸入整形的參數進行最優化,就需要不斷地改變參數,在該過程中容易激起系統的震蕩,所以該發明中對輸入整形器的位置進行了變動。將輸入整形器和被控對象的位置進行交換,即對輸出進行整形,實現離線情況下仿真,這樣只是為了方便確定最優參數。當把參數確定后,仍然按傳統的輸入整形技術控制系統。
由于一般系統在階躍函數輸入作用下的工作條件是比較嚴峻的,如果其在階躍函數作用下的性能指標能夠滿足要求,認為在其他形式下的性能也能夠滿足要求,因此本發明在確定輸入整形參數時,采集在階躍函數輸入作用下的系統響應數據,對階躍輸入進行整形,確定最優參數,再將該最優參數代入3階S曲線輸入整形中,對公轉電機進行前饋控制,便能夠滿足快速定位的需要。為了實現離線情況下仿真,需要采集電機在未加整形前的運行曲線數據,采得的數據作為離線仿真的輸入,即對該數據進行整形。首先給公轉電機施加階躍輸入,給定為10度,通過上位機可以得到電 機在運行過程中的實際位置數據,保存該數據文件。
作為一種前饋控制,輸入整形根據系統特性進行設計求解,得到不同幅值和時滯時間的脈沖序列,然后將輸入信號與不整形器脈沖系列進行卷積,產生整形后的控制信號來控制系統。本發明中用的是最簡單的輸入整形器,即由兩個脈沖組成為了使整形時間最短,令t1=0,則為了保證系統能夠達到原來輸出點,還應增加增益的約束方程:A1+A2=1,Ai>0(i=1,2)。由輸入整形器的頻域表達式可看出,設計輸入整形器的最關鍵的地方就是如何根據系統的要求確定各個脈沖的幅值和其所對應的時滯時間。

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光刻 機換臺 過程 公轉 電機 殘留 震蕩 抑制 控制 方法
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