闭环迭代学习策略及其在光刻机精密运动平台中的应用

摘要

光刻机精密运动平台系统是工件台控制系统的核心部分，大体包括晶圆的步进扫描曝光和旋转换台两个部分。对这两部分的系统控制将极大地决定了光刻机的刻制精度和刻制效率。因此，本文围绕精密运动平台系统展开研究工作，对步进扫描曝光和旋转换台两个运动过程展开分析。
　　首先，简单分析了光刻机的整体结构，对工件台系统的结构以及宏动电机的分布情况有一个大体的把握。对步进扫描运动和换台运动进行了详细地分析，弄清了两个过程的动作要点和运动流程。
　　其次，提出对步进扫描运动和旋转换台运动两个控制过程进行迭代学习控制（即Iterative learning Control，简称ILC）。对闭环PID型ILC系统的控制律和结构进行了介绍分析，仿真得出这种控制策略对控制目标的跟踪特性有很好的改善。为了提高ILC系统的收敛速度，提出应用高阶闭环迭代做控制，仿真可得这种控制策略具有不错的收敛速度。然后，对高阶闭环迭代学习控制进行了扰动抑制仿真，得出系统对周期性干扰有很好抑制作用，对非周期性干扰抑制能力不强。
　　再次，根据前面的ILC系统对非周期性扰动抑制能力不强的特点，提出应用带遗忘因子的高阶闭环迭代系统。针对α系数的调整，设计不断修整初始修正项U0的控制方法。搭建SIMULINK进行仿真，得出这种方案仍有很好的跟踪特性与学习收敛速度。对系统进行非周期性力的扰动和测量信号的扰动的抑制仿真，得出：遗忘因子高阶闭环迭代系统对非周期性扰动有很好的抑制能力。分析系统扰动后的恢复速度，提出采用闭环PID迭代学习对扰动进行抑制过渡的方法，仿真可得：改进后的控制策略较之前的系统相比提高了系统受扰动后的恢复能力。
　　最后，将迭代学习控制应用于步进扫描运动中X向电机的步进运动和Y向电机的同步控制中，设计系统的控制程序流程图，编写控制程序。同样，对旋转换台运动中的公转电机应用ILC系统，设计控制流程图并编写控制程序。在光刻机实验平台进行了迭代学习控制实验，采集实验数据，分析实验结果，验证了迭代学习控制对系统性能的改善。

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第1章 绪 论

1.1 课题来源及研究目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

第2章 光刻机精密运动平台结构及功能

2.1 引言

2.2 扫描光刻机整体结构及功能介绍

2.3工件台结构和功能分析

2.4 本章小结

第3章 高阶闭环迭代学习控制策略

3.1 引言

3.2 迭代学习控制可行性分析

3.3 闭环PID迭代学习控制

3.4 高阶闭环迭代学习控制

3.5 本章小结

第4章 带遗忘因子的高阶闭环迭代学习控制

4.1 引言

4.2 带遗忘因子的迭代学习控制

4.3 带遗忘因子的高阶闭环迭代学习控制仿真

4.4 改进型遗忘因子高阶闭环迭代学习控制

4.5 本章小结

第5章 迭代学习控制策略的实验设计与分析

5.1 引言

5.2 基于迭代学习的步进扫描曝光控制设计

5.3 基于迭代学习的旋转换台控制设计

5.4 迭代学习控制实验结果分析

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的学术论文

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