变模型增益指数加权移动平均控制器研究

摘要

在间歇过程尤其是半导体生产过程中，由于对一些重要的产品品质指标缺乏在线测量手段，品质指标的实时控制难以实施。Run-to-Run通过反馈历史批次数据的信息来修正下一批次的制程方案(recipe)，从而降低批次间产品的品质差异。作为统计过程控制和实时控制的折衷，Run-to-Run控制提供了一个提升产品品质、改善总体设备效能的框架。在半导体生产行业，随着集成电路特征尺寸的不断降低，传统的控制手段无法满足产品品质控制的要求，因此Run-to-Run控制策略受到众多生产厂商和控制学者的重视。本文的主要内容有以下几个方面。 详细介绍了Run-to-Run控制的产生背景，同时回顾了Run-to-Run控制的发展历史，在此基础上阐述了Run-t-Run控制器的结构，并介绍了Run-to-Run控制的研究现状和应用现状。 指数加权移动平均(exponentially weighted moving average，EWMA)是最早提出的Run-to-Run控制算法，指数加权移动平均和双指数加权移动平均(D-EWMA)控制器是实际生产过程中使用最广的Run-to-Run控制器。在第二章里，针对单变量和多变量的情况分别介绍了这两种Run-to-Run控制器的结构、算法，并对各个控制器进行了相应的稳定性分析。 针对普通的EWMA类控制器只能适用于线性过程对象的不足，提出了一种改进的EWMA控制器。相对于常规的EWMA类控制器只更新模型偏置的情况，该控制器同时更新模型的增益，理论上该控制器在控制非线性的过程对象时能取得更好的控制效果。 在简要介绍半导体生产过程中常见的化学机械抛光工艺的基础上，以化学机械抛光过程作为仿真对象，将本文提出的变模型增益指数移动平均控制算法同常规的指数移动平均控制算法进行了仿真比较。 出于工业应用的目的，开发了一种Run-to-Run控制软件，本文详细介绍了该Run-to-Run控制软件的结构框架和各部分的具体实现，并演示了该软件的运行效果。 最后总结本文所做的工作并对Run-to-Run控制面临的问题以及发展前景进行了分析。

目录

文摘

英文文摘

致谢

第一章绪论

1.1引言

1.2 Run-to-Run控制产生背景

1.3文献回顾

1.4 Run-to-Run控制器的结构

1.5 Run-to-Run控制研究现状

1.6 Run-to-Run控制的应用现状

1.7本文结构

参考文献

第二章EWMA类控制器回顾

2.1指数加权移动平均控制算法

2.1.1单变量指数加权移动平均控制算法

2.1.2指数加权移动平均控制算法稳定性分析

2.2双指数加权移动平均控制算法

2.2.1单变量双指数加权移动平均控制算法

2.2.2多变量双指数加权移动平均控制算法

2.2.3多变量双指数加权移动平均控制算法稳定性分析

参考文献

第三章变模型增益EWMA控制算法

3.1引言

3.2非线性过程对象

3.3变模型增益指数加权移动平均算法

3.4基于岭回归的变模型增益指数加权移动平均算法

3.5指数加权矩阵的选取

参考文献

第四章仿真实验

4.1引言

4.2化学机械抛光过程简介

4.2.1化学机械抛光的架构

4.2.2化学机械抛光过程的变量

4.2.3化学机械抛光过程模型

4.3单输入单输出对象仿真

4.3.1线性单输入单输出对象仿真

4.3.2非线性单输入单输出对象仿真

4.4非线性多输入多输出对象仿真

4.5小结

参考文献

第五章Run-to-Run控制软件设计

5.1引言

5.2软件设计任务

5.3软件设计结构

5.3.1软件总体运行框图

5.3.2加载模块

5.3.3控制算法

5.3.4数据库接口

5.3.5显示模块

5.4运行环境

参考文献

第六章总结与展望

6.1工作总结

6.2研究展望

作者简介