超精密光刻装备六自由度分散式复合控制系统及控制方法技术方案

超精密光刻装备六自由度分散式复合控制系统及控制方法，涉及超精密光刻装备控制系统及方法。控制系统包括运动轨迹生成部分、反馈控制部分、前馈控制部分、解耦控制部分、六自由度运动台与位置测量部分，解耦控制部分包括静态解耦部分和动态解耦部分，静态解耦部分由增益规划矩阵、增益平衡矩阵和科氏力补偿矢量组成，动态解耦部分由动态解耦矩阵构成。反馈与前馈控制器设计简单，通过静动态结合的方式减少各自由度之间的串扰影响，提高控制精度。提高控制精度。提高控制精度。

【技术实现步骤摘要】
超精密光刻装备六自由度分散式复合控制系统及控制方法


[0001]本专利技术涉及超精密光刻装备控制系统及方法，尤其是超精密光刻装备六自由度分散式复合控制系统及控制方法，属于超精密装备制造


技术介绍

[0002]晶圆检测设备、曝光机、光刻机等超精密光刻装备普遍采用六自由度运动台作为承片台，例如扫描光刻系统中的工件台为六自由度运动台，其中工件台x方向主要负责硅片上不同曝光场的切换，z方向与三个旋转方向θ
x
、θ
y
、θ
z
用于维持晶圆表面使其始终处于物镜焦平面内，y方向进行扫描曝光过程。
[0003]如何实现六自由度的超精密运动对芯片曝光质量具有重要影响，其关键在于如何对六自由度运动进行解耦以减少各自由度的串扰影响，以及如何突破机械柔性模态对单自由度闭环控制带宽的限制以实现纳米精度运动。
[0004]然而，传统单一反馈控制方法受限于机械柔性模态，难以实现调整时间与控制精度的兼顾，传统多变量控制方法控制器设计过程十分复杂，不便于工程应用。

技术实现思路

[0005]为解决传统多自由度控制方法无法有效减少各自由度串扰影响，难以实现物镜坐标系下曝光场位置精确控制的问题，本专利技术提供超精密光刻装备六自由度分散式复合控制系统及控制方法，它通过静态解耦与动态解耦相结合的方式实现了物镜坐标系下控制量到运动台质心坐标系下控制量的转换，减少了各自由度之间的串扰影响，提高控制精度。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采取下述技术方案：
[0007]超精密光刻装备六自由度分散式复合控制系统，包括运动轨迹生成部分S
r
、反馈控制部分S
fb
、前馈控制部分S
ff
、解耦控制部分S
dc
、六自由度运动台P以及位置测量部分S
ms
；
[0008]所述运动轨迹生成部分S
r
生成期望运动轨迹r＝[r
x r
y r
θz r
z r
θx r
θy
]T
；
[0009]所述位置测量部分S
ms
生成实际运动轨迹y
ms
＝[x y θ
z z θ
x θ
y
]T
；
[0010]所述期望运动轨迹r与所述实际运动轨迹y
ms
的差值生成运动误差e＝[e
x e
y e
θz e
z e
θx e
θy
]T
，所述运动误差e经过所述反馈控制部分S
fb
生成反馈控制量f
fb
＝[f
fb,x f
fb,y f
fb,θz f
fb,z f
fb,θx f
fb,θy
]T
，并且期望运动轨迹r经过所述前馈控制部分S
ff
生成前馈控制量f
ff
＝[f
ff,x f
ff,y f
ff,θz f
ff,z f
ff,θx f
ff,θy
]T
，所述反馈控制量f
fb
与所述前馈控制量f
ff
的和生成物镜坐标系下的控制量f
len
；
[0011]所述物镜坐标系下的控制量f
len
经过所述解耦控制部分S
dc
生成执行器控制量f
act
，所述执行器控制量f
act
输入给所述六自由度运动台P生成运动台输出y
p
，所述运动台输出y
p
经过位置测量部分S
ms
生成实际运动轨迹y
ms
；
[0012]其中，解耦控制部分S
dc
包括静态解耦部分S
dc,s
和动态解耦部分S
dc,d
，所述静态解耦部分S
dc,s
由增益规划矩阵C
GS
、增益平衡矩阵C
GB
和科氏力补偿矢量f
cor
组成，所述动态解耦部分S
dc,d
由动态解耦矩阵C
D
构成；
[0013]物镜坐标系下的控制量f
len
经过所述增益规划矩阵C
GS
生成其输出f
gs
，同时物镜坐标系下的控制量f
len
经过所述动态解耦矩阵C
D
生成其输出f
d
，所述输出f
gs
、所述输出f
d
与所述科氏力补偿矢量f
cor
的和生成运动台质心坐标系下的控制量f
cog
，所述运动台质心坐标系下的控制量f
cog
经过所述增益平衡矩阵C
GB
生成执行器控制量f
act
。
[0014]超精密光刻装备六自由度分散式复合控制方法，包括以下内容：
[0015]前馈控制部分S
ff
由一个对角矩阵C
ff
构成，即：
[0016][0017]反馈控制部分S
fb
由一个对角矩阵C
fb
构成，即：
[0018][0019]其中，s为拉普拉斯算子，C
ff,k
(s)＝Ω
k
s2，k＝x,y,θ
z
,z,θ
x
,θ
y
表示不同的自由度，Ω
x
＝Ω
y
＝Ω
z
＝m，Ω
θx
＝J
x
，Ω
θy
＝J
z
，Ω
θz
＝J
z
，m表示六自由度运动台P的质量，J
x
、J
y
、J
z
分别表示θ
x
、θ
y
、θ
z
自由度的转动惯量。
[0020]进一步的，C
fb,k
(s)，k＝x,y,θ
z
,z,θ
x
,θ
y
可按如下方式进行设计：
[0021][0022]其中，ξ
lp,k
取值范围为0.5～1，K
P,k
、w
i,k
、w
d,k
和w
lp,k
按下式确定：
[0023][0024]其中，α
k
＞1，w
b,k
表示第k自由度的期望开环截止频率。
[0025]进一步的，C
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.超精密光刻装备六自由度分散式复合控制系统，其特征在于：包括运动轨迹生成部分S
r
、反馈控制部分S
fb
、前馈控制部分S
ff
、解耦控制部分S
dc
、六自由度运动台P以及位置测量部分S
ms
；所述运动轨迹生成部分S
r
生成期望运动轨迹r＝[r
x r
y r
θz r
z r
θx r
θy
]
T
；所述位置测量部分S
ms
生成实际运动轨迹y
ms
＝[x yθ
z zθ
x
θ
y
]
T
；所述期望运动轨迹r与所述实际运动轨迹y
ms
的差值生成运动误差e＝[e
x e
y e
θz e
z e
θx e
θy
]
T
，所述运动误差e经过所述反馈控制部分S
fb
生成反馈控制量f
fb
＝[f
fb,x f
fb,y f
fb,θz f
fb,z f
fb,θx f
fb,θy
]
T
，并且期望运动轨迹r经过所述前馈控制部分S
ff
生成前馈控制量f
ff
＝[f
ff,x f
ff,y f
ff,θz f
ff,z f
ff,θx f
ff,θy
]
T
，所述反馈控制量f
fb
与所述前馈控制量f
ff
的和生成物镜坐标系下的控制量f
len
；所述物镜坐标系下的控制量f
len
经过所述解耦控制部分S
dc
生成执行器控制量f
act
，所述执行器控制量f
act
输入给所述六自由度运动台P生成运动台输出y
p
，所述运动台输出y
p
经过位置测量部分S
ms
生成实际运动轨迹y
ms
；其中，解耦控制部分S
dc
包括静态解耦部分S
dc,s
和动态解耦部分S
dc,d
，所述静态解耦部分S
dc,s
由增益规划矩阵C
GS
、增益平衡矩阵C
GB
和科氏力补偿矢量f
cor
组成，所述动态解耦部分S
dc,d
由动态解耦矩阵C
D
构成；物镜坐标系下的控制量f
len
经过所述增益规划矩阵C
GS
生成其输出f
gs
，同时物镜坐标系下的控制量f
len
经过所述动态解耦矩阵C
D
生成其输出f
d
，所述输出f
gs
、所述输出f
d
与所述科氏力补偿矢量f
cor
的和生成运动台质心坐标系下的控制量...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋法质，刘杨，陈帅奇，崔宁，谭久彬，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：