[發(fā)明專利]超精密運動臺半實物仿真系統(tǒng)及方法

有效

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• 申請日: 2019-12-24
• 公開（公告）號: CN113031461B
• 公開（公告）日: 2023-08-11
• 發(fā)明（設計）人: 李慶鑫;王福東;趙冰潔;李子陽;張華良;孫海濤;張誠
• 申請（專利權）人: 沈陽智能機器人創(chuàng)新中心有限公司;沈陽智能機器人國家研究院有限公司;中國科學院沈陽自動化研究所
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 王倩

本發(fā)明涉及超精密運動臺半實物仿真系統(tǒng)及方法，上位機用于構建仿真環(huán)境，對超精密運動臺進行建模與仿真測試，并將仿真程序部署到控制算法目標機或模型目標機中，獲取控制算法目標機的控制參數(shù)和模型目標機的狀態(tài)參數(shù)；控制算法目標機用于為上位機提供運行仿真程序實時代碼的仿真環(huán)境，實時運行部屬的仿真程序；模型目標機為上位機提供運行仿真程序實時代碼的仿真環(huán)境，或者提供真實的超精密運動臺的狀態(tài)參數(shù)。本發(fā)明可以加快超精密運動臺控制系統(tǒng)的開發(fā)速度，提高仿真的真實性和可信度，通過實時仿真和控制器的軟硬件結合，增強了系統(tǒng)控制策略的實時性和可移植性，為超精密控制系統(tǒng)開發(fā)節(jié)約了成本，也為國內光刻機的產(chǎn)業(yè)化做好了準備。

技術領域

本發(fā)明涉及了一種光刻機領域的半實物平臺仿真與驗證問題，具體地說，是超精密運動臺控制方法的實時仿真驗證問題，屬于超精密控制領域。

背景技術

在信息時代，大規(guī)模集成電路制造技術的重要性日益凸顯，光刻機作為芯片制造的核心裝備，其重要性是不言而喻的。IC制造工藝的主要工藝是將很大的電路圖經(jīng)過晶圓多層曝光刻蝕加工，縮小到芯片大小，自動形成電路，光刻過程對IC制造過程工藝質量控制和產(chǎn)品質量具有重要意義。

隨著芯片制造技術進入32nm以下，IC芯片集成密度越來越大，半導體器件及電路尺寸越來越小，對光刻機的超精密運動控制精度提出了更高的要求。

一方面，隨著IC芯片市場競爭壓力逐步增強，光刻過程的速度也逐步提高，同時光刻機需要在高加速運行的前提下，精確完成多次光刻過程，行業(yè)需求對光刻機的精密運動控制提出了更高的要求。另一方面，光刻機的運動控制系統(tǒng)需要完成掩模臺、工件臺多平臺多耦合高精密同步控制以及多平臺的高速率信號采集、多平臺振動抑制等。

傳統(tǒng)的光刻機控制系統(tǒng)開發(fā)遵循建模仿真、代碼開發(fā)、軟硬件設計等流程，軟硬件通訊與控制任務管理關聯(lián)性強，難以解決伴隨光刻機運動控制系統(tǒng)不確定性增加導致的動態(tài)設計以及計算復雜度上升的難題，也很難保障光刻機超精密運動平臺的設計開發(fā)效率。

基于軟件定義的軟硬件一體模型化設計手段是一種新興的復雜控制系統(tǒng)設計方法體系，通過基于模型的軟硬件松耦合的設計手段、以及模型在環(huán)、硬件在環(huán)等測試手段，可以極大的降低控制系統(tǒng)設計復雜度，提升開發(fā)效率。因此，開發(fā)基于模型設計的超精密運動臺半實物仿真系統(tǒng)具有重大的意義。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的技術問題在于針對光刻機模型在環(huán)、硬件在環(huán)測試方法缺失等問題，開發(fā)了基于模型設計的超精密運動臺半實物仿真系統(tǒng)，該系統(tǒng)封裝了光刻機的核心組件，包括光刻機模型庫、控制庫、通訊庫等，構建超精密運動臺半實物仿真系統(tǒng)，解決了傳統(tǒng)數(shù)字仿真不能在線調整參數(shù)的問題，實現(xiàn)了Matlab/Simulink仿真程序的快速C代碼化和仿真實時性。從而輔助設計人員快速實現(xiàn)光刻機超精密控制系統(tǒng)設計方案的仿真、分析與優(yōu)化，提高光刻機的開發(fā)效率，縮短設計周期。

為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是：超精密運動臺半實物仿真系統(tǒng)，包括：

上位機，用于構建仿真環(huán)境，對超精密運動臺進行建模與仿真測試，并將仿真程序部署到控制算法目標機或模型目標機中；在線調整控制算法目標機的控制參數(shù)，監(jiān)控模型目標機的狀態(tài)參數(shù)；

控制算法目標機，用于為上位機提供運行仿真程序實時代碼的仿真環(huán)境，實時運行部屬的仿真程序；

模型目標機，用于為上位機提供運行仿真程序實時代碼的仿真環(huán)境，或者提供真實的超精密運動臺的狀態(tài)參數(shù)。

所述控制算法目標機內設有主FPGA卡，所述模型目標機內設有從FPGA卡，主FPGA卡與從FPGA卡用于實現(xiàn)時鐘信號同步，并通過光纖通訊實現(xiàn)兩個目標機之間的信號傳遞。

所述主FPGA卡作為時鐘源，每隔設定時間將前一個周期來自從FPGA卡的傳感器信息數(shù)據(jù)通過DMA發(fā)送給控制器內核層，同時將前一個周期控制指令發(fā)送給從FPGA；