Введение к работе
Актуальность темы.
Микроэлектроника занимает ведущее место среди отраслей, определяющих темпы развития всего народного хозяйства.
Основной задачей современного субмикронного производства является обеспечение заданного качества СБИС при разумных затратах имеющихся ресурсов. Для ее решения необходима комплексная автоматизация производства, предполагаю щая интеграцию процессов проектирования, изготовления и контроля полупроводниковых приборов с помощью автоматизированных управляющих систем.
В настоящее время ведутся интенсивные исследования по созданию автоматических производств в микроэлектронной промышленности. Основой любых систем автоматизации являются локальные автоматизированные технологические процессы.
Важное место среди автоматизируемых технологических процессов занимает процесс «Сухого» (плазменного) травления рисунка на кремниевой подложке.
Несмотря на некоторые различия в конкретной реализации химической реакции травления и в конструкциях технологических установок, все процессы сухого травления кремния сходны в принципе и могут быть выделены в класс технологических процессов, к автоматизации которых может быть применен некий унифицированный подход.
На сегодняшний день автоматизация технологического процесса сухого травления находится в зачаточном состоянии: иногда используются одноконтурные системы регулирования основных переменных процесса (концентраций подаваемых реагентов, мощности ВЧ-разряда и т.п.). Такие регуляторы не обеспечивают высокого качества управления технологическим процессом, более того, даже удовлетворительное поддержание отдельных его переменных вышеописанными автономными контурами регулирования затруднительно, поскольку все эти переменные взаимосвязаны, а простейшие одноконтурные регуляторы принципиально не способны учесть такой взаимосвязи.
Поэтому в настоящее время назрела необходимость создания более сложной САУ, учитывающей эти явления, и, тем самым, повышающей качество управления. При этом следует учитывать тот факт, что многие параметры процесса меняются, а не остаются константами, и плохо поддаются измерению либо с плохой точностью априорно известны из экспериментов, поставленных на технологической установке.
Все вышесказанное ставит требование адаптивности (самонастройки) создаваемых САУ, то есть автоматической подстройки параметров САУ под изменяющиеся или неточно известные параметры технологического процесса.
_ 4 _
Цель работы
Настоящая работа посвящена синтезу цифровых автоматизированных систем управления технологическими процессами сухого травления кремния, а также разработке единого подхода, направленного на создание таких систем.
Постановка задачи
В диссертации решается задача разработки универсального подхода к созданик САУ технологического процесса сухого травления, причем это должны быть достаточно сложные САУ с возможностью:
-учета сложных взаимосвязей в физике процесса; -оценки неизмеряемьгх переменных и параметров; -адаптации (самонастройки) с учетом меняющихся или плохо известных параметров технологического процесса; -адаптация должна быть беспоисковой.
Средства и методы решения задачи.
Подход основан на создании математической модели технологического процесса в виде системы уравнений в переменных состояния и применении соответствующего математического аппарата синтеза следящих систем по квадратичному интегральному критерию.
Самонастройка(адаптивность) разрабатываемой САУ достигается за счет того что параметры технологического процесса, входящие в модель и подверженные изменениям, вводятся в расширенный вектор состояний и, таким образом, впоследствии учитываются в структуре регулятора и оценивателя.
На этапе синтеза САУ используется численное моделирование ее работы на компьютере.
Достоверность основных положений и рекомендаций диссертации.
Оригинальная математическая модель технологического процесса разрабатывается на основании основных физических законов, а ее параметры выбираются на основании экспериментальных данных, известных в технологии сухого травления.
Правильность оригинальных разработок - метода синтеза асимптотически устойчивого оценивателя и модификации классических дискретных алгоритмов САУ с целью учета задержек на вычисления, - гарантируется корректной постановкой задачи и адекватными математическими методами ее решения.
Результаты собственно синтеза САУ - ее устойчивость и качество работы -проверяются численным моделированием на компьютере, причем сам технологи ческий процесс на последнем этапе моделирования имитируется в нелинейной форме.
Научная новизна диссертации и основные положения, выносимые на защиту.
По имеющимся литературным данным на сегодняшний день нам неизвестны такого рода разработки, нацеленные на создание САУ технологическими процессами сухого травления при условии, что САУ будет учитывать основные физические эффекты технологического процесса в их взаимодействии и при этом будет беспоисковой адаптивной,учитывая изменяющиеся параметры процесса.
Научная новизна диссертации заключается в том, что впервые разработан подход к синтезу самонастраивающихся цифровых САУ технологическими процессами сухого травления, отличающийся от традиционных подходов тем, что позволяет учесть взаимосвязь отдел ьных физических явлений процесса, учесть изменение параметров, что, в итоге, ведет к повышению качества работы САУ.
Конкретно новыми с этой точки зрения являются:
-математическая модель технологического процесса сухого травления;
подходы к формализации задачи (критерии);
методика синтеза асимптотически устойчивого оцениватсля:
модификация существующих цифровых алгоритмов управления с учетом задержки в реальных вычислительных системах.
общий алгоритм компьютеризированного проектирования цифровых САУ для технологических процессов сухого травления.
Практическая ценность работы
заключается в том, что разработана практическая методика, позволяющая единообразно и эффективно проектировать самонастраивающиеся САУ для широкого класса технологических процессов сухого травления, с учетом ряда особенностей этих процессов.
Учет этих особенностей, в частности, изменяющихся параметров, позволяет синтезировать более качественный закон управления технологическим процессом сухого травления, чем те, что реализованы в существующих ныне одноконтурных регуляторах.
Разработанный подход к проектированию позволяет сократить затраты времени на проектирование систем такого рода, а численное моделирование, используемое при расчете, позволяет снизить количество дорогостоящих экспериментов на технологической установке.
Реализация и внедрение результатов работы.
Элементы работы - а именно алгоритм САУ и методика его проектирования -
внедрены в ряде предприятий микроэлектронной промышленности, а именно в
НПО «Астрофизика»г. Москва, ГНПП «Квант»г. Москва, Научно-исследовательс
кий институт «Субмикрон» г. Зеленоград, предприятие ОКБ «Радуга» г.
Владимир.
Результаты диссертации внедрены также в учебном процессе (курс~«Автома-тическое управление технологическими процессами»- цикл Техническая киберне-
тика) в Московском авиационном институте.
Апробация работы
Основные результаты работы докладывались на научно-технических конференции «Моделирование физических процессов и технологий» (МП «Панда-НТ при РАН, Львовская обл. г. Славское 1992 г.).
Работа докладывалась на Второй Научно-технической конференции "Кремний на изоляторе" (НИИ Микроэлектроники, г. Зеленоград, 1994), а также рассматривалась на НТС электронной промышленности по специально-технологическому и контрольно-измерительному оборудованию (НИИ Точного машиностроения, г. Зеленоград, 1994)
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 8 печатных работ (список приве ден в конце автореферата).
Объем и структура работы