CN101551595B - 光刻机投影物镜温度控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种光刻机投影物镜温度控制方法，通过温度控制单元(TCU)将物镜温度调整到物镜温度设定值，包括以下控制阶段：初始化系统参数，决定进入哪个控制阶段；预调节TCU内部水温至设定值；采用开关控制，以物镜温度为控制变量，将物镜温度控制在P2阶段的目标精度以内；采用带史密斯预估器的串级控制算法，以物镜温度为主控变量，主控回路采用增量式PID算法，以集流板处水温为副控变量，副控回路采用增量式PI算法；采用不带史密斯预估器的串级控制算法，以物镜温度为主控变量，主控回路采用增量式PI算法，以集流板处水温为副控变量，副控回路采用增量式PI算法；使用增量式PI算法，控制变量为集流板处水温。

Description

光刻机投影物镜温度控制方法 

技术领域

本发明属于零部件温度控制领域，涉及一种光刻机投影物镜的温度控制方法。 

背景技术

在半导体行业中，需要对某些关键的零部件进行恒定温度控制，比如光刻机中的投影物镜。由于这些关键零件工作空间狭小，对工作环境要求很严格，温度控制精度需求也很高，因此不能直接用风扇、电热器、空调之类的普通温度控制设备来控制。 

目前行业中一般采用专用的设备来控制，这些专用温控设备通过提供温度受控的循环液与关键零件发生热交换的方式来控制关键零件温度。 

在投影物镜温度控制系统中，提供这种温度受控循环液的装置称为温度控制单元(TCU，Temperature Control Unit)，它作为执行器来使用。当接收到上位机发送过来的设定值Tset时，TCU根据一定的算法控制内部的加热器和制冷器，迅速将循环液温度控制到Tset附近。TCU提供的循环液经分流器被分成多股支流，流经投影物镜、硅片台、掩模台等零件，最终再由集流器合成一股流回TCU。 

由于物镜周围环境温度波动，其他零件负荷波动，物镜内部曝光热负荷波动及循环液流量波动等多种干扰因素的存在，物镜温度处于不断的变化中，上位机发送的Tset也必须作适当的变化才能很快将物镜温度控制到或维持在期望的温度范围，本文所涉及的方法和装置就用于采集当前相关参量信息，据此计算Tset，并发送该设定值和其他控制命令给TCU，从而控制物镜和其他零件温度恒定。 

2008年发表在《中国机械工程》杂志第10期上的论文《光刻机投影物镜的温度控制算法》中提出了一种双输入双输出非线性PI控制算法，该算法从控制系统的输出响应特性出发，将双输入双输出控制系统按控制作用划分为5个控 制模态，以具有模态选择和切换能力的智能控制算法为决策层、改进的PI算法为精确调节层，获得了多重时滞、多重扰动作用下光刻机投影物镜较快的收敛速度和±0.006℃的温度稳定度。这种控制方法没有对系统时滞提出明确的解决方案，其算法中的几个特征：模态切换、智能决策、改进的PI控制算法都无法解决系统时滞带来的问题。因此对于时滞更大的系统，此算法不会产生很好的效果。论文中的算法也没有针对大时间常数这一点提出切实有效的解决方案，模态选择可以在初始温度偏差较小时节省控稳时间，但当初始偏差较大时，系统的大惯性导致的长稳定时间的还是不能避免。论文中所说的串级控制是将执行器TCU内部控制作为副回路的串级控制，除去执行器之外的算法中并不是串级控制。它在前面的几个阶段中根据物镜温度与物镜设定温度间偏差来计算TCU设定值，根据水温来调整计算出来的TCU设定值，并在此过程中寻找一个合适的最优水温，最后阶段直接根据实际水温与最优水温之间的差别来计算TCU设定值。这种算法中最优水温的寻找过程太过漫长，增加了系统稳定时间。该文章中的提到的被控对象时间常数达几个小时，而实际光刻机中的物镜时间常数可能达到十几个小时，因此这种算法在控制时间常数更大的物镜时会有很大的稳定时间。 

发明内容

本发明提出一种光刻机投影物镜控制方法能够解决上述问题。 

为了达到上述目的，本发明提出一种光刻机投影物镜温度控制方法，通过温度控制单元TCU将物镜温度调整到物镜温度设定值，包括以下控制阶段：初始化系统参数，决定进入哪个控制阶段；预调节TCU内部水温至设定值；采用开关控制，以物镜温度为控制变量，将物镜温度控制在P2阶段的目标精度以内；采用带史密斯预估器的串级控制算法，以物镜温度为主控变量，主控回路采用增量式PID算法，以集流板处水温为副控变量，副控回路采用增量式PI算法；采用不带史密斯预估器的串级控制算法，以物镜温度为主控变量，主控回路采用增量式PI算法，以集流板处水温为副控变量，副控回路采用增量式PI算法；使用增量式PI算法，控制变量为集流板处水温。 

可选的，其中决定进入哪个控制阶段包括以下步骤： 

取得停机时间和上次停机时所处的阶段； 

若停机时间小于一个阈值，则进入上次停机时所处的阶段。 

可选的，其中决定进入哪个控制阶段还包括以下步骤： 

由日志文件和机器常数文件共同确定TCU和集流板处水温的最优设定值，由日志文件和机器常数文件取得TCU和集流板处水温的最优值，两者差异较大时，以日志文件中的为TCU和集流板处水温的最优设定值；差异较小时以机器常数文件中的为TCU和集流板处水温的最优设定值。 

可选的，其中在P1阶段中，上述设定值等于在P0阶段中确定的最优设定值，当TCU温度达到上述设定值时，进入下一阶段。 

可选的，其中在P4阶段，当物镜温度与物镜温度设定值的绝对误差小于P4阶段的目标温度精度、稳定时间大于P4阶段目标稳定时间且副控变量在一定时间内变化较小时，进入下一阶段。 

可选的，其中在P5阶段，当物镜温度与物镜温度设定值的绝对误差大于P5阶段的目标温度精度时，从P5阶段进入P4阶段。 

可选的，其中在增量式PI控制算法中，以计算得到的设定值作为增量基础以消除圆整误差。 

附图说明

图1所示为物镜温度控制系统的工作原理图； 

图2所示为温度控制装置两模块及模块内部连接关系图； 

图3所示为串级控制系统方框图； 

图4所示为物镜温控系统中的串级控制算法方框图； 

图5所示为P1阶段控制流程图； 

图6所示为P2阶段控制流程图； 

图7所示为P2阶段控制算法方框图； 

图8所示为P3阶段控制流程图； 

图9所示为P3阶段控制算法方框图； 

图10所示为P4阶段控制流程图； 

图11所示为P4阶段控制算法方框图； 

图12所示为P5阶段流程图； 

图13所示为P5阶段控制算法方框图。 

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。 

为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种含有史密斯预估器的分段串级PID控制方法。 

控制算法的最终目的是保证主控对象温度长期稳定在一定的精度，实现此目标的最终形式是去除主控制回路，通过控制副控变量来保证主控变量的精度。在算法的最高阶段，整个系统已经很稳定。如果仍然以主控变量作为最终控制变量，其缓慢的变化速度将会使问题出现时难以早发现早解决；同时会因传感器误差和随机干扰导致TCU设定值较大的波动，从而影响其它部件(如工件台、掩模台等)的正常工作。在算法的最高阶段，副控变量基本上达到了最优值TwOpt，只要保证这个最优值基本不变，那么主控变量的值也基本能恒定。所以，去除原主控回路，只保留原副控回路也能保证主控变量的精度。由于不直接控制主控变量，此阶段需要实时监视主控变量，如果其偏离设定值太远，需要进行处理。 

延迟环节的特征是此刻的输入在一定的时间之后才产生输出，此刻的输出是一段时间前的输入产生的，因此以此刻的输出来进行反馈不能反映系统状态的变化趋势，控制过程中会产生振荡。 

史密斯预估器是基于模型的，它根据模型计算出在当前的输入作用下，系统延迟时间之后将会达到的状态，即系统不含有延迟环节时应该达到的状态，并用当前实际输出与含有延迟环节时模型计算出的当前输出之差对它进行修正，将修正后的值作为反馈量与设定值进行比较，得到偏差，输入给控制器。史密斯预估器与控制算法之间是相互独立的，本文将串级控制算法、开关控制与史密斯预估器结合使用，能够实现对大时滞、大惯性对象的快速控制。 

使用史密斯预估器需要得到被控对象的模型。在物镜温度控制系统中，物镜模型容易通过系统辨识得到，并且物镜的模型不易发生变化。在一次性得到物镜模型后，即可根据此模型来使用史密斯预估器。由于史密斯预估器对被控 对象模型要求较高，如果模型不准确，将会产生较大误差。在物镜温度控制系统中，物镜工作环境及硬件结构相对来说比较稳定，其模型不会经常变化，这为使用史密斯预估器提供了好的条件，但是这也回避不了模型精度的问题，模型精度对控制精度将会产生影响。为了克服模型精度带来的影响，史密斯预估器值在控制精度较低的阶段使用。在大惯性的主控回路地位逐渐削弱，小惯性的副控回路渐渐承担起主要控制任务的阶段中，史密斯预估器优势就不是很明显了。本发明在副控回路承担主要控制任务的阶段中，取出了史密斯预估器。 

开关控制是最简单的控制方式，其控制精度很低，但在ErrTla(即物镜温度设定值与当前温度值的差值)较大的阶段，由于其控制精度要求较低，使用开关控制来快速控制物镜温度是可取的。在预调完成以后，根据物镜实际温度，让TCU以最大加热或制冷功率运行，快速将物镜温度控制到快速调节阶段的物镜温度目标精度范围内。 

比例积分微分(PID)控制是历史最悠久、生命力最强的基本控制方式，它原理简单，使用方便，适应性和鲁棒性都很强。因此，在主副控制回路中都使用增量式PID控制算法。由于微分环节减少超调，放大干扰的特性，而主控变量的大惯性导致其需要花费较长的时间来克服很小的超调，故只在主控回路中的主控变量稳定阶段使用。副控回路惯性小、干扰大，使用微分环节利小于弊；主控回路其他阶段超调相对来说比较小，不需要用到微分环节。 

控制框架总体上采用串级控制。串级控制是提高过程控制品质非常有效的方案之一，它具有突出的优点：能够减少被控对象的时间常数，能够提高系统的工作频率，能够增强系统的抗干扰能力并且对负荷的变化具有一定的抗干扰能力。时间常数的减小，意味着控制通道的缩短，从而使控制作用更加及时，响应速度更快，控制质量必然得到提高。串级控制的方块图如图3所示。 

史密斯预估器克服了延迟环节对控制的影响，开关控制和串级控制能够缩短大惯性系统的稳定时间，综合运用这些控制方式能够消除系统大惯性、大时滞带来的影响，具有良好的效果。 

以下结合图1-图13说明本发明较佳的实施方式： 

如图1所示的物镜温度控制系统，TCU接收控制器模块发送过来的设定值，根据一定的算法控制内部的加热器和制冷器，从而将循环液的温度控制到设定 值附近。由TCU提供的循环液经分流器被分成多股支流，流经投影物镜以及其他对象元件，最终再由集流器合成一股，流回TCU。 

本发明提供了一种温度控制装置，主要包括测量模块M0和控制器模块M1。 

如图2所示，本发明提供一种向TCU发送命令的温度控制装置，其包含温度测量模块M0和控制器模块M1，温度测量模块M0中包含激励源C01、传感器C02、A/D转换单元C03和数字滤波器C04，控制器模块M1包括数据存储单元C05、计算单元C06和RS232接口C07。 

以上所述温度测量模块M0的激励源C01可以为恒压源或恒流源，本实施方案中采用恒流源；所述温度传感器C02采用热敏电阻。温度传感器C02感测到的模拟温度信号，经A/D转换单元C03转换为数字信号，通过数字滤波器C04滤去高频信号，最终传送给控制器模块M1。 

控制器模块M1主要由DSP组成，负责接收传感器温度测量值，经过上述算法计算，给TCU发出控制信号，控制信号除了包括设定值，开机、停机、预调等温控算法中必须用到的命令外，还包括诊断、注水等其他TCU正常使用中需要用到的命令。 

所述控制器模块M1中的数据存储单元C05存储计算中所中到的日志文件、机器常数文件与控制程序；计算处理单元C06用于处理数据，实施图5至图13所示的程序流程及算法；处理单元C06计算的结果通过RS232接口或其他数据接口传送给TCU。上述数据存储单元C05与计算处理单元C12可以由DSP芯片或单片机组成。 

如图4所示，在本发明所涉及的物镜温度控制系统中，以物镜为主控对象，物镜温度Tl为主变量，主控回路的输入根据生产需要来确定，是一个恒定的温度设定值Tlset。在物镜温度控制系统中，物镜温度设定值恒为22℃。主控对象惯性大、时滞大，主控回路是一个慢环。主控回路控制器采用带死区的增量式比例积分微分(PID)控制算法。副控对象为流过被控对象后的循环介质，其温度Tw即为副变量，此时副控对象已经完成与主控对象之间的热交换。副控回路是一个随动系统，其设定值TwSet随着主控变量(即物镜当前温度T1)变化而变化，变化规律由控制算法决定。副控回路惯性小，基本上没有时滞，是一个快环。副控回路采用带死区的增量式比例积分(PI)控制算法。按照上述方式把 串级控制算法应用到物镜温度控制系统中得到图4的控制方框图。 

本方法将温度控制过程分为六个阶段：P0，P1，P2，P3，P4和P5阶段。通过六个阶段的控制能够使当前温度值迅速到达设定温度值，并在较短的时间内达到很高的稳定精度。 

控制过程的6个阶段划分如下： 

P0阶段初始化系统参数，并根据温控系统历史信息和初始信息来决定将进入哪个阶段，这样在某些情况下可以缩短控制时间。 

P1阶段是执行器预调阶段。此阶段的目标是将执行器内部介质温度调节到执行器初始设定值附近。开始温控后，执行器会接收到一个设定值，但此时执行器内部介质实际温度可能与这个设定值差距较大，如果在差距较大的情况下直接将循环介质与主控对象连通换热，会降低副控回路的跟随性能，从而增加了系统达到稳定的时间。因此需要先让介质在执行器内部循环控温，温度到达设定值附近才与主控对象连通。这个过程所需时间与执行器内部介质温度和执行器性能有关。由于副控回路是快环，副控变量变化速度较快，此阶段的采样周期较小。 

P2阶段是快速调节主控变量的阶段。此阶段的目标是快速调节主控变量到设定值附近。此阶段采样周期比P1阶段长。 

P3阶段是主控变量稳定阶段。在P2阶段调节速度过快，可能导致主控变量超调，此阶段的目标就是使主控变量稳定，精度比P2阶段稍高。 

P4阶段是主控变量更稳，精度更高的阶段，同时为去除原主控回路做准备。此阶段为P5阶段做的准备主要是寻找最优的副控回路最优设定值。P4阶段主控变量变化速度减小，采样周期可比前一阶段要长。 

P5阶段去除主控回路，通过控制副控变量来间接控制主控变量。P5阶段虽然不直接控制主控变量，但要监视主控变量，当主控变量超出本阶段精度范围时需要进行处理。 

P0、P1阶段没有真正控制被控对象温度，P2阶段是快速控制阶段，控制方法采用开关控制，P3、P4阶段是串级控制阶段，P5阶段通过控制副控变量间接控制主控变量，只有一个控制回路，即原副控回路。在P5阶段，若物镜温度超出本阶段精度，算法自动跳回P4阶段。 

正常运行中，系统软件实时自动记录日志，日志内容为每个采样时刻系统各个参量的值和参量记录时间。机器常数也以文件形式存储在装置中。判断进入哪个控制阶段的依据主要有：上次停机与本次开机时间间隔，上次停机时所处控制阶段，日志文件中是否存在副控回路最优设定值，机器常数中是否存在副控回路最优设定值等。 

选择进入哪个阶段的过程如下： 

1.确定TCU最优设定值Topt和副控对象最优设定值TwOpt。 

如果日志中不存在最优值，机器常数中存在最优值，则以机器常数文件中的最优值作为最优设定值；反之，日志中存在最优值而机器常数文件中不存在时，以日志中的最优值为准。如果两个文件中都存在最优值，则查看两者差距，差距较大时以日志中的值为准，差距较小时以机器常数文件中的值为准。若两个文件中都不存在最优值，则最优值为默认值。日志中的最优值通过取日志末尾的一段稳态数据平均值得到，当日志末尾不存在稳态数据或者读取日志文件错误时，认为日志中不存在最优值。其中差异较大或较小的区分标准可以由使用者自由设定，本发明不予限制。 

2.获取停机时间和确定最优值旗标flagStable 

从日志文件尾部获取上次停机时刻，与此次开机时刻相比较，就得到了停机时间。如果停机时间大于某个阈值，则认为上次运行所处控制阶段LastP不具有指导意义。这个阈值是一个固定时间值，例如是24小时。若日志文件或者机器常数文件中存在最优值，则flagStable＝TRUE；反之，则flagStable＝FALSE。 

3.从日志文件中获取上次所处的控制阶段LastP。 

4.逻辑判断 

停机时间较短时： 

若(LastP＝5)&&(flagStable＝TRUE)则进入P5； 

若(LastP＝4)||((LastP＝5)&&(flagStable＝FALSE))，则进入P4； 

若LastP＝3，则进入P3； 

否则进入P1。 

停机时间较长时： 

若ErrTla≤errP4(errPn：Pn阶段下的目标温度精度)且flagStable＝TRUE， 进入P5，其中ErrTla为物镜温度绝对误差； 

若(ErrTla≤errP3)||((ErrTla≤errP4)&&(flagStable＝FALSE))，进入P4； 

若ErrTla≤errP2，进入P3； 

否则进入P1。 

其他阶段转换过程如下： 

1.P1进入P2的条件是：预调完成。 

P1阶段的主要目标即为预调TCU内部水温，故预调结束即进入P2，预调结束时TCU内部水温与TCU设定值间偏差由TCU自身性能决定。 

2.从P2进入P3的条件是：ErrTla≤errP2。 

P2阶段是快速控制主控对象温度的阶段，只需要偏差小于某个阈值即可，不需要稳定一段时间。 

3.从P3进入P4的条件是：ErrTla≤errP3且稳定时间＞stabP3。 

P3阶段是稳定主控变量的阶段，使主控变量稳定在设定值附近。 

4.从P4进入P5的条件是：ErrTla≤errP4且稳定时间＞stabP4且副控变量在一定时间内变化较小。 

此阶段是提高主控变量温控精度的阶段，并且寻找最优副控变量设定值，在P4阶段末就认为已经找到了此最优值，此时将副控变量最优值和执行器设定值作为机器常数写入机器常数文件中。若进入P4之前处于P5阶段，那么稳定时间为stabP4/2。 

5.从P5进入P4的条件是：ErrTla＞errP5。 

以上的阶段转换方式能够减少不必要的稳定时间，使物镜温度迅速稳定到目标精度。 

由前面的分析可知，系统处在不同的阶段，控制策略、流程和算法是不同的。 

P0阶段初始化参数，决定进入哪个阶段。 

P1阶段不断检测是否完成预调，完成则进入下一阶段。此阶段TCU设定值恒定。 

P2阶段快速控制主控对象温度，使ErrTla＜errP2，设定值计算公式如下： 

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{Tset}=\mathrm{TsetHi},\mathrm{errTl}>\mathrm{errP}2\\ \mathrm{Tset}=\mathrm{TsetLw},\mathrm{errTl}<-\mathrm{errP}2\end{array}\right.$

TsetHi、TsetLw分别为执行器允许设定的最高设定值和最低设定值。 

P3阶段采用带史密斯预估器的串级控制算法。主控回路控制器采用带死区的增量式PID控制算法，副控回路采用带死区的增量式PI控制算法，整个控制过程中加入了史密斯预估器。 

P4阶段最终目标是将主控变量控制到更高的精度，并寻找副控回路最优设定值。整体上此阶段还是采用串级控制算法。为防止模型误差带来的影响，去除了史密斯预估器。在存在副控回路最优设定值时，副控回路设定值的计算值被限制在以该最优设定值为中心的一个小区间内，逐渐向彻底去除主控回路作准备。 

P5阶段目标是长期保持主控变量精度在errP5以内，出现偏差时能很快将偏差消除。算法中去除了原主控回路，副控回路仍然采用带死区的增量式PI控制，副控回路设定值为P4阶段末得到的最优设定值。 

在P2、P3、P4、P5阶段Tset计算过程中，Tset采用上次计算得到的值，而不采用从TCU读上来的值。因为任何TCU都具有一定的精度，从TCU中读上来的值可能只有两位小数，与最初计算出来的发送到TCU中的值有一定差距，这就是圆整误差。圆整误差会随时间逐渐积累，如果控制精度要求很高，那么圆整误差最终将影响控温精度。 

注：TlSet为物镜温度设定值，Tl为物镜当前温度，Tset为执行器设定值， 

TwSet为副控对象设定值，Tw为副控对象当前温度，TwOpt为副控变量最优值， 

errPn为Pn阶段目标温度精度，stabPn为Pn阶段目标稳定时间， 

errTl为(TlSet-Tl)，errTla为|errTl|， 

&&表示“与”操作，||表示“或”操作。 

在温度控制开始之后，程序初始化参数，参数初始值一部分在机器常数文件中，一部分通过读取历史日志得到，一部分存储在程序中。初始得到的参数有：TlSet，最优值旗标，停机时间标志，上次所处控制阶段，各阶段采样周期，各阶段目标精度，各阶段PID参数、阈值等算法参数，主控对象模型参数等。之后获取当前传感器信息，然后根据各个参量值来判断进入哪一个控制阶段(如P1、P2、P3或P4)。 

如图5所示，进入P1阶段后每隔10秒钟读取TCU状态信息，如果检测到TCU处于预调状态则等待10秒钟后继续检测。当预调完成时，TCU会自动关闭，此时TCU状态变为OFF。当检测到TCU状态为OFF时，发送启动TCU命令，启动TCU成功后进入P2阶段。 

如图6和图7所示，进入P2阶段后获取当前传感器值，将得到的Tl与TlSet比较，得到errTl，根据errTl判断TCU设定值Tset。判断方式如下： 

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{Tset}=\mathrm{TsetHi},\mathrm{Tl}>\mathrm{TlSet}-\mathrm{errP}2\\ \mathrm{Tset}=\mathrm{TsetLw},\mathrm{Tl}<\mathrm{TlSet}+\mathrm{errP}2\end{array}\right.$

每隔2分钟就获取一次传感器值，得到ErrTla。当ErrTla＜errP2时就进入P3阶段(如图8和图9所示)。这个阶段采用开关控制，不存在TwSet，但程序处理的需要TwSet值设置为与Tset相等。 

P3阶段采用带史密斯预估器的串级PID控制算法进行控制。其过程如下： 

①获取传感器信息，包括物镜温度Tl和集流板处水温Tw。 

②计算偏差，计算公式如下： 

errTl＝TlSet-(Tl-Tl1+Tl2) 

errTw＝TwSet-Tw 

Tl1为按照有延迟的主控对象模型计算得到的当前主控变量，Tl2为按照无延迟的主控对象模型计算得到的当前主控变量，计算公式根据模型确定。 

③判断是否符合进入下一阶段的条件，判断过程如下： 

   IF|errTl-Tl|＜errP3 

   IF此状态持续时间＞stabP3 

   THEN进入P4 

   ELSE 

      IF未开始计时 

      THEN开始计时 

      ELSE不作处理，执行④ 

      END IF 

   END IF 

ELSE 

   IF已开始计时 

   THEN停止计时 

   ELSE不作处理，执行④ 

END IF 

④采用增量式PID算法计算TwSet和Tset，计算公式如下： 

TwSet＝TwSet+kp3*(errTl-olderrTl)+ki3*errTl+kd3*((errTl-olderrTl)-(olderrTl-oldolderrTl)) 

Tset＝Tset+wkp3*(errTw-olderrTw)+wki3*errTw 

olderrTl为上一个采样点的errTl，oldolderrTl为上上个采样点的errTl，olderrTw为上一个采样点的errTw。kp、ki、kd分别为主控回路的比例系数、积分常数和微分常数，wkp、wki分别为副控回路的比例系数和积分常数。PID参数后的3表示处于P3阶段。 

计算得到的Tset和TwSet如果大于TsetHi，则取为TsetHi；如果小于TsetLw则取为TsetLw。 

⑤保存历史信息，计算公式为 

oldolderrTl＝olderrTl 

olderrTl＝errTl 

olderrTw＝errTw 

⑥发送Tset到TCU，记录日志，2分钟后跳到① 

如图10和图11所示，P4阶段采用不带史密斯预估器的串级PI控制算法，其控制过程如下： 

TWCOM＝Tw。 

①获取传感器信息，包括Tl和Tw。 

②计算偏差，计算公式如下： 

errTl＝TlSet-Tl 

errTw＝TwSet-Tw 

③判断是否符合进入下一阶段的条件，判断过程如下： 

IF|errTl-Tl|＜errP4&|TWCOM-Tw|＜0.1 

    IF此状态持续时间＞stabP4 

    THEN flagStable＝TRUE，写入最优值到机器常数文件，进入P5 

   ELSE确保已经开始计时，执行④ 

   END IF 

ELSE 

确保停止计时 

IF|TWCOM-Tw|＞0.1 

THEN TWCOM＝Tw 

END IF 

END IF 

④采用增量式PI算法计算TwSet和Tset，计算公式及流程如下： 

IF flagStable＝FALSE 

THEN TwSet＝TwSet+kp4*(errTl-olderrTl)+ki4*errTl 

ELSE 

   TwSet＝TwSet+kp4*(errTl-olderrTl)+ki4*errTl 

   IF TwSet＞TwOpt+deta 

   THEN TwSet＝TwOpt+deta 

   ELSE 

      IF TwSet＜TwOpt-deta 

      THEN TwSet＝TwOpt-deta 

      END IF 

   END IF 

END IF 

Tset＝Tset+wkp4*(errTw-olderrTw)+wki4*errTw 

计算得到的Tset和TwSet如果大于TsetHi，则取为TsetHi；如果小于TsetLw则取为TsetLw。 

⑤保存历史信息，计算公式为 

olderrTl＝errTl 

olderrTw＝errTw 

⑥发送Tset到TCU，记录日志，5分钟后跳到① 

如图12和图13所示，P5阶段去除主控回路，采用增量式PI算法进行控制， 控制过程如下： 

从机器常数文件中获取最优水温。 

①获取传感器信息，包括Tl和Tw。 

②计算偏差，计算公式如下： 

errTl＝TlSet-Tl 

errTw＝TwSet-Tw 

③判断是否符合跳入P4阶段条件，判断流程如下： 

IF(ErrTla＞errP5) 

THEN保存现场，调用P4阶段函数 

ELSE不作任何处理，跳到④ 

END IF 

④采用增量式PI算法计算Tset，计算公式及流程如下： 

Tset＝Tset+wkp5*(errTw-olderrTw)+wki5*errTw 

计算得到的Tset如果大于TsetHi，则取为TsetHi；如果小于TsetLw则取为TsetLw。 

⑤保存历史信息，计算公式为 

olderrTw＝errTw 

⑥发送Tset到TCU，记录日志，5分钟后跳到① 

按照以上过程进行物镜温度控制能够缩短物镜温度稳定时间，使Tl和Tw都达到极高的温度稳定精度，并且具有很好的鲁棒性和自适应性。 

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。 

Claims (8)

1.一种光刻机投影物镜温度控制方法，通过温度控制单元TCU将物镜温度调整到物镜温度设定值，其特征在于：将温度控制分为采用不同控制策略的控制阶段，该温度控制方法包括以下控制阶段所采用的步骤：

P0阶段：初始化系统参数，根据上次停机时间和上次停机时所处的阶段决定进入哪个控制阶段；

P1阶段：预调节TCU内部水温至设定值；

P2阶段：以物镜温度为控制变量，采用开关控制，根据物镜温度，让TCU以最大加热或制冷功率运行对物镜进行加热或冷却，将物镜温度控制在P2阶段的目标精度以内；

P3阶段：采用带史密斯预估器的串级控制算法，不断对物镜温度和集流板处水温进行采样，并以采样到的物镜温度为主控变量，以采样到的集流板处水温为副控变量，主控回路和副控回路采用增量式PID算法，在物镜温度与物镜温度设定值之间的偏差以及集流板处水温和集流板处水温设定值之间的偏差小于P3阶段的目标温度精度之前，反复重新计算物镜温度设定值和集流板处水温设定值，从而控制TCU加热或冷却，让物镜温度稳定在物镜温度设定值附近；

P4阶段：采用不带史密斯预估器的串级控制算法，不断对物镜温度和集流板处水温进行采样，并以采集到的物镜温度为主控变量，以采集到的集流板处水温为副控变量，主控回路和副控回路采用增量式PI算法，在物镜温度偏差和集流板处水温偏差小于P4阶段的目标温度精度之前，反复重新计算物镜温度设定值和集流板处水温设定值，从而控制TCU加热或冷却，让集流板处水温稳定在集流板处水温设定值附近；以及

P5阶段：不断对物镜温度和集流板处水温进行采样，在物镜温度偏差小于P5阶段的目标温度精度时，使用增量式PI算法，控制变量为集流板处水温，反复计算集流板处水温，让TCU加热或冷却，让集流板处水温稳定在集流板处水温设定值附近。

2.根据权利要求1所述的温度控制方法，其特征是，决定进入哪个控制阶段包括以下步骤：

取得停机时间和上次停机时所处的阶段；

若停机时间小于一个阈值，则进入上次停机时所处的阶段。

3.根据权利要求2所述的温度控制方法，其特征是，该阈值为一个固定时间值。

4.根据权利要求1所述的温度控制方法，其特征是，还包括储存每个阶段计算中所得到的日志文件和机器常数文件。

5.根据权利要求4所述的温度控制方法，其特征是，决定进入哪个控制阶段还包括以下步骤：

由日志文件和机器常数文件共同确定TCU和集流板处水温的最优设定值，由日志文件和机器常数文件取得TCU和集流板处水温的最优值，两者差异较大时，以日志文件中的为TCU和集流板处水温的最优设定值；差异较小时以机器常数文件中的为TCU和集流板处水温的最优设定值。

6.根据权利要求5所述的温度控制方法，其特征是，在P1阶段中，上述设定值等于在P0阶段中确定的该最优设定值，当TCU温度达到上述设定值时，进入下一阶段。

7.根据权利要求1所述的温度控制方法，其特征是，在P4阶段，当物镜温度偏差和集流板处水温偏差小于P4阶段的目标温度精度、且这种状态持续时间大于P4阶段目标稳定时间时，进入下一阶段。

8.根据权利要求1所述的温度控制方法，其特征是，在P5阶段，当物镜温度与物镜温度设定值的绝对误差大于P5阶段的目标温度精度时，从P5阶段进入P4阶段。

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