CN109669487A - 一种基于全闭环双反馈的离子注入机tilt伺服系统角度控制策略 - Google Patents

一种基于全闭环双反馈的离子注入机tilt伺服系统角度控制策略 Download PDF

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    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D13/00—Control of linear speed; Control of angular speed; Control of acceleration or deceleration, e.g. of a prime mover
    • G05D13/62—Control of linear speed; Control of angular speed; Control of acceleration or deceleration, e.g. of a prime mover characterised by the use of electric means, e.g. use of a tachometric dynamo, use of a transducer converting an electric value into a displacement

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Abstract

本发明讲述的是一种，基于全闭环双反馈离子注入机TILT伺服系统角度控制的方法，应用于半导体制造离子注入场合。该方法包含以下硬件构成：1、伺服控制器；2、带双反馈通道的伺服驱动器；3、高精度正交负载编码器；4、伺服电机+电机编码器；5 TILT机械传动部件，共5部分组成。说明书对本方法进行了详细的说明，并给出具体实施方案。

Description

一种基于全闭环双反馈的离子注入机TILT伺服系统角度控制 策略
技术领域
本发明是一种基于全闭环双反馈的离子注入机TILT伺服系统角度控制策略，该方法利用负载编码器和电机编码器两个正交光电编码器作为反馈，接入到驱动器的主反馈通道和次反馈通道，从而将两反馈在控制器中分别嵌入到伺服控制回路中的速度环和位置环，提高了TILT伺服系统的位置控制精度、抗扰动能力，降低谐振发生的可能。
背景技术
离子注入是半导体加工重要的掺杂技术。随着更先进半导体制程的发展，对离子注入工艺角度的精度要求越来越严格，半导体中对注入工艺角度影响最大的是TILT工艺角度。TILT伺服系统的机械传动部分，包含减速器、带轮同步带、四连杆机构、固定机架等传动部件，而这些复杂的传动不可避免的在传动中引入机械回隙、机械柔性和大的静摩擦力，这些都会对TILT伺服系统的传动精度造成较大影响。传统以半闭环的方式进行TILT伺服控制时，同时用伺服电机编码器闭合速度环和位置环，而高精度的负载编码器仅作为位置监测元件，不做环路闭合。因此，传统半闭环的TILT伺服控制方式的角度控制精度不高，同时不能对外界的扰动进行实时的纠偏，已经不能适应未来半导体工艺的发展需求。本文将对该TILT伺服系统双反馈全闭环的方法做详细说明。
发明内容
本发明涉及一种伺服控制策略，用于TILT伺服系统角度控制，通过以下技术方案实现：
1.运动控制器(1)，在运动控制器闭合位置环和速度环，并发送模拟控制量指令到伺服驱动器。
2.伺服驱动器(2)，在伺服驱动器中闭合电流环，同时电机编码器和负载编码器分别接入驱动器的主反馈通道和次反馈通道。伺服驱动器将接收来自控制器指令信号，并将其转化为伺服电机的输出电流，以驱动机械传动机构负载的运转。
3.高精度正交负载编码器(3)，测量负载侧的位置，并高精度的反馈至伺服控制器，闭合伺服环位置控制回路。
4.伺服电机与电机编码器(5)，接收伺服驱动器的电流，将其转化为机械动力，带动机械负载运转。并且测量电机的位置，将电机反馈闭环至速度控制环路。
5.TILT机械传动装置(5)，包括谐波减速器、皮带-带轮减速机、四连杆机构和机架等机械部件，用来偏转晶元，使得晶元运动到特定工艺注入角度。
本发明具有如下显著优点：
1.负载编码器(3)参与闭环，为全闭环伺服系统，角度控制精度高；
2.全闭环TILT伺服系统实时对外界扰动纠偏，克服了机械负载突变的问题。
3.不存在速度反馈延迟，有效避免了谐振问题的发生，系统的稳定性高；
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步介绍，但不作为对本发明专利的限定。
图1全闭环双反馈运动控制系统流程图
图2机械传动结构部分示意图
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的介绍，但不作为本发明的限定。
本发明通过以下技术方案实现：
1.伺服控制器(1)用来进行伺服电机(4)的伺服环路闭环，此发明中在伺服控制器中闭合位置环和速度环。伺服控制器(1)发送指令信号至伺服驱动器(2)，并接收来自反馈装置编码器(3)(4)的信号，实时控制机械传动机构 (5)的位置以达到指定位置。伺服控制器(1)向伺服驱动器(2)发送的指令信号是电压范围±10V内的模拟量。
2.伺服驱动器(2)接收来自伺服控制器(1)的模拟电压信号，并依照电压电流对应关系，为伺服电机(4)输出指定的电流，以驱动机械传动机构(5) 的运转。同时，伺服驱动器(2)将接入电机编码器(4)和负载编码器(3)产生的反馈信号。
3.伺服电机(4)转动将带动机械传动机构(5)的运动，电机编码器(4) 和负载编码器(5)将实时监测负载(5)和电机(4)的位置。同时将此测量电机反馈到伺服控制器(1)，用来闭合位置环和速度环。
4.机械传动结构(5)，用于减速和机械偏转。减速将提高伺服电机的带载能力，偏转将使负载运转到指定的位置。
以上所述已对本发明的内容做了详尽说明。对本领域一般技术人员而言，在不背离本发明的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都构成对本发明专利的侵犯，将承担相应的法律责任。

Claims (4)

1.一种基于全闭环双反馈的离子注入机TILT伺服系统角度控制的方法，主要包括：在伺服控制器(1)内设置位置环和速度环，在伺服驱动器(2)设置电流环；伺服环路设置完毕后，由伺服控制器(1)发送位置指令，并接收负载编码器(5)和电机编码器(4)的位置反馈；伺服控制器(1)输出模拟量指令，发送给带双反馈通道的伺服驱动器(2)；伺服驱动器(2)将按照输入电压和输出电流的对应关系，把伺服控制器输入的模拟量指令转换为电流指令，并把电流输出到伺服电机(4)的线圈；伺服电机(4)将电能转化为机械传动部件的运动。
2.如权利要求1所述，TILT伺服系统的全闭环双反馈角度控制方法的特征在于：负载编码器(5)参与了伺服控制环路的位置环，电机编码器(4)参与了伺服控制环路的速度环。负载编码器(5)参与闭环将使得TILT伺服系统时刻处在调节状态，对于外部扰动有高效的调节作用。
3.如权利要求1所述，TILT伺服系统包含的机械传动部件是包含减速器、皮带、带轮和机架等零部件的，电机编码器安装在电机的输出轴，负载编码器安装在机械结构减速的最终负载侧。由于弹性变形、机械回隙和柔性的影响，负载编码器和电机编码器反馈值的比例并不能维持在前期设计标准固定值上。
4.如权利要求1所述，伺服环路要求反馈迅速及时，不能将带有较大时间延迟的反馈送入控制器来闭合速度环。
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