автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Разработка модели и синтез алгоритмов управления процессами формообразования поверхности под воздействием ионных пучков

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

' На правах рукописи

Кораблев Юрий Анатольевич

РАЗРАБОТКА МОДЕЛЕЙ И СИНТЕЗ АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССАМИ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ИОННЫХ ПУЧКОВ

Специальность: 03.13.07 - Автоматизация технологических процессов и производств

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 1994

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете

Научный руководитель-

доктор технических наук профессор Яковлев В.Б. Официальные оппоненты:

доктор технических наук профессор Филаретов Г. Ф. кандидат технических наук доцент Барченко В. Т.

Ведущая организация - Физико-технический институт имени А.Ф.Иоффе АН России

а" №

Защита состоится " 1994 г. в ^"'час.

на заседании специализированного совета К.063.36.03 Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета по адресу: 197376, Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан

Ученый секретарь специализированного совета

Кутузов 0. И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Воздействие потоков корпускул (атомов, ионов, электронов) на вещество (материал) находит все более широкое применение как в физических исследованиях, так и в различных технологических процессах (ТП), в частности в процессах формообразования поверхностей (ПФП) в оптике, микроэлектронике, машиностроении. Успешное использование ионных пучков в ПФП в значительной мере определяется высоким уровнем развития фундаментальных исследований явления распыления твердых тел при бомбардировке ионами. В последние годы на основе системного анализа и обобщения накопленного обширного экспериментального материала наблюдается тенденция к переориентации фундаментальных исследований с целью развития технологических применений, к рассмотрению прикладных аспектов теории распыления. Эта тенденция приводит к постановке новых задач, как экспериментального, так и теоретического плана, направленных на совершенствование корпускулярных технологий.

Одной из таких задач, требующих своего решения, является управление эволюцией"поверхности под воздействием ионных пучков (ЭПВИГО. Трудности прогнозирования поведения и обеспечения заданного развития поверхности во времени и пространстве, т.е. эволюции, связанные со сложностями аналитического описания динамики процесса формообразования, а также с недостаточной проработкой методов расчета систем управления объектами подобного типа и отсутствием средств оперативного контроля за состоянием поверхности, сдерживают широкое промышленное применение ПФП.

Использование воздействия ионных пучков на вещество в фундаментальных исследованиях, начало широкого промышленного внедрения ПФП в различные отрасли современного автоматизированного производства определяют актуальность и своевременность критического анализа материала, накопленного при изучении явления распыления вещества, его систематизации с позиций современной теории управления, а также разработки теоретических и практических основ методики синтеза систем оптимального управления (СОУ) "процессами подобного типа.

Цель работы. Цель диссертационной работы заключается в разработке иерархическои системы моделей для анализа ПФП под воз-

действием ионных пучков и синтеза на их основе алгоритмов оптимального управления эволюцией поверхности.•

Поставленная цели достигается решением следующих задач:'

- систематизация существующих и - разработка новых моделей ПФП под воздействием ионных пучков на макро-, меэо- и микроуровнях описания процесса;

- разработка алгоритмов программного управлеюш ПФП на макро-уровне на базе моделей макро- и мезо- уровней;

- синтез регулятора ПФП на макро-уровне на базе моделей макро- и меэо- уровней;

- синтез регулятора характеристик меэо- уровня ПФП на базе моделей мезо- и микро- уровней;

- разработка типовой системы автоматизации проектирования, управления и контроля процессов ионно-плазменной технологии.

Методы исследования. При решении поставленных задач в работе используются методы теории оптимального управления (вариационное исчисление и метод аналитического конструирования • оптимальных регуляторов), методы линейной теории переноса, методы статистической физики и теории эрозии Сроста) поверхности, методы теории дифференциальных уравнений в частных производных. Анализ и практическая проверка полученных результатов проводилась путем моделирования на ЭВМ с привлечением методов вычислительной математики.

Научная новизна. В процессе решения поставленных задач получены следующие новые научные результаты:

- иерархическая система моделей ПФП под воздействием ионных пучков, представляющая собой комплекс моделей на макро-, мезо-и микро- уровнях представления процесса для описания эмиссии ионов из ионного источника, распространения потока корпускул в среде переноса между ионным источником и поверхностью образца, эволюции поверхности при бомбардировке ее ионами и атомами;

- универсальная для различных типов ионного травления методика синтеза системы управления ПФП под воздействием ионных пучков на макро-уровне на базе моделей макро- и мезо- уровней, включающая этапы проектирования программы управления ионным источником для получения заданной формы поверхности неравномерным' ионным пучком, проектирования системы контроля за состоянием поверхности в ходе обработки и синтеза с .учетом этого закона управления по отклонению от программной траектории;

- алгоритм программного управления ЭПВИП на базе метода последовательной линеаризации с использованием имитационной процедуры для выбора начального управления для процедуры Оптимизации;

- алгоритм контроля состояния поверхности в процессе ее эволюции по линеаризованной модели ПФП на макро- уровне и функции ошибки наблюдения, использующей текущую точечную оценку состояния поверхности;

- алгоритм регулирования на макро-уровне по информации о состоянии поверхности;

- алгоритм синтеза субоптимального регулятора характеристик распылейия на мезо- уровне на базе моделей мезо- и микро-уровней для ПФП, использующих физический механизм распыления.

Практическая ценность полученных результатов заключатеся в разработке инженерных процедур анализа ПФП на основе иерархической системы моделей, синтеза системы оптимального управления эволюцией поверхности, контроля за состоянием поверхности в ходе формообразования. Все полученные результаты имеют ясную физическую интерпретацию на языке интегральных критериев качества, широко используемых в инженерной практике. На осноье предложенных алгоритмов разработано прикладное программное обеспечение, позволяющее автоматизировать процесс проектирования СОУ ПФП.

Реализация результатов работы. Полученные в работе результаты использованы: при разработке встраиваемой микропроцессорной системы управнения и контроля для серийных установок ВУП-5, а также их модификаций ВУП-5М, ВУП-5; при автоматизации процедуры аналитических, исследований на базе масс-спектрометра МС7202М (производственная база ПО "Электрон", город Сумы), при проектировании системы двухстороннего ионного утонения на основе ВУП-5 и системы управляемого газонапуска Спо заказу НИИ АР, город Ди-митровград); при реализации системы управления установкой для создания фотослоев для многосигнальных видиконов бытового телевидения и автоматизированной системы ыагнетронного распыления диэлектриков с- контролем распыляемых слоев (внедрены на НПО "Электрон", город Санкт-Петербург).

Результаты использованы в лабораторном практикуме по курсу "Автоматизация производства электронных приборов" в С. -Пб. ГЭТУ.

Аппробация результатов работы. Основные положения и результаты диссертационной работы доложены на семинаре "Опыт внедрения прогрессивных методов и средств размерного контроля" (Ленинград,

1987, 1990), Всесоюзной научно-технической конференции "Контроль и управление в современном производстве" (Ереван, 1988), Всесоюзной конференции "Автоматизация, интенсификация, интеграция процессов технологии микроэлектроники" (Ленинград, 1989), Всесог юзной научно-технической конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроения" (Новосибирск, 1990), Второй Межреспубликанской научной конференции "Методы и средства управления технологическими процессами" (Саранск, 1991), X научной конференции "Планирование и автоматизация эксперимента в научных исследованиях" (Москва, 1992).

Публикации. По материалам диссертации опубликованы 3 статьи и 9 тезисов докладов на всесоюзных конференциях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, включающего 99 наименований. Основная часть работы изложена на 156 страницах машинописного текста. Работа содержит 19 рисунков, 16 приложений.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении определяется предмет - ПФП под воздействием ионных пучков и объект исследования - математические модели ЭПВИП и их применение для решения задач управления формообразованием поверхности, проводится классификация-процессов травления в низкотемпературной газоразрядной плазме, обосновывается целесообразность и перспективность проводимого исследования.

В первой главе рассматривается современное представление о процессе ионного травления и управлении им. При этом систематизируются теоретические и экспериментальные знания, накопленных к настоящему времени, для использования их в решении задачи управления ЭПВИП. Для этого на. базе качественного анализа сложной цепи взаимодействий, происходящих при облучении поверхности пучком ионов, обосновывается целесообразность ранжирования по пространственно-временным масштабам развития событий всей совокупности теорий, математических моделей, характеристик ПФП на три уровня описания процесса: микро-, мезо- и макро-уровень.

Это позволяет конкретизировать цель исследования как раз-' работку системы моделей ПФП, соответствующих микро-, мезо- и макро- уровням представления процесса. Использование иерархической системы моделей для управление ЭПВИП позволило сформулиро-

вать требования, предъявляемые к разрабатываемой методике решения задач анализа и управления ПФП.

Детальный анализ ПФП показывает, что основные теоретические и экспериментальные знания, накопленные в данной предметной области, легко вписываются в предложенную схему систематизации моделей по микро-, мезо- и макро-уровням описания процесса. Такой подход является эффективным для моделей как объекта воздействия С поверхности), так и источника воздействия Сионного пучка).

В итоге, для класса процессов формообразования выделена универсальная система моделей С модели мезо- и макро- уровней ), пригодная для любого типа процессов, и система моделей, определяемая конкретным физико-химическим механизмом травления С модели микро- уровня ). Определена их взаимосвязь.

Для оценки' возможности организации управления ЭПВИП по принципу обратной связи в работе содержится анализ и классификация средств контроля ПФП и определяются основные тенденции их развития. Приведенные данные указывают на невозможность в настоящее время получать оперативную информацию о состоянии поверхности в целом, что является главным препятствием при проектировании системы управления ПФП по принципу компенсации отклонений.

Завершается глава обзором современных систем управления ПФП. Анализ тенденций развития автоматизации ПФП позволяет отнести разрабатываемую систему управления ЭПВИП к классу систем с источником подвижного . воздействия. В теоретическом плане этот вывод приводит к необходимости развития методов теории оптимального управления применительно к вводимой иерархической системе моделей ПФП. В практическом плане не менее важной представляется проработка вопроса о технической реализации СОУ, принципах ее организации с учетом отмеченных в обзоре тенденций развития.

Во второй главе продолжается процесс структуризации математического описания ПФП и на содержательном уровне формулируются основные задачи исследования.

Основное внимание в этой главе сосредоточено на декомпозиции процесса формообразования на мезо-уровне. Это объясняется ключевой ролью описания процессов на мезо-уровне- для понимания ПФП в целом. Мезо- уровень, с одной стороны, определяет дингыику процесса.эволюции поверхности на макро-уровне, формируя макропараметр "локальная скорость движения точек поверхности", а с другой стороны, именно на этом уровне определяются все выходные

характеристики микро-уровня, которые широко используются в прикладных исследованиях (коэффициенты распыления, отражения, конденсации, угловые и 'энергетические распределения).

Результаты декомпозиции на мезо-уровне распространяются на макро- и микро- уровень описания процесса. Так первый этап декомпозиции на основе функционально-целевого анализа выделил в иерархической системе моделей на макро-, мезо- и микро- уровнях в качестве'базовых структурных единиц подсистемы источников корпускул, среды переноса и поверхности.

Второй этап декомпозиции ПФП для формирования моделей на мезо- уровне приводит к возможности описания выделенных подсистем одинаковыми математическими зависимостями, не зависящими от природы.рассматриваемого эффекта (распыление, отражение, перенапыление) и от вида, корпускул, участвующих во взаимодействии. Этот вывод положен в основу методики построения математических Моделей ПФП на мезо- уровне. Суть методики заключается в формировании структурных схем (графов) процесса, представляющих собой для разных типов ПФП и сходных ТП различные комбинации тре$ типовых элементарных моделей:

1) Модель локальной скорости эволюции:

Ске~

_ 1_ Nk

Л

КьуЩ

где Ciee - локальная скорость эволюции поверхности в точке к; jiee- плотность потока в точке к; К* - коэффициент эффективности процесса; Nk - атомная плотность материала; dS« - эмиттер.

2) Модель среды переноса:

COS hj-e Jke= -р, Je

ke

где j„ - плотность потока в точке эмиссии е, г*» - расстояние между точкой эмиссии и точкой k, h*e - угол между нормалью к поверхности и направлением распространения потока корпускул.

3) Модель трансформации потока:

jk=ek"KkjkdSe

где jt - выходной поток, полученный в результате взаимодействия

j

с поверхность*! в точке. 1с; - бомбардирующий поток в этой точке, приведенный к нормали; е* - нормализованный геометрический фактор, определяющий распределение эмиссии.

Предложенная методика была использована в работе для построения модели среды переноса на макро- уровне путем введения понятия "эффективного коэффициента распыления", учитывающего геометрию системы "источник-мишень" и связывающего скорость эволюции с параметрами ионного источника на макро- уровне. Среди достоинств такого способа формирования моделей следует отметить; получение моделей различной пространственной размерности (одномерные, двухмерные, трехмерные); учет вторичных эффектов травления (перенапыление и травление отраженными ионами); использование для настройки модели на определенный ТП систему традиционных и понятных технологам параметров и характеристик.

Подсистема "поверхность" на макро-уровне описана моделью распространения волнового фронта в пространстве:

я\ ~ п 1

{? = 1+дгас13 ^дгасЗд ^

ч

где Сп - локальная нормальная скорость эволюции поверхности в точке (х,у,гп).

На микро- уровне процесса моделью подсистемы "поверхность" выбрана система уравнений, Больцмана, описывающая каскад столкновений, образованный; движущимися, ионами ионного источника и атомами материала. Тогда модель среды переноса определяет точку зарождения каскада на поверхности, что математически задается в виде дельта-функции.

Ионный источник характеризуется.:

1) на макро- уровне вектором х0, определяющим пространственное положение и ориентацию ионного источника, и вектором у0, учитывающим, специфические особенности того или иного типа ПФП,

2) на мезо- уровне моделью "источника подвижного воздействия"

(РвЛИв а .ге.пв.Рв)ее (Ье).

где е»(Ь») - угловое распределение эмиссии ионного источника, •1о(реЛ) - мощностная характеристика ионного источника (общее число эмитированных частиц), ,)в{Хв,Гв.п®,рв) - плотность тока в

выходном сечении источника; г«,па,рв - параметры, задающие положение источника, ориентацию и режимы 'работы. 3) на микро- уровне Моделью дельта-источника, представляющей собой произведение числа эмитированных ионов на дельта-функцию, задающую энергию ионов, и дельта-функцию, характеризующую направление движения ионов.

Построенная иерархическая система моделей позволяет математически поставить ряд задач, решение которых обеспечит заданную эволюцию поверхности и требуемую ее форму в конце процесса.

Первой среди них является задача программного управления эволюцией поверхности на макро- уровне, в основе которой:

- модель распространения волнового фронта с краевыми условиями

2п(хв,0) = 2вСхвЗ, 2пСхвг,1) = ЬСхв*"),

- модель среды переноса

lNa

slz^grad^P)^

модель мезо- уровня в виде обобщенного коэффициента распыления ei cos ii

Sne-^T-^W11-*-

I Г2 r

^ Л n' *re

/ cos h__ , , cos h ne

- Mn-rs ^C^) Yae„Ch.a) -

а "

na Гае

СОЗ h COS h

-!iH_e (h )Vae.(h .h )-—-esa an а г га re 2

г2

па , от

^го

Здесь индекс е определяет точку эмиссии ионного источника, индекс п - рассматриваемую точку поверхности, индексы а, г -.точки поверхности, из которых в точку п приходят потоки распыленных атомов и отраженных ионов; У, 1?, Г - коэффициенты распыления, отражения и конденсации; е», ег - угловые распределения распыленных атомов и отраженных ионов.

Цель управления таким объектом сформулирована как обеспечение эволюции поверхности в соответствии с заданной временной программой Г<.(х,у,0 и получение в момент окончания процесса заданного профиля Г(х,у). Предлагается временную программу разви-

тия поверхности Г<.(х,у,1) задавать ка*к 'последовательность промежуточных рельефов ГцСх.уД), 1=1,2.....п, достигаемых в ходе

процесса. Для оценки качества управления введен функционал вида

3 = JJfzл(x.y,T)-FCx.У)idxdy +

т о

т>

fzn(x,y,t)-Ft(x,y,t)*clxdydt

О D

минимизация которого й явлдетсй иейью процедуры оптимизации. Здесь D - область обработки по X и у, Т - длительность процесса.

Для обеспечения развития поверхности в соответствии с полученной программой сформулирована задача синтеза оптимального регулятора. Постановка задачи содержит:

- модель процесса, лиетеаризозанную относительно требуемых изменений Zn(X,y,l), ХоШ, toil), определяемых прй решении задачи программного управления,

QZ .у Q2 QZ A ,L

где azx ,аЕу, a*, bi, cj - коэффициенты линеаризованного уравнения распространения волнового фронта, i=l.....6, J=l,.\.,1;

- модель. Измерений макро- уровня

у Ct>£ji < эе. у ) z у. i ) dx dX

D

где yCt) - сигнал датчика; zCx,y,t) - Текущее состояние поверхности; I(х,у) - оператор измерений, определяемый используемым методом и условиями контроля С модель измерения Мезо- уровня ).

В данной задаче структура и параметры синтезируемого регулятора определяются из условия минимума функционала вида

т *

J - Jw dt + w0

D D

i-i 01 i-i '

SI-

1 У')2СХ,У,Т>2СХ',У',Т>С£8__ С13_

О Сгх'у" Гзху

оо

В этом функционале Ма характеризует точность, достигаемую в конечный момент времени, "интеграл по времени от V определяет точность в процессе травления и затраты на управление,

1,0

Качество, управления ГШ на иезо- и ыакро-уровнях в.о. многом, зависит от соответствия реальных характеристик мезо- уровня (количества движущихся в материале частиц и распыленных атомрв, их распределений и т,. п.) заданным. Так как в работе указанные характеристики, рассматриваются как выходные переменные динамических процессов на. микро- уровне, т.о это позволило сформулировать задачу регулирования, мезогхарактеристик. Управляющей координатой выбрана скорость поступления ионов на поверхность материала

"ЙЕзйрЖО ь= 1......Ми

Для описания процесса используется модель ПФЛ на микро- уровне

-э —

(г.Е,а.1)=-уау<| (г.е.ол-51|ч)к31к(Е)ч/ *

4-ТТ к-1

»(|(г.Е1а.[)+2_ мк|с(Е^а'з|к(Е,)р|к (Е-—»Е.О'О.

Ег О- 4ТГ

. ^ ' Ег ° СГ.СЗ'а^'ГцСг.Е'.а', О . 1-1,2.....Ыи..-.п ;

Где уравнения системы с 1 по определяют движение ионов, с Ли+1 по п - атомов мишени, №« - число источников ионов; Ег - область интегрирования ло энергии; ^(г.Е.О.О - фазовая плотность частиц сорта 1; №« - концентрация к сорта атомов; БисСЕ) -макроскопическое сечение рассеяния атомов сорта 1 на атомах к сорта; Р11еСЕ'—>Е,0'0,(1") - индикатрисса рассеяния атомов сорта 1 на атомах к сорта, в результате которого энергия атомов сорта 1 изменяется с Е' на Е, а направление движения - с 5' на О, атомы к сорта движутся в направлении О!'; V - скорость атома. Граничные условия для системы уравнений имеют вид

Г1(гв1Е,0,и=0 при (Оро) < 0, 1=Ни+1, ..; ,п; Г1(г*,Е,0,О=1НШР1.(гв-Гв(1) ,Е-Ео(1} ,0-0о(0,0 при (Опо) < 0, 1=1, ... ,Ик; где щ(и- закон измененияI количества ионов 1-ого сорта; гъСи -закон изменения положения,источника, ионов на поверхности; Ео(и, 0о(0 - законы изменения:энергии.и направления движения ионов.

Управление скоростью поступления на поверхность образца ионов должно быть таким, чтобы функционал

-an-

il

oo

r

jWdt О

W-fciridE jdafdS'fdE'fclCrCXIZI I a'v1 v'oa-r. )>

J J J J J J |_i u

Tr Er О Та Еэ (Qno)»0 xf, (r.E,Q.t)fj (re' ,E.'Q'.t)} +

*Jd^EjclQ^clSyclEjclQ'i 2151 llfbi^V1 v'fQ'n^iQn^H

ТвЕэ(ап^>оГэЕз (Qnj»o 2

*f| (rs . E.Q.t)f J (rg .E.O'.OJ+^vf (t) достигал минимума, и управление определялось только через

fydjdjdQ(Qn0)

ТаЕ3(Чпо)>0

InPg

fi(rB.E1Q,t)

k= 1

где Ni(t) - число распыленных частиц; Te - поверхность интегрирования; Ее - энергетический диапазон распыляемых частиц; Pig -вероятность выхода атома с поверхности.

Третья глава посвящена решению поставленных ранее задач программного управления ЭПВИП, синтеза регулятора ПФП на макроуровне и синтеза регулятора характеристик мезо- уровня.

Проектирование программы управления ЭПВИП основано на необходимых условиях оптимальности, определяющих производные Wxe и 1ув от функционала J по х0 и у0 путем интегрирования при условии lz(x,y,T)=2(z(x,y,T)-F(x,yD) системы:

-St. Ox Ox 9y Qy Ox

[lzAzy]— Ffc Oe.y.t)]

^ Г*

©3

9*.

yo -Эy0"jNaTnel Qy0

о D

Предложен алгоритм решения задачи оптимального управления методом последовательной линеаризации, модифицированным в части выбора начального решения. Начальное управление выбирается при иммитации развития поверхности по моделям макро- и мезо- уровней из условия приложения точки максимального воздействия ионного пучка в точку максимального отклонения реальной поверхности от желаемой или же из условия направления ионного пучка в ту же точку под углом, соответствующим максимуму коэффициента распыления.

Синтез регулятора ПФП представляет собой решение двух задач. Первая - расчет управления при полном измерении состояния

JJ i Ътс'у'Пну

ЙВ 1=1.....в

= + | у(х,у|х'1уМ)с(х',у'Л)2(х,уД)с1з Ла 1 * ох.'у" Шсу

ПО 1 = 1.....1

СГ1

'V. — I V,',, с!ы с1э —

JJ¡-l ' 1 1>х"у" Пх"'У"

о О

1

1 ' J 1)к"у" 1

О т>

где уСх,у,х',у',Т)=и0Сх,у,х',у').Вторая - построение наблюдателя

'Э2 г ©г 9г V"

ч-КСх.уЛНуС^-^х.у^х.уЛМад^, О

1(х,у)=± ^и(х,у,х'.уМ)К(х',у'Л)а^,

Б

'и, -1(эс.у)1(х',у')+-*м-п =0 . где и0п(х,у,х',у'), ипСх,у,х',у') характеризуют качество оценки

состояния поверхности в ходе и в конце процесса, КСх.у.О -искомый коэффициент усиления наблюдателя, и(х,у,х',у',Т)= =у*оп(х,у,х' ,у'). Особенностью предложенной процедуры синтеза регулятора является построение наблюдателя состояния поверхности по текущей точечной оценке, и использование для этого результатов решения первой задачи.

Синтез регулятора характеристик мезо- уровня проводится методом АКОР с использованием модели ПФП на микро- уровне

п

^оНгХ^Ц1^ • 1=1.....п

ак}, , 'Д. , 1 т

т'к',, а:В ,ккь,= -> > а 1 а V V' ; '«Н 4 к-1 ) 1к к1 т

А1А ^'Г \ А1А121 к,, -

33 1т — Ь1 Ь'уУ ; 1^= 1.....п

1=0т=0 т Л И

л В1к=В1Ь(Е)=^31к(Е)^

Предложен итерационный алгоритм субоптимального управления, основанный на конструировании критерия из мезо-характеристик распыления.

В четвертой главе рассматриваются ьопросы практического использования разработанных инженерных процедур для исследования и моделирования ПФП, для проектирования данного ТП и его системы управления, для управления и контроля эволюции поверхности.

Для реализации этих процедур в рамках единого цикла "ис-следорание-моделирование-проектирование ПФП-проектирование СОУ-управление ПФП" были разработаны инструментальные средства, ориентированные на применение в специализированной интегрированной информационной среде. Среда включает автоматизированные технологические установки, вычислительные средства различной специализации и информационной мощности, унифицированные средства связи с ТП, автоматизированные аналитико-исследовательские модули. Комплексная автоматизация позволяет получить' системный эффект интегрированием системы на основе функциональных подсистем "разработка", "проектирование", "технология", "исследование и анализ".

В главе детально разработаны типовые функциональная, алгоритмическая, техническя и программная структура среды для решения задач управления, указаны основные внедрения полученных результатов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

К числу основных результатов работы следует отнести:

1. Систему математических моделей ПФП под воздействием ионных пучков, построенную по иерархическому принципу и включающую набор моделей подсистем ионного источника, среды переноса, поверхности на макро-, мезо-, микро- уровнях описания процесса.

2. Методику построения моделей ПФП на мезо- уровне на основе формирования структурных схем (графов), состоящих из элементарных моделей трансформации потока, среды переноса и локальной скорости эволюции.

3. Методику синтеза системы оптимального управления ПФП на базе моделей макро- и мезо- уровней, включающую этапы: а) проектирования оптимальной программы эволюции поверхности от исходного состояния к заданному; б) разработки системы контроля состояния поверхности; £) конструирования оптимального регулятора ПФП по результатам оценки состояния поверхности.

4. Алгоритм программного управления на макро- уровне, обеспечивающий заданное развитие рельефа и заданную форму поверхности по окончанию процесса травления, основанный на необходимых условиях оптимальности процесса и модифицированном в части выбора начального решения методе последовательной линеаризации.

5. Алгоритм выбора начального решения для оптимизации ПФП, который может использоваться как самостоятельный алгоритм для расчета программ управления, включающий варианты.управления положением, ориентацией ионного источника, положением и ориентацией одновременно.

6. Алгоритмы проектирования и цифровой реализации наблюдателя ПФП, оценивающего состояние поверхности на основании точечной оценки и линеаризованной модели ЭПВИП на макро- уровне.

7. Алгоритмы синтеза и цифровой реализации управления ПФП на макро- уровне по результатам оценки состояния поверхности.

8. Алгоритм синтеза субоптимального закона регулирования на мезо- уровне, основанный на применении метода АКОР к модели ПФП

на микро-уровне для процессов с физическим механизмом распыления путем конструирования функционала качества из множества мезо-ха-рактеристик распыления и использующий в качестве управляющих и контролируемых величин параметры макро-уровня.

9. Функциональную, алгоритмическую, техническую и программную структуры интегрированной среды для решения задач управления.

10. Инструментальные средства для проектирования и моделирования системы оптимального управления ПФП.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Опыт проектирования системы управления и контроля технологического процесса напыления тонких ' пленок/Ю. A. Kopadлев, 0. В. Назарбв, А. С. Скоробогатый, М. КЗ. Шестопалов//Материалы семинара "Опыт внедрения прогрессивных методов и средств размерного, контроля", 22-23 мая 1987 г. - Л.: 1987, с.54-59.

2. Анализ и синтез систем управления ТП нанесения тонких пленок/Ю. А.Кораблев, 0. В. Назаров, А. С. Скоробогатый, М. Ю. Шестопа-лов//Изв. Ленингр. злектротехн. ин-та им. В. И. Ульянова (Ленина): Cd. науч. тр. - 1988 г., Вып. 399, с. 37-41.

3. Кораблев В. А. , Шестопалов М. Ю. Разработка системы управления технологическим процессом нанесения вещества в вакууме на базе микро-ЭВМ// Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции "Контроль и. управление в современном производстве", 10-12 нояб. 1988 г. - Ереван, 1988, с. 161-162.

4. Автоматизированное устройство контроля толщины и скорости осаждения диэлектрических пленок/Е.А. Колгин, Ю. А. Кораблев, А.А.Павлов, А. А. Ухов//Тезисы докладов Всесоюзной конференции "Автоматизация, интенсификация, интеграция процессов технологии микроэлектроники", 22 - 24 нояб. 1989 г.-Л.: 1989, Ч. 1, с.59-61.

5. Кораблев Ю. А. САПР оптимальных регуляторов ТП ионного травлениях/Тезисы докладов Всесоюзной конференции "Автоматизация, интенсификация, интеграция процессов технологии микроэлектроники", 22 - 24 нояб. 1989 г.-Л. : 1989, 41, с. 98-100.

6. Кораблев Ю.А. , Скоробогатый A.C.,- Шестопалов М.Ю,. Оптимизация управления процессами электронно-ионной технологии// Изв. Ленингр. электротехн." ин-та им. В. И. Ульянова С Ленина): Cd. науч. тр. - 1989 г., Вып. 441, с. 81-85.

7. Колгин Е. А., Кораблев Ю. А., Ухо® А. А. Контроль и управление глубиной ионного травления а использованием ПЭС-спектро-фотометра// Материалы семинара "Опыт внедрения прогрессивных методов и средств размерного контроля", 19-20 апр. 1990 г. -Л.: 1990, с.73-77.

8. Колгин Е. А. , КорасЗлев Ю. А., Ухов А. А. Автоматизированный спектрофотометр для контроля процессов осаждения диэлектрических покрытий//Изв. Ленингр. электротехн. ин-та им. В. И. Ульянова (Ленина): Cd. науч. тр. - 1990 г.. Вып.419, с.48-52.

9. Устройство спектрального контроля процессов плазыо-хими-ческого травления/Ю. А. КорасЗлев,А. П. Сазанов,Е. А. Смирнов,0. М. Шала-шев//Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроения", 17-19 апр. 1990 г. - Новосибирск: 1990,с. 116.

10. Автоматизированный комплекс электронно-ионной и вакуумных технологий/Ю. А.Кораблев, О.В.Назаров, к. Ю. Шестопалов, В. Б. Яковлев//Тезисы докладов Второй Межреспубликанской научной конференции "Методы и средства управления технологическими процессами", 23-25 мая, 1991 г. - Саранск: 1991, с. 30-31.

И. Кораблев Kl А. Программное управление технологическим процессом ионного травления//Тезисы докладов Второй Межреспубликанской научной конференции "Методы и средства управления технологическими процессами", 23-25 мая, 1991 г. - Саранск: .1991, с. 26-27.

12. Кораблев Ю. А. , Назаров 0, В., Шестопалов М. Ю. Автоматизированный комплекс для исследования вакуумных техноло-гий//Тезисы докладов X научной конференции "Планирование и автоматизация эксперимента в научных исследованиях" - М.: 1992, с. 68-69.

Подп. к печ. 28.01.94 Формат 60х841/16. Офсетная печать.

Печ. л.- 1,0; уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Зак. N 13

Ротапринт С.-Пб. ГЭТУ 197376, Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, 3