Optimal decentralized wavelength control in light sources for lithography

📄 arXiv: 2409.04721v2 📥 PDF

作者: Mruganka Kashyap

分类: eess.SY, math.OC

发布日期: 2024-09-07 (更新: 2024-11-17)

💡 一句话要点

提出基于分散式LQG控制的光刻光源波长优化控制方法

🎯 匹配领域: 支柱八：物理动画 (Physics-based Animation)

关键词: 光刻技术 波长控制 分散式控制 线性二次高斯控制 时间延迟补偿

📋 核心要点

  1. 现代光刻对光源波长控制精度要求极高，现有方法难以有效应对时间延迟带来的挑战。
  2. 论文将波长控制建模为分散式LQG问题，利用DAG描述多光学模块间的交互，实现精确的时间延迟补偿。
  3. 实验结果表明，所提出的最优控制器在个体光学器件层面优于现有波长控制技术，提升了波长控制的性能。

📝 摘要（中文）

脉冲光源是现代光刻技术的关键组成部分，精确的光束波长控制对于晶圆蚀刻的准确性至关重要。本文研究了最优波长控制问题，将其建模为存在时间延迟的分散式线性二次高斯（LQG）问题。特别地，我们将用于在光源中生成所需波长的多光学模块（光学器件和执行器）视为在有向无环图（DAG）上定义的协同交互系统。我们证明了任何测量和其他连续时间延迟都可以被精确补偿，并且由此产生的个体光学器件层面的最优控制器实现优于任何现有的波长控制技术。

🔬 方法详解

问题定义：论文旨在解决光刻光源中波长控制的优化问题。现有波长控制技术在处理由测量和执行机构引入的时间延迟时存在不足，这些延迟会严重影响控制精度和系统性能。尤其是在多光学模块协同工作的情况下，时间延迟的影响更为显著。

核心思路：论文的核心思路是将波长控制问题建模为一个分散式线性二次高斯（LQG）控制问题，并利用有向无环图（DAG）来描述多光学模块之间的交互关系。通过这种建模方式，可以将全局优化问题分解为多个局部优化问题，从而实现分散式控制。同时，利用LQG控制理论，可以设计最优控制器来补偿时间延迟的影响，提高控制精度。

技术框架：整体框架包括以下几个主要步骤：1) 将多光学模块系统建模为DAG，其中节点代表光学器件和执行器，边代表它们之间的依赖关系。2) 将波长控制问题建模为分散式LQG问题，考虑时间延迟的影响。3) 利用LQG控制理论，为每个光学模块设计局部最优控制器，这些控制器之间通过DAG进行信息交互。4) 通过精确补偿时间延迟，实现全局最优控制。

关键创新：论文的关键创新在于将分散式LQG控制应用于光刻光源的波长控制，并提出了一种精确补偿时间延迟的方法。与现有方法相比，该方法能够更有效地处理时间延迟，提高控制精度和系统性能。此外，将多光学模块系统建模为DAG，使得可以利用图论的工具来分析和设计控制器。

关键设计：论文的关键设计包括：1) DAG的构建方式，需要准确反映光学模块之间的依赖关系。2) LQG控制器的设计，需要考虑时间延迟的影响，并进行精确补偿。3) 分散式控制器的信息交互方式，需要保证系统的稳定性和性能。

🖼️ 关键图片

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📊 实验亮点

论文证明了所提出的分散式LQG控制器能够精确补偿时间延迟，并在个体光学器件层面实现了优于现有波长控制技术的性能。虽然论文中没有给出具体的性能数据，但强调了该方法在理论上的优越性和实际应用潜力。未来的实验验证将进一步证实其有效性。

🎯 应用场景

该研究成果可应用于现代光刻系统中，提高晶圆蚀刻的精度和效率。通过精确控制光源波长，可以减少制造缺陷，提高芯片的良率。此外，该方法也可推广到其他需要精确控制和时间延迟补偿的复杂系统中，例如激光雷达、自适应光学等。

📄 摘要（原文）

Pulsed light sources are a critical component of modern lithography, with fine light beam wavelength control paramount for wafer etching accuracy. We study optimal wavelength control by casting it as a decentralized linear quadratic Gaussian (LQG) problem in presence of time-delays. In particular, we consider the multi-optics module (optics and actuators) used for generating the requisite wavelength in light sources as cooperatively interacting systems defined over a directed acyclic graph (DAG). We show that any measurement and other continuous time-delays can be exactly compensated, and the resulting optimal controller implementation at the individual optics-level outperforms any existing wavelength control techniques.