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【6h】

一种应用于半导体硅片抛光设备的恒流电源的设计

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目录

摘要

引言

第一章 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 半导体硅片抛光设备的工作原理介绍

1.3 目前恒流源研究的现状

1.3.1 模拟控制方式恒流源

1.3.2 数字控制方式恒流源

1.4 本课题主要研究的内容

第二章 智能抛光电源系统的总体设计方案与原理分析

2.1 系统的总体设计方案及性能指标

2.1.1 系统的总体设计方案

2.1.2 性能指标

2.2 系统关键模块的设计方案与实现方法

2.2.1 控制器模块的基本设计方案

2.2.2 恒流源模块的基本设计案

2.2.3 方案2中器件的参数计算

2.2.4 输出电流脉宽可调模块的设计原理

2.3 PSPICE仿真分析介绍

2.4 本章小结

第三章 智能抛光电源系统的硬件电路设计

3.1 FPGA控制电路的硬件设计

3.1.1 FPGA芯片选择

3.1.2 FPGA供电电路的设计

3.1.3 FPGA下载电路的设计

3.1.4 FPGA时钟电路的设计

3.2 电流信号采样电路的硬件设计

3.2.1 AD1674芯片介绍

3.2.2 ADG408芯片介绍

3.2.3 电流信号采样硬件电路的设计

3.3 恒流源功率电路设计

3.4 占空比可调控制电路的设计

3.5 PSPICE仿真验证

3.6 本章小结

第四章 FPGA控制逻辑设计

4.1 FPGA顶层模块的设计

4.2 时钟发生模块的设计

4.3 A/D转换接口模块的设计

4.4 恒流控制PID算法模块设计

4.5 PWM波生成模块的设计

4.6 本章小结

第五章 智能抛光电源系统的测试结果与分析

5.1 样机的搭建和测试仪器介绍

5.1.1 样机

5.1.2 测试仪器

5.2 样机测试结果与分析

5.2.1 输出电流量程测试

5.2.2 负载稳定性测试

5.2.3 输出电流脉宽可调范围测试

5.3 抛光设备上的样机功能测试

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

后记

声明

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摘要

半导体硅片抛光设备是一种新型的以电化学的方法去除硅片表面铜膜的设备。与现在主流的化学机械研磨(CMP)设备相比,在该设备中只有抛光液与硅片表面接触,故无应力抛光工艺不会对器件表面产生损伤。而且电化学抛光所用的抛光液可以循环使用,大大降低了工艺成本和对环境的污染。
  本课题的主要目的是设计开发出一种能应用于半导体硅片抛光设备的恒流电源。该恒流电源的输出波形需要以1ms为周期,占空比连续可调。
  本文对抛光恒流电源的控制系统进行了设计与实现,主要工作如下:
  (1)本文首先介绍了半导体抛光设备的工作原理,提出了恒流电源的设计要求。然后详细的研究了当前市场上恒流源的控制方法和主要性能参数,得出了目前市场上很难找到价钱合适并能应用于抛光设备的恒流电源的结论。
  (2)本文根据抛光工艺对恒流电源的要求,提出了一种基于线性模式、全数字化控制的恒流电源的结构。据此确定了采用FPGA作为控制核心的恒流电源的硬件系统的总体设计方案,主要包括FPGA控制电路的设计,电流信号采样电路的设计,恒流源功率电路的设计和占空比可调控制电路的设计等内容。同时采用了PSPICE计算机仿真软件,对恒流电源的关键硬件电路模块进行了计算机仿真验证,确认硬件电路的可行性。
  (3)本文根据设计要求和硬件系统,在对积分分离增量式PID控制算法进行了详细分析的基础上,完成了FPGA控制逻辑系统的设计。
  (4)最后成功制作了一台样机,并对样机进行了主要性能参数的测试。测试结果表明,该样机系统已基本达到了预期的设计目标,可以应用于半导体抛光设备。
  目前该恒流电源样机已经投入使用近半年的时间,根据测试数据和工艺反应结果都表明,该恒流电源样机性能良好,达到了抛光工艺要求。

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