Atlas problémů se signálem
Symptom: Rovnoměrně rozložené vlny na křivce chyby — jak rozlišit sešívání masky, body lepidla a šrouby
Vykazuje-li křivka chyby n rovnoměrně rozložených vln za otáčku, tvar ukazuje na zdroj: sektorové sešívání fotomasky dává schody s harmonickými klesajícími jako 1/k; lokální napětí v bodech lepidla dává hrboly s rychle oříznutými harmonickými; upnutí šrouby je téměř sinusové s převládajícím n-tým řádem. Tento článek odvozuje harmonické podpisy všech tří a uvádí postup oddělení pomocí první diference, změny úhlu montáže a opakovaného měření po uvolnění napětí.
Chyba po celém obvodu se kalibruje referenčním enkodérem a křivka vykazuje n rovnoměrně rozložených vln za otáčku: 4, 6 nebo 8. Zdrojů s n-četnou symetrií je málo a tři nejčastější jsou: fotomaska sešitá z n sektorů, kotouč přilepený n body lepidla a upínací kroužek dotažený n šrouby. Všechny tři mohou vyvolat n-tou harmonickou stejné velikosti, náprava je však zcela odlišná: sešívání vede zpět k procesu masky, body lepidla vyžadují změnu procesu lepení, šrouby změnu způsobu upnutí. Samotným procesem sešívání se zabývají články o fotolitografii v této knihovně a vlivem šroubů na amplitudu článek této řady o počtu šroubů; zde se věnujeme jen tomu, jak tyto tři zdroje oddělit z křivky chyby.
Tvary křivky u tří zdrojů
Sešívání masky: schody. U velkých fotomasek nebo při zápisu metodou step-and-repeat se obrazec celého kruhu skládá z n sektorových polí. Každé pole má stejnou chybu úhlového měřítka nebo natočení, takže chyba uvnitř každého pole je stejná rampa; chyby umístění mezi poli tvoří na hranicích schody. Snímací hlava průměruje přes několik desítek period ve svém okně, takže na křivce se schod projeví jako strmý svah široký jako úhlová šířka okna: okno 0,5 mm při r = 20 mm je asi 1,4°.
Body lepidla: lokální hrboly. Smrštění při vytvrzování a tepelný nesoulad každého bodu lepidla způsobují v jeho blízkosti lokální zkreslení v rovině a zvlnění mimo rovinu; úhlová chyba tvoří u každého bodu hrbol (při symetrickém zatížení vlevo a vpravo může mít i tvar S s jedním kladným a jedním záporným lalokem). Jeho šířku určuje velikost bodu a jeho vzdálenost od poloměru snímání; křivka je hladká, bez schodů.
Upnutí šrouby: téměř sinusové. n soustředěných upínacích sil vtlačí do kotouče n-lalokové zvlnění. Obrazec je na horní ploše, a když se deska ohne, posunou se povrchová vlákna vůči střední rovině tangenciálně o −(t/2)·∂w/∂s; n-lalokové zvlnění W·cos nθ tak vyvolá úhlovou chybu
Δθ ≈ t·n·W/(2r²)·sin nθ
kde t je tloušťka kotouče. Pro t = 1,5 mm, n = 3, W = 1 μm a r = 20 mm je to asi 1,2″; změna mezery přidává přes tangenciální vazbu ve snímací hlavě další člen (viz článek této knihovny o excentricitě a náklonu). Zvlnění vyšších řádů v desce rychle odeznívá, takže na poloměru snímání převládá n-tý řád.
Harmonické podpisy
Všechny tři tvary jsou funkce s periodou 360°/n, takže jejich spektra se objevují jen v celistvých násobcích k·n; rozdíl je v tom, jak klesají:
- Pilovitá chyba sešívání s výškou schodu h: H_kn = h/(πk), poměry 1 : 1/2 : 1/3 …, pomalý mocninný pokles; snímací okno ji tlumí jen při velmi vysokých řádech.
- Gaussovský hrbol s úhlovou šířkou σ: H_kn ∝ exp(−(k·n·σ)²/2); pro n = 4 a σ = 8° jsou poměry 1 : 0,63 : 0,29 : 0,10 : 0,02, po čtvrtém či pátém řádu prakticky oříznuté.
- Sinusovka šroubů: řád 2n činí jen několik procent, vyšší řády jsou zanedbatelné.
| Zdroj | H_2n/H_n | H_3n/H_n | 4n a výše | Podpis v časové oblasti |
|---|---|---|---|---|
| Sešívání | asi 0,50 | asi 0,33 | stále významné | schody, špičky v první diferenci |
| Body lepidla | 0,3–0,7 | 0,1–0,3 | rychle klesá | hladký hrbol nebo tvar S |
| Šrouby | několik procent | asi 0 | žádné | sinusový |
(Řádek bodů lepidla se mění s úhlovou šířkou bodů; hodnoty jsou příkladové.) Jsou-li chyby umístění sektorů náhodné, vytváří sešívání také širokopásmovou složku ve všech řádech, jejíž nuly padají přesně na k·n — další otisk sešívání.
Postup oddělení
- Vypočtěte harmonické poměry: určete H_2n/H_n, H_3n/H_n a zbytek od 4n výše. Poměry blízké 1/k bez oříznutí ve vysokých řádech ukazují nejprve na sešívání; jen n-tý řád nejprve na šrouby.
- Prohlédněte první diferenci: odečtením chyb sousedních vzorkovacích bodů dostaneme lokální chybu rozteče. Sešívání ukazuje izolované špičky v n rovnoměrně rozložených polohách, široké zhruba jako úhlová šířka snímacího okna; body lepidla a šrouby ukazují jen mírné zvlnění. Tento krok vyžaduje dostatečně husté vzorkování — u hranic nejméně měření rysku po rysce.
- Změňte úhel montáže: přemontujte kotouč pootočený vůči náboji o polovinu rozestupu (180°/n), se značkou na náboji jako fázovou referencí. Složka sešívání, která sleduje kotouč, obrátí fázi n-tého řádu; složka šroubů, která sleduje náboj, zůstane beze změny; body lepidla nanesené v pevných polohách na náboji také sledují náboj. Polovina rozdílu obou fázorů je část sledující kotouč, polovina součtu část sledující náboj.
- Měřte znovu po uvolnění napětí: povolte šrouby na polovinu jmenovitého utahovacího momentu a měřte znovu — složka šroubů se mění zhruba úměrně momentu; změňte teplotu — složka tepelného napětí bodů lepidla se mění s rozdílem teplot; složka sešívání se v obou případech nemění.
- Porovnejte s layoutem: z layoutu fotomasky zjistěte úhly hranic sešívání a porovnejte je s polohami špiček. Při r = 20 mm odpovídá 1″ jen 0,1 μm tangenciální chyby umístění, což optický měřicí přístroj jen těžko rozliší; porovnání se proto obvykle provádí hustým úhlovým měřením samotným enkodérem.
Zásady pro praxi
- U n rovnoměrně rozložených vln nejprve vypočtěte harmonické poměry: pomalý pokles 1/k ukazuje na sešívání, oříznutí po čtvrtém či pátém řádu na lokální hrboly, jen n-tý řád na upnutí.
- Izolované špičky v první diferenci jsou nejpřímějším důkazem schodů ze sešívání; šířka špičky je zhruba úhlová šířka snímacího okna.
- Přemontáž s pootočením o polovinu rozestupu oddělí složky sledující kotouč a náboj a je cílenější než opakovaná demontáž.
- n-lalokové zvlnění od šroubů se mění v úhlovou chybu posunutím povrchových vláken, asi t·n·W/(2r²); už 1 μm zvlnění může dosáhnout úrovně úhlových vteřin.
- Složka sešívání se s momentem ani teplotou nemění, kompenzační tabulka proto zůstává dlouhodobě platná; složka bodů lepidla se mění s teplotou, před kompenzací posuďte teplotní rozsah.
- Při návrhu volte počet šroubů, počet bodů lepidla a počet sektorů masky navzájem různé, aby bylo možné problémy oddělit podle řádu.
Shrnutí
U n rovnoměrně rozložených vln na křivce chyby je vodítkem tvar: sešívání dává schody, harmonické klesající jako 1/k a špičky v první diferenci; body lepidla dávají hladké hrboly s poměrně rychle oříznutými harmonickými; šrouby jsou téměř sinusové s převládajícím n-tým řádem. Prvotní úsudek udělejte z harmonických poměrů a první diference, potvrďte jej přemontáží s pootočením o polovinu rozestupu a opakovaným měřením po uvolnění napětí — problém pak lze přiřadit procesu masky, lepení nebo upnutí.
Překlad čínského originálu (0237). ENC7 – výrobce kódových kotoučů (poptávka) · Odborné články · https://enc7.com
© Langfang Jingzheng Optoelectronic Technology Co., Ltd. Všechna práva vyhrazena. Článek vznikl s pomocí AI.