时间滤波器在工件台设定值滤波中的应用

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 时间滤波器在工件台设定值滤波中 的应用 问题的提出 中国论文网 /8/view-12767994.htm 工件台是扫描光刻机核心分系统 之一，具有水平向和垂向六自由度，在 扫描曝光过程中，承载硅片或基板水平 向高速运动，同时通过不断调整垂向位 姿，使曝光区域的硅片或基板上表面总 体上与物镜焦面重合。 硅片或基板表面形貌按空间分布， 可分为整体面形和局部面形两部分。其 中，整体面形可用线性表达式描述，反 映的是面形的整体变化趋势；局部面形 则较为复杂，包含不同的空间频率成分， 从低频到高频均有分布。在光刻机扫描 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 曝光过程中，扫描运动实现了表面形貌 在空间域和时间域间的转换，将表面形 貌的空间频率转换为时间频率，如式 1 所示： 其中，f、fs、v 分别为表面形貌 的时间频率，表面形貌的空间频率及工 件台扫描速度。 工件台在扫描曝光过程中，依据 垂向测量传感器测量的硅片或基板局部 面形，计算工件台垂向设定值，控制工 件台不断调整垂向位姿，补偿硅片或基 板的局部面形。理想情况下，工件台应 能完全跟随设定值。由于受工件台行程 及运行可靠性的约束，不可能将硅片或 基板局部面形全部补偿，这样就会出现 垂向控制误差。严重的情况下，还会出 现离焦，即曝光区域的硅片或基板上表 面偏离物镜极佳焦面。同时，垂向控制 误差还会对同步水平向控制性能产生串 扰。这种串扰现象会引起严重的套刻误 差，严重影响光刻机的曝光质量。另外， 由于工件台内部结构特性，某些特定频 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 率成分会引起工件台谐振，严重威胁工 件台运行安全。 一种解决上述问题的可行方法是 对工件台设定值滤波，使滤波后工件台 设定值的主要频率成分在工件台带宽之 内，保证扫描曝光过程中，工件台垂向 的运动能跟随垂向设定值，并且工件台 谐振频率处，工件台垂向设定值对应频 率分量的幅值极小。 时间滤波器设计 1.时间滤波器传函 本文将一种串联结构的时间滤波 器，用于工件台垂向设定值滤波。它由 一个二阶的低通滤波器和一个二阶的点 阻滤波器串联而成。工件台控制系统为 闭环控制系统，控制系统的稳态精度要 好，并能立即跟随输入的变化而变化。 二阶低通滤波器包含两个参数， 即阻尼系数和截止频率，二阶低通滤波 器的传函如式 2。二阶低通滤波器的主 要作用是为了使滤波后，工件台设定值 的主要频率成分在工件台带宽之内。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 二阶低通滤波器传函：波器截止 频率和阻尼。 二阶点阻滤波器包含 4 个参数， 即零点阻尼、零点频率和极点阻尼、极 点频率，二阶点阻滤波器的传函如式 3。二阶点阻滤波器的主要作用是抑制 工件台谐振频率处，工件台设定值对应 频率分量的幅值。 二阶点阻滤波器传函： 其中， Wzero、 zero、Wpole、pole 分别为点 阻滤波器零点角频率、零点阻尼、极点 角频率和极点阻尼。 时间滤波器由二阶低通和二阶点 阻滤波器串联而成，其传函如式 4。 2.MAMSD 指标 MA（Moving Average） ，即滑动 均值，描述的是滤波后的值与滤波前原 始设定值差值在滑动窗口内的均值，如 式 5。MSD （ Moving StandardDeviation） ，即滑动标准方差， 描述的是滑动窗口内，滤波后的值与滤 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 波前原始设定值差值的离散程度，如式 6。 deltaValuei=aft_FilterValueibef_FilterVal uei 其中，N 为滑动窗口内，滤波前 原始测量值的个数。这里用垂向的 MAMSD 值来反映光刻机垂向控制性 能。 3.时间滤波器参数设计 时间滤波器参数设计基本流程： 确定二阶低通滤波截止频率初 始值：二阶低通截止频率初始值应尽可 能大些，以保留硅片或基板局部面形的 主要频谱信息，但考虑到工件台行程及 运行可靠性的约束，二阶低通滤波的截 止频率一般小于工件台垂向带宽的 1/3； 确定二阶低通滤波阻尼初始值： 阻尼系数初始值在 01 之间选择，即 二阶低通默认为欠阻尼低通滤波器； 确定二阶点阻滤波器零点频率 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 和极点频率初始值：将二阶点阻滤波器 零点频率和极点频率初始值设在工件台 谐振频率附近，避免工件台在扫描曝光 过程中，因为谐振而挂伺服； 确定二阶点阻滤波器零点阻尼 和极点阻尼初始值：为了有良好陷波效 果，零点阻尼初始值应远小于 1，极点 阻尼初始值应大于 1，以保证高的品质 因数； 基于时间滤波器传函，在频域 上分析时间滤波器频率特性，如图 1 所 示； 基于 Matlab 仿真，在滤波参 数初始值附近，采用迭代寻优算法，在 频域上搜素使垂向 MAMSD 值最小的 时间滤波器参数； 在光刻机上测试仿真的滤波参 数，并根据光刻机实际工况，对滤波参 数做相应微调。 时间滤波器仿真 1.频域仿真 基于式 2、3 和 4，可以分析不同 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 滤波参数配置下，二阶低通、二阶点阻 滤波器和时间滤波器的频率特性，其频 率特性的一个示意图如图 1 所示。 2.时域仿真 时域上仿真，可以直观反映滤波 后的波形延迟和波形失真。通过在时域 上计算垂向 MAMSD 的值，可以评估 光刻机垂向控制性能。时域仿真的输入 为光刻机垂向原始设定值（Z，Rx 和 Ry） ，输出为滤波后的垂向设定值，时 域仿真的一个示意图如图 2 所示。 低通滤波模块和点阻滤波模块在 代码实现时，两模块之间相互独立。模 块独立希望设计后每个模块能够完成一 个相对独立的特定子功能，模块设计是 低耦合（数据耦合） ，模块的输出数据 是另一个模块的输入数据。 实验验证 按照上述设计原则，将仿真得到 的滤波器参数在光刻机上进行 1000 片 基板扫描曝光测试。表 1 给出了时间滤 波器的一组配置参数，表 2 为该组配置 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 参数下，曝光场垂向（Z，Rx 和 Ry） MAMSD 达标率。 由表 2 可见，仍存在少量曝光场， 垂向控制性能不达标。经过对不达标曝 光场做面形分析，确认问题主要是这些 曝光场面形较差，或者有颗粒在上面。 结论 将一种串联结构的时间滤波器， 用于工件台