光刻机超精密工件台研究
朱煜, 尹文生, 段广洪. 光刻机超精密工件台研究[J]. 电子工业专用设备, 2004, 33(2): 25-27.
【系统一】 大行程直线运动系统
- 气浮直线导轨支撑
- 直线电机驱动
- 直线光栅尺反馈
系统一上叠加 【系统二】
- 气浮微动台：由洛伦兹电机驱动，提供对直线电机运动的精度补偿
- 双频激光干涉仪：提供粗、精动运动系统的超精密位置检测和反馈
上面 两套 直线运动系统研究同步扫描运动，并可灵活地组成多种 x-y 超精密运动系统。 且基于该试验台进行的超精密运动控制试验研究，运动定位精度已经达到12nm。
光刻机的运动精度直接影响光刻机的分辨力，速度和加速度直接影响光刻机的生产效率。
对于0.25nm以下分辨力的扫描光刻机（Scanner）而言，不仅要求超精密硅片台实现极高的步进运动定位精度，而且要求硅片台与掩模版实现超精密同步扫描运动。
- 100nm的扫描型光刻机，硅片台步进运动定位精度必须高于10nm，与淹没太的同步扫描的移动平均偏差（MA）必须小于5nm，移动标准偏差（MSD）必须小于12nm。
整个超精密工作台试验系统的组成成分：
- 花岗石底座（质量达5吨）
- 基台
- （主动）隔振原件
- 两套超精密直线运动系统
每套直线运动系统由 叠层 的粗动与精动系统组成，并由双频激光干涉仪提供位置检测和闭环运动反馈，检测精度可达到2nm。
【已有的方案以及存在的问题】长行程超精密导轨、气浮滑块、直线电机、直线光栅组成大行程粗动系统，可以实现300mm以上的行程，2g以上的加速度和1000mm/s以上的速度。但动态运动精度仅能达到几个μm，定位精度可以达到数百nm。
【改进目标及方案】为了实现10nm乃至更高的运动精度，参照国外超精密工件台通常的结构，在上述大行程运动系统的气浮滑块上叠加安装了超精密气浮微动台，以对粗动精度进行微动补偿。
【微动台】采用音圈电机（Voice Coil Motor）驱动，电容传感器进行微动位置检测。【双频激光干涉仪】的测量镜安装在微动台的动台上，实现对粗、精动运动系统最终的位置监测和运动反馈。
【实验室环境】超精密净化、恒温、隔振实验室。（保证超精密工件台的机械精度、测量精度和系统稳定性）
- 净化等级达到千级
- 恒温精度达到±0.03℃
- 隔振级别（振动RMS）达到BBN标准的VC-C级
另外，为了进一步保证超精密工件台试验系统的稳定性，确保激光测量的精度，我们在实验装置中安装了主动隔振系统，进一步降低环境振东的影响，并取得了良好的效果。
微动台控制试验表明，微动台具有良好的补偿特性，在合理设计粗、精动和同步控制器的前提下，可以通过微动台良好的补偿特性，实现定位精度和同步精度。
Links
- 直线光栅尺
- 什么是直线电机 – 直接驱动的优点
- 气浮平台的原理和类型有哪些？
- 【微型步进电机】低转动惯量使我们的电机具有杰出的加速度和动态性能。 这些特点以及高峰值速度意味着所有增量运动都可以在可能的最短时间内完成。 低惯性还意味着启动/停止频率高，因此缩短了首步运动时间，并且解决了一些运动问题而无需使用斜坡。
- 双频激光干涉仪：精度高应用范围广环境适应力强。
- 隔振：把机械或仪器安装在合适的弹性装置上以隔离振动的措施。