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光刻机超精密工件台研究 囝黛l世:垫:0口鬯壁翼笪笪翼鬯———— 光刻机超精密工件台研究 朱煜,尹文生,段广洪 (清华大学精密仪器与机械学系,100084) 摘要:针对步进扫描投影型光刻机超精密工件台开展研究,所搭建的超精密气浮运动试验台采用 气浮直线导轨支撑,直线电机驱动,直线光栅尺反馈组成大行程直线运动系统,其上叠加洛仑兹 电机驱动的气浮微动台,提供对直线电机运动的精度补偿,由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,两套直线运动系统可研究同步扫描运动,并可灵活地组成多种戈一 Y超精密运动系统.介绍了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12呦. 关键词:光刻机:超精密:工件台:气浮导轨:运动控制:纳米 中图分类号:TN350.7文献标识码:A文章编号:1004-4507(2004)02—0025—03 REs]E.ARCI10INULRA_PRECIS10INSTAG_ES0lFLⅢIoG_RAP】}| ZHUYu,YINWen-sheng,DUANGuang-hong (DepartmentofPrecisionInstruments,TsinghuaUniversity) Abstract:Researchesaboutultra-precisionstagesofstepperandscannerlithographyareintroduced.In theultra-precisionmotioncontrolstagebuiltforexperiments,linearguideairbearing,linearmotorsand linearencodesareadoptedtomakeupoftwoparallellinearcoarsemotionsystems.Lorentzmotorsdrive finestageswithairbearingfoldedonthecoalsemotionsystems.Thedual-frequencylaserinterferometer completestheultra-precisionpositiondetectionandfeedback.Thetwolinearmotionsystemscanrealize theresearchofthesynchronismscanmotionandcomposemanifold戈ultra-precisionmotionsystems. Theultra-precisionmotiontestsbasedonthetest—stageareintroducedandthemotionpositioningpreci- sionhasrealized12nm. Keywords:Lithography,Ultra-precisionStage,AirBearing,MotionControl,Nanometer 光刻机超精密工件台是光刻机的核心单元之 一 ,其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.尤其对于0.25nm 以下分辨力的扫描型光刻机(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台实现超精密同步扫描运 收稿日期:2004—02—01 作者简介:朱煜(1965一),男,工学博士,清华大学精密仪器与机械学系制造工程研究所副研究员,国家光刻设备工程技术研 究中心清华大学精密机械与测控研究基地主任.研究方向为机械工况监测与故障诊断,并联机器人,精密机械与数控技术,微 纳加工技术等. 动.对于100nm的扫描型光刻机,硅片台步进运动 定位精度必须高于10nm,与掩模台的同步扫描的 移动平均偏差(MA)必须小于5nm,移动标准偏差 (MSD)必须小于12nm.随着光刻机分辨力的不断提 高,超精密工件台的运动精度需要相应地提高. 为了掌握光刻机超精密工件台的核心技术,清 华大学与上海微电子装备有限公司合作开展研究, 搭建了国内第一套以10nm运动精度为目标的气 浮运动试验台,并进行超精密测量和运动控制的研 究,已经取得了良好的研究进展.到2003年12月, 运动定位精度已经达到12nm.本文将对该试验系 统和相关研究工作进行初步介绍. 1光刻机超精密工件台试验系统 为了研究光刻机超精密工件台系统的关键结 构和核心的运动控制算法,我们搭建了独特的气浮 超精密工件台试验系统. 如图1所示,整个超精密工件台试验系统由质 量达5吨的花岗石底座,基台,(主动)隔振元件, 两套超精密直线运动系统组成.图中,基台上对称 的两个导轨槽中即安装了两套平行的超精密直线 运动系统. 图1光刻机超精密工件台试验装置 每