步進(jìn)掃描光刻機(jī)模擬隔振試驗(yàn)平臺(tái)主動(dòng)減振系統(tǒng)研究.pdf

1、步進(jìn)掃描光刻機(jī)在工作過(guò)程中，由于工件臺(tái)和掩模臺(tái)等分系統(tǒng)具有較高的運(yùn)動(dòng)加速度，其運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的慣性力將引起光刻機(jī)工作核心部分(工作平臺(tái))的振動(dòng)，進(jìn)而影響曝光的質(zhì)量。在曝光過(guò)程中如何保證工作平臺(tái)的相對(duì)穩(wěn)定是一個(gè)非常關(guān)鍵的技術(shù)問(wèn)題，為了保證光刻機(jī)在工作過(guò)程中具有極高的光刻精度，運(yùn)動(dòng)部分產(chǎn)生的振動(dòng)必須與內(nèi)部世界進(jìn)行隔離，步進(jìn)掃描光刻機(jī)采用了振動(dòng)隔離和主動(dòng)減振技術(shù)。本課題受國(guó)家自然科學(xué)基金委重大項(xiàng)目課題(編號(hào)：50390064)及其上海市科委聯(lián)合資助

2、項(xiàng)目《精密機(jī)械減振隔振技術(shù)研究》支持，以半導(dǎo)體工業(yè)應(yīng)用中的步進(jìn)掃描光刻機(jī)精密隔振系統(tǒng)為研究對(duì)象，主要進(jìn)行了以下幾個(gè)方面研究： (1)設(shè)計(jì)了一種能夠完全再現(xiàn)步進(jìn)掃描光刻機(jī)運(yùn)動(dòng)的模擬隔振試驗(yàn)平臺(tái)，首次在國(guó)內(nèi)對(duì)步進(jìn)掃描光刻機(jī)的主動(dòng)精密減振系統(tǒng)進(jìn)行了研究。平臺(tái)分為內(nèi)部世界和外部世界兩大部分，兩者之間采用能夠6自由度減振的主動(dòng)壓電式精密減振系統(tǒng)相連接；工件臺(tái)定位系統(tǒng)采用H型精密滾珠絲杠平臺(tái)結(jié)構(gòu)，掩模臺(tái)定位系統(tǒng)采用精密直線電機(jī)定位平臺(tái)；工件

3、臺(tái)和掩模臺(tái)與外界驅(qū)動(dòng)電機(jī)之間采用的是氣浮軸承結(jié)構(gòu)，工件臺(tái)、掩模臺(tái)底部采用真空氣墊。該結(jié)構(gòu)認(rèn)為真空氣墊和其底部支撐平臺(tái)的摩擦力為零，也能部分隔離運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生的振動(dòng)傳遞到內(nèi)部世界。 (2)運(yùn)用虛擬樣機(jī)技術(shù)研究了試驗(yàn)平臺(tái)主動(dòng)減振系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，給出了步進(jìn)掃描光刻機(jī)減振系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則及注意事項(xiàng)。建立了步進(jìn)掃描光刻機(jī)模擬隔振試驗(yàn)平臺(tái)的ADAMS多體動(dòng)力學(xué)仿真模型，對(duì)減振系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了選擇。分析了減振系統(tǒng)主要參數(shù)變化對(duì)內(nèi)部世界工

4、作平臺(tái)的動(dòng)態(tài)特性影響，提出了相關(guān)的解決辦法；研究了系統(tǒng)不同支撐點(diǎn)數(shù)量(3點(diǎn)或4點(diǎn))以及減振器非線性剛度和阻尼對(duì)試驗(yàn)平臺(tái)內(nèi)部世界動(dòng)態(tài)特性的影響。 (3)研究了確定步進(jìn)掃描光刻機(jī)主動(dòng)減振系統(tǒng)固有特性的方法。建立了步進(jìn)掃描光刻機(jī)模擬試驗(yàn)平臺(tái)內(nèi)部世界的坐標(biāo)系系統(tǒng)，根據(jù)此坐標(biāo)系系統(tǒng)建立了內(nèi)部世界的6自由度動(dòng)力學(xué)模型，計(jì)算了系統(tǒng)固有頻率和振型向量，理論計(jì)算結(jié)果、有限元計(jì)算結(jié)果、試驗(yàn)?zāi)B(tài)參數(shù)識(shí)別結(jié)果比較吻合，證明了建立主動(dòng)減振系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的

5、正確性。 (4)提出了步進(jìn)掃描光刻機(jī)模擬隔振試驗(yàn)平臺(tái)減振系統(tǒng)6自由度主動(dòng)減振的主動(dòng)控制方法，并進(jìn)行了仿真研究。分析了6自由度減振協(xié)同控制策略，建立了ADAMS和MATLAB聯(lián)合仿真模型，分別對(duì)減振器彼此獨(dú)立以及相互協(xié)作兩種減振控制方式進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，采用后者可以得到更好的減振控制效果。進(jìn)行獨(dú)立控制和協(xié)同控制研究時(shí)，分別采用了普通PID控制和不完全微分PID控制兩種方法進(jìn)行了比較，結(jié)果證明，采用后者可以得到更好的控制效果。

6、 (5)分析了引起光刻機(jī)內(nèi)部世界振動(dòng)的主要因素以及傳播途徑，并試驗(yàn)研究了主動(dòng)減振系統(tǒng)對(duì)外界環(huán)境微振動(dòng)的適應(yīng)能力。內(nèi)部因素主要是由于工件臺(tái)、掩模臺(tái)高速運(yùn)動(dòng)而引起的振動(dòng)，通過(guò)真空氣墊及基座傳到內(nèi)部世界；外部因素主要包括大地脈動(dòng)性振動(dòng)如地震、人員走動(dòng)、說(shuō)話、空調(diào)運(yùn)行、建筑物外面車輛行駛及空氣壓力波動(dòng)所產(chǎn)生的干擾等，其主要振動(dòng)頻率范圍為1-100Hz，振幅為5μ m以下，通過(guò)地面或者空氣傳播到內(nèi)部世界。試驗(yàn)研究了環(huán)境噪聲對(duì)步進(jìn)掃描光刻機(jī)模

7、擬隔振試驗(yàn)平臺(tái)內(nèi)部世界微振動(dòng)的影響，驗(yàn)證了減振系統(tǒng)對(duì)外界環(huán)境微振動(dòng)具有一定的適應(yīng)能力。 (6)搭建了步進(jìn)掃描光刻機(jī)模擬隔振試驗(yàn)平臺(tái)的物理平臺(tái)，對(duì)減振系統(tǒng)的靜動(dòng)態(tài)減振性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究。對(duì)設(shè)計(jì)的地基隔振效果以及主動(dòng)減振平臺(tái)的減振效果進(jìn)行了試驗(yàn)研究，結(jié)果表明減振要求達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)；測(cè)試了工件臺(tái)定位系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)、掩模臺(tái)定位系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)及整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)時(shí)步進(jìn)掃描光刻機(jī)內(nèi)部世界的振動(dòng)情況，結(jié)果表明，試驗(yàn)平臺(tái)減振效果滿足設(shè)計(jì)要求。 對(duì)步進(jìn)掃描光