本站小編為你精心準備了光刻機阻尼接口設計與測量系統布局參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

摘要：提出一種光刻機物鏡主動阻尼接口方案及測量系統布局方案，采用有限元仿真方法評估了在工作臺質心變化及動態沖擊狀態下物鏡內部相對靜變形及動態響應滿足指標需求；結合測量系統布局設計了工作臺水平向及垂直向補償策略，實現了物鏡至測量系統間的相對靜變形及動態響應滿足指標需求；采用機電聯合仿真方法評估了物鏡主動阻尼方案幅值衰減滿足指標需求并通過現場實物開/閉環傳函測試驗證了仿真的準確性。

關鍵詞：光刻機；主動阻尼接口；測量系統布局

近年來，半導體精密加工技術飛速發展，光刻技術與設備的開發成為半導體加工設備國產化的重中之重。專用于新一代AM-OLED顯示屏TFT電路制造的光刻機，多采用步進掃描投影曝光方式，隨著玻璃基板尺寸的增加，基于生產效率的約束，所需的掃描視場也越來越大。光刻機的簡化模型如圖1所示，其中，減振器承載部分主要包括內部框架、工件臺、掩模臺、物鏡、掩模臺干涉儀、工件臺干涉儀等，掩模臺和工件臺統稱為工作臺；外部框架承載部分主要包括照明系統、掩模傳輸系統、基板傳輸系統、環境柜、控制柜等。照射到嚌班基板的光束攜帶掩模版圖案信息，并將復制玻璃基板的涂敷光刻膠中。工件臺、掩模臺的運動分別根據工件臺干涉儀、掩模臺干涉儀實時測量數據進行位置閉環控制。工件臺、掩模臺運動過程產生的沖擊和運動質心的變化會引起物鏡光軸1、2的相對位置以及光軸1、2相對于工件臺干涉儀、掩模臺干涉儀的相對位置發生變化，從而影響物鏡成像性能及整機套刻指標。本文提出一種滿足物鏡和測量系統接口需求的方案。

1結構優化的數學模型

一般結構優化問題的數學模型可以描述為：本文的優化目標就是通過接口設計優化，實現設備激勵狀態下物鏡間的動態響應及因工作臺質心變化產生的靜態變形滿足指標需求，以及在設備激勵狀態下物鏡相對于工作臺測量系統的動態響應及因工作臺質心變化產生的物鏡相對于測量系統的靜態變形滿足指標需求，其約束條件為物鏡接口頻率大于30Hz。用數學模型可以表述為：式中，S1(x)為工作臺質心變化產生的物鏡間靜態變形，Sobj1物鏡間靜態變形約束指標，F1(x)為在設備激勵狀態下物鏡間的動態響應，Fobj1為物鏡間動態響應約束指標。S2(x)為工作臺質心變化產生的物鏡相對于測量系統的靜態變形，Sobj2物鏡相對于測量系統的靜態變形約束指標，F2(x)為在設備激勵狀態下物鏡相對于測量系統的動態響應，Fobj2為物鏡相對于測量系統的動態響應約束指標，f為物鏡接口模態。

2方案設計及仿真驗證

2.1方案設計

由于工作臺高速運動會導致內部框架微變形，這種變形影響傳遞到物鏡應盡可能小，這樣物鏡采用三點支撐方案。為保證物鏡間相對位置穩定性，物鏡三點接口剛度盡量低。物鏡接口的低剛度必然導致物鏡受到工作臺沖擊時，物鏡間的動態響應以及物鏡相對于測量系統的動態響應偏大，物鏡接口采用主動阻尼器方案，傳感器實時監測物鏡微振動，通過執行器補償方式壓制振動幅值。同時物鏡接口的低剛度還會導致測量系統相對于物鏡在工作臺移動過程靜態變形及瞬時沖擊響應偏大，在測量系統水平向增加參考光干涉儀，垂直向增加測量傳感器，如圖2所示。實時監測參考光干涉儀、物像面垂直向測量傳感器相對于物鏡的變化，采用算法補償進入工作臺水平向、垂直向閉環控制。物鏡主動阻尼接口方案原理如圖3所示，主要包括柔性塊、壓電模組。柔性塊的主要作用是支撐負載、提供垂直向剛度；壓電力傳感器用于測量物鏡因擺動而作用在柔性塊上力的變化，并且要具有足夠的靈敏度；壓電執行器用于施加垂直向控制力，補償因振動而產生的位移變化。兩個成45°布置的壓電模組，等效于可以同時主動控制垂直向和水平向兩個自由度，3個主動柔性塊組成的物鏡主動阻尼器能對物鏡進行六自由度的主動控制。物鏡主動阻尼器的等效模型如4所示：其中Ks表示為壓電模組的等效剛度，Kp為壓電模組的預緊彈簧剛度，Kf為物鏡接口等效剛度。

2.2物鏡內部靜變形有限元仿真驗證

光刻機模型復雜，為了適應有限元計算及優化工作，必須將其簡化處理，處理后的有限元模型如圖5所示。首先，根據物鏡質量、接口頻率匹配物鏡接口剛度。當f=30Hz時，物鏡接口剛度如表1所示。其次，將物鏡接口剛度設置在光刻機有限元簡化模型的物鏡接口參數中，計算物鏡間的靜變形。計算的工況為工件臺Chuck處于極限位置（X：400，Y：1300）、掩模臺處于極限位置（X：0，Y：850）及兩者分別處于零位（X：0，Y：0）狀態時，因內部世界質心變化帶來的光軸間的相對變化量（a），計算結果見表2，滿足需求。

2.3物鏡內部動態響應有限元仿真驗證

對物鏡輸入內部框架加速度功率譜PSD（見圖6），分別對各個鏡片的振動情況進行分析，計算物鏡內部動態響應。對物鏡主動阻尼器減振效果提出需求：要求經阻尼器衰減后幅值曲線的峰值小于0dB，即相當于振動幅值放大因子Q=1，根據阻尼率與放大之間的關系可以計算得到等效阻尼率：將對應物鏡接口頻率的阻尼率設置進入有限元模型，仿真計算物鏡內部動態響應如表3所示，滿足需求。

2.4物鏡主動阻尼減振效果機電聯合仿真驗證

物鏡主動阻尼器共有三組，有6個傳感器和6個執行器，且相互間具有較強的耦合效應，屬于典型的多輸入多輸出控制系統。針對此特點，采用模態解耦的方法將傳感器測量信號轉換為邏輯軸控制參數，這樣可削弱相互之間的耦合關系，使每個邏輯軸上的控制等效于單自由度控制。物鏡主動阻尼器機電仿真模型在MatlabSimulink中搭建，如圖7所示。為保證系統的穩定性及對降低低頻區性能的影響采用比例+高通+低通的控制策略，仿真計算的主動阻尼器開啟閉環控制后衰減后幅值曲線的峰值小于0dB，如圖8所示，滿足需求。

3實物測試結果驗證

經現場實物測試驗證，物鏡固有頻率處共振峰的峰值明顯下降，37.5Hz處功率譜密度（PSD）降低了12.8dB，43.75Hz處PSD降低約13.4dB，基本實現了經阻尼器衰減后PSD曲線的峰值均在0dB附近或小于0dB，如圖9所示，滿足設計指標需求。

4結語

本文提出一種光刻機物鏡主動阻尼接口方案及測量系統布局方案，實現了物鏡至測量系統間的相對靜變形及動態響應滿足指標需求。

參考文獻：

[1]陳學東，郭合忠，嚴天宏，等.光刻機主基板的動態特性分析及優化[J].中國機械工程，2007，18(21)：2524-2527.

[2]師漢民.機械振動系統———分析、測試、建模、對策[M].武漢：華中科技大學出版社，2003.

[3]李艷秋.光刻機的演變及今后發展趨勢[J].微細加工技術，2003，(2)：1-5.

[6]李國平，魏燕定，陳子辰，等.精密設備系統主動隔振的基礎理論與技術[J].兵工學報，2004，25(4)：462-466.

作者：葛黎黎 周暢 朱岳彬 單位：上海微電子裝備股份有限公司