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极紫外光刻机工件台精密机械及控制相关技术

作　者: 朱涛
导　师: 李艳秋
学　校: 中国科学院研究生院（电工研究所）
专　业: 电气工程
关键词: 极紫外光刻硅片台掩模台直线电机物镜
分类号: TN305.7
类　型: 博士论文
年　份: 2006年
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引　用: 9次
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内容摘要

极紫外光刻技术(EUVL)被称为最有发展潜力的下一代光刻技术,有望接替光学光刻,成为45nm以下光刻产业的主流技术。因而,该技术也是目前国际上先进光刻领域研究的热点。工件台是光刻机最关键的子系统之一,也是实现光刻机功能和精度的基础。EUVL工件台继承了许多光学光刻工件台技术,它是精密机械、检测、控制、真空等技术的集成,在光刻机对准和扫描曝光过程中起着至关重要的作用。本报告针对45nm产业化EUV光刻机设备的需求,提出适用于真空作业的高速度高精度真空工件台的设计方案,以及相关的控制技术方案。并通过仿真分析对设计结果进行验证。同时,为了实现物镜系统的自动装调,还设计了物镜系统的装调装置。报告围绕工件台的机构、控制以及物镜装调系统三部分展开,具体工作主要包括: EUVL工件台结构设计及仿真分析。首先比较了两种非接触式工件台结构特点:气浮工件台和磁悬浮工件台。接着根据45nm 100wph产率模型下EUVL工件台设计要求,设计了磁浮型、气磁结合型两种工件台机构。综合考虑了摩擦力、导线干扰、振动冲击等因素对于工件台的影响,所设计的机构具有结构紧凑、精度高、刚度大、稳定性好的特点。针对步进和扫描两种不同工作状态,对工件台进行了静态分析、瞬态分析和模态分析。根据仿真结果改进了原设计的结构,通过局部挖空方法,改进后的设计,不仅静态变形减小,而且一阶固有频率比原来提高了300hz左右。设计了工件台控制系统,针对工件台的精密定位和同步扫描提出了相应的控制策略。利用粗/微平台二级协调控制系统解决了大行程和超高精度的矛盾,重点考虑了二级控制中的阈值转换和干扰补偿问题。设计了同步补偿器,利用掩模台微动台运动实时补偿掩模台与硅片台间的位置同步误差。在所建立的控制模型基础上,通过MATLAB仿真对控制系统及控制策略进行模拟。仿真结果显示,同步补偿器可以有效地抑制扰动对于同步精度的影响,提高同步跟踪精度。同时,本报告还研究了环境影响因素的控制补偿方法。针对EUVL投影光学物镜系统中6枚反射镜的不同结构形状,设计了自动装调系统。该机构包括了压电驱动器驱动的调节杆组件,可以实现物镜的5自由度计算机自动装调。仿真分析显示,装调机构结构合理,静态变形小,稳定性好。

全文目录

第一章绪论  9-23
  1.1 EUVL技术研究进展  9-11
  1.2 EUVL工件台相关技术研究  11-15
    1.2.1 步进扫描型工件台结构  12-13
    1.2.2 步进扫描曝光原理  13-14
    1.2.3 步进扫描型工件台的技术指标  14-15
  1.3 EUVL工件台技术研究现状  15-19
  1.4 EUVL工件台研究存在问题及挑战  19-21
  1.5 本文的主要研究内容  21-23
第二章 EUVL工件台结构设计及仿真  23-48
  2.1 EUVL工件台设计要求  23-25
  2.2 气浮与磁悬浮工件台比较  25-27
  2.3 EUVL工件台机构设计  27-35
    2.3.1 设计要点及结构方案  27-28
    2.3.2 结构方案  28
    2.3.3 磁悬浮工件台设计  28-30
    2.3.4 气磁结合型工件台设计  30-32
    2.3.5 工件台检测系统  32
    2.3.6 工件台结构设计要点  32-34
    2.3.7 误差分析  34-35
  2.4 工件台结构仿真分析  35-47
    2.4.1 有限元模型的建立  36-37
    2.4.2 工件台结构仿真分析  37-45
    2.4.3 仿真结果分析  45-47
  2.5 本章小结  47-48
第三章 EUVL工件台控制系统设计  48-65
  3.1 EUVL工件台控制系统功能及要求  48
  3.2 EUVL工件台控制系统设计  48-54
    3.2.1 控制系统的总体结构  48-49
    3.2.2 工件台粗/微二级控制系统设计  49-53
    3.2.3 硅片台掩模台同步协调控制  53-54
  3.3 EUVL工件台同步控制系统仿真  54-60
    3.3.1 仿真模型的建立  55-56
    3.3.2 仿真结果及分析  56-60
  3.4 环境影响因素分析  60-64
  3.5 本章小结  64-65
第四章物镜装调系统设计  65-76
  4.1 物镜装调系统结构及功能要求  66-67
  4.2 物镜装调机构及其控制系统设计  67-69
  4.3 物镜系统整体固定装置设计  69-70
  4.4 物镜及装调机构结构仿真分析  70-74
  4.5 本章小结  74-76
第五章结论与展望  76-78
参考文献  78-85
致谢  85-87
博士后期间发表的学术论文、专著、重要科研成果  87-89
出站报告说明  89
关于论文使用授权的说明  89

极紫外光刻机工件台精密机械及控制相关技术

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