α光刻样机工件台系统的动态特性分析

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1、哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第1章绪论1.1课题来源与研究目的和意义本课题来源于―02专项双工件台系统样机研制‖项目。德国物理学家KarlFedinandBraun在1897年首次发现了半导体的二极管效应，从此就开启了世界电子技术领域的大门。通过不懈的研究，人们终于揭开了半导体材料的秘密，其中一个重要的里程碑就是Bell实验室的William[1]Shockley，WalterBrattain和JohnBardeen在1947年发明了晶体管。然而真正的突破是，在1958年工作于德州仪器的JackKilby和仙童半导体

2、公司的[2]RobertNoyce两人独立发明的集成电路。从此，全世界电子工业迅速发展。集成电路图形层的加工主要运用光刻技术，传统的光刻技术结合了照相曝光技术和刻蚀技术，通过曝光、显影等一系列工序把掩膜板的版图图形转移到光刻胶上，最后刻蚀到硅片上，这样就形成了电路的图形层，集成电路的基本生产流程如图1-1所示：图1-1集成电路的生产流程图根据著名的摩尔定律，可以知道，每隔18~24个月的时间，芯片的最大容[3]量将增加一倍，而芯片的大小却以每三年2倍的速度缩减。根据美国半导体工业协会(SIA)的预测，到2020年，集成

3、电路的尺寸要达到10nm，在2024[4]年左右，会达到6.3nm。光刻技术大致经历了接触式、接近时、投影式、反[5]射扫描摄影式和步进扫描五个重要的发展阶段。步进扫描光刻机的主要特点时能够减小用于投影光刻的物镜成本，但是其对掩膜台、工件台的精度要求比较高。-1-万方数据哈尔滨工业大学工学硕士学位论文光刻机主要负责集成电路生产过程的曝光工序，也是晶片加工的核心步骤。光刻机超精密工件台是整个光刻机系统的主要系统之一，光刻机的分辨率和生产效率与工件台系统的运动精度、速度和加速度有着直接的关系。随着近年来对光刻进机的扫描分辨

4、率和生产效率要求的不断提高，对于光刻机超精密工件台的精度要求和快速同步扫描要求也越来越严苛，主要表现在步进运动的定位精度和工件台、掩膜台之间的超精密快速扫描运动。对100nm精度的步进扫描光刻机来说，工件台的步进定位精度必须大于10nm，工件台和掩膜台之间的同步扫描运动的标准偏差值(MSD)必须低于12nm，平均偏差值(MA)必须低于5nm，工件台的运动精度与光刻机的分辨率[6]成正比。光刻样机工件台测试系统是一个极紫外光刻测试台，该测试台的光源、光学系统、掩模版、工件台、硅片传递系统和污染控制子系统都充分考虑了真空

5、环境的物理和技术限制。步进扫描光刻机工件台系统是一个极其复杂的结构，因此对工件台系统进行动态特性分析，具体包括模态分析、谐响应分析和瞬态分析，来研究工件台系统在工作过程中的振动特性及其产生的影响，对于指导整个工件台的系统设计，改进系统参数具有十分重要的意义。1.2国内外光刻机工件台系统的发展现状1.2.1国外光刻机工件台系统的发展现状当今世界上主流的光刻机是193nm的ArF准分子激光步进扫描光刻机，能够量产100nm的芯片。世界上三大光刻机制造商分别是荷兰ASML公司，日本的Nikon公司和Cannon公司，其所占市

6、场份额分别约为40%，32%和[7]28%。TM[8]其中技术最为领先的是ASML公司的TWINSCAN系统，也是世界上首个运用双工件台系统的光刻机型号，如图1-2所示：图1-2ASML公司TWINSCAN型光刻机-2-万方数据哈尔滨工业大学工学硕士学位论文双工件台系统的出现，使得光刻机能够在不改变初始速度和加速度的条件下，当一个微动台在进行曝光工作的同时，另外一个微动台可以同时进行曝光[9]之前的预对准工作，双工件台系统的具体工作流程图如图1-3所示，使得光刻机的生产效率提高大约35%。ASML公司最新的TWINSC

7、ANNXE3300B型光刻机，分辨率小于22nm，生产效率可以达到125片/小时。[9]图1-3双工件台系统工作流程图日本Nikon公司在2013推出了NSR-S622D型193nm的ArF准分子激光步进扫描光刻机，这一型号是NSR-S621D的改进型。分辨率能够达到32nm，生产率为200片/小时。其内部结构模型图如图1-4所示。其最新型的NSR-630D型，在保证其分辨率小于38nm的基础上，对于直径为300mm的硅片加工效率可以达到最低250片/小时。图1-4Nikon公司NSR-S622D型光刻机内部结构模型图

8、现今技术成熟的工件台系统主要是导轨式，驱动方式主要分为气浮驱动和磁悬浮驱动，导轨磁悬浮式工件台如图1-5所示；ASML公司在日趋成熟的微动台气浮支撑的基础上，研发了磁悬浮工件台系统，使得系统能够忽略空气的-3-万方数据哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摩擦系数和阻尼系数，其加工速度和精度是机械式和气浮式工件台所无法比拟[10]的。不仅