光刻机工作台超精密运动与同步控制

以同步扫描的运动性能为目标,研究针对步进扫描投影光刻机工作台的超精密运动与同步控制策略.结合工作台的结构特点,提出一种粗、微复合运动控制方法,即:微动台纳米级微动,粗动台微米级跟随运动;以硅片台、掩模台的三阶轨迹规划与轨迹重叠为基础,进行扫描过程中的同步状态规划;为实现纳米级的同步运动精度,进行硅片台与掩模台的动态特性比较,在此基础上提出工作台交叉反馈的同步控制策略,使掩模台实时跟踪硅片台的运动趋势,并设计同步误差模型进行运动性能评估.该方法已在100nm步进扫描投影光刻机中得到实际应用,并取得良好效果.     

步进扫描光刻机扫描运动轨迹规划及误差控制

研究一种步进扫描投影光刻机工作台扫描运动超精密轨迹规划算法及误差控制策略。在分析三阶扫描运动与步进运动轨迹规划异同点的基础上,提出三阶扫描运动轨迹规划算法。针对扫描运动精确性与严格同步性要求,分析扫描运动轨迹规划误差补偿的几个关键问题。根据扫描运动轨迹算法离散实现存在的误差,结合内部整数积分策略,提出扫描运动轨迹规划加减速段与扫描速度稳定段运动距离的离散积分策略误差控制方法。此外,为克服切换时间圆整引起的扫描曝光匀速段位置误差,提出一种基于常速扫描运动段位置修正因子的误差补偿方法。以上方法共同实现光刻机工作台扫描运动轨迹规划精度控制。实例证明提出算法是有效和精确的。该算法成功应用于100nm步进扫描投影光刻机工作台的超精密运动控制系统中。     

光刻机步进扫描运动轨迹重叠规划算法

研究一种步进扫描投影光刻机的步进运动与扫描运动的轨迹重叠规划算法。根据给定的系统动力学约束,以保证最大加速度与最大速度不超限为目标,建立步进运动与扫描运动轨迹重叠规划的约束基准。依据该基准,分析步进运动与扫描运动轨迹重叠规划的各种可能情形,推导在最大程度上缩短运动执行时间的轨迹拐点调整计算公式。以此为基础,提出步进运动与扫描运动的轨迹重叠规划算法。通过仿真计算验证算法的正确性与有效性。实际应用证明该算法能在保证运动精度基础上,极大地提高生产率。该算法已被100 nm步进扫描投影光刻机工作台超精密运动控制系统所采用。     

步进扫描投影光刻机同步机制研究

分析了步进扫描投影光刻机的同步运动过程,将各个分系统分为同步主系统和同步从系统,采用串行同步总线实现了同步主系统的状态发布;分析了分系统与自身数据采集系统的同步通信,采用高速串行传输链路实现了分系统与远程数据采集系统的数据采集与通信;搭建了同步实验平台,对步进扫描投影光刻机的同步机制进行了验证。实验证明该平台稳定可靠,满足系统同步性能要求和工程要求。     

针对多轴精密同步运动控制的并行计算架构设计

针对光刻机工作台精密同步运动的需求,提出了一种适用于多轴精密同步运动控制的并行计算架构。介绍了运动控制系统的层次结构,自行定义内部总线协议,实现7块控制板卡间高性能数据传输,具有稳定的高带宽和纳秒级的传输延迟误差;根据工作台同步运动特征,设计并行计算周期规划和同步机制,实现分布式运行的多轴运动控制算法的严格同步。实验结果证明了并行计算架构的有效性。     

高精密运动平台的重复控制

为给步进扫描光刻机的设计研究提供理论指导,解决光刻机工作台宏动平台的控制问题,建立了步进扫描光刻机模拟减振试验平台宏动定位系统工作台伺服系统的数学模型,并根据该系统重复运动的特点,提出一种基于重复控制补偿的PID控制方式.运用MATLAB软件进行仿真试验,仿真结果表明与普通PID控制相比,基于重复控制补偿的PID控制器可以有效地减小跟踪误差,因而可以使系统有更好的控制效果.     

精密运动台主动减振与重力补偿技术的研究

正基板运动台是平板显示扫描光刻机最关键的分系统之一,其精度和稳定性直接影响光刻机的产率、Overlay和成像质量。与IC前道光刻机的硅片台相比,基板运动台具有运动行程更大、扫描速度更快、负载更大、电动机驱动反力更大的特点,这些因素都给基板台的减振和运动控制带来了巨大的挑战。论文面向平板显示光刻机的性能需求,从基板运动台的主动减振、微动台局部减振两个方面展开研究,通过优化主动减振参数提高全局主动减振性能,设计重力补偿减振器结构和控制器以提高局部减振性能。     

步进扫描光刻机硅片台连续扫描时间优化算法

为减少步进扫描光刻机连续曝光扫描运动的扫描过渡时间(扫描时间和步进时间),将硅片台扫描方向曝光扫描运动分解为逻辑步进运动和逻辑扫描运动,提出扫描和步进运动时间重叠的轨迹规划算法(时间重叠算法)处理连续曝光扫描运动。在不破坏运动约束条件下(恒速运动要求以及速度、加速度边界限制),根据时间重叠算法重新计算并推导不同扫描运动路径下连续扫描运动过程的步进和扫描运动转折点。经理论分析和硅片曝光场连续曝光实例计算表明：基于时间重叠算法的轨迹规划可获得时间优化的硅片台连续曝光扫描,比传统扫描方法减少曝光扫描运动过程中的无效率时间,提高步进扫描光刻机生产率,为步进扫描光刻机工程实践提供理论基础。     

光刻机模拟工件台掩模台同步运动误差分析

步进扫描光刻机是半导体制造行业的关键设备，在这种光刻机系统中，硅片台和掩模台要按照1：4的速度比进行同步扫描运动，同步运动性能指标以移动平均差（MA）和移动标准差（MSD）来度量。扫描过程中的同步性能对光刻机最终能生产出的芯片特征尺寸有着很大的影响。文章对模拟硅片一掩模台同步运动的同步误差进行了分析，给出在一定的扫描速度下，不同频率范围的误差成分对MA和MSD的影响的规律。分析结果对于有针对性地提高同步性能指标具有一定的指导意义。     

光刻机模拟隔振试验装置内部世界动力学模型分析

为给步进扫描光刻机的设计研究提供理论指导，解决光刻机掩模台、工件台由于高速运动而引起光刻机工作核心部分——工作平台的振动问题，根据工业应用中步进扫描光刻机的运动特点和工作要求，设计了一种内部世界和外部世界用精密6自由度减振器连接的步进扫描光刻机隔振试验装置；建立了内部世界6自由度的动力学模型，运用设计的参数计算出了内部世界的固有频率和对应的振型；同时运用ANSYS有限元软件进行了分析计算，两者的计算结果吻合很好，验证了动力学模型的正确性。     

光刻机多项式扫描运动轨迹规划算法

针对于步进扫描投影光刻机提出了一种多项式扫描运动轨迹规划算法。为实现工程中特定的应用场景,在三阶扫描轨迹算法的基础上设计出多项式扫描运动轨迹规划算法。多项式扫描运动轨迹速度曲线段采用贝塞尔曲线原理实现。根据给定的动力学约束,以保证最大加速度与最大速度不超限且多项式运动轨迹加、减速段与速度曲线段位移、速度衔接要求,建立多项式扫描运动轨迹规划的约束基准。依据该基准,推导出多项式扫描运动加、减速段轨迹拐点公式。由三阶步进运动辅助完成轨迹位移衔接。最后仿真实验证明了该算法的可行性与合理性。     

刀口半影最小化的光刻机扫描狭缝研究

扫描狭缝是步进扫描光刻机中控制曝光剂量的重要单元,而扫描狭缝产生过大的刀口半影会影响曝光性能。首先,根据步进扫描光刻机照明原理,通过分析掩模面上光强分布与扫描狭缝刀口厚度及位置的相对关系,推导出掩模面上刀口半影宽度的计算公式,同时针对数值孔径NA为0.75的光刻机照明系统模型分别对非共面和共面扫描狭缝在掩模面上的刀口半影进行仿真分析;研制了一种四刀口共面的高精度扫描狭缝装置,不仅满足步进扫描光刻机的同步性能需求,并且有效减小了X向和Y向的刀口半影;最后对所研制的扫描狭缝动态性能以及掩模面上实际刀口半影进行了测试。结果表明,当最大扫描速度达到470mm/s时,扫描刀口动态跟随误差始终在±30μm以内,同时两个方向的刀口半影均不超过0.5mm,满足90nm分辨率步进扫描光刻机的需求。     

冷压印光刻工艺精密定位工作台的研制

冷压印光刻工艺是一种将模板图形翻制到硅片上的技术。为了获得高分辨率压印图形，为压印光刻机设计了一个精密定位工作台。精密定位工作台是压印光刻机的关键部件，它既能够保证模板-抗蚀剂-硅片结构间的接触均匀一致，并实现模板与承片台间的三个运动自由度，即沿z轴的直线运动和绕x、y轴的旋转运动(α和β)，又可以实现步进对准所需要的沿x、y轴的直线运动和绕z轴的旋转运动(θ)。设计中采用了柔性机械结构，消除了使用铰链连接所引起的间隙与摩擦等问题。压印实验结果显示定位系统在200mm的行程中，精密定位工作台定位精度达到8nm以内。实现了压印光刻工艺在集成电路制造中的高精度定位要求。     

基于FPGA的工业X-CT 2代扫描运动控制卡设计

分析比较了工业X-CT扫描运动控制的特点,提出了在优先满足工业X-CT 2代扫描运动控制的基础上,实现对工业X-CT扫描运动通用控制的设计方案,使其能同时支持1,2,3代扫描的运动控制.通过将FPGA芯片EP1C3T100C8及单片机AT89LV52应用于2代扫描运动控制的设计,研究开发了控制卡,即采用步进电机作为控制系统的执行机构,以提高系统的经济性和稳定性,数据的同步采用了FIFO技术,功能模块的选择采用了译码电路的方法,并通过状态机以实现对时序的匹配.研究结果表明,所设计的2代扫描运动控制卡不仅快速、稳定,而且可以利用基于Windows操作系统的控制软件进行各种控制参数的灵活选择,达到了使其能同时支持1,2,3代运动扫描的目的.     

恒光强扫描干涉光刻条纹锁定系统设计

为提高扫描干涉光刻机的加工效率和加工精度、扩大加工范围、降低维护成本,提出了一种可实现干涉条纹周期、方向和相位同步实时调节控制的扫描干涉光刻机系统方案,并着重介绍了最为关键的恒光强干涉条纹相位锁定系统的设计.首先,介绍了扫描干涉光刻中干涉条纹周期、方向和相位同步实时调节控制的扫描干涉光刻机系统原理方案,并设计实现了恒光...     

精密硅片台的运动控制

描述一种应用于集成电路制造的超精密硅片台系统及其运动控制。介绍了超精密硅片台系统配置及其主从控制原理,结合粗动台和微动台两者的优点,可以实现运动控制的大行程和高精度。基于闭环控制,给出精密硅片台机电系统动力学辨识的方法并进行了实验辨识。利用环路整形技术,研究并联PID控制器和鲁棒控制器的自动综合方法。基于实际实现,提出力解耦控制策略。仿真结果表明,利用双台结构的超精密硅片台的定位精度可达到10nm。     

基于高速光纤链路的同步测控机制

针对光刻机工作台多维纳米级同步运动,提出一种基于光纤链路的同步测控机制,实现了针对各运动轴控制指令执行和传感数据采集的严格同步;为每个运动控制器与其测控单元之间设计了独占的高速数据通道,确保测控的实时性;设计了基于内部总线的同步周期触发,定义了一致的传感器、执行器单元执行时序,以及精确光纤链路数据传输模型,确保测控的高同步性。实验结果表明,该测控机制的总体输出延迟小于0.65μs,同步误差小于20ns,若提高光纤链路速率,能进一步提升同步测控性能。     

磁悬浮纳米级步进扫描工作台CAD/CAE设计研究

采用CAD／CAE技术手段设计了一种新型磁悬浮超精密工作台，它是针对微电子行业IC芯片制造设备如光刻机而研制的快速步进、精密定位机构。利用磁悬浮技术将工作台悬浮在X、Y导轨上，消除了导轨的摩擦和磨损；直线电机无接触驱动实现了工件台的精密定位。用UG软件，构造了磁悬浮工作台的三维实体模型，并进行了机构运动分析仿真；用ANSYS软件进行了磁悬浮系统的电磁场分析，可得到磁通量密度，磁场强度，磁力，以及能量损耗和漏磁量；对磁悬浮工作台进行了有限元力学分析和结论优化，并结合实验测试，可使工作台在X、Y方向能量满足0．02μm的定位精度要求以及达到0．1μm调焦精度和3．0μrad调平精度的要求。     

改进型分布重复投影光刻机

分布重复投影光刻机(DSW)的精度和工作效率直接影响到大规模集成电路生产工艺的特殊要求。为了提高DSW的精度和效率,研究和运用了先进运动控制技术,使光刻工作台定位精度小于±0·5μm;同时应用视频网络技术,实现了远程交互式工作方式。根据要求,完成了DSW的各系统模块的设计,并且开发了基于PC的应用软件。实验结果表明,该改进型DSW体现了较高的应用价值。     

蜗杆砂轮修整运动的电气控制系统

用电气控制系统代替传统机械传动链,实现砂轮修整过程中的同步控制功能,是蜗杆砂轮磨齿机简化结构、减少传动误差和提高工作精度的有效途径。通过分析蜗杆砂轮在修整过程中的同步关系,设定采用电气控制系统实现修整同步运动的关系原理图。根据反馈同步控制方式的结构特点和精度特性,采用锁相伺服控制技术建立基于锁相环的主从式电子齿轮箱,并提出同步运动控制过程中的误差补偿方案,使该系统实现闭环控制。通过设计一种新的电气控制方式,简化蜗杆砂轮修整链的结构,提高修整同步运动的精度,提升蜗杆砂轮磨齿机的性能等级。