主动减振系统技术在纳米加工设备上的应用及发展.pdf

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1、精密制造与自动化2012年第3期主动减振系统技术在纳米加工设备上的应用及发展袁志扬(上海理工大学机械工程学院上海200093)摘要通过对以光刻机为代表的纳米加工设备主动减振系统技术的介绍，阐述了主动减振系统技术在纳米加工设备上的应用及发展方向。随着纳米加工设备的精度不断逼近极限，设备内部残余振动的要求也迅速提高，这就推动了纳米加工设备减振构架和主动减振技术的不断发展。为此，纳米加工设备的减振系统经历了从被动到主动，从正刚度到负刚度，从一体到分体的技术发展过程。通过对下一代纳米加工设备的展望，以及对减振系统的技术延展性评估，指出分体式负刚度主动减振

2、系统技术是未来以Euv光刻机为代表的纳米加工设备减振技术的发展方向。关键词主动减振隔振光刻机负刚度随着大规模集成电路制造业的发展，以光刻机为代表的纳米加工设备集成了光、机、电等多个学减振系统构架主要是指设备的减振系统布局，以科的尖端技术，代表了先进制造技术的最高成就。由光刻机为例，光刻机的减振构架主要包含减振器、外于以光刻机为代表的纳米加工设备涉及纳米曝光、定部框架、内部框架、运动平台和投影物镜等关键单位与测量，其对振动、温度、湿度和颗粒等环境控元的布局。目的是通过隔离地基的振动以及削弱运制极其严格，减振技术是其中的关键技术之一。早动平台的反力扰

3、动，使设备在短时间内达到工作所期的光刻机及精密加工设备采用的是一体式结构和需的残余振动要求。被动减振系统，减振器的本体形式有金属弹簧、橡早期的光刻机使用的是i线光源，采用步进胶和空气弹簧⋯，有时会附加一些阻尼结构。这些曝光。由于其特征线宽在0．5～2“m，运动平台的定减振系统结构简单，易于实现，但一旦设计完成，其位精度在0．1gm'----0．2m，内部框架残余振动PSD水参数很难更改，因而只能对某一特定的窄频段振动平限制在10由(m／s)／i-iz@2~100Hz，稳定时间200起到衰减作用，而对于隔振对象状态变化较大和振500ms，位置稳定性

4、1～5mm。由于总体要求不动干扰时变性较强的场合不太适合；同时，由于稳高，所以大多采用一体式被动隔振系统构架，如图1定性的限制，被动隔振也无法对低频振动进行衰所示。被动隔振器依据其固有特l生，一方面隔断来自地减。随着高端光刻机及纳米加工设备的出现，其工面的振动，防止振动通过外部框架传递到内部框作环境更加复杂，被动减振系统对设备的低频振动架，同时削弱由于运动系统的反力造成内部框架的振隔离和位置稳定性控制已经无能为力，设备内部的动。这种构架的优点是结构简单，成本低廉，便于设干扰力也无法削弱。备的制造和运输；缺点是兼有制振和隔振功能，低频基于上述原因，

5、将主动隔振系统应用到光刻隔振效果不好，系统稳定时间长，位置稳定性差，运机等纳米加工设备中，将会克服被动隔振系统的动系统反力在内部框架，存在重心偏移。局限性。主动减振系统是利用作动器在被动减振系统中加入主动控制，达到衰减系统低频振动和抵消扰动力的作用，从而实现系统的制振和隔振功能，使得系统在高低频域范围均能实现较好的减振效果和稳定性。正是由于这个特点，主动减振系统在光刻机上得到了广泛的应用，其关键技术发展成为减振系统研究的热点，在先进制造行业具有普遍意义。图1一体式被动隔振构架9精密制造与自动化2012年第3期为了让系统尽快稳定，内部框架的刚度要尽

6、量为了把特征线宽精细到0．18gm，以KRF为光大，一阶固有频率要达到200Hz以上；为了提高位源的扫描光刻机出现了。由于其受曝光视场较小的置稳定性，内部框架的质量要尽量大，一般达到限制，只能采用扫描曝光的方式曝光，这样对运动3000kg以上；而为了提高低频的隔振效果，又必平台的运动精度和系统减振提出了更高的要求。运须选用频率尽量低的空气弹簧，一般在2～7Hz；动平均误差6～8nm，运动标准误差12~20nm，这就形成了光刻机高结构刚度和大质量的矛盾。为内部框架残余振动的PSD要求在1~rres2)／Hz@1．2～了克服这个的矛盾，必须寻求一种可

7、补偿的减振系100Hz，稳定时间5O～100ms，位置稳定性10gm。统来提高光刻机减振的性能，进一步降低光刻机的通过分析，我们发现影响系统稳定性的关键因素是结构刚度并减小质量，所以近期的步进光刻机普遍运动反力F，所以KRF光刻机采用了反力外引减振使用了一体式主动减振构架。如图2所示，这个主构架，这是一种介于一体式和分体式减振构架的形动减振系统包含安装在内部框架的加速度传感器，安式。如图3所示，该构架与一体式减振构架的区别装在外部框架上的加速度传感器2，与空气弹簧并在于将运动平台的水平反作用力通过特殊的接口联的作动器厂(可以是气动、压电或电机)以

8、及控(支架、弹簧、阻尼器和电机等)引导到外部框架制器。由于采用了作动器，减振系统可以通过加速上，使得内部框架水平反力冲击减小；另一方面，