光刻設(shè)備位置控制

光刻設(shè)備位置掌握使現(xiàn)代芯片制造成為可能步進(jìn)式光刻機(jī)和掃描式光刻機(jī)是用于制造集成電路的極其簡(jiǎn)單的機(jī)器用光學(xué)系統(tǒng)將一個(gè)石英碟盤(pán)〔這叫做掩模件〔這叫做晶片〕的光敏層上形成成像。晶圓，直徑為200或者300mm，通常用硅來(lái)制造。由于一個(gè)晶片能夠包含很多的集成電路，通常是100個(gè)或更多，晶片需要在連續(xù)的曝光中被重定位。曝光發(fā)生在晶片和掩模件的掃描移動(dòng)過(guò)程中。芯片制造業(yè)不斷努力將更多的功能封裝到每個(gè)IC中。這一進(jìn)步對(duì)存儲(chǔ)芯片的容量40年[1]。圖1GBNAND個(gè)IC中能夠生產(chǎn)的最小部件的大小，受到成像光的波長(zhǎng)、透鏡材料的折射率以及基片材料中單個(gè)原子的大小的限制。今日，這個(gè)最小的特征尺寸大約是20納米[2]，1納米是百萬(wàn)分之一毫米。間允許的位置誤差僅為幾nm，是最小特征值的一小局部。測(cè)量系統(tǒng)、環(huán)境條件以及掌握策略是獲得如此高精度的關(guān)鍵因素。其次，這些機(jī)器需要在每小時(shí)處理大量的晶片。每小時(shí)處理175個(gè)晶片的吞吐量并不罕見(jiàn)，每個(gè)晶片允許的處理時(shí)間僅為20秒或者每次曝光0.2s。曝光期間晶片掃描速度為0.6至1m是標(biāo)準(zhǔn)速度。高加速度(20-40m/s2)所需的力會(huì)引起振動(dòng)，這與納米級(jí)定位精度相沖突。掩模的移動(dòng)通常是四倍的速度，相應(yīng)的加速度更高?？虙呙枋焦饪虣C(jī)的最技術(shù)。具有更小的特征的集成電路，為芯片制造商供給更高的利潤(rùn)，要是穩(wěn)健的，以免在機(jī)器-機(jī)器的根底上精細(xì)手工調(diào)整。表1總結(jié)了步進(jìn)式光刻機(jī)和掃描式光刻機(jī)技術(shù)在1994年和2023年之間的進(jìn)步。通過(guò)將晶片直徑放大一倍，將每小時(shí)處理的晶片數(shù)量增加兩倍并且將最小特征尺寸減小17.5倍，光刻機(jī)每小時(shí)生產(chǎn)的位數(shù)增加了2200倍。晶片和掩模件移動(dòng)需求的高速和高加速度在多數(shù)狀況下是由線(xiàn)性電機(jī)供給的應(yīng)力施加在支撐構(gòu)造上。這些力能夠大至5000至10000N。機(jī)器的動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)必需確保這些感應(yīng)力與定位測(cè)量系統(tǒng)和投射光學(xué)設(shè)備相隔離ms的穩(wěn)定時(shí)nm可以使用典型的單輸入，單輸出掌握器。半導(dǎo)體制造的光刻過(guò)程resistresist4〔叫做die〕的最大尺寸一般是26*32mm；一個(gè)die上能夠包含多個(gè)獨(dú)立的IC成像。圖2上顯示了一個(gè)光刻過(guò)程的原理圖。射率不同而引起光越軌，需要單色光。在穿過(guò)掩模件之后光進(jìn)入投射透鏡，在晶片上成像。為了曝光die，移動(dòng)晶片把die放在透鏡下。然后翻開(kāi)光源始終到晶片上的光照量die重復(fù)30到60次直到晶片上的涂層堆形成一個(gè)可工作的電子設(shè)備。為了避開(kāi)芯片功能涂層匹配。與在圖2中用線(xiàn)條勾畫(huà)出的透鏡不同，一個(gè)真實(shí)的透鏡由10-30個(gè)光學(xué)元件組成。晶片被放在平板-工件臺(tái)上。365、248、193、157直至最近被使用的13.5nm的投射光的小的圖樣。更小的構(gòu)造使得能夠在芯片上制作密度更高的電子回路，能夠使CPU的處理力量更高、存儲(chǔ)空間更大。成像根底投射光的波長(zhǎng)λ與掩模件上的圖樣刻線(xiàn)的次序一樣，因此必需要考慮衍射作用。假設(shè)掩模件圖樣由具有間隔周期L的均勻間隔線(xiàn)組成，尤其存儲(chǔ)芯片是這樣的。掩模件扮演一個(gè)光柵的角色，將入射波束以公式〔1〕算出的角αn衍射，式中整數(shù)n代表穿過(guò)光路的次0次的光，以與入射光一樣的角度穿過(guò)掩模件，強(qiáng)度I0等于掩模件入射光強(qiáng)的一半。強(qiáng)度的下降是由掩模件上的線(xiàn)引起的，其屏蔽一半的入0；奇數(shù)級(jí)的強(qiáng)度等于〔2/πn〕I0，正如圖3中進(jìn)一步說(shuō)明的。衍射級(jí)數(shù)能夠被當(dāng)作傅立葉級(jí)數(shù)的組成局部來(lái)分析組成強(qiáng)度圖樣，式中L是圖樣刻線(xiàn)，x是圖樣中的位置，正如圖3中示意的。不是全部的掩模件層上的衍射級(jí)數(shù)都能被投射透鏡捕獲到并在晶片上成像。尤其只有衍射角小于90度的晶片上把它自身復(fù)制為柱形圖樣。假設(shè)只有0級(jí)和1級(jí)的級(jí)數(shù)被透鏡捕獲，會(huì)在晶片外表留下一個(gè)正弦圖樣，由于僅僅傅立葉級(jí)數(shù)的0級(jí)和1級(jí)成分被重組。在到達(dá)一個(gè)特定劑量制作線(xiàn)和線(xiàn)間隙來(lái)說(shuō)，成像至正負(fù)1級(jí)因此足夠了。假設(shè)只有0級(jí)被透鏡捕獲并被投射到晶片上，那么在晶片上僅僅會(huì)剩下平均值為I0強(qiáng)度的光，圖樣的不會(huì)在其上成像。透鏡能夠在晶片上成像的最大角的正弦值被稱(chēng)為 NA(numericalaperture)。有用極限大約是NA=0.93。在投射透鏡和晶片之間增加一個(gè)水層叫做浸沒(méi)式光刻通過(guò)水的折射系數(shù)增大通常的m的波長(zhǎng)的在水中的折射系數(shù)是通過(guò)公當(dāng)1及sin)時(shí)晶片上的成像圖樣的最小對(duì)應(yīng)刻線(xiàn)L在當(dāng)今的浸沒(méi)式光刻機(jī)中，波長(zhǎng)等于193nm，NA=(0.93)*(1.44)，最小刻線(xiàn)L等于144nm。通過(guò)優(yōu)化光學(xué)系統(tǒng)，最小刻線(xiàn)能夠被減半至72nm。在IC制造行業(yè)，通常會(huì)提及二分之一刻線(xiàn)，是36nm。這個(gè)值是單工序曝光處理的最小理論關(guān)鍵長(zhǎng)度。通過(guò)承受多重曝光技術(shù)，可以生產(chǎn)更小的元件。定位準(zhǔn)確標(biāo)準(zhǔn)圖2顯示了依據(jù)投射透鏡固定的掩模件和晶片。在實(shí)踐中，掩模件和晶片被放在可以像偏移或者會(huì)造成晶片外表離開(kāi)透鏡聚焦圓盤(pán)區(qū)所需要的精度。曝光期間的位置誤差打算著像被放置在晶片上的位置。下面的測(cè)量稱(chēng)為移動(dòng)平均值MA(movingaverage)，定義為公式4中的T代表曝光時(shí)間，誤差e(t)代表位置誤差函數(shù)，以時(shí)間t為變量。沒(méi)有保持相機(jī)穩(wěn)定不動(dòng)。這里，曝光過(guò)程定位誤差的移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)差〔MSD〕是重要的測(cè)量，如下MSD代表定位誤差的高頻成分，而MA代表定位誤差的低頻成分，通過(guò)曝光時(shí)間T來(lái)確定邊界。對(duì)于38nm二分之一刻線(xiàn)光刻機(jī)，MA1nm以?xún)?nèi)，MSD必需小于7nm寸和線(xiàn)間隔尺寸的比值。與透鏡光學(xué)軸方向平行的Z像定位誤差MA和MSD值形式的聚焦誤差也會(huì)影響成像誤差。聚焦誤差通?？梢员人较蚨ㄎ徽`差大10步進(jìn)式光刻機(jī)根本運(yùn)行在圖4中用圖線(xiàn)勾畫(huà)顯示的步進(jìn)式光刻機(jī)是1997光晶片上的每個(gè)die，之后重定位晶片至下一個(gè)die的位置。重復(fù)這個(gè)過(guò)程直到整個(gè)晶片都被曝光。投射透鏡被固定在一個(gè)被稱(chēng)為機(jī)架的機(jī)械架子上充氣式振動(dòng)隔離器來(lái)支撐。隔離器，作為具有1HZ以?xún)?nèi)的消減頻率的弱彈簧工作，將地面的振動(dòng)屏蔽掉使其不能進(jìn)入機(jī)架。此被接在外圍的架子上來(lái)。在圖4中，由于鏡面外表，固定晶片的工件臺(tái)被稱(chēng)為反光鏡模塊，由于有它可以進(jìn)展機(jī)架上，干預(yù)儀位置測(cè)量就是反光鏡模塊與透鏡的相對(duì)位置測(cè)量。測(cè)量投射透鏡下面晶片外表高度和傾斜度的傳感器也被接在傳感器板上要能夠保持晶片外表處在透鏡的聚焦圓盤(pán)區(qū)層的存在，有必要測(cè)量和掌握晶片的高度。在圖4中，反光鏡模塊由一個(gè)空氣足來(lái)支撐?？諝庾闶沟梅垂忡R模塊能夠漂移在拋光大理石頂上的一層空氣之上為了提高氣足接在石頭上的垂向穩(wěn)定度為了能夠水平移動(dòng)反光鏡模塊，電機(jī)被放在一個(gè)H形的構(gòu)件之中。晶片臺(tái)，由一個(gè)反作為執(zhí)行器工作又作為牽引器工作，參見(jiàn)圖5。一個(gè)線(xiàn)性電機(jī)在X方向上推開(kāi)工件臺(tái)，并同時(shí)作為滾輪支撐件的牽引導(dǎo)軌。X電機(jī)本身既能夠在y向移動(dòng)也能夠通過(guò)兩個(gè)y向電機(jī)圍著z軸沿著旋轉(zhuǎn)方向θ來(lái)移動(dòng)。這些電機(jī)也作為用來(lái)托起xy阻尼粘性材料與石頭連接。石頭被懸掛在機(jī)架之下，通過(guò)葉狀彈簧來(lái)連接。被安裝在空氣足和反光鏡模塊之間的垂向執(zhí)行器讓反光鏡模塊能夠在z以圍繞x軸或者y軸進(jìn)展旋轉(zhuǎn)，角度分別叫做χψ。動(dòng)力學(xué)以及掌握方面圖6顯示了水平方向x向和y向以及θ的根本掌握方案。在使用透鏡中心下焦點(diǎn)定義的透鏡坐標(biāo)系中，通過(guò)干預(yù)儀來(lái)測(cè)量工件臺(tái)在這幾個(gè)方向的位置。在圖5中，能夠看出干預(yù)要在角度χ和ψ的根底上對(duì)位置進(jìn)展修正，以在一個(gè)較低的高度給出額外的干預(yù)光束。這Abbey電機(jī)和x力矩FX、FyTZ的換算需要將移動(dòng)方向上的穿插降至最小。首先，為了在y向移開(kāi)工件臺(tái)，電機(jī)y1和y2出力之間恰當(dāng)?shù)钠胶庵饕Q于x向的實(shí)際位置。假設(shè)x<0，參見(jiàn)圖5，電機(jī)y1需要比電機(jī)y2更大的電流。通過(guò)l表示兩個(gè)y電機(jī)定子之間的距離。兩個(gè)電機(jī)的出力Fy1和力Fy2作用在工件臺(tái)上產(chǎn)生的一個(gè)合力Fy和一個(gè)力矩Tz主要取決于實(shí)際的x將相應(yīng)矩陣求逆得到需要的兩個(gè)y驅(qū)動(dòng)器出力的安排值。在x方向上，出力Fx適用于于工件臺(tái)質(zhì)心，因此需要的x向加速度僅僅需要x電6decoupling9。另外，θx向或者y工件臺(tái)和透鏡坐標(biāo)的解耦方式，稱(chēng)為增益規(guī)劃，在圖6中并沒(méi)有顯示它但是在后面將會(huì)對(duì)其做更具體介紹。全部透鏡坐標(biāo)系中的力〔FX,FY,TZ〕換算為各自執(zhí)行器的力，加上這些一樣坐標(biāo)系中測(cè)量位置的測(cè)量系統(tǒng)，需要承受三個(gè)獨(dú)立的SISO掌握器。每個(gè)掌握器能夠?qū)崿F(xiàn)1/ms2力學(xué)換算功能。然后，抱負(fù)換算功能受到三個(gè)方面的限制。第一，y向執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)力輪番給反光鏡模塊加速推動(dòng)x電機(jī)定子。驅(qū)動(dòng)力受通過(guò)滾輪支撐件來(lái)起作用，在圖5中用彈簧來(lái)表示它。動(dòng)態(tài)地，力通過(guò)這些彈簧起作用產(chǎn)生了共振。離機(jī)架的大理石部件上，反作用力激發(fā)機(jī)架并且有可能使透鏡發(fā)生共振。圖7給出了一個(gè)受工件臺(tái)移動(dòng)影響造成的機(jī)架和透鏡的共振會(huì)造成抖動(dòng)觀(guān)看。圖8顯示了工件臺(tái)活動(dòng)通道傳遞函數(shù)以及工件臺(tái)反作用力通道傳遞函數(shù)。盡管一般作用力通道會(huì)影響合成的傳遞函數(shù)以至于反作用力通道限制了可獲得的工件臺(tái)掌握帶寬。牽引方向。在nm函數(shù)，如圖9所示。牽引導(dǎo)軌和滾輪的機(jī)械承受力量、預(yù)張力以及潤(rùn)滑作用形成了限制摩擦因剛度的要素。作為一個(gè)例如，使用了一個(gè)具有低通濾波器的30HZ帶寬的比例積分微分PID掌握器，其傳遞函數(shù)為PIDfvw，整數(shù)頻率fi、差分頻率fd以及低通濾波參數(shù)p和Zp之間的比值由因數(shù)α2Z7。一個(gè)更大的α值會(huì)產(chǎn)生一個(gè)更好的相角域度但卻會(huì)減弱低頻段的抗干擾力量。圖10和11分別顯示了開(kāi)環(huán)bode圖和Nyquist曲線(xiàn)圖。圖11顯示了由于機(jī)架共振，由其是在60HZ四周，更大的開(kāi)環(huán)增益會(huì)引起不穩(wěn)定。除了反響掌握器之外，供給了一個(gè)前饋掌握器，如圖6所示。通過(guò)將兩重微分參照位置獲得的加速度設(shè)定值乘以工件臺(tái)質(zhì)量m和慣性量J，然后把乘積疊加在掌握器輸出個(gè)平滑位置參數(shù)不是問(wèn)題但是參數(shù)值設(shè)計(jì)本身是一個(gè)格外值得關(guān)注的有意思的專(zhuān)題。圖12顯示了加速度設(shè)定值限定在10m/s2時(shí)，工件臺(tái)對(duì)參照位置變化的時(shí)間響應(yīng)。圖12〔a〕顯示了一個(gè)具有一個(gè)刻度加速度的20mm的工件臺(tái)移動(dòng)設(shè)定值和實(shí)際位置。在這個(gè)刻度線(xiàn)圖中，工件臺(tái)精準(zhǔn)地跟隨它的設(shè)定值。圖12〔b〕顯示了掌握器誤差，在移動(dòng)時(shí)它在50um范圍內(nèi)，并且移動(dòng)完后它漸漸地下降。成像誤差，用于定義晶片上的像的誤差，反作用力而激發(fā)振動(dòng)。在這些頻率下，工件臺(tái)的抗干擾力幾乎不起作用由于它的帶寬是30HZ。設(shè)計(jì)。系統(tǒng)中生成的垂向驅(qū)動(dòng)力和水平向驅(qū)動(dòng)力一樣多，造成相像的機(jī)架共振作用。步進(jìn)式成像MAMSD圖13在100ms13〔a〕顯示了原始伺服誤差和在0.09s13〔b〕顯示了MA和MSD的時(shí)間函數(shù)值。留意在100ms之后可以計(jì)算出第一個(gè)有實(shí)際意義的MA和MSD值。依據(jù)公式4和5各自對(duì)MA和MSD13t=50msMA和MSD值能夠在t=0.14s讀到，在加速階段完畢后的50ms處。圖13〔c〕用放大的垂向刻度來(lái)顯示數(shù)值。在正負(fù)200nm的地方繪制了點(diǎn)劃線(xiàn)?？梢钥闯黾僭O(shè)曝光過(guò)程允許的MA最大值是sMA和MSD值，在t=0.35s處顯示。在那個(gè)時(shí)間處MSD值等于2um；假設(shè)這個(gè)值與成像過(guò)程不匹配，那么需要確定一個(gè)更長(zhǎng)的穩(wěn)定時(shí)間。掃描式光刻機(jī)使用標(biāo)準(zhǔn)圓形投射透鏡在鏡片上曝光芯片的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)方形32mm直徑的透鏡像場(chǎng)能夠曝光22*22mm見(jiàn)方的die。為了制作更大的集成電路，需要更大的透鏡，然而，這個(gè)透鏡會(huì)一種比以前更寬的長(zhǎng)方形透鏡像場(chǎng)，通常是26mm。在掃描方向，透鏡像場(chǎng)更小，比方，例810mm14代替上面介紹的步進(jìn)-曝光原理，在步進(jìn)-掃描方法中，每次曝光通過(guò)掃描移動(dòng)晶片通過(guò)投射夾縫來(lái)生成。圖14顯示了的曝光像場(chǎng)。晶片掃描過(guò)的長(zhǎng)度定義了die的高度，其通常等于32mm。因此，通過(guò)承受步進(jìn)-掃描方法，使用同樣的投射透鏡能夠生成更大的像。這種光刻機(jī)稱(chēng)為掃描式光刻機(jī)，在大約1997年的時(shí)候被投入市場(chǎng)。把步進(jìn)式光刻機(jī)換為掃描式光刻機(jī)承受的主要方法在下面進(jìn)展介紹。是1/4，需要以晶片四倍的掃描速度掃描移動(dòng)掩模件。掩模件的移動(dòng)、晶片的移動(dòng)以及投射操作。片和掩模件已經(jīng)加速移動(dòng)至die的起始位置，它們都必需以需求的精度處在正確的位置上，die掃描性能測(cè)量圖15的同步恒速移動(dòng)，和前面的提到的一樣逐步曝光每個(gè)die。連續(xù)線(xiàn)代表晶片的移動(dòng)，是把工die的起始位置的步進(jìn)移動(dòng)。在做這些步進(jìn)移動(dòng)時(shí)，關(guān)閉光源。圖16顯示了掃描期間工件臺(tái)移動(dòng)的更具體的時(shí)間流程圖。圖16〔b〕顯示了加速度設(shè)t=t0碟上的第一個(gè)曝光點(diǎn)在t=t1t=t2t1,t2]間隔內(nèi)的工件臺(tái)定位誤差打算堆疊和成像的效果。因此，第一個(gè)間隔計(jì)算出的MA和MSD值對(duì)應(yīng)die上第一個(gè)點(diǎn)的定位誤差效果。當(dāng)t=t3，die上的最終一個(gè)點(diǎn)進(jìn)入夾縫并且最終在t=t4時(shí)，die再離開(kāi)夾縫，產(chǎn)生最終一個(gè)窗口間隔[t3,t4]，需要計(jì)算這段時(shí)間的MA和MSD值。因此，工件臺(tái)的全部掃描長(zhǎng)度等于die的長(zhǎng)度加上夾縫的高度，再加上工件臺(tái)穩(wěn)定需要t=t4die的起始位置的走軌跡活動(dòng)。掃描式光刻機(jī)動(dòng)力學(xué)構(gòu)造變化掉。圖17顯示了改進(jìn)的系統(tǒng)。工件臺(tái)執(zhí)行器不再與大理石連接而是被安裝在一個(gè)外圍基座上。計(jì)量架子還是通過(guò)隔離器懸掛在基座之外。掩模件也被放置在一個(gè)移動(dòng)的工件臺(tái)上。自然解除。由于施加在工件臺(tái)上的驅(qū)動(dòng)力僅僅線(xiàn)性地取決于執(zhí)行器電流并且獨(dú)立于定子移1mm的范圍，這對(duì)于需要傳送至少300mm的工件臺(tái)來(lái)說(shuō)是不夠的。通過(guò)引入另一種執(zhí)行卻導(dǎo)管穿插纏繞。圖18顯示了一個(gè)連接短行程和長(zhǎng)行程工件臺(tái)掌握器的掌握原理圖。掌握環(huán)中包含的HSS代表16H1S代表長(zhǎng)行程掌握系統(tǒng)。每一個(gè)軸可以被分別分析由于掌握驅(qū)動(dòng)力的解耦。長(zhǎng)行程系統(tǒng)被要求跟隨短行程系統(tǒng)以保持線(xiàn)圈和短行程洛侖茲執(zhí)行器的磁場(chǎng)嚴(yán)密關(guān)聯(lián)。因此，一個(gè)傳感器測(cè)量長(zhǎng)行程相對(duì)短行程的位置，在圖18中用diff信號(hào)來(lái)表示。這個(gè)差值被XSS能夠被當(dāng)作長(zhǎng)行程系統(tǒng)掌握環(huán)的參照位置。設(shè)計(jì)長(zhǎng)行程掌握器C1S(S)用于長(zhǎng)行程系統(tǒng)質(zhì)量和動(dòng)力學(xué)屬性，沒(méi)有將短行程屬性考慮在內(nèi)。在長(zhǎng)行程中，開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)，短行程系統(tǒng)是不行見(jiàn)的，由于短行程依據(jù)干預(yù)儀走軌跡并且和長(zhǎng)行程進(jìn)展了解耦。加速的力之外，短行程加速給長(zhǎng)行程移動(dòng)施加了反作用力。接進(jìn)入到silent、vibration-free、底層根底區(qū)域。借助高度傳感器測(cè)量的晶片高度，在掃描期間需要調(diào)整高度?，F(xiàn)在需要耦合水平向和垂向掌握環(huán)。圖19顯示了力矩TX繞x軸力矩的結(jié)果，也就是工件臺(tái)繞它的質(zhì)心的轉(zhuǎn)角。轉(zhuǎn)角x造成一個(gè)不需要的y向偏移量h1sx。通過(guò)把力Fy=h1s(m/Jx)TX與y掌握器輸出相加，這個(gè)偏移量可以被修正。還有一個(gè)散焦作用，因此需要一個(gè)額外的力FZ。這些工序表示了從步進(jìn)式光刻機(jī)的完全獨(dú)立的水平向和垂向掌握6通過(guò)去除反作用力，圖8中的反作用通道被消退了因此不再是工件臺(tái)掌握器設(shè)計(jì)的要素。這個(gè)進(jìn)步可以承受更大的帶寬和相應(yīng)的更小的掌握器誤差。電機(jī)-反光鏡模塊的耦合起剛度將耦合頻率從200HZ提高到400HZ，并且相應(yīng)地把帶寬從30HZ提高到80HZ。圖20顯示了一例時(shí)域行為的典型例如。這里，使用了圖表3的掃描參數(shù)。圖20〔a〕使用時(shí)間函數(shù)顯示了加速度、速度以及位置曲線(xiàn)；圖20〔b〕顯示了移動(dòng)期間的原始掌握器誤差。豎直〔〔〕以及恒速階段末尾之間的掃描周期使用灰亮面來(lái)標(biāo)示。在穩(wěn)定后，全部的掃描長(zhǎng)度等于42mm，包括32mm的die長(zhǎng)度和10mm的夾縫高度。在轉(zhuǎn)變加速度設(shè)定值后，可以看到造成的，傳遞函數(shù)中包括的電機(jī)共振頻率是400HZ。圖21顯示了掃描的MA和MSD值。由于在這個(gè)例如中的夾縫高度等于10mm而且掃描速度等于250mm/s，MA/MSD計(jì)算使用的窗口時(shí)間等于40ms。這個(gè)窗口是碟上的每個(gè)MA/MSD值消滅在穩(wěn)定階段之后的20ms處。圖21〔a〕顯示了原始掌握器誤差和加速度設(shè)定值的刻度線(xiàn)圖；豎直點(diǎn)劃線(xiàn)與加速階段末尾相重合。掃描局部還用灰亮面來(lái)標(biāo)示。圖21(b)顯示了MA/MSD值，使用灰亮面來(lái)標(biāo)示die上被第一個(gè)點(diǎn)和最終一個(gè)點(diǎn)分界的相關(guān)數(shù)值。圖21〔C〕放大顯示了圖b。能夠看出在碟的起始位置，MA和MSD都近似是10nm。因此，承受前面介紹的系統(tǒng)，能夠以10nm需求的MA和MSD值進(jìn)展成像。雙工件臺(tái)掃描式光刻機(jī)大約2023年時(shí)，半導(dǎo)體制造業(yè)需要晶片的尺寸從直徑200mm變到300mm，這300mm的晶片，不得不變得更快以便保證每小時(shí)吞吐的晶片的數(shù)量足夠高最小特征尺寸。得不制造的構(gòu)造，恒速移開(kāi)工件臺(tái)及垂向高度調(diào)整驅(qū)動(dòng)作用在計(jì)量構(gòu)造上產(chǎn)生更小的干布圖。最終，需要減小更換晶片和安排晶片消耗的時(shí)間以便維持機(jī)器的高吞吐量。個(gè)的循環(huán)。承受這種方法，通過(guò)消退曝光周期中的開(kāi)銷(xiāo)時(shí)間，可以擴(kuò)大晶片的處理數(shù)量。工件臺(tái)加速度和速度的增加進(jìn)一步提高了吞吐量22顯示了一個(gè)市面上可用的光刻工具，23雙工件臺(tái)掃描光刻機(jī)的構(gòu)造變化動(dòng)力學(xué)構(gòu)造的主要變化是使用了多個(gè)質(zhì)量平衡塊于質(zhì)量平衡塊的質(zhì)量遠(yuǎn)大于工件臺(tái)的質(zhì)量，它移動(dòng)的更小。為了防止質(zhì)量平衡塊的漂移，使用執(zhí)行器掌握質(zhì)量平衡塊的位置。圖24顯示了掌握原理圖。移開(kāi)工件臺(tái)需要的一個(gè)反作用力FS施加在質(zhì)量平衡塊mb上。使用工件臺(tái)的位置Xs和質(zhì)量平衡塊的位置Xb計(jì)算結(jié)合系統(tǒng)的重心Xcog。在圖24中，為了使用標(biāo)準(zhǔn)掌握器設(shè)計(jì)，將Xcog乘以mb+ms。只要Xcog等于0，質(zhì)量平衡塊就不會(huì)移動(dòng)；只有背離會(huì)在質(zhì)量平衡塊上施加一個(gè)反作用掌握力參見(jiàn)圖23，工件臺(tái)漂移在其之上的基座不再是隔離機(jī)架的組成局部而是被接在基也供給這些豎直方向的隔離。由于豎直方向上需要的移動(dòng)范圍小于1mm，不需要單獨(dú)的長(zhǎng)6現(xiàn)在在全部自由度上通過(guò)干預(yù)儀射向投射透鏡的參照光束來(lái)測(cè)量工件臺(tái)位置位在投射透鏡之下的工件臺(tái)被指派給6自由度的掩模件。知道了晶片外表相對(duì)于工件臺(tái)的位置以及知道了工件臺(tái)相對(duì)于掩模件的位置，曝光可以開(kāi)頭了。工件臺(tái)的六自由度集成掌握現(xiàn)在我們集中關(guān)注裝有全部洛侖茲執(zhí)行器的6自由度工件臺(tái)的掌握，這意味著6自由最小，使得能夠使用6個(gè)SISO256SISO過(guò)程建立模塊度和壓力進(jìn)展修正。另外，機(jī)械上的錯(cuò)位，也就是點(diǎn)誤差以及鏡面的不平坦度需要被修正。全部傳感器的修正數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換為測(cè)量系統(tǒng)的笛卡爾坐標(biāo)，給出透鏡坐標(biāo)系中的平臺(tái)位置，透鏡坐標(biāo)系的原點(diǎn)在透鏡中心下方的聚焦圓盤(pán)區(qū)內(nèi)。此公式中，θ表示繞z軸的轉(zhuǎn)角，χ表示繞x，ψ表示繞y由6個(gè)SISO件臺(tái)質(zhì)心并不和透鏡坐標(biāo)系原點(diǎn)相重合，說(shuō)明必需把透鏡坐標(biāo)系中的驅(qū)動(dòng)力轉(zhuǎn)換為工件臺(tái)坐標(biāo)系中的驅(qū)動(dòng)力。，由于傳送最終是位置獨(dú)立的，這個(gè)工序叫做增益規(guī)劃。下一工序是接著把工件臺(tái)坐標(biāo)系中的驅(qū)動(dòng)力轉(zhuǎn)換為各個(gè)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力。這一工序稱(chēng)為增益平衡，完全由電機(jī)在工件臺(tái)內(nèi)的幾何排布打算。在此工序中，使用一個(gè)x執(zhí)行器和兩個(gè)y執(zhí)行器，參見(jiàn)圖26。水平向增益規(guī)劃圖27顯示了工件臺(tái)的位置XS和它在透鏡坐標(biāo)中的位置Xl。目的是把透鏡坐標(biāo)系中的水平驅(qū)動(dòng)力轉(zhuǎn)換為工件臺(tái)坐標(biāo)系中的驅(qū)動(dòng)力，使用公式留意θ角沒(méi)有下標(biāo)由于θ與坐標(biāo)系無(wú)關(guān)。在矩陣式中，但是由于需要函數(shù)XS=f(Xl)，兩次微分得出加速度XS和ys與XL和yl的關(guān)系，得出將小角度近似sin〔θ〕≈θ，cos(θ)≈1代入公式15和16接著，假設(shè) ，公式17和18變?yōu)樵谄毓鈷呙杵陂g，θ盡可能保持不變，這樣使假設(shè)條件 成立。角速度χ和ψ可能比 θ角大得多，由于 晶片外表走軌跡。盡管如此我們也將假定 、，由于影響聚焦誤差的χ和ψ的允許位置誤差要大得多。表格4列出了 方程式中的主要局部。除了主要的X加速局部 ， 項(xiàng)起的作用最大。這項(xiàng)指出工件臺(tái)中心需要一個(gè)額外的與θ加速度成比例關(guān)系的x加速度，再乘以工件臺(tái)中心至透鏡中心的距離y。沒(méi)有這項(xiàng)，θ加速度將會(huì)導(dǎo)致一個(gè)相對(duì)于透鏡x向的漂移，取決于y的位置。增加這項(xiàng)保證工件臺(tái)具有θ角加速度時(shí)曝光位置處在透鏡中心之下。工件臺(tái)現(xiàn)在圍著透鏡中心而不面的垂向構(gòu)造?？死飱W利項(xiàng) 的產(chǎn)生在圖28中通過(guò)Y向和χ方向進(jìn)展了解釋。從左至右，工件臺(tái)以恒定速度沿著y向正方向移動(dòng)，同時(shí)圍著χ方向正方向旋轉(zhuǎn)。Thedefocuszatthepointofinterestincreasesquadraticallywithtime.與y和χ的乘積成比例關(guān)系的恒定z且保持晶片處在透鏡聚焦圓盤(pán)區(qū)內(nèi)。通過(guò)公式9和x和y力來(lái)計(jì)算得出，通過(guò)代入工件臺(tái)質(zhì)量m與z軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣性常數(shù)JZ，即，掌握器得出的繞Z軸的力矩TZ在θFxs和Fys需要的變量不是直接可用的測(cè)量值，比方y(tǒng)l和θ。還有，盡管被測(cè)變量yl和θ是可用的，但是期望些變量的設(shè)定值，由于實(shí)際位置和速度以及各設(shè)定值之間的偏差比設(shè)定值確實(shí)定值小得多。圖29顯示了公式21和22水平向掌握力Fxl、Fyl、Tzl組成。增益規(guī)劃、輸出掌握力和力矩使用工件臺(tái)坐標(biāo)系。垂向增益規(guī)劃在豎直方向有一個(gè)相像的耦合，具有一個(gè)額外的元素，工件臺(tái)質(zhì)心處在晶片外表之下hls，見(jiàn)圖19。x和y軸轉(zhuǎn)角造成z位置和y或x位置的漂移。因此，力矩TX需要協(xié)作著力FZ和Fy以使晶片外表處在透鏡聚焦圓盤(pán)區(qū)并且防止成像在y向偏移。計(jì)算和水平狀況相像得出補(bǔ)償力總水平向驅(qū)動(dòng)力FXS和Fys通過(guò)合并公式21、22和23-25來(lái)得到，考慮到Fxl和Fyl需要被代入僅一次。力矩Tx、Ty和Tz不需要調(diào)整，因此與透鏡和工件臺(tái)坐標(biāo)系統(tǒng)中相像。.圖30顯示了工件臺(tái)傳遞函數(shù)的6*6bode線(xiàn)上，質(zhì)量線(xiàn)是可見(jiàn)的。在〔x,y〕圓盤(pán)區(qū)內(nèi)的全部位置，Tx對(duì)y以及Ty對(duì)x的干擾是可見(jiàn)的，這取決于高度h1s。假設(shè)工件臺(tái)沿著x軸正方向移動(dòng)，從Tz對(duì)y以及Ty對(duì)z產(chǎn)生額外的穿插項(xiàng)。類(lèi)似地，沿著y向正方向的移動(dòng)會(huì)造成Tz對(duì)x以及Tx對(duì)z的穿插項(xiàng)。當(dāng)承受前面介紹的增益規(guī)劃技術(shù)時(shí)，只有斜線(xiàn)項(xiàng)剩下并且解耦精準(zhǔn)。工件臺(tái)動(dòng)力學(xué)效果如同前面介紹的步進(jìn)式光刻機(jī)和掃描式光刻機(jī)狀況，電機(jī)沒(méi)有與反光鏡模塊固定連接。迄今，我們僅僅分析了1自由度的狀況，但是為了爭(zhēng)論有限剛度對(duì)解耦質(zhì)量的作用并且增加掌握行為，我們需要做6自由度分析。圖26顯示了供給工件臺(tái)驅(qū)動(dòng)力的電機(jī)模塊的原理圖x和y800HZ和900HZ上產(chǎn)生共振，而在z向上是500HZ。扭轉(zhuǎn)模態(tài)具有更高的頻率。水平向掌握器的帶寬被增加到200HZ，而在豎直方向上使用100HZ的帶寬，這是由第一次共振的較低頻率打算的。在316*6傳遞函數(shù)，而紅色曲線(xiàn)顯示了經(jīng)過(guò)初始增益規(guī)劃的傳遞函數(shù)，在〔x,y〕=〔150,150〕mm的位置?？梢杂^(guān)看到兩個(gè)主要效應(yīng)。首先，穿插項(xiàng)不再完全被降至0。在有的方向，使用的施加在結(jié)果位置的力或者力矩原始傳遞函數(shù)顯示了質(zhì)量行為具有一個(gè)-40dB/有的。由于電機(jī)與工件臺(tái)相接，Ty不徹底的解耦意味著每個(gè)掌握器會(huì)受到其它移動(dòng)方向的干擾