掩模台机械系统设计及仿真

论文摘要

光刻机是集成电路产业的基础设备,光刻机的线宽决定着集成电路的特征尺寸。光刻机研制水平的提高能够带动整个集成电路产业界的技术升级,能够有效地促进国家经济的发展和提高国家高技术领域的核心竞争力。光刻机俨然已成为衡量国家综合国力的重要标志。极紫外光刻机是当今光刻机研制中的热点。掩模台是极紫外光刻机中的核心组成部分,由于极紫外光刻机套刻精度和产业化的要求,掩模台要实现高速大行程的纳米级运动,这使得掩模台成为了一个电、气、磁耦合的复杂机械系统。利用SolidWorks、ANSYS静力分析、ANSYS模态分析和ANSYS拓扑优化初步完成了对掩模台的结构设计和优化,使其固有频率和质量都能达到设计要求。掩模台设计成宏动台和微动台的双级结构。宏动台采用“H”型直线电机驱动和气浮导轨支撑,微动台采用音圈电机驱动和支撑。直线电机的启动和停止会引起掩模台的超调,因此对微动台、掩模支撑系统、基座系统分别进行了瞬态分析,得到了相应的稳定时间。直线电机的电磁力存在周期性的波动,这个波动会影响宏动台的振动。利用ANSYS谐分析得到了掩模支撑系统的最大振动幅值。为了得到外界干扰的影响,对基座系统进行了随机振动分析。利用SolidWorks、GAMBIT和FLUENT完成了对气浮导轨的设计,使得每个气浮滑块竖直刚度为93.46 N/μm,水平刚度为121.56 N/μm。掩模板的变形会直接影响到套刻精度,因此对掩模板进行了热-结构耦合分析。当掩模板变形产生的套刻误差超出设计指标值时,提出了三条改进措施,最终使其达到设计指标。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及研究目的和意义
• 1.2 国内外研究状况
• 1.2.1 国外光刻机的研究状况
• 1.2.2 国内光刻机的研究状况
• 1.2.3 掩模台关键技术研究
• 1.3 本课题的主要研究内容
• 第2章 结构设计及优化
• 2.1 引言
• 2.2 掩模微动台
• 2.2.1 掩模板的选材和定位安装
• 2.2.2 微动台的驱动、支撑和测量
• 2.2.3 掩模框架的设计
• 2.2.4 微动台整体结构
• 2.3 掩模宏动台
• 2.3.1 掩模连接板的设计
• 2.3.2 掩模支撑板的设计及结构优化
• 2.3.3 平衡质量块的设计
• 2.4 基座及掩模台整体结构
• 2.5 本章小结
• 第3章 掩模台静动态分析
• 3.1 引言
• 3.2 掩模板静力分析
• 3.3 微动台瞬态分析
• 3.4 掩模支撑系统动力学分析
• 3.4.1 掩模支撑系统瞬态分析
• 3.4.2 掩模支撑系统谐分析
• 3.5 掩模基座系统动力学分析
• 3.5.1 掩模基座系统模态分析
• 3.5.2 基座系统瞬态分析
• 3.5.3 基座系统随机振动分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 气浮导轨设计
• 4.1 引言
• 4.2 静压气浮导轨技术
• 4.2.1 节流器的选用
• 4.2.2 确定气浮导轨的结构
• 4.2.3 预加载技术
• 4.3 确定仿真试验方案
• 4.4 建模与求解
• 4.5 仿真结果分析
• 4.6 底面气浮的设计
• 4.7 本章小结
• 第5章 掩模板热-结构耦合分析
• 5.1 引言
• 5.2 音圈电机发热引起的温度变化
• 5.3 极紫外线引起的温度变化
• 5.3.1 掩模板的吸热
• 5.3.2 掩模板的散热
• 5.3.3 仿真分析结果
• 5.4 掩模板的变形
• 5.4.1 掩模板温度变化引起的变形
• 5.4.2 重力和温度场综合引起的变形
• 5.4.3 变形补偿
• 5.5 改进措施
• 5.5.1 减少掩模片的温度变化
• 5.5.2 改变真空吸盘与掩模支撑框架的连接
• 5.5.3 改变标记传感器的位置
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢