近年來，半導(dǎo)體行業(yè)飛速發(fā)展，節(jié)點(diǎn)技術(shù)不斷縮小，EUV（紫外）和電子束技術(shù)成為*佳選擇，對例如晶圓，光罩，光束對準(zhǔn)，光學(xué)元件，反射鏡等的納米精準(zhǔn)加工要求也逐步提升。尤其是對于想要實(shí)現(xiàn)納米精度的快速和長距離運(yùn)動(dòng)，需要閉環(huán)運(yùn)動(dòng)控制的傳感器，且這種傳感器必須滿足生產(chǎn)和質(zhì)量保證過程的高標(biāo)準(zhǔn)（超高真空（UHV）和潔凈室兼容性的要求）。而對于暴露于高溫以及隨著對晶圓尺寸越來越大的需求，在大行程范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)超高精度是非常必要和迫切的。

attocube是納米精密應(yīng)用家，研發(fā)團(tuán)隊(duì)根據(jù)法布里-佩羅·干涉儀原理開發(fā)的基于激光干涉的位移傳感器IDS3010獲得了保護(hù)^[1]。IDS3010 能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制和位移檢測，具有皮米分辨率、納米精度和高達(dá) 25 MHz 的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)輸出?；诠饫w傳輸?shù)腎DS3010提供了三個(gè)通道，用于測量多軸載物臺(tái)位移以及確定其角度的變化。UHV兼容的微型傳感器頭為不同的應(yīng)用案例和設(shè)備集成提供了高度的靈活性。與半導(dǎo)體行業(yè)中的晶圓多自由度（multiple degree of freedom，DOF）的精確位置控制這典型應(yīng)用完·美契合。

圖1a顯示了“傳統(tǒng)”的基于載物臺(tái)控制的應(yīng)用，其中移動(dòng)載物臺(tái)配備了兩個(gè)反射鏡，激光探頭固定在機(jī)架上。圖1b顯示了另種xy平臺(tái)控制的方式，其中傳感器頭固定在移動(dòng)載物臺(tái)上，反射鏡固定在框架上?？蓪?shí)現(xiàn)這種方案的原因是attocube研發(fā)的傳感器頭是基于光纖的，而且它們的尺寸和重量也很小（外徑僅為14 mm，重量僅為7 g）。圖1突出顯示了IDS3010在xy方向上的控制應(yīng)用，而且我們的激光干涉儀能夠在各種環(huán)境和工作距離（長達(dá)5米）下工作，為其他運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用提供了無限的可能性。

圖 1：顯示了兩個(gè) xy 方向控制應(yīng)用示例：a） 安裝在移動(dòng)載物臺(tái)上的晶圓，其中連接了反射鏡。三個(gè)傳感器頭固定在框架上。載物臺(tái)的xy運(yùn)動(dòng)由IDS3010控制。b）顯示了另種可能的應(yīng)用，其中微型傳感器頭安裝在移動(dòng)晶圓臺(tái)上，而反射鏡固定在框架上。

實(shí)驗(yàn)裝置

測量設(shè)置與圖1a所示的示例類似，由個(gè)電磁驅(qū)動(dòng)xy位移臺(tái)組成，該電磁位移臺(tái)沿x軸的行程范圍為1米。在移動(dòng)載物臺(tái)上放置了兩個(gè)高質(zhì)量的平面反射鏡，用作測量表面。為了控制載物臺(tái)位置，我們使用了帶有三個(gè)固定準(zhǔn)直傳感器頭的IDS3010（型號M12 / C1.6 / wf）。

IDS3010允許通過可用的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)輸出（正弦、AquadB、HSSL、線性模擬輸出）進(jìn)行即時(shí)位置反饋。這些接口為閉環(huán)定位控制系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)輸入。對于實(shí)驗(yàn)室的測試，研究者們使用具有5 MHz帶寬和納米分辨率的正余弦數(shù)據(jù)輸出。由于顯示的測試是在室溫環(huán)境條件下執(zhí)行的，因此使用環(huán)境補(bǔ)償單元（ECU）來確保測量的準(zhǔn)確性^[2]。在精密半導(dǎo)體加工的真空條件下不需要環(huán)境補(bǔ)償，也同樣能保證納米的測量精度。

兩個(gè)傳感器頭（SH1 和 SH2）測量 yz 反射鏡表面上的位移。SH1 的正余弦信號用于 x 軸的閉環(huán)控制。SH1 和 SH2 水平相距 40 mm，因此可以計(jì)算偏航旋轉(zhuǎn)并將其用作4-DOF裝置的實(shí)時(shí)補(bǔ)償。在我們的3-DOF裝置中，我們無法補(bǔ)償沿x軸的偏航旋轉(zhuǎn)。第三個(gè)傳感器頭 （SH3） 控制 y 軸。傳感器頭通過柔性光纖連接到IDS3010的三個(gè)通道，無需額外的光學(xué)元件。在平面反射鏡上進(jìn)行測量時(shí)，M12/C1.6/wf 傳感器頭的角度公差規(guī)定為± 30 m°，距離為 1 米。這種公差仍然是用戶友好的，以便對齊精確xy的設(shè)置，同時(shí)也保證了低余弦誤差。與其他干涉儀制造商相比，這是另個(gè)好處。重要的是，我們的測量原理使我們能夠擁有不同的傳感器頭可供客戶選擇。

測量結(jié)果

圖2a顯示了驅(qū)動(dòng)器的xy位移值。實(shí)現(xiàn)了30x30毫米的正方形。之后，x軸被移動(dòng)到1.0米的總行程。在這點(diǎn)上，重要的是SH3需要具有大約300 mm的定偏移距離，以便SH1和SH2可以測量到1米。此主從軸關(guān)系已明確指·定。Xy方向運(yùn)動(dòng)的相應(yīng)偏航（z軸的旋轉(zhuǎn)）如圖2b所示。該圖顯示，通過移動(dòng)x 軸可達(dá) 1 米。圖2c顯示了μ°范圍內(nèi)重復(fù)的角度偏差，這主要是由沿運(yùn)動(dòng)軸分布的電之間的距離引起的。如果電磁驅(qū)動(dòng)位移臺(tái)具有額外的精確旋轉(zhuǎn)設(shè)備，則可以補(bǔ)償偏航旋轉(zhuǎn)。

圖2：a）顯示了xy方向運(yùn)動(dòng)的位移數(shù)據(jù)。x軸以1.0米的行程移動(dòng)，而y軸僅移動(dòng)30毫米，并包括偏移距離。b） 描繪了 a） 中所示的 xy 方向運(yùn)動(dòng)的偏航（z 軸的旋轉(zhuǎn)）。總偏航旋轉(zhuǎn)在30m°范圍內(nèi)。c） 局部放大的偏航旋轉(zhuǎn)在幾十μ°范圍內(nèi)的詳細(xì)角度變化情況。

結(jié)果

IDS3010被證明是閉環(huán)位移臺(tái)應(yīng)用的有力工具。位移和角度都可以在高達(dá)25 MHz的帶寬下檢測到。另外，小型化多種類的傳感器頭為靈活集成提供了更多可能，并確?？捎眯院蜏?zhǔn)確性的正確組合，以此應(yīng)對苛刻的定位任務(wù)。此外，傳感器頭的輕巧性（7克）提供了新的設(shè)置可能性，可以顯著減少移動(dòng)質(zhì)量。以太網(wǎng)連接和多種標(biāo)準(zhǔn)編程語言（例如C +，C#，DLL，Python和LabView）允許將IDS3010輕松集成到各種不同的應(yīng)用系統(tǒng)中。

參考文獻(xiàn)

[1] Patent: Interferometric displacement sensor for integration into machine tools and semiconductor lithography systems; US10260863B2

[2] National Metrology Institute of Germany (PTB) calibration certificate; Calibration mark: 54012 PTB 15; 2016

相關(guān)產(chǎn)品

1、皮米精度激光干涉儀-IDS3010

https://www.chem17.com/product/detail/30054809.html