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光刻机减震技术原理
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科汇华晟

时间 : 2026-01-26 10:40 浏览量 : 4

光刻机减震技术,是现代光刻设备中最基础却又最关键的工程技术之一。在先进制程光刻中,曝光精度已经进入纳米甚至亚纳米尺度,而任何微小振动都会被直接“放大”为图形误差。


首先要明确,光刻机面临的振动来源极其复杂。外部环境中,来自地面的微振动、建筑物结构振动、附近设备运行、人员走动,甚至远处交通和地壳微动,都会通过地基传递到设备内部。内部系统中,高速运动的工件台、掩模台、气浮系统、冷却系统以及流体模块,也会产生自身激励振动。这些振动的幅度在人类感觉层面几乎不可察觉,但对于要求纳米级定位精度的光刻机来说,却是致命干扰。


光刻机减震技术的核心目标,是在曝光过程中让关键部件之间的相对位置保持极端稳定。真正需要“静止”的并不是整台设备,而是投影物镜、掩模和晶圆三者之间的空间关系。因此,减震设计并不是简单地“隔离振动”,而是围绕关键光学和运动部件构建一个高度稳定的相对参考体系。


在结构层面,光刻机通常采用多级隔振系统。最底层是基础隔振,通过专用地基、混凝土基座和隔振材料,削弱建筑振动向设备传递的能量。这一层主要应对低频、大尺度的环境振动,为整机提供一个相对“安静”的基础环境。


在基础之上,光刻机内部会设置主动或被动的隔振平台。被动隔振通常依赖弹性元件和阻尼结构,通过机械方式吸收和衰减振动能量。主动隔振则更为先进,它利用传感器实时检测平台的微小位移和加速度,通过执行器产生反向作用力,对振动进行实时抵消。这种“以动制动”的方式,能够在极低频范围内实现高效减震,是高端光刻机不可或缺的核心技术。


在关键子系统中,工件台的减震尤为重要。晶圆台在曝光过程中需要进行高速、长行程扫描,同时又要保持纳米级定位精度。为此,光刻机通常采用气浮加主动控制的方式,使工件台悬浮在气垫之上,避免机械接触带来的振动传递。同时,通过高精度干涉仪和反馈控制系统,实时修正工件台的微小位置偏差,使其在动态运动中依然保持极高稳定性。


投影物镜系统同样需要独立的减震设计。物镜通常被安装在专用的隔振框架上,与工件台系统进行结构解耦。这种解耦设计可以防止工件台高速运动产生的振动传递到光学系统,从而保证成像稳定性。对于沉浸式或EUV光刻机,这一要求更加严苛,因为任何微振动都会直接影响曝光图形的边缘清晰度。


从控制原理上看,光刻机减震技术高度依赖传感与反馈。激光干涉仪、电容传感器和加速度计被用于实时监测关键部件的位置和振动状态。控制系统根据这些信号,快速计算并输出修正指令,驱动执行机构进行补偿。这种闭环控制,使光刻机在复杂振动环境中仍能维持极高的相对稳定性。


值得注意的是,光刻机减震并非追求“绝对静止”,而是追求可预测、可控制的运动状态。在扫描曝光过程中,系统会主动协调各个部件的运动节奏,使振动以可控方式存在并被实时补偿,而不是完全消除。这种思路体现了现代光刻机工程从被动抑制向主动控制的转变。


总体而言,光刻机减震技术是一套融合了机械工程、控制工程、精密测量和系统工程的综合解决方案。它通过多层隔振结构、主动控制系统和关键部件解耦设计,把复杂振动环境“压缩”到纳米尺度可控范围内。

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