光刻机宏动试验运动平台设计及其减振系统仿真研究
发布时间:2008/5/28 0:00:00 访问次数:765
(中南大学机电工程学院,湖南 长沙410083) |
摘 要:对adams的求解原理进行了简单介绍并运用adams仿真软件分别建立了两种结构对应的虚拟仿真模型,对减振系统分别无主动控制和有主动控制进行了仿真研究。
以光刻机为代表的集成电路设备是光、机、电一体化的高精尖产品,其设计和制造集中体现了相关学科中最高水平的研究成果,如对光学镜头表面轮廓的纳米级测量与误差补偿、亚纳米级粗糙度表面的加工,镀膜材料和工艺、运动平台的那米级定位、设备运动环境(振动、温度、湿度、粉尘等)的控制等提出了极高的要求[1-2]。光刻机超精密工件台是光刻机的核心部件之一,其运动精度直接影响光刻机的分辨力,速度和加速度影响光刻机的工作效率。常见的工作平台有直线电机式、电磁式、压电式、摩擦驱动式及滚珠丝杠式,其中使用最为广泛的是直线电机式和压电式,直线电机式一般用作工作平台的粗动运动,压电式常用于工作平台的微动定位运动[3-4]。此外光刻机在工作过程中,由于工件台和掩模台等分系统具有较高的运动加速度和运动速度,运动部件产生的大惯量和其它外部因素将引起光刻机工作核心部分-工作平台的振动,从而影响曝光的质量。在光刻机曝光过程中如何精确地保证其静态和动态的相对稳定是一个非常关键的技术问题,为了保证光刻机在工作过程中具有极高的精度,必须将运动部分的产生振动和曝光部分隔离,现代扫描光刻机采用了振动隔离和主动减振技术。光刻机必须在一个具备良好隔振性能的工作平台上工作,否则任何微小的振动,如说话的声音或人员在附近的走动所引起的振动都会影响到光刻机的工作性能。这就对光刻机的工作环境和光刻机自身设计提出了更高的要求,光刻机是极端紧密的机电设备,要求在极为安静的环境条件下安装,并在较宽的频带范围内具有减振、隔振能力,本文依托国家自然科学基金委项目、上海市科委联合资助项目《精密机械减振隔振技术研究》,对光刻机模拟工作台及其减振系统进行方案设计研究。
1 光刻机模拟运动平台系统方案设计 为有效地抑制周围环境及建筑物自身振动对试验台的影响,试验台的地基应该有良好的减振、隔振能力,这些振动可以初步通过缓冲隔振和屏障隔振两种方法来降低[5]。但缓冲隔振对车辆行驶和冲击引起的振动无能为力,而不管何种原因引起的振动都可以采用屏障方法进行隔离。由于这些振动的不确定性和随机性,进行隔振设计时要考虑到它们所引起的垂直振动和水平振动。图1为本实验平台地基隔振设计的结构图,首先在挖好的地基底面铺一层细砂,可以初步吸收地面各种振动传递的能量,达到降低振动的目的。然后就是一层钢筋混凝土隔层可以取到支撑作用,橡胶减振块安装在钢筋混凝土壁的四周,进一步隔振,接着在橡胶减振快中填满混凝土,可以取到大地基的作用,保证工作台的稳定。 地基隔振方案是一种消极的隔振方式,其隔振效果还不能满足光刻机工作时的隔振要求,但是国内外研究表明,如果采取主动隔振配合并采用恰当的控制方式,就可以取得很好的隔振效果[6-9],因此本课题中就采用的是主动隔振方案。在地基座上根据设计要求安装几个主动减振器,根据隔振要求、模拟平台质量大小和可能负载来选择和布置减振器,其隔振平台结构示意图如图2所示。 2 模拟运动平台结构方案设计 2.1 减振元件的选择 底层中的橡胶隔振板采用的是再生橡胶,尺寸为2 000mm×1 500mm×80mm,硬度在50左右,其常温下弹性模量为25kg/cm2,许用静态压应力为30~50kg/cm2,动态压应力为10~15kg/cm2,允许变形静态为<15%,动态为<5%,阻尼比在0.025~0.15之间。根据这些参数得到橡胶垫的刚度为601250000n/m,阻尼比为0.08,则阻尼为430ns/m。 目前,国内对主动减振器的研究主要在智能可控材料(如磁流变、电流变)及其在车辆、机床等行业中的应用,至于像光刻机这样高要求的减振器产品,还未见报道。 高性能减振器及减振平台,是高精度机床、光学仪器设备以及微电子制造设备的基础件,作为可以用于军工尖端产品,欧美国家一直对我国实行禁运。随着我国科技的发展,以及经济日益全球化的趋势,欧美对我国的禁运的产品逐渐减少,特别是用于基础研究设备(非军事目的),对高等学校等部门,限制已经较少。 根据本课题的减振要求,选择tmc公司的stacis2000主动隔振器
(中南大学机电工程学院,湖南 长沙410083) | 摘 要:对adams的求解原理进行了简单介绍并运用adams仿真软件分别建立了两种结构对应的虚拟仿真模型,对减振系统分别无主动控制和有主动控制进行了仿真研究。
以光刻机为代表的集成电路设备是光、机、电一体化的高精尖产品,其设计和制造集中体现了相关学科中最高水平的研究成果,如对光学镜头表面轮廓的纳米级测量与误差补偿、亚纳米级粗糙度表面的加工,镀膜材料和工艺、运动平台的那米级定位、设备运动环境(振动、温度、湿度、粉尘等)的控制等提出了极高的要求[1-2]。光刻机超精密工件台是光刻机的核心部件之一,其运动精度直接影响光刻机的分辨力,速度和加速度影响光刻机的工作效率。常见的工作平台有直线电机式、电磁式、压电式、摩擦驱动式及滚珠丝杠式,其中使用最为广泛的是直线电机式和压电式,直线电机式一般用作工作平台的粗动运动,压电式常用于工作平台的微动定位运动[3-4]。此外光刻机在工作过程中,由于工件台和掩模台等分系统具有较高的运动加速度和运动速度,运动部件产生的大惯量和其它外部因素将引起光刻机工作核心部分-工作平台的振动,从而影响曝光的质量。在光刻机曝光过程中如何精确地保证其静态和动态的相对稳定是一个非常关键的技术问题,为了保证光刻机在工作过程中具有极高的精度,必须将运动部分的产生振动和曝光部分隔离,现代扫描光刻机采用了振动隔离和主动减振技术。光刻机必须在一个具备良好隔振性能的工作平台上工作,否则任何微小的振动,如说话的声音或人员在附近的走动所引起的振动都会影响到光刻机的工作性能。这就对光刻机的工作环境和光刻机自身设计提出了更高的要求,光刻机是极端紧密的机电设备,要求在极为安静的环境条件下安装,并在较宽的频带范围内具有减振、隔振能力,本文依托国家自然科学基金委项目、上海市科委联合资助项目《精密机械减振隔振技术研究》,对光刻机模拟工作台及其减振系统进行方案设计研究。
1 光刻机模拟运动平台系统方案设计 为有效地抑制周围环境及建筑物自身振动对试验台的影响,试验台的地基应该有良好的减振、隔振能力,这些振动可以初步通过缓冲隔振和屏障隔振两种方法来降低[5]。但缓冲隔振对车辆行驶和冲击引起的振动无能为力,而不管何种原因引起的振动都可以采用屏障方法进行隔离。由于这些振动的不确定性和随机性,进行隔振设计时要考虑到它们所引起的垂直振动和水平振动。图1为本实验平台地基隔振设计的结构图,首先在挖好的地基底面铺一层细砂,可以初步吸收地面各种振动传递的能量,达到降低振动的目的。然后就是一层钢筋混凝土隔层可以取到支撑作用,橡胶减振块安装在钢筋混凝土壁的四周,进一步隔振,接着在橡胶减振快中填满混凝土,可以取到大地基的作用,保证工作台的稳定。 地基隔振方案是一种消极的隔振方式,其隔振效果还不能满足光刻机工作时的隔振要求,但是国内外研究表明,如果采取主动隔振配合并采用恰当的控制方式,就可以取得很好的隔振效果[6-9],因此本课题中就采用的是主动隔振方案。在地基座上根据设计要求安装几个主动减振器,根据隔振要求、模拟平台质量大小和可能负载来选择和布置减振器,其隔振平台结构示意图如图2所示。 2 模拟运动平台结构方案设计 2.1 减振元件的选择 底层中的橡胶隔振板采用的是再生橡胶,尺寸为2 000mm×1 500mm×80mm,硬度在50左右,其常温下弹性模量为25kg/cm2,许用静态压应力为30~50kg/cm2,动态压应力为10~15kg/cm2,允许变形静态为<15%,动态为<5%,阻尼比在0.025~0.15之间。根据这些参数得到橡胶垫的刚度为601250000n/m,阻尼比为0.08,则阻尼为430ns/m。 目前,国内对主动减振器的研究主要在智能可控材料(如磁流变、电流变)及其在车辆、机床等行业中的应用,至于像光刻机这样高要求的减振器产品,还未见报道。 高性能减振器及减振平台,是高精度机床、光学仪器设备以及微电子制造设备的基础件,作为可以用于军工尖端产品,欧美国家一直对我国实行禁运。随着我国科技的发展,以及经济日益全球化的趋势,欧美对我国的禁运的产品逐渐减少,特别是用于基础研究设备(非军事目的),对高等学校等部门,限制已经较少。 根据本课题的减振要求,选择tmc公司的stacis2000主动隔振器
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