用压电驱动的主动振动控制推动纳米级成像的限制

实现下一代22纳米光刻的一个重要组成部分是主动隔振技术。基于数字信号处理算法和响应式压电技术，以及最近的超可靠性增强，已获得专利^我STACIS主动隔离器已被证明是可靠的任务关键fab部署超过10年。

现在，这项技术可以在小的形状因子中应用，如先进的显微镜和纳米制造。

振动和吞吐量:产量杀手

半导体产业受两大法则支配。摩尔定律(方程式1)描述了集成电路元件密度随时间的指数变化。

方程1。Moore的法律每18个月观察一次设备密度加倍。

等式2，定义一个术语来描述面对“时间是金钱的基本经济限制”的纳米级处理。

方程2。“时间是金钱”的经济必需需要每厘米更多的设备²，更大的区域处理和更快的周期时间。

这两个方程描述了研究人员和过程工程师的挑战：纳米级流程的易易用性降低了缩放的无情，但即使该过程也需要经济。这增加了基板尺寸并降低了循环时间。这两项策略是对所需的指数决议的交叉目的。

早期的隔振方法对于当前或未来的纳米级工艺是不够的。周围的地面运动消除了越来越精细的模式细节(图1)，传统的软隔离器无法隔离2hz以下的振动，也不能令人满意地响应快速处理引起的机载振动(图2)。相比之下，STACIS主动隔离器提供了从亚赫兹水平开始的强衰减。硬度是原来的100倍，直接有利于沉降。

图1所示。位于德克萨斯州奥斯汀的SEMATECH公司采用先进的浸没式光刻系统制作的45 nm线宽测试图案。²(左):图案被地板振动所掩盖。(右):STACIS隔离使光刻清晰，准确。(扫描电镜图片)

图2。（右）：通过Stacis的新“串行”设计来响应底板载荷等板载扰动的抵御时的安顿的时间，帮助周期率满足指数产量需求的循环率

在最近的低阈值通用振动曲线（图3）中示出了纳米级流程的不断增加 - 对现场工程师的刚性测试。

图3。新的，更严格的通用振动曲线。礼貌iest rp-012，Inst。环境科学，滚动草甸，IL亚博老虎机网登录

Stacis优势

STACIS主动隔振器可以在6个自由度中感知振动的开始。它们可以通过消除水平和垂直工作的刚性压电驱动器的驱动来主动消除它。必要的计算可以通过实时数字信号处理器快速完成。这可以实现高带宽抵消(0.6 - 250 Hz)，并有效地消除延迟，以减少沉淀时间，减少或消除低频振动的影响。

隔离器具有固有的刚度、高负载能力和清洁、无空气的操作，通常用于OEM适配尖端工具，以及用于敏感设备(如光学和电子束计量和光蚀刻工具)隔离平台的底层部署。

除了满足最新晶圆厂的基本要求外，STACIS隔离器还可以使噪音较大和较老的晶圆厂适应最先进的工具，同时确保地板布局和工具放置的灵活性，如图4所示。

STACIS隔离器对于已经包含某种内部隔离类型的工具也很有好处，因为它的新型硬安装特性允许与工具当前的机载隔离方法兼容。

图4。支持光刻扫描器隔离平台的STACIS驱动器

此外，更小尺寸的STACIS隔离器现在可用于小型仪器，如半导体厂外的sme和先进显微镜(图5)。

图5。STACIS主动隔离是最近可用的较小形式的仪表因素，如sme

STACIS的可靠性心脏：PI的压电执行器

压电致动器是由特殊的PZT陶瓷与电极交织而成的分层器件。当施加电压时，它会引起陶瓷长度的大规模变化，使驱动器可以用于纳米级领域的快速、高强度实时位置控制。

PZT陶瓷的固态特性使其有别于传统的驱动器。它们不需要任何维护或润滑剂，只要设计和操作得当，它们可以提供无限的寿命，因为没有部件磨损。

此外，它们只靠电力运行(保持位置不需要电力)，大大降低了设备和运行成本，解决了热漂移过程。它们无限的分辨率、高强度和高响应性使得它们对许多种类的仪器和生产设备至关重要。app亚博体育

如图9所示，最近的创新克服了传统的旅行限制，提供了具有子纳米分辨率的毫米级运动。

图6。PICMA^®执行器具有专利的全陶瓷封装，可显着增加挑战性的终身状态

压电致动器在原理和电气特性上与陶瓷电容器相似，并且与陶瓷电容器一样可靠耐用。在创建STACIS时，TMC与PI合作，将PI压电驱动器纳入其中。这些执行器采用了新技术，大大延长了执行器的寿命，远远超过传统的基准。

最近，PI投资了自己的陶瓷工厂，PI陶瓷，专门开发压电质量和可靠的技术，因为第三方陶瓷是产品失败的最大原因。作为世界上最大的超精密仪器级压电陶瓷制造商之一，PI陶瓷已经开发了几个重要的和屡获殊荣的产品^III可靠性创新。

例如，压电陶瓷易于沿着环境湿度的层进入水分子。这可能限制传统压电执行器的使用寿命。直到最近，不令人满意地通过聚合物涂料覆盖分层陶瓷是最好的技术。

与PI的专利PICMA^®执行器（图6）⁴全陶瓷覆盖层提供了一个重大飞跃，将潮湿条件下的MTBF提高了约三个数量级(图7)。^v．

图7。PICMA^®与传统聚合物封装结构相比，该专利结构在潮湿条件下提高了大约三个数量级的MTBF

图8。开环压电驱动器的运动特性在超过10亿次循环后保持高度一致

压电寿命也是可测量的周期。图8显示了PICMA开环驱动期间的特性性能一致性结果^®在超过十亿周期之前和之后的执行器。帕克马克^®用于空间应用的执行器可在线测试，并积累了3.22 x 10¹²循环⁶．

图9。NEXACT^®是压电陶瓷创新的一个例子，以0.03纳米分辨率和10 N的力提供20毫米行程

与第三方压电产品相比，拥有陶瓷开发和制造设置除了提高一致性和可靠性之外，还能带来其他好处。值得注意的是，PI在压电陶瓷方面的创新技术使其能够与TMC等具有苛刻需求的公司合作。

开发压电陶瓷驱动器新概念的能力也很重要，如PI的全陶瓷专利NEXACT等独特的开发^®执行器（图9）提供20毫米的行程，具有大，10N推挽力，断电位置保持能力，分辨率为0.03nm - 适用于敏感定位用途，包括纳米压印光刻。

结论

两位创新行业领导人合作解决了挑战当天的问题，为未来几代人的一些最重要的工业流程铺平了道路。通过斯科西斯，涉及摩尔法持续需求的振动的工具和设施工程师可以休息。Stacis'新的，较小的形状因素将被证明是各种新领域的推动因素，如光学镊子和纳米材料研究。

参考

1. U.S.Patent No.5660255和5823307（Stacis）
2. 振动对先进浸没式光刻的影响，TMC应用注意事项
3. PI执行器赢得卓越奖，2005年1月的光子谱奖
4. 专利7449077
5. P. Pertsch, S. Richter et al .，压电M形元件的可靠性，驱动器，2006，不来梅，AXON, 2006年第527-529页
6. PICMA^®耐力测试在线

这些信息已经从TMC提供的材料中获得、审查和改编。亚博网站下载

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