光刻机的微纳应用

根据操作的简便性，光刻机一般分为三类：手动、半自动、全自动。

● 手动：通过手调旋钮改变其X轴、Y轴和thita角度来完成对准，对准精度低；

● 半自动：对准通过电动轴根据CCD进行定位调谐；

● 全自动：从基板的上载下载、曝光时长和循环都是通过程序操控实现全自动控制；全自动光刻机可以满足工厂对处理量的需求。

光刻机的主要性能指标有：支持基片的尺寸范围、分辨率、对准精度、曝光方式、光源波长、光强均匀性、生产效率等。

分辨率是对光刻工艺加工可以达到的最细线条精度的一种描述方式。光刻的分辨率受光源衍射的限制，所以与光源、光刻系统、光刻胶和工艺等各方面都有关系。

对准精度指在多层曝光时层间图案的定位精度。

曝光方式分为接触接近式、投影式和直写式。

曝光光源波长分为紫外、深紫外和极紫外区域，光源有泵灯、氙灯、准分子激光器等；其中，激光器光源具有高亮度、高单色性和高稳定性等优点，因此在现代光刻机中得到广泛应用。

光刻机是一种用于微电子制造的重要设备，它的主要作用是将芯片设计图案转移到硅片上，制造出微小的电路元件。光刻机属于技术难度最高、单台成本最大、技术集成密度高的半导体制程设备。

光刻机通过一系列的光源能量、形状控制手段，将光束透射过画着线路图的掩膜，经物镜补偿各种光学误差，将线路图成比例缩小后映射到硅片上，不同的光刻机成像比例不同，有5:1，也有4:1；然后使用化学方法显影，得到刻在硅片上的电路图（即芯片）。

一般的光刻工艺要经历硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、激光刻蚀等工序。经过一次光刻的芯片可以继续涂胶、曝光。越复杂的芯片，线路图的层数越多，也需要更精密的曝光控制过程。现在先进的芯片有30多层。

5nm的EUV光刻机工作，就相当于是用只有头发丝直径万分之一粗的光线，在芯片上“雕刻”电路，最后让指甲盖大小的芯片包含上百亿个晶体管，这种技术是十分复杂的。光刻机制造芯片的工艺都是纳米级别，因此无论是光学设计、还是运动控制，都要用到大量的超精密定位及测量技术。

从激光器出来的光束，由于激光器元器件误差和材料的不均匀性，加之光束本身的干涉现象，光斑质量很差且传输方向也不能保证完全平行，此时，就需要用到自适应光学中的波前探测器和波前矫正器（变形镜）来对光束进行实时波前矫正。实现这种矫正技术的精密器件为变形镜，它是微纳运动控制技术中的设计难度最高的一类产品。

直接将压电陶瓷叠堆按需求设计并封装，这种产品称为铠装执行器；通常作为独立执行器为客户定制，客户用此执行器实现多种微纳精度等级的位移和角度定位系统，在光刻机的传输及检测机构中，可以用到大量的铠装执行器。

直推式的压电纳米位移台，其机械行程一般较小（50μm-300μm）；机械行程与控制精度往往不会跨数量级（当机械行程在微米级时，控制精度在纳米级），但如果需要使用在较大机械行程（1mm-3mm）的同时，保证较高的控制精度（1nm）；直推式的驱动方式就无法满足这种应用场景的需求，需要采用特殊的压电步进电机的设计，用多组垂直与水平向差分式压电陶瓷组，交替运动实现步进运动，就可以实现满足较高控制精度的大行程运动。

光刻机的物镜是一套非常复杂的聚焦系统，而聚焦系统中，自动对焦是全自动光刻机必不可少的技术；但实现方式并不复杂，只要用一套精密位移系统带动物镜中的一块镜片实现微位移，就可以使物镜的焦距发生变化，实现这种Z向微位移的装置，可以采用压电陶瓷叠堆或音圈电机模组作为驱动源。

在光刻机中大量的超精密运动控制体系中，测量和反馈都是必须采取的手段，不仅在纳米位移系统中需要集成传感器进行负反馈控制，在不同运动控制系统的边界处，也需要使用超精密位移传感器来测量和保护，以防止昂贵的硅晶片与运动器件碰撞造成损坏。

电容传感器是一种将被测非电量的变化转换为电容量变化的传感器。它结构简单，体积小，分辨率高，具有平均效应，测量精度高。而变极距的电容位移传感器，基于平板电容的原理，探头面和接地的被测面间建立电场，电容值反比与探头面和被测面间的距离，电容型传感器是一种不接触式的传感器，因此，没有机械载荷，无磨损等优点，而且由于无接触的特点，特别适合振动和高速生产线的应用。

巅慧科技研发的单极性电容式微位移传感器由传感器探头和信号调理电路组成。所述信号调理电路包括集成在调制电路板上的载波调制电路和集成在解调电路板上的解调电路，调制电路板安装在探头壳体内，载波调制电路通过同轴电缆与感应极板连接，解调电路板安装在探头壳体外，解调电路通过多芯电缆与载波调制电路连接。

巅慧科技根据自己发明开发的单极性电容式微位移传感器有下述优点：

● 载波调制电路输出的调制电压与被测对象的微位移呈线性关系，实现高精度测量；

● 在实际使用中可以根据需要改变连接解调仪与传感器探头的多芯电缆的长度，增加了传感器使用的灵活性、降低了成本。