近年来，半导体行业飞速发展，节点☆技术不断缩小，EUV（紫外）和电子束技术成为佳选择，对例如晶←圆，光罩，光束对准，光学元件，反射镜等的纳米加【工要求也逐步提升。尤其是对于想要实现纳米精度的快速和长距离运动，需要闭环运动控制的传感器，且这种传感器必须满足生产和质量保证过程的高标准（超高真空（UHV）和洁净室兼容性的要求）。而对于暴露于高温以及随着对晶圆尺寸¤越来越大的需求，在大行程范围内实现超高精度是非常必要和迫切∑ 的。
attocube是纳米精密应用专家，研发团队根据法布里-佩罗干涉仪原理开发的基于激光干涉的位移传感器IDS3010获得了保护[1]。IDS3010 能够实现运动控制和位移检测，具有皮米分⊙辨率、纳米『精度和高达 25 MHz 的实时数据输出。基于光纤传输的IDS3010提供了三个通道，用于测量多轴载物台位移以及确定其角度※的变化。UHV兼容的微型传感器头为不同的应用案例和设备∞集成提供了高度的灵活性。与半导体行业中的晶圆◎多自由度〓（multiple degree of freedom，DOF）的位置控制这一典型应用契合。
图1a显示了“传统”的基于载物ㄨ台控制的应用，其中移动载物台配备了两个反射镜，激光探头固定在机架上。图1b显示了另一种xy平台控制的方式，其中传感器头固定在移≡动载物台上，反射镜固】定在框架上。可♀实现这种方案的原因是attocube研发的传感器头是基〓于光纤的，而且它们的尺寸和重量也很小（外径仅为14 mm，重量仅为7 g）。图1突出显示了IDS3010在xy方向上的控制应用，而且我们的激︽光干涉仪能够在各种环境和工作距离」（长达5米）下工作，为其他运动控制应用提供了无限的可能性。
图 1：显示了两个 xy 方向控制应用示例：a） 安装在移动载物台上的晶圆，其中连接了反射镜。三个传感●器头固定在框架上。载物台的xy运动由IDS3010控制。b）显示了另一种可能的应用，其中微型传感器头安装在移动晶圆台上，而反射镜固定在【框架上。
实验装置
测量设╲置与图1a所示的示例类似，由一个电磁驱动xy位移台组成，该电磁位△移台沿x轴的行程范围为1米。在移动载物台上放置¤了两个高质量的平面反射镜〒，用作测量ㄨ表面。为了控制载物⌒ 台位置，我们使用了带有三个固定准直传感器头的IDS3010（型号M12 / C1.6 / wf）。
IDS3010允许通过可用的实时数据输出（正弦、AquadB、HSSL、线性模拟输出）进行即时位置反馈。这些接口为闭环定位控制系统ξ 提供实时输入。对于实验室□ 的测试，研究者们使用具有5 MHz带宽和纳米■分辨率的正余弦数据输出。由于显示的测试是在室温环境条卐件下执行的，因此使用环境补偿单元（ECU）来确保测量的准确性[2]。在精密半导体加工的真空条件下不需要环境补偿，也同样能保证纳米的测量精度。
两个传感器ω头（SH1 和 SH2）测量 yz 反射镜表面上◆的位移。SH1 的正余●弦信号用于 x 轴的闭环控制。SH1 和 SH2 水平相距 40 mm，因此可以〗计算偏航旋转并将其用作4-DOF装置的实时补偿。在我们的3-DOF装置中，我们无法补偿沿x轴的偏航旋转。第三个传感器头 （SH3） 控制 y 轴。传感器头通过柔↘性光纤连接到IDS3010的三个通道，无需额外的光学元□ 件。在平面反射镜上∏进行测量时，M12/C1.6/wf 传感器头的角度公差规定为± 30 m°，距离为 1 米。这种公差仍然是用户友好的，以便对齐xy的设置，同时也保证了低余弦误差。与其他干涉仪制造商相比，这是另一个好处。重要的是，我们的测量原理使→我们能够拥有不同的传Ψ 感器头可供客户选择。
测量结果
图2a显示了驱动器♀的xy位移值。先实现了30x30毫米的正方形。之后，x轴被移动◎到1.0米的总行程。在这一点上，重要的是SH3需要具有大约300 mm的一定偏移距离，以便SH1和SH2可以测量▃到1米。此主从轴关系已明确指定。Xy方向运动的】相应偏航（z轴的旋转）如图2b所示。该图显示，通过移动x 轴可达 1 米。图2c显示了μ°范围↓内重复的角度偏差，这主要是由沿运动轴分布的电之间的距离引起的。如果电磁驱动位移台具有额外的旋转设备，则可以补偿偏航旋转。
图2：a）显示了xy方向运动的≡位移数据。x轴以1.0米的◥行程移动，而y轴仅移动30毫米，并包括偏移距离。b） 描绘了 a） 中所示的 xy 方向运动的偏航（z 轴的旋转）。总偏航旋转在30m°范围内。c） 局部放大的偏航旋转在几十μ°范围内的详细ζ 角度变化情况。
结果
IDS3010被证明㊣是闭环位移台应用的有力工具。位移█和角度都可以在高达25 MHz的带宽下检测☉到。另外，小型化多种类的传感器头为灵活集成提供了更多可能，并确保可用性和准确性的正确组合，以此应对苛刻的定位任务。此外，传感器头的轻】巧性（7克）提供了新的设置可能性，可以显著减少移动▼质量。以太网连接和◇多种标准编程语言（例如C +，C#，DLL，Python和LabView）允许将IDS3010轻松集〓成到各种不同的应用系统中。
参考文献
[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
相关产品
1、皮米精度激光干≡涉仪-IDS3010
