近年來，半導體行業飛速發展，節點技術不斷縮小，EUV（紫外）和電子束技術成為*佳選擇，對例如晶圓，光罩，光束對準，光學元件，反射鏡等的納米精準加工要求也逐步提升。尤其是對于想要實現納米精度的快速和長距離運動，需要閉環運動控制的傳感器，且這種傳感器必須滿足生產和質量保證過程的高標準（超高真空（UHV）和潔凈室兼容性的要求）。而對于暴露于高溫以及隨著對晶圓尺寸越來越大的需求，在大行程范圍內實現超高精度是非常必要和迫切的。

attocube是納米精密應用家，研發團隊根據法布里-佩羅·干涉儀原理開發的基于激光干涉的位移傳感器IDS3010獲得了保護^[1]。IDS3010 能夠實現運動控制和位移檢測，具有皮米分辨率、納米精度和高達 25 MHz 的實時數據輸出。基于光纖傳輸的IDS3010提供了三個通道，用于測量多軸載物臺位移以及確定其角度的變化。UHV兼容的微型傳感器頭為不同的應用案例和設備集成提供了高度的靈活性。與半導體行業中的晶圓多自由度（multiple degree of freedom，DOF）的精確位置控制這典型應用完·美契合。

圖1a顯示了“傳統”的基于載物臺控制的應用，其中移動載物臺配備了兩個反射鏡，激光探頭固定在機架上。圖1b顯示了另種xy平臺控制的方式，其中傳感器頭固定在移動載物臺上，反射鏡固定在框架上。可實現這種方案的原因是attocube研發的傳感器頭是基于光纖的，而且它們的尺寸和重量也很小（外徑僅為14 mm，重量僅為7 g）。圖1突出顯示了IDS3010在xy方向上的控制應用，而且我們的激光干涉儀能夠在各種環境和工作距離（長達5米）下工作，為其他運動控制應用提供了無限的可能性。

圖 1：顯示了兩個 xy 方向控制應用示例：a） 安裝在移動載物臺上的晶圓，其中連接了反射鏡。三個傳感器頭固定在框架上。載物臺的xy運動由IDS3010控制。b）顯示了另種可能的應用，其中微型傳感器頭安裝在移動晶圓臺上，而反射鏡固定在框架上。

實驗裝置

測量設置與圖1a所示的示例類似，由個電磁驅動xy位移臺組成，該電磁位移臺沿x軸的行程范圍為1米。在移動載物臺上放置了兩個高質量的平面反射鏡，用作測量表面。為了控制載物臺位置，我們使用了帶有三個固定準直傳感器頭的IDS3010（型號M12 / C1.6 / wf）。

IDS3010允許通過可用的實時數據輸出（正弦、AquadB、HSSL、線性模擬輸出）進行即時位置反饋。這些接口為閉環定位控制系統提供實時輸入。對于實驗室的測試，研究者們使用具有5 MHz帶寬和納米分辨率的正余弦數據輸出。由于顯示的測試是在室溫環境條件下執行的，因此使用環境補償單元（ECU）來確保測量的準確性^[2]。在精密半導體加工的真空條件下不需要環境補償，也同樣能保證納米的測量精度。

兩個傳感器頭（SH1 和 SH2）測量 yz 反射鏡表面上的位移。SH1 的正余弦信號用于 x 軸的閉環控制。SH1 和 SH2 水平相距 40 mm，因此可以計算偏航旋轉并將其用作4-DOF裝置的實時補償。在我們的3-DOF裝置中，我們無法補償沿x軸的偏航旋轉。第三個傳感器頭 （SH3） 控制 y 軸。傳感器頭通過柔性光纖連接到IDS3010的三個通道，無需額外的光學元件。在平面反射鏡上進行測量時，M12/C1.6/wf 傳感器頭的角度公差規定為± 30 m°，距離為 1 米。這種公差仍然是用戶友好的，以便對齊精確xy的設置，同時也保證了低余弦誤差。與其他干涉儀制造商相比，這是另個好處。重要的是，我們的測量原理使我們能夠擁有不同的傳感器頭可供客戶選擇。

測量結果

圖2a顯示了驅動器的xy位移值。實現了30x30毫米的正方形。之后，x軸被移動到1.0米的總行程。在這點上，重要的是SH3需要具有大約300 mm的定偏移距離，以便SH1和SH2可以測量到1米。此主從軸關系已明確指·定。Xy方向運動的相應偏航（z軸的旋轉）如圖2b所示。該圖顯示，通過移動x 軸可達 1 米。圖2c顯示了μ°范圍內重復的角度偏差，這主要是由沿運動軸分布的電之間的距離引起的。如果電磁驅動位移臺具有額外的精確旋轉設備，則可以補償偏航旋轉。

圖2：a）顯示了xy方向運動的位移數據。x軸以1.0米的行程移動，而y軸僅移動30毫米，并包括偏移距離。b） 描繪了 a） 中所示的 xy 方向運動的偏航（z 軸的旋轉）。總偏航旋轉在30m°范圍內。c） 局部放大的偏航旋轉在幾十μ°范圍內的詳細角度變化情況。

結果

IDS3010被證明是閉環位移臺應用的有力工具。位移和角度都可以在高達25 MHz的帶寬下檢測到。另外，小型化多種類的傳感器頭為靈活集成提供了更多可能，并確保可用性和準確性的正確組合，以此應對苛刻的定位任務。此外，傳感器頭的輕巧性（7克）提供了新的設置可能性，可以顯著減少移動質量。以太網連接和多種標準編程語言（例如C +，C#，DLL，Python和LabView）允許將IDS3010輕松集成到各種不同的應用系統中。

參考文獻

[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

相關產品

1、皮米精度激光干涉儀-IDS3010

http://www.om600.com/product/detail/30054809.html