基于跟踪误差相位补偿的高精度同步控制方法研究

A high precision synchronization control method for scanning movement of reticle and wafer stage based on phase compensation of tracking error with the same frequency. This method is quite different from the traditional ones, which just focus on designing the synchronization control systems of wafer and reticle stage. However, in this paper, with the analysis of relationship between MSD and correlation of tracking errors, the estimation of tracking error and the phase compensation with same frequency, the performance of synchronization control for reticle and wafer stage is improved notably. Compared with the traditional ones, this method has advantage of higher precision, lower cost and greater portability. What’s more, the research of it can provide powerful support of lithography equipment development.

提出一种基于掩模台硅片台扫描运动跟踪误差同频相位补偿原理的高精度同步控制方法。该方法通过分析同步性能指标MSD与掩模台和硅片台跟踪误差相关性的关系，以此对掩模台硅片台跟踪误差进行预估计，并对影响MSD的跟踪误差同频相位偏差进行补偿，进而极大提升了掩模台与硅片台同步性能。打破了仅从传统控制的角度对掩模台与硅片台的同步运动控制系统进行分析和设计的思路。该方法具有精度高、成本低，可移植性好等特点。本项目的成功研发将解决掩模台与硅片台同步控制中研制成本高、关键技术被国外企业垄断等诸多问题，为下一步我国高端光刻设备的自主研发提供技术支撑。

本项目深入分析同步性能指标MSD与掩模台及硅片台跟踪误差的关系，研究影响同步误差的主要因素；完成掩模台与硅片台扫描运动轨迹规划及轨迹重叠规划算法的研究；研究了掩模台和硅片台粗精叠层结构动力学模型，在此基础上探索粗精叠层运动控制策略及算法；根据掩模台及硅片台运动特性研究系统同步控制结构及算法；对掩模台和硅片台跟踪误差进行预估计，并对跟踪误差中主频信号的相位差进行补偿。基于上述工作，课题组搭建了粗精叠层运动控制及同步运动控制实验验证系统，目前粗精叠层运动平台定位精度达到纳米级别、模拟硅片台及掩模台的粗动台系统同步误差达到微米级别。实验证明：本项目研究的实验系统具有高速、高精度、大行程的运动特点，相关研究已经初步运用到其他需要高精度同步的工件台系统中。随着我国步进扫描光刻技术发展及其设备研制的现实需求，本项目研究将具有非常光明的应用前景。