掩模台机械系统设计及仿真

作     者：邓乐 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘亚忠

授予年度：2011年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

主      题：光刻机 掩模台 热-结构耦合分析 ANSYS FLUENT 

摘      要：光刻机是集成电路产业的基础设备,光刻机的线宽决定着集成电路的特征尺寸。光刻机研制水平的提高能够带动整个集成电路产业界的技术升级,能够有效地促进国家经济的发展和提高国家高技术领域的核心竞争力。光刻机俨然已成为衡量国家综合国力的重要标志。极紫外光刻机是当今光刻机研制中的热点。掩模台是极紫外光刻机中的核心组成部分,由于极紫外光刻机套刻精度和产业化的要求,掩模台要实现高速大行程的纳米级运动,这使得掩模台成为了一个电、气、磁耦合的复杂机械系统。 利用SolidWorks、ANSYS静力分析、ANSYS模态分析和ANSYS拓扑优化初步完成了对掩模台的结构设计和优化,使其固有频率和质量都能达到设计要求。掩模台设计成宏动台和微动台的双级结构。宏动台采用“H型直线电机驱动和气浮导轨支撑,微动台采用音圈电机驱动和支撑。 直线电机的启动和停止会引起掩模台的超调,因此对微动台、掩模支撑系统、基座系统分别进行了瞬态分析,得到了相应的稳定时间。直线电机的电磁力存在周期性的波动,这个波动会影响宏动台的振动。利用ANSYS谐分析得到了掩模支撑系统的最大振动幅值。为了得到外界干扰的影响,对基座系统进行了随机振动分析。 利用SolidWorks、GAMBIT和FLUENT完成了对气浮导轨的设计,使得每个气浮滑块竖直刚度为93.46 N/μm,水平刚度为121.56 N/μm。 掩模板的变形会直接影响到套刻精度,因此对掩模板进行了热-结构耦合分析。当掩模板变形产生的套刻误差超出设计指标值时,提出了三条改进措施,最终使其达到设计指标。