il超高精度定位系统如图4，图4a为纳米定位双伺服控制系统框图。系统由宏、微两级驱动来实现il超高精度定位。宏驱动采用行程为100mm，步进精度为1μm，满行程直线度小于1μm的直线电机完成。实时检测由激光干涉仪实现，并且构成系统的反馈环节。微驱动采用行程为60μm，步进精度为1nm的压电陶瓷致动器。微驱动环节采用exact model matching (emm) 控制策略，使得线性度误差小于3％。同时，微驱动的满行程检测采用摩尔条纹空间放大的定位对准系统，如图4b所示。在分布式压印过程中，母版与硅片上都预刻有对准标记，标记的形式为光栅条纹。在对准过程中，光栅条纹经过激光的照射，产生摩尔条纹，实现空间放大，将微位移的变化量转变为光能的变化，再通过pd接收器实现对准信号的采集和转换，最终对准误差小于30nm。。实际中，母版采用两组52.5μm和50.0μm且方向不同的光栅阵列，硅片采用10.0μm和10.5μm且方向不同的光栅阵列。
图4 il超高精度定位系统
il宏微两级行程l为10μm的控制结果如图5所示，图5a为宏微两级的切换过程，可看出采用pid控制策略的宏驱动在l达到9μm时，由控制策略动态切换算法将现有控制方式转变为emm控制策略的变化过程。图5b就为稳定后的微驱动控制动态过程，明显看出稳定后的定位误差在8nm以内，这也是整个系统的定位精度指标。
(a) 宏微两级驱动的切换过程 (b) 微驱动过程中的局部响应
图5 宏微两级控制
以上研究结果的另一个基础就是整体机构的设计。实际中，为消除材料热膨胀、机构运动部件之间的摩擦等因素而产生的误差，整体机构从机架到压印驱动部件上采用热变形系数很小的铟钢，使整体机构的热变形应力场分布一致，相互抵消。同时，超净室温度变化也控制在±0.5℃。另外，系统微定位平台采用柔性绞链机构，实现无间隙和无摩擦驱动，消除由于摩擦产生的误差。
4 结 语
基于以上研究结果，对不同特征尺寸图形所做的压印实验有0.5μm的光盘凸凹图形，0.35μm的集成电路图形，0.1μm的平行线条和空十字图形，结果如图6。图6a~6d的结果都是由日本keyence公司显微设备在3000倍放大条件下观察得到的。可看出il的微复型质量好，保真度高。这一论断也可以通过美国di公司的原子力显微镜进行三维形貌测试进一步证实。如图6e就为0.35μm集成电路的复制结果，复制图形的凸凹界限分明，图形完整。另外说明，图中的尖峰突起非压印结果所致，是芯片受环境污染，灰尘颗粒所致。所以，由以上结果可以说，il的工艺先进，微复型的潜力空间巨大，与集成电路前后端的接口基本匹配，对集成电路制造的整体工艺无需大的改造。另外更重要的一点是，il的开发应用在资金投入量较其它光刻工艺相比呈指数下降。故il成为ic领域ngl的可能性与日俱增。
图6 不同特征尺寸的压印结果
原作者:刘红忠 丁玉成 洪军 卢秉恒 李涤尘 李寒松