有许多不同的领域需要在真空环境中提高精度。掩模制造和修复、晶圆的直接电子束图案化和 CD-SEM 是制造下一代集成电路在真空中需要更高精度的例子。尽管气浮轴承已在许多高精度图案化和检测应用中取得成功，但它们在较短波长所需的深真空环境中存在明显问题。
因此，真空中的传统精密系统通常采用堆叠滚动元件平台，这些平台从真空室的底部建造或悬挂在真空室的顶部。这会产生具有较低固有频率的相对较长的结构回路，并且需要具有较长抽空时间的大型真空室。此外，这种范例要求平台的各种服务组件位于真空室内，从而产生可能排出气体或保留水分的额外表面区域。
以前也采用了将机械化保持在真空室之外的方法。其中包括线性和旋转接触式密封件、旋转式 Ferro 流体密封件以及膨胀和收缩波纹管。气浮轴承结构也已被使用，其中它们通过一体式差动泵送凹槽与真空室隔开，该凹槽通过真空室壁中的孔支撑某种移动构件。这些解决方案的困难在于保持结构完整性以满足新应用所需的精度。
与其试图在真空室内建立一个平台，或者通过一个室壁到达，被测试的概念提供了平台本身成为真空室。将唯一（或主）真空室完全包含在移动台内意味着所有运动系统都可以存在于真空之外。平台在 X 和 Y 轴建立的平面上的引导是通过一个环形气浮轴承来实现的，该轴承通过差动泵送凹槽与平台的真空部分隔开。气浮轴承表面直接支撑在连接能源的参考板上，从而显着缩短和加强结构环。因为真空室的尺寸减小到只比基板的体积大一点。
本文报道的工作通过经验测试总结了气浮轴承间隙与差速器槽密封效果之间的关系。由于气浮轴承间隙对悬挂平台的静态刚度和阻尼特性也有重要影响，因此这些因素也被记录下来并与真空性能相关。静态刚度由负载和位移测量确定，动态特性使用加速度计和信号分析仪进行研究。
图 2 设置图 2 显示了多孔气浮轴承台面、密封台面和泵送槽。在后面，底座的柜台表面是可见的。两者都在金刚石车床上加工。
图 3 图 3 组合在一起后，可以在前景中看到一个探头底座和目标，分别直接用螺栓固定在底座和平台上。舞台上的目标面向土地。橡皮筋在 X 和 Y 方向约束舞台而不影响 Z。
使用能够在 80 CFH 下保持 20 英寸 Hg 的泵在第一凹槽上泵送。能够使用 10-3 Torr 的旋转叶片泵来泵送第二个凹槽。第三个凹槽和腔室由涡轮泵泵送，使用另一个旋转泵支持它。允许在腔室和第三个凹槽上泵送的阀门，或者在关闭时仅在腔室本身上进行泵送。用另一个泵在第三个凹槽上独立抽气将显着提高真空度。值得注意的是，我们能够在 10 到 15 分钟内将腔室泵送至 10-6 托。我们将此归因于腔室的小体积。它的直径为 210 毫米（适用于 200 毫米晶圆），只有 262 cc。
检查背景振动并发现其为25nm量级。无论轴承面的气压是否打开，情况都是一样的。气浮轴承的气膜不会对结构的刚度产生不利影响。这与之前的动态研究一致，表明高达 700Hz 的模式具有非常高的阻尼（15% 到 20%）。1500Hz 及以上的更高模式主要由轴承箱的弯曲控制，并显示出低得多的阻尼 (2%)。刚度和阻尼之间的最佳折衷似乎在 10 到 15 微米之间。虽然刚度随着间隙的减小而增加，但阻尼会降低。
图 4图 4. 当气压关闭（轴承接地）且全真空开启时，用锤子敲击电容探头的数据流。
图 5图 5. 当气压开启（轴承以 120 微英寸飞行）和全真空开启时，用锤子敲击电容探头的数据流。
该轴承上的真空预紧力约为 1700 磅。通过让第一个凹槽充满大气压力，轴承上的负载减少了 150 磅，图 6 中所示的浮动高度的测量变化为 11.8 微英寸。这导致在 150 微英寸的浮空高度处的轴向刚度约为 1250 万磅/英寸。
图 6图 6. 有趣的是，输入压力的变化导致了非常精细、准确和稳定的位移。
我们相信这里描述的真空室阶段可以在 EUV 源和抗蚀剂供应商中得到迅速采用，因为这项技术可以显着降低他们的研究设备的成本。
1. 宾夕法尼亚州立大学帕克分校宾夕法尼亚州立大学 Eric Machine Dynamics Lab 的 Marsh 寻求动态工作的帮助。
