在光刻機(jī)分系統(tǒng)層面，以光刻機(jī)運動臺分系統(tǒng)為例，雙工件臺與掩模臺系統(tǒng)是光刻機(jī)三大核心分系統(tǒng)之一，其運動性能直接影響光刻機(jī)的曝光精度和產(chǎn)率。對于45nm節(jié)點光刻機(jī)，工件臺與掩模臺在m/s級運動速度下的同步運動誤差需達(dá)到3nm[7]，這相當(dāng)于兩架波音747飛機(jī)在以1000km/h飛行時，兩架飛機(jī)之間的相對位置差小于1μm。工件臺和掩模臺的同步運動精度主要通過甚多軸（＞20軸）激光干涉儀來保證。只有激光干涉儀的動態(tài)測量精度達(dá)到10nm，才能支撐90nm光刻機(jī)的研發(fā)；只有激光干涉儀的動態(tài)測量精度達(dá)到1nm量級，才能支撐7nm光刻技術(shù)的研發(fā)。除三維線位移之外，運動臺三維姿態(tài)角度的超精密測量同樣由甚多軸激光干涉儀完成。對于45nm光刻節(jié)點，要求激光干涉儀在m/s級運動速度、幾個g到幾十個g加速度下的動態(tài)角度測量精度需要優(yōu)于100nrad；同時，為了支撐運動控制系統(tǒng)的高精度和高效調(diào)節(jié)，45nm光刻機(jī)節(jié)點要求激光干涉儀的位移測量分辨力優(yōu)于0.6nm、角度分辨力優(yōu)于30nrad、數(shù)據(jù)更新率達(dá)到20MHz、任意測量軸之間的時延差異小于1ns；在目前頂尖的EUV光刻機(jī)中，激光干涉儀的有效位移測量分辨力已經(jīng)達(dá)到驚人的38pm。此外，作為光刻機(jī)的嵌入式核心測量單元，激光干涉儀還需要具有封閉式自校準(zhǔn)的手段和功能，從而在光刻機(jī)內(nèi)部或多臺光刻設(shè)備之間構(gòu)建起穩(wěn)定一致的量值溯源體系。

以光刻機(jī)環(huán)控系統(tǒng)為例，在光刻過程中，環(huán)控分系統(tǒng)將電機(jī)運動、光源曝光產(chǎn)生的熱量及時轉(zhuǎn)移到外界，保證關(guān)鍵區(qū)域溫度、相對濕度、壓力的穩(wěn)定性，同時維持整機(jī)內(nèi)部的潔凈度。EUV光刻機(jī)中每秒需要4000L水用于精確控制冷卻激光器溫度，關(guān)鍵區(qū)域的溫度測量與控制精度要達(dá)到mK 量級，相對濕度的測量與控制精度達(dá)到1%RH量級。光刻機(jī)工作時所需的無塵環(huán)境要求非常高，如1m3內(nèi)直徑0.1μm的粒子不超過10個。如果將1m3等比例放大到整個太平洋，粒子等效成其中的魚，那么，最大的魚的體積為3.7L且不超過10尾。為了滿足光刻機(jī)超潔凈的需求，環(huán)控分系統(tǒng)的最小可探測的粒子直徑必須達(dá)到0.1μm量級。

3.3、整機(jī)集成層面的超精密測量

光刻機(jī)整機(jī)集成方面，首先要考慮超精密測量框架，它是光刻機(jī)整機(jī)的裝配基準(zhǔn)、運動基準(zhǔn)和測量基準(zhǔn)，直接決定了光刻機(jī)整機(jī)精度與性能。其次要考慮隔微振系統(tǒng)，它用于抑制運動臺高速、高加速運動產(chǎn)生的沖擊和振動，并隔離地基傳遞上來的各類振動，為超精密測量框架提供超靜內(nèi)部環(huán)境，是光刻機(jī)工作精度與性能生成的必要保障。隔微振系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)包括：固有頻率、振動傳遞率、響應(yīng)時間、調(diào)平精度等指標(biāo)。其中固有頻率和振動傳遞率主要用于衡量對地基振動的隔離能力，響應(yīng)時間和調(diào)平精度主要用于衡量對負(fù)載直接擾動的抑制能力。對于45nm節(jié)點光刻機(jī)，為了滿足運動臺運動平均誤差<3 nm，運動標(biāo)準(zhǔn)誤差<6 nm等指標(biāo)，內(nèi)部框架殘余振動的功率譜密度要求須小于10-9~10-10量級，對應(yīng)隔微振系統(tǒng)固有頻率優(yōu)于0.5Hz，在10Hz處振動傳遞率達(dá)到–40dB以上。這相當(dāng)于把喧囂嘈雜的鬧市區(qū)環(huán)境噪聲降低至靜謐安逸的圖書館等級。

3.4、整機(jī)性能層面的超精密測量

在整機(jī)性能層面，為了高效、精確地將掩模板上的圖案轉(zhuǎn)移到硅片上，光刻機(jī)整機(jī)需在各分系統(tǒng)性能滿足指標(biāo)需求的前提下，根據(jù)芯片工藝制程約束對各分系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)同調(diào)控。在充分發(fā)揮各分系統(tǒng)精度與性能，使其達(dá)到極致的基礎(chǔ)上，確保芯片的產(chǎn)率和良率。

從光刻機(jī)流程調(diào)控方面看，為了實現(xiàn)各分系統(tǒng)工作時序的緊密銜接，必須采用統(tǒng)一、精準(zhǔn)的時間基準(zhǔn)。例如硅片傳輸系統(tǒng)與運動臺需要精準(zhǔn)的時序配合才能實現(xiàn)安全、高速的上下片操作，其時間精度需達(dá)到1μs。從精度性能調(diào)控方面看，對準(zhǔn)系統(tǒng)、調(diào)平調(diào)焦系統(tǒng)與運動臺系統(tǒng)需在高動態(tài)運動中實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)的同步傳輸，其時間精度需達(dá)到10ns。同時，調(diào)平調(diào)焦系統(tǒng)獲得的硅片形貌信息要精準(zhǔn)地映射到運動臺系統(tǒng)，進(jìn)而完成整機(jī)軌跡規(guī)劃，由運動臺快速精準(zhǔn)調(diào)控實現(xiàn)對不平整硅片表面的信息補(bǔ)償。從工藝參數(shù)性能調(diào)控方面看，光源與照明、物鏡、運動臺、光刻對準(zhǔn)等分系統(tǒng)的協(xié)同更為緊密，整機(jī)軟件需根據(jù)光源功率、物鏡畸變、硅片形貌實時調(diào)整運動臺軌跡。通過曝光劑量調(diào)控、運動補(bǔ)償實現(xiàn)在給定工藝參數(shù)下的掃描曝光流程，最大限度地提高芯片良率。同時，環(huán)控分系統(tǒng)除了給其他分系統(tǒng)提供基礎(chǔ)保障之外，也需緊密參與協(xié)同工作。例如，運動臺分系統(tǒng)需根據(jù)溫度、壓力、濕度乃至流場的超精密測量數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)光程信息；物鏡分系統(tǒng)需根據(jù)溫度、振動等超精密測量數(shù)據(jù)驅(qū)動內(nèi)部可動鏡組實現(xiàn)動態(tài)波相差調(diào)節(jié)。

3.5、測量儀器的計量校準(zhǔn)與量值溯源