在光刻機分系統(tǒng)層面，以光刻機運動臺分系統(tǒng)為例，雙工件臺與掩模臺系統(tǒng)是光刻機三大核心分系統(tǒng)之一，其運動性能直接影響光刻機的曝光精度和產(chǎn)率。對于45nm節(jié)點光刻機，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到3nm[7]，這相當于兩架波音747飛機在以1000km/h飛行時，兩架飛機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)測量精度達到10nm，才能支撐90nm光刻機的研發(fā)；只有激光干涉儀的動態(tài)測量精度達到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光刻機中，激光干涉儀的有效位移測量分辨力已經(jīng)達到驚人的38pm。此外，作為光刻機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的手段和功能，從而在光刻機內(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。

以光刻機環(huán)控系統(tǒng)為例，在光刻過程中，環(huán)控分系統(tǒng)將電機運動、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，同時維持整機內(nèi)部的潔凈度。EUV光刻機中每秒需要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到mK 量級，相對濕度的測量與控制精度達到1%RH量級。光刻機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到0.1μm量級。

3.3、整機集成層面的超精密測量

光刻機整機集成方面，首先要考慮超精密測量框架，它是光刻機整機的裝配基準、運動基準和測量基準，直接決定了光刻機整機精度與性能。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)指標包括：固有頻率、振動傳遞率、響應(yīng)時間、調(diào)平精度等指標。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載直接擾動的抑制能力。對于45nm節(jié)點光刻機，為了滿足運動臺運動平均誤差<3 nm，運動標準誤差<6 nm等指標，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處振動傳遞率達到–40dB以上。這相當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、整機性能層面的超精密測量

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

從光刻機流程調(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、精準的時間基準。例如硅片傳輸系統(tǒng)與運動臺需要精準的時序配合才能實現(xiàn)安全、高速的上下片操作，其時間精度需達到1μs。從精度性能調(diào)控方面看，對準系統(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地映射到運動臺系統(tǒng)，進而完成整機軌跡規(guī)劃，由運動臺快速精準調(diào)控實現(xiàn)對不平整硅片表面的信息補償。從工藝參數(shù)性能調(diào)控方面看，光源與照明、物鏡、運動臺、光刻對準等分系統(tǒng)的協(xié)同更為緊密，整機軟件需根據(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與量值溯源