光电检测技术——激光扫描式光电自动对准(光刻机)

§4-4 激光扫描式光电自动对准（光刻机）

一、 硅片生产：

光刻工艺：

拉单晶（元筒）；切片（元片2英寸(inch)、3英寸(75mm)、4英寸(100mm)）；表面抛光（镜面）；光刻（电阻、电容、二极管、三极管、集成电路、MOEMS 、小机构）；切成小块。

最新报导(97.9.9)：15英寸375mm 硅片

电阻、电容、二极管、三极管、集成电路 掩模光刻

表面有光刻胶

远紫外

光曝光

渗杂

（只渗杂

图形部分）

光刻（十几次）

X

Y

θ

对准

二、对准原理

左标记右标记

（1）一次扫描完成三维对准。

当21T T =及54T T =时则对准

（2）硅片相对掩模的偏差量（θ∆∆∆,,y x ）[三者为0，则对准]

虚线表示掩模与硅片完全对准位置：则

①对于单个标记

H P x 0=∆

HP y =∆ （1）

而：

)/2L -(L L -)/2L (L '5455400=+==E

E E P

2/)(]2/)[('2112100L L L L L BB P B --=-+==

2

'''2'''2'

'000000PoE P B P B E P P B P B E B H P +-=-+=-=

4

22/)(2/)(5

4215421L L L L L L L L -+-=-+-=

(2)

4)

()(2)/2L -(L )/2L -(L - 2''2'''5421542100L L L L E P P B E B HE HP -+--=

+=+==

= (3)

综合（1）、（2）、（3）式得

4

/)]()([4/)(54215421L L L L y L L L L x -+--=∆-+-=∆

设激光束扫过AB ，BC ，CD ，DE ，EF 之间的时间间隔分别为T 1，T 2，T 3，T 4，T 5，扫描速度V=2.6m/s ，则

V T T T T x 4)

()(5421-+-=

∆ （m ）

(m) 4

)

()(5412V T T T T y -+-=

∆

这就是单个标记的偏移量

②对于具有左、右标记的对准方式而言 硅片中心的偏移量及整体转角为：

20R L X X x ∆+∆=

∆ 2

0R

L Y Y Y ∆+∆=∆ ]/)[(Sin -1L Y Y L R -∆=∆θ

硅片只需按这些误差，反向调整，

使

0 000=∆=∆=∆θy x

则硅片与掩模对准了。

三、光学系统

由激光扩束系统，恒速，（线性）扫描，转象，聚焦（扫描显微物镜），五大部分组成。

八面鼓反射镜位于扫描透镜的前焦点，在θ-f 透镜组的后焦面上得到等速垂直于掩模表面的扫描光线。

当激光束扫描到掩模版和硅片上时，如果没有检测到图形，激光束产生有规

P 0L

P 0L ’

0R ’ P 0R

O O ’（Δx 0, Δy 0, Δz 0）

L

则反射，以原光路返回，达到滤波器中心部分；因为滤波器中心不透明，这样有规则反射光就被挡住，光电检测器输出为零（即所谓暗视场检测法）；

如果激光束扫描在图形区域，则产生衍射，这样衍射光通过空间滤波器十字叉到达光电检测器输出信号。

§4-5 光电自动准直仪

原理：①十字分线板被照亮，十字线经物绕5以平行光照向被测物体；

②反射十字象偏移另α

2f

y=α'

=

2

'tg

f

③使狭缝12振动，用相位扫描方式可使被测物准直过来。

④精度α=0.1"

§4-6 光电接触定位

一、光学指零器

对于垂表面，盲孔等特殊场合，无法采用普通光学瞄准方法测量，这时采用光学指零器定位比较方便。

基本成象过程如下：

光源经聚光镜照亮十字分划板，分划板位于物镜焦面上，故物镜出射平行光，经平面镜M 2，M 1多次（N 次）反射，当M 2转动θ角，则总反射光与光轴成θαN 2=角，反射光重新进入物镜，经析光镜反射成象于双刻线分划板上。从目镜看到的视场如图示，小球偏移量可以从目镜分划板上读出，每小格代表2μm 。

十字分划板

双刻线分划板 （每格2μm ）

三． 光电灵敏杠杆：

用§4-3节的扫描法，在水平、垂直两个方面瞄准。 补充题：

如图4-21的光学灵敏杠杆。已知：人眼的瞄准精度"10"=α，仪器的瞄准精度x 仪=1μ，杠杆臂长a=50mm ，物镜焦距f ’=60mm 。 求：目镜放大率β，及光杠杆放大倍率K 。 解：人眼瞄准精度（长度）μρ

αδ5.120125.010

2"

10250"

2505

min ==⨯⨯=

⨯=

mm μ1=仪x ，mm a l 50==

μδ4.2104.250

601012'233=⨯=⨯⨯⨯==

∴--mm l f x 仪

则：目镜放大率2.54

.25

.12min ===δδβ 光杠杆放大倍数4.21

4

.2==

=

仪

x K δ

2

O

f 二、光杠杆放大倍率

设仪器瞄准精度x ，则l

x =

θ，l

Nx N 22=

=θαl

xf N f tg f '2''===ααδ 则光杠杆放大倍率

l

Nf x K '

2=

=δ

因此↑↓↑N l f ,,'则↑K 超级光杠杆：就是指多次反射的光杠杆