激光指向穩(wěn)定在光刻系統(tǒng)應(yīng)用中的關(guān)鍵作用，及其優(yōu)化方案！

光刻是半導(dǎo)體制造工藝中的核心之一，極紫外光刻技術(shù)作為新一代光刻技術(shù)也處于快速發(fā)展階段。其基本原理是利用光致抗蝕劑（或稱(chēng)光刻膠）感光后因光化學(xué)反應(yīng)而形成耐蝕性的特點(diǎn)，將掩模板上的圖形刻制到被加工表面上。光刻半導(dǎo)體芯片二氧化硅的主要步驟包括涂布光致抗蝕劑、套準(zhǔn)掩模板并曝光、用顯影液溶解未感光的光致抗蝕劑層、用腐蝕液溶解掉無(wú)光致抗蝕劑保護(hù)的二氧化硅層，以及去除已感光的光致抗蝕劑層。

在光刻系統(tǒng)中，激光的指向穩(wěn)定非常重要，會(huì)直接影響光刻的圖形準(zhǔn)確性和一致性。影響光束指向穩(wěn)定的主要因素有三個(gè)，分別是激光器本身的位置偏移，處于不同基座上的激光器和照明系統(tǒng)之間的振動(dòng)差異性以及傳輸過(guò)程中的光學(xué)系統(tǒng)的擾動(dòng)。這些擾動(dòng)會(huì)對(duì)光刻的質(zhì)量造成嚴(yán)重影響。

首先，激光指向的穩(wěn)定性對(duì)于確保圖形的精確刻蝕至關(guān)重要。在光刻過(guò)程中，激光束需要精確地照射到硅片上的特定區(qū)域，以實(shí)現(xiàn)圖形的準(zhǔn)確轉(zhuǎn)移。如果激光指向不穩(wěn)定，會(huì)導(dǎo)致圖形位置偏移、尺寸變化等問(wèn)題，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。

其次，激光指向的穩(wěn)定性還關(guān)系到光刻的重復(fù)性和一致性。在半導(dǎo)體制造中，往往需要對(duì)大量的硅片進(jìn)行光刻處理，這就要求光刻過(guò)程具有高度的可重復(fù)性和一致性。如果激光指向不穩(wěn)定，每次光刻的結(jié)果都會(huì)有所差異，導(dǎo)致產(chǎn)品批次間的性能不一致，增加了制造難度和成本。

因此，激光指向的穩(wěn)定性在不斷提升的精度要求下顯得尤為重要。

我們可以通過(guò)減小振動(dòng)和降低溫度變化等方式實(shí)現(xiàn)光束的相對(duì)穩(wěn)定，但這只是一種被動(dòng)的補(bǔ)償方式，而且無(wú)法徹底規(guī)避這些干擾。對(duì)此，可以通過(guò)一套主動(dòng)的補(bǔ)償系統(tǒng)，當(dāng)光束發(fā)生偏移之后通過(guò)調(diào)整光路將其轉(zhuǎn)向回來(lái)，對(duì)環(huán)境的要求就顯得沒(méi)有那么苛刻。

來(lái)自TEM公司的光束指向穩(wěn)定系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)上述功能。該系統(tǒng)由兩個(gè)快速反射鏡（FSM），一個(gè)位置探測(cè)器（PSD）和一個(gè)控制機(jī)箱組成。FSM的偏轉(zhuǎn)通過(guò)將電動(dòng)馬達(dá)和壓電陶瓷進(jìn)行結(jié)合，可以同時(shí)保證了快速反射鏡的大量程和高精度，配合高分辨率的位置探測(cè)器（PSD），系統(tǒng)總精度可達(dá)到亞微米量級(jí)。除此之外，響應(yīng)時(shí)間對(duì)于需要激光束實(shí)時(shí)穩(wěn)定的系統(tǒng)而言也是至關(guān)重要的，you秀的算法可以將其限制在0.2ms范圍，閉環(huán)帶寬超過(guò)5KHZ。

下圖為光束探測(cè)及其穩(wěn)定系統(tǒng)示意圖。激光經(jīng)過(guò)兩個(gè)快反鏡R1和R2之后入射到分束鏡BS1上，其中透射光用于后續(xù)的實(shí)驗(yàn)和正常使用，少量反射光將進(jìn)入PSD中，用于光束探測(cè)。PSD是一種基于半導(dǎo)體PN結(jié)橫向光電響應(yīng)的光電器件，根據(jù)入射光斑的質(zhì)心輸出電壓，兩個(gè)PSD分別用于檢測(cè)光束的位置偏移和角度偏移，控制器檢測(cè)到偏移信息后經(jīng)過(guò)算法將反饋信息給到FSM，控制FSM的旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)主光束的指向糾偏。

下圖為使用該系統(tǒng)前后的光斑位置偏移情況，可以明顯看到在該系統(tǒng)工作之前光斑的位置是不穩(wěn)定的，有較大偏移；而在系統(tǒng)開(kāi)始工作之后，光斑位置基本被控制在原點(diǎn)附近，位置穩(wěn)定性顯著提高。

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