激光指向穩定在光刻系統應用中的關鍵作用，及其優化方案！

光刻是半導體制造工藝中的核心之一，極紫外光刻技術作為新一代光刻技術也處于快速發展階段。其基本原理是利用光致抗蝕劑（或稱光刻膠）感光后因光化學反應而形成耐蝕性的特點，將掩模板上的圖形刻制到被加工表面上。光刻半導體芯片二氧化硅的主要步驟包括涂布光致抗蝕劑、套準掩模板并曝光、用顯影液溶解未感光的光致抗蝕劑層、用腐蝕液溶解掉無光致抗蝕劑保護的二氧化硅層，以及去除已感光的光致抗蝕劑層。
   
在光刻系統中，激光的指向穩定非常重要，會直接影響光刻的圖形準確性和一致性。影響光束指向穩定的主要因素有三個，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之間的振動差異性以及傳輸過程中的光學系統的擾動。這些擾動會對光刻的質量造成嚴重影響。
 
首先，激光指向的穩定性對于確保圖形的精確刻蝕至關重要。在光刻過程中，激光束需要精確地照射到硅片上的特定區域，以實現圖形的準確轉移。如果激光指向不穩定，會導致圖形位置偏移、尺寸變化等問題，嚴重影響產品的質量和性能。
 
其次，激光指向的穩定性還關系到光刻的重復性和一致性。在半導體制造中，往往需要對大量的硅片進行光刻處理，這就要求光刻過程具有高度的可重復性和一致性。如果激光指向不穩定，每次光刻的結果都會有所差異，導致產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。
   
我們可以通過減小振動和降低溫度變化等方式實現光束的相對穩定，但這只是一種被動的補償方式，而且無法徹底規避這些干擾。對此，可以通過一套主動的補償系統，當光束發生偏移之后通過調整光路將其轉向回來，對環境的要求就顯得沒有那么苛刻。
 
來自TEM公司的Aligna激光束指向穩定系統可以非常好的解決和實現上述功能。該系統由兩個快速反射鏡（FSM），一個位置探測器（PSD）和一個控制機箱組成。FSM的偏轉通過將電動馬達和壓電陶瓷進行結合，可以同時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器（PSD），系統總精度可達到亞微米量級。除此之外，響應時間對于需要激光束實時穩定的系統而言也是至關重要的，優秀的算法可以將其限制在0.2ms范圍，閉環帶寬超過5KHZ。
   
下圖為光束探測及其穩定系統示意圖。激光經過兩個快反鏡R1和R2之后入射到分束鏡BS1上，其中透射光用于后續的實驗和正常使用，少量反射光將進入PSD中，用于光束探測。PSD是一種基于半導體PN結橫向光電響應的光電器件，根據入射光斑的質心輸出電壓，兩個PSD分別用于檢測光束的位置偏移和角度偏移，控制器檢測到偏移信息后經過算法將反饋信息給到FSM，控制FSM的旋轉，實現對主光束的指向糾偏。
   
下圖為使用該系統前后的光斑位置偏移情況，可以明顯看到在該系統工作之前光斑的位置是不穩定的，有較大偏移；而在系統開始工作之后，光斑位置基本被控制在原點附近，位置穩定性顯著提高。  

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