应用于扫描干涉光刻系统的光束自动对齐系统设计

摘要

扫描干涉光刻技术作为一项现代大面积高精度光栅制造的主流技术，兼具创新性和高效性，不论是制造精度还是制造效率均处于光栅制造技术的前列。光束自动对齐系统作为扫描干涉光刻的子系统，通过保证干涉光束在基底平面光斑重合、干涉光束与法线之间夹角相同，来减小干涉条纹的非线性。本文以光束自动对齐系统为研究课题，对自动对齐系统设计、自动对齐系统各个模块设计、自动对齐系统控制算法以及自动对齐系统对齐精度等进行了一定的研究。
　　首先，以国内外光束对齐、光束校准调研为基础，提出光路短适用于扫描干涉光刻系统的自动对齐系统方案。本文所提自动对齐系统方案巧妙利用透射光栅作为分光器件，利用其0级衍射光和+1级衍射光作为测量光束，位置敏感探测器（PSD）作为测量器件，电动镜座为执行器件，设计了光路短、几何尺寸小、易于集成的新型自动对齐系统。
　　其次，根据系统设计方案，对系统各个模块性能需求进行分析，设计各个模块。分析透射光栅的需求，进行理论衍射效率仿真与实际实验结果的对比；PSD性能参数的分析与实验，包括PSD工作区域大小、位置分辨率、绝对测量精度、PSD数字化噪声、工作时温度变化以及振动对PSD采样的影响；对所用光源性能进行了要求分析，对系统执行器件电动镜座进行了性能方面的测试。本部分创新点在于提出了适用于PSD分辨率与测量精度的测试方案与标定方案。
　　然后，根据前文方案设计与系统模块设计的基础，提出适用于本新型光束自动对齐系统的对齐方案。文章中沿用传统的迭代对齐算法，提出利用上次调整结束的实测值作为下次迭代的初始值，提高自动对齐系统的迭代对齐精度，减小 x方向与y方向调节耦合带来的误差。
　　最后，根据前文对自动对齐系统方案、系统模块设计、自动对齐算法等的研究，制定实验方案，验证本文所提的自动对齐系统（位置和角度对齐精度）满足扫描干涉光刻对于自动对齐子系统的对齐要求。

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第一章 绪 论

1.1 课题选题背景与意义

1.2 国内外研究现状与分析

1.3 本论文的结构安排

第二章 基于光栅的新型光束自动对齐系统方案设计

2.1 两种分光形式的分析

2.2 探测器件的选择

2.3 PSD的工作原理

2.4 电动镜座

2.5 自动对齐系统方案设计

2.6 本章小结

第三章 自动对齐测量系统各模块设计

3.1 光栅主要性能参数及选型

3.2 PSD主要特性参数及精度影响因素

3.3 光源选择

3.4 系统调节器件的选择

3.5 本章小结

第四章 控制算法及控制程序设计

4.1 研华PCI-1747U基本性能参数

4.2 自动对齐系统控制算法研究

4.3 基于Labwindows/CVI软硬件设计

4.4 本章小结

第五章 自动对齐系统理论精度与实验结果分析

5.1 自动对齐系统理论精度分析

5.2 自动对齐系统精度测量实验

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果

附录A 部分控制程序代码