基于双频激光干涉仪的投影光刻机工作台定位原理与故障分析

收 稿 日期 ：２０１６—０１．２１
（总第２５２期）⑨
先 进 光 刻 技 术 与 设 备
电 子 工 业 毫 用 设 备
－
频 原 理 工 作 。 １ 双 频 激 光 干 涉 仪 测 距 原 理
卜 ．
厂：． 、／ —一 （ ）
（６）
其 中 ， 为 光 源 与 观 测 者 的 相 对 速 度 ，ｃ为 光
中图分 类 号 ：ＴＮ３０５．７
文献 标 识 码 ：Ａ
文章 编 号 ：１００４—４５０７（２０１６）０２／０３—００２７—０
Ｔｈｅ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ Ｓｔｅｐｐｅｒ Ｗ ａｆｅｒ Ｓｔａｇｅ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ Ｄｕａｌ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｌａｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍ ｅｔｅｒ ａｎｄ Ｆａｕｌｔ Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ
并 以此 为基 础 介 绍 了双 频 激 光 干 涉仪 在 投 影 光 刻 机 工作 台精 确 定位 系统 中的 应 用 与 工作 原 理 ．
结合 多年 的 投 影 光刻 机 维修 经验 分析 了 两例 双频 激 光干 涉仪 及 工 作 台系统 的故 障和 解 决 步骤 。
关 键 词 ：投 影 光刻 机 ；双 频 激 光干 涉仪 ；多 普勒 效 应
ｙ＝［２ ｃ。ｓ ２耵（ 。ｓ（ 卜（４）
合 振 幅频 率 为 ：
Ｙ
（５）
双 频 激 光 干涉 仪 就 是 利 用 两 个 频 率 相 差 很 小 的光 波干 涉 来 工作 。
１．１ 波 的 干 涉 当两 个 频 率 相 同 、振 动 方 向相 同 、位 相 相 同或
位 相 差 恒 定 的波 在 空 间 某 一 点 相 遇 时 ，一 些 地 方
速 。 利 用 二 项 式 展 开 ，当 比值 很 小 而 略 去 高 次
Ｃ
项 时 ，就 得 出 ：
振 动 始 终 加 强 ，一 些地 方始 终减 弱 或 完全 抵 消 ，这
ＺＨＡＮＧ Ｗ ｅｎｙａ，ＳＯＮＧ Ｊｉａｎ
（Ｔｈｅ １ ３ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ ＣＥＣＴ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ ０５００５ １，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ｄｕａｌ—ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｌａｓｅｒ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍ ｅｔｅｒ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｄｉｓｔａｎｃｅｓ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌｉｇｈｔ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ Ｄｏｐｐｌｅｒ ｅｆｅｃｔ． ａｎｄ ｔｈｕｓ ｂａｓｅｄ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ｄｕａｌ—ｆ ｒｅｑｕｅｎｃｙ ｌａｓｅｒ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍ ｅｔｅｒ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔｅｐｐｅｒ ｗ ａｆｅｒ ｓｔａｇｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ，ａｎｄ ｓｕｍ ｍ ａｒｉｚｅｓ ｔｗｏ ｆａｕｌｔｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｓｏｌｕｔｉｏｎ． Ｋ ｅｙｗｏｒｄｓ：Ｓｔｅｐｐｅｒ；ｄｕａｌ—ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｌａｓｅｒ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍ ｅｔｅｒ；Ｄ ｏｐｐｌｅｒ ｅｆｅｃｔ
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基于双频激 光干涉仪 的投影光刻机 工作 台定 位原 理 与 故 障分 析
张 文 雅 ．宋 健
（中 国 电子 科 技 集 团公 司第 十 三 研 究所 ，石 家 庄 ０５００５１）
摘 要 ：介 绍 了双 频 激 光 干 涉仪 利 用 光 的 干 涉 和 多普 勒 效应 测距 的原 理 以及 距 离的计 算 方 法 。
个 现 象 就 是 波 的干 涉 。两 个 振 动 频 率 不 同的 波 ，即
使振 动 方 向相 同 ，合 振 动 也 是很 复杂 的 ，一 般 不 会
产 生 干 涉 。但 是 当振 动 方 向相 同 、频 率 差 很 小 的两
列 波 在 同 一方 向上 传 播 时 ，便 可 产 生 一 种特 殊 的
为广 泛 的光 刻 设 备 ，其 工 作 台 的 定 位 精 度 是 光 刻 机 分 辨 率 提 高 的根 本 与 保 障 。利 用 双 频 激 光 干 涉 仪 ，可 以对 工 作 台进 行 纳 米 级 的 跟 踪 定位 。双 频 激 光 干 涉 仪 首 先 由美 国 ＨＰ公 司 研 制 成 功 并 获 得 专 利 权 ，以稳 频 的双 频 氦 氖 激 光 器 作 为 光 源 ，按 照 拍
干 涉 。波 一 的振 动 频 率 ，ｙｍ为 振 幅 ，ｔ为 时 间 ，波
一 的振 动 位 移 为 ：
ｙ１＝ｙ￣ｃｏｓ ２盯 ｔ
（１）
波 二 的振 动 频 率 为 ， 波 二 的振 动 位 移 为 ： ．
Ａｆ＝（厂一门 － ＿ｆ
（７）
在 双 频 激 光 干 涉 仪 中 ，工 作 台长 条镜 的 移 动 速 度 是 ，由于 激 光 射 入 长 条 镜 又 返 回 ，相 当于 接 收 器 相 对 光 源 移 动 速 度 是 ２ ，故 ：
光 刻 技 术 起 始 于 上 世 纪 ６０年 代 ，并 遵 循 摩 尔 定 律 发 展 至 今 ，光 刻 工 艺 的 高 低 决 定 了在 单位 圆 晶 片 上 能 够 集 成 晶体 管 的 数 目， 目前 已经 发 展 到 ２８ ｎｎｌ甚 至 １４ ｎｎｌ制 程 ， 是 人 类 所 能 达 到 的一 种 最 高 的 加 工 技 术 。投 影 光 刻 机 是 光 刻 工 艺应 用 最
△产 厂 Ｃ
（８）
沤 就 是 由 工 作 台 长 条 镜 移 动 向 产 生 光 频 率 的 变 化 ，称 为 多 普 勒 频 差 。如 果长 条 镜 在 ｔ时 间 内移
动 了距 离 Ｌ，由：
ｙ２＝ｙｍＣＯＳ ２１Ｔ ｔ 合振 动 位 移 为 ：
（２）
Ｙ＝ｙｌ＋ｙ２：ｙｍｃｏｓ ２１Ｔ ｆ ＣＯＳ ２ ｔ （３） 利 用 三 角 公 式 ，可 以把 上 式 化 为 ：