§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
§4-7 光盘系统循迹伺服（放于光盘一章）
1．循迹精度
光盘轨迹的节距仅为1.67μm ，光斑直径（艾里斑）2μm 。
m NA μλ
1.245
.01078022.122.13
=⨯⨯==Φ- 而光盘偏心（夹持偏心）与主轴跳动±70μm （±0.07mm ）。
对存在循迹误差时信号读取情况考察的结果表明，循迹误差最好抑制到±0.1μm 左右，则伺服的增益：
)(571
.070
lg
20dB =分贝 2．循迹伺服方框图
3．偏迹误差的检测（三光束法）实际是横向瞄准
半导体激光器发出的光经光栅产生0级，±1级光。
0级光为主光束经光盘轨道成象在四象限探测器上，±1级光为副光束经光盘轨道两旁反射在五、六两象限（
A ，C ）上成象。
循迹误差信号C A V V u -=∆
（粗伺服） B 六象限探测器
取图中（b ）位置时，立光束的光点正好在轨迹上，是最期望的状态。
在这种状态下，副光束A 与C 都只有少许入射在轨迹上，它们其余部分都入射在所谓镜面上（无信号坑处），这部分光被反射到A 、C 探测器，因光通量相等，则
0,=∆=U U U C A 。
主光点对准轨道。
如果从这种状态偏离，就会固A 、C 光束之一被信号坑衍射失衡：
a) 光通量A 大于光通量C 0u >∆>C A u u 上偏 b) 光通量A 小于光通量C 0u <∆<C A u u 下偏
(a) + (b)
0 (c) _
(b)
(a)
副光束A
副光束C (c) 三光束法寻迹原理
寻迹 误差 信号
4、光盘光学系统原理
光盘光学头光学原理图
由衍射光栅出来的光，通过偏振棱镜进入准直透镜，将其具有发散性的激光变成平行光，之后进入物镜。
物镜则将平行光会聚成非常细小的光点投射到碟片信号面上，而被信号面反射回来的光再通过物镜，成为入射到准直透镜的会聚光。
当经物镜聚焦又经碟片反射回来的光，若不经特殊措施处理，则按原来的光路返回激光器中，对光源的激发状态不但产生不良影响，而且还将造成激光输出的变动，这样便无法读取信号，伺服系统也不能正常工作。
为使激光输出稳定，确保伺服系统正常可靠地工作，便在光路中放置了偏振
分光棱镜（PBS）及1/4波长片。
PBS具有透过平行振动光而反射垂直振动光的作用。
从半导体激光器（LD）发出的平行于纸面的偏振光被光栅分成0级、±1级三束光，它们透过PBS并通过λ/4波片变成左旋元偏光（符合右手螺旋法则），到达光盘表面反射后产生π相位跃变，返回的光线变成了右旋元偏光（符合左手螺旋法则）。
这返回的三束光再次通过λ/4波片时变成垂直于纸面的线偏光，它们从PBS的偏振分光面反射到达光电探测器。
这样使从激光器发出的光不再原路返回激光器，而是转过90º进入光电探测器。
（1）光学头滑动进给机构（粗调）
（a）摇臂式
驱动线图与摇臂为一体，永久磁铁安装在底板上，构成线图可动的线性马达。
（b）齿轮齿条式与丝杆式
有齿隙存在时，会由于外来振动而使循迹伺服易于脱钩或产生进给伺服的死区（该动不动）。
访问速度比另两种慢。
（c）线性马达式
在看重访问速度的场合下使用，如磁光盘驱动器，CD-ROM等。
驱动力F=BIL(磁通密度)
速度线图（电压）e=BLV
导轨为滚动摩擦导轨（响应快）
（2）二轴调整器（二轴组件）（用于微调，精伺服）由物镜、磁缸、线圈、塑料制铰接结构的臂组成。