CN110411377A - 一种直角检测调节系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于半导体领域，涉及一种直角检测调节系统，包括激光器、激光接收屏、反射镜、载盘、旋转机构、移动装置以及用于调整晶圆并使其与所述反射镜垂直的调节机构；激光器、激光接收屏和旋转机构设置于水平工作台上；移动装置和反射镜均设置于旋转机构上。本发明还提供一种直角检测调节方法，1）将晶圆固定到载盘上，转动旋转台直至激光接收屏上的反射光与入射光重合；2）再水平旋转45度，读取激光接收屏上激光光斑的实际位置，判断晶圆与反射镜是否垂直；不垂直时，调节位于载盘两侧的调节螺母，直至晶圆与反射镜垂直。本发明的直角检测调节系统及方法可以检测晶圆与反射镜是否垂直，还可以调整晶圆使整个晶圆与反射镜垂直。

Description

一种直角检测调节系统及方法

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种直角检测调节系统及方法。

背景技术

全息光刻技术是指两个及以上的相干光发生干涉效应在旋涂由感光材料的晶圆上形成周期性分布的图形，这个周期型分布的图形即为光栅，图形的周期就是光栅的周期。光栅广泛用于到分布反馈激光器中，其作用就是通过光栅对波长进行有效的选择，减小边模激射的可能性，进而实现单模式激射。光栅的周期决定着分布反馈激光器激射波长，是光通信芯片的核心参数。

一般来说全息光刻技术制作光栅，在反射镜与样品垂直的情况下，其周期满足T=λ/[2*sina(90°-θ)]，其中λ为干涉光的波长，即为激光器波长，其值为固定值，θ为干涉光与晶圆表面的夹角，θ可以由旋转步进电机控制，因此可通过控制步进电机旋转角度θ来得到需要的光栅周期T。由于反射镜及样品是通过机械装置固定，机械装置受到加工精度及安装精度影响，很难保证是垂直的。当反射镜及样品处于不垂直时，就不能在通过控制步进电机旋转角度θ来得到我们需要的光栅周期T。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种直角检测调节系统及方法，可以检测并调整晶圆与反射镜的垂直。

为实现上述目的，本发明的技术方案为一种直角检测调节系统，包括激光器、激光接收屏、反射镜、用于固定晶圆的载盘、用于带动载盘及反射镜水平转动的旋转机构、用于带动载盘移动的移动装置以及用于调整晶圆并使晶圆与所述反射镜垂直的调节机构；所述激光器、所述激光接收屏和所述旋转机构均设置于水平工作台上；所述移动装置和所述反射镜均设置于所述旋转机构上；所述调节机构的一端与所述移动装置连接，另一端与所述载盘连接。

进一步地，所述调节机构包括调节螺杆和调节螺母；所述移动装置上固定有多根调节螺杆，所述载盘上对应所述调节螺杆的位置均设有用于供所述调节螺杆通过的通孔；各所述调节螺杆穿过对应的所述通孔，且各所述调节螺杆上且位于载盘两侧的位置上均固定有调节螺母。

进一步地，所述移动装置包括用于带动载盘在水平方向上移动的水平移动机构以及用于带动载盘在竖直方向上移动的竖直移动机构，所述载盘通过调节机构与所述水平移动机构连接，所述水平移动机构设置于所述竖直移动机构上，所述竖直移动机构设置于所述旋转机构上。

更进一步地，所述竖直移动机构包括竖直移动台、竖直滑轨以及用于驱动所述竖直移动台沿所述竖直滑轨移动的竖直驱动组件，所述水平移动机构固定于所述竖直移动台上，所述竖直滑轨设置于旋转机构上。

更进一步地，所述水平移动机构包括水平移动台、水平滑轨以及用于驱动所述水平移动台沿所述水平滑轨移动的水平驱动组件，所述水平滑轨设置于所述竖直移动机构上，所述载盘通过多个调节螺母与所述水平移动台连接。

进一步地，所述旋转机构包括旋转台以及用于驱动所述旋转台水平转动的旋转驱动组件，所述水平移动机构、所述竖直移动机构和所述反射镜均设置于所述旋转台上，所述旋转驱动组件设置于所述水平工作台上。

进一步地，所述激光接收屏通过连接杆固定于所述水平工作台上，且所述激光接收屏上贴有坐标纸。

本发明还提供一种直角检测调节方法，包括如下步骤：

1）将晶圆固定到载盘上，水平转动旋转台，使激光器发出的激光经反射镜反射到激光接收屏上，直至激光接收屏上的反射光与入射光重合；

2）再使旋转台水平旋转45度，通过竖直移动机构和水平移动机构调整载盘的位置，使激光器发出的激光经反射镜反射到晶圆上，再经晶圆反射到激光接收屏上，读取激光接收屏上激光光斑的实际位置；

3）根据激光接收屏上激光光斑的实际位置判断晶圆是否与反射镜垂直；当晶圆与反射镜不垂直时，调节位于载盘两侧的调节螺母，直至晶圆与反射镜垂直。

进一步地，步骤3）中，先计算出当晶圆与反射镜垂直时，激光器发出的激光依次经反射镜、晶圆反射到激光接收屏上的激光光斑的理论位置；然后根据激光接收屏上激光光斑的实际位置与激光光斑的理论位置之间的距离来判断晶圆与反射镜是否垂直。

更进一步地，根据激光接收屏上激光光斑的实际位置与激光光斑的理论位置之间的距离以及激光光斑的理论位置与晶圆上的反射点之间的距离计算出晶圆与反射镜之间的夹角，根据晶圆与反射镜之间的夹角，调节对应的调节螺母，直至晶圆与反射镜垂直。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明提供的直角检测调节系统及方法不仅可以检测晶圆与反射镜是否垂直，还可以通过调节机构调整晶圆使整个晶圆与反射镜垂直，解决了全息曝光中反射镜与晶圆不垂直导致的光栅周期偏差及光栅质量较差的问题；

（2）本发明提供的直角检测调节系统通过旋转机构带动反射镜转动，先让经反射镜反射的反射光与入射光重合，再水平旋转45度，以便计算出晶圆与反射镜垂直时，激光经反射镜、晶圆反射到激光接收屏上激光光斑的理论位置；

（3）本发明提供的直角检测调节系统通过竖直移动机构和水平移动机构对晶圆进行水平方向和竖直方向的调节，通过调节螺母调节晶圆的倾斜方向以及倾斜角度，直至调整至晶圆与反射镜垂直。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的直角检测调节系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的直角检测调节系统的结构示意图；

图中：1、激光器，2、激光接收屏，3、旋转台，4、反光镜，5、载盘，6、水平移动台，7、水平移动机构，8、竖直移动台，9、竖直移动机构，10、调节螺杆，11、晶圆，12、连接杆，13、水平工作台。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图1所示，本发明实施例提供一种直角检测调节系统，包括反射镜4、用于发射激光的激光器1、用于接收激光的激光接收屏2、用于固定晶圆11的载盘5、用于带动载盘5及反射镜4水平转动的旋转机构、用于带动载盘5移动的移动装置以及用于调整晶圆11并使晶圆11与反射镜4垂直调节机构；激光器1、激光接收屏2和旋转机构均设置于水平工作台13上；移动装置和反射镜4均设置于旋转机构上；调节机构的一端与移动装置连接，另一端与载盘5连接。本发明提供的直角检测调节系统可以通过旋转机构带动反射镜4转动，先计算出晶圆11与反射镜4垂直时，经晶圆11反射到激光接收屏2上激光光斑的理论位置，再通过晶圆11反射到激光接收屏2上激光光斑的实际位置与理论位置之间的距离来判断晶圆11与反射镜4是否垂直；当晶圆11与反射镜4不垂直，通过调节机构调整晶圆11直至整个晶圆11与反射镜4垂直，解决了全息曝光中反射镜4与晶圆11不垂直导致的光栅周期偏差及光栅质量较差的问题。

进一步地，调节机构包括调节螺杆10和调节螺母；移动装置上固定有多根调节螺杆10，载盘5上对应调节螺杆10的位置均设有用于供调节螺杆10通过的通孔；各调节螺杆10穿过对应的通孔，且各调节螺杆10上且位于载盘5两侧的位置上均固定有调节螺母，通过调节载盘5两侧的调节螺母调整载盘5的倾斜方向以及倾斜角度，使晶圆11与反射镜4垂直。

作为一种实施方式，移动装置包括用于带动载盘5在水平方向上移动的水平移动机构7以及用于带动载盘5在竖直方向上移动的竖直移动机构9；载盘5通过调节螺杆1与水平移动机构7连接，水平移动机构7设置于竖直移动机构9上，竖直移动机构9设置于旋转机构的旋转台3上。竖直移动机构9包括竖直移动台8、竖直滑轨以及用于驱动竖直移动台8沿竖直滑轨移动的竖直驱动组件，水平移动机构7固定于竖直移动台8上，竖直滑轨设置于旋转机构上。竖直驱动组件包括竖直步进电机，竖直步进电机和竖直滑轨均固定于竖直安装板上，竖直安装板固定在旋转台3上，竖直移动台8滑动设置于竖直滑轨上，竖直步进电机的输出轴通过联轴器与丝杆连接，通过丝杆带动竖直移动台8上下移动，从而带动水平移动机构7和载盘5上下移动。水平移动机构7包括水平移动台6、水平滑轨以及用于驱动水平移动台6沿水平滑轨移动的水平驱动组件，水平滑轨设置于竖直移动机构9上，载盘5通过调节螺杆10与水平移动台6连接。水平驱动组件包括水平步进电机，水平步进电机和水平滑轨均固定于水平安装板上，水平安装板固定于竖直移动台8上，水平移动台6滑动设置于水平滑轨上，水平步进电机的输出轴通过联轴器与丝杆连接，通过丝杆带动水平移动台6在水平方向上移动，从而带动载盘5在水平方向上左右移动。

作为另一种实施方式，移动装置包括用于带动载盘5在水平方向上移动的水平移动机构7以及用于带动载盘5在竖直方向上移动的竖直移动机构9；载盘5通过调节螺杆10与竖直移动机构9连接，竖直移动机构9设置于水平移动机构7上，水平移动机构7设置于旋转机构的旋转台3上。竖直移动机构9和水平移动机构7可以采用第一实施方式中的结构形式，载盘5通过调节螺杆10与竖直移动台固定连接，竖直安装板与水平移动台固定，水平安装板固定在旋转台上。

以上两种实施方式中，均可以通过竖直移动机构9和水平移动机构7对晶圆11进行水平方向的左右调节和竖直方向的上下调节，通过调节螺杆10调整晶圆的倾斜方向以及倾斜角度。优选的，调节螺母至少有三个，沿晶圆11的圆周方向均匀分布；调节任一调节螺母均可以调节晶圆11的倾斜方向以及倾斜角度。

进一步地，旋转机构包括旋转台3以及用于驱动旋转台3水平转动的旋转驱动组件，水平移动机构7、竖直移动机构9和反射镜4均设置于旋转台3上，旋转驱动组件设置于水平工作台13上。本实施例的旋转驱动组件包括旋转步进电机，旋转步进电机通过旋转电机固定座固定于水平工作台13上，旋转台3在旋转步进电机的控制下进行旋转，旋转角度可在0~360度调节。

进一步地，反射镜4的表面设有反射膜，反射膜为介质膜或者金属膜，且反射膜的反射率大于85%。优选的，在反射镜4表面的反射膜的背面设有刻度标尺，以便于读取入射光在反射镜上的入射点的位置。

进一步地，激光接收屏2通过连接杆12固定于水平工作台13上，且激光接收屏2上贴有一层透明的直角坐标系的坐标纸，该坐标纸可以为荧光纸。激光接收屏2的材质为金属或者其它固体；激光接收屏2上设有用于供激光器1发射出的激光通过的通孔，激光通过该通孔射到反射镜4上；激光接收屏2的下端设有连接杆12，通过连接杆12将激光接收屏2固定在水平工作台13上。

本发明还提供一种直角检测调节方法，包括如下步骤：

1）将晶圆11固定到载盘5上，水平转动旋转台3，使激光器1发出的激光经反射镜4反射到激光接收屏2上，直至激光接收屏2上的反射光与入射光重合；

2）再使旋转台3水平旋转45度，通过水平移动机构7和竖直移动机构9调整晶圆11的位置，使激光器1发出的激光经反射镜4反射到晶圆11上，再经晶圆11反射到激光接收屏2上，读取激光接收屏2上激光光斑的位置；

3）先计算出当晶圆11与反射镜4垂直时，激光器发出的激光依次经反射镜4、晶圆11反射到激光接收屏上的激光光斑的理论位置；然后根据激光接收屏上激光光斑的实际位置与激光光斑的理论位置之间的距离来判断晶圆11是否与反射镜4垂直；当激光光斑的实际位置与理论位置之间的距离小于等于0.1mm时，可判定晶圆11与反射镜4垂直；当激光光斑的实际位置与理论位置之间的距离大于0.1mm时，可判定晶圆11与反射镜4不垂直，可以调节载盘5两侧对应的调节螺母，直至晶圆11与反射镜4垂直。

更进一步地，根据激光接收屏上激光光斑的实际位置与激光光斑的理论位置之间的距离以及激光光斑的理论位置与晶圆11上的反射点之间的距离计算出晶圆11与反射镜4之间的夹角，根据晶圆11与反射镜4之间的夹角，调节载盘上相应的调节螺母，直至晶圆11与反射镜4垂直；具体过程如下：

如图2所示，晶圆与反射镜的夹角记为α，激光入射到反射镜4的固定点Y上，在旋转台3水平旋转45度以及竖直移动机构9和水平移动机构7调整后，激光经固定点Y处反射到晶圆上的固定点B上，再经固定点B反射到激光接收屏2上，根据几何及光的反射原理可计算出激光经固定点B反射到激光接收屏2上的激光光斑的理论位置，并在激光接收屏2上标记为点A，激光光斑的理论位置点A到晶圆上固定点B的位置可以通过测量得到，记为L_AB；

实际检测时，通过查看经固定点B反射到激光接收屏2上的激光光斑的实际位置与理论位置点A之间的距离来判断晶圆与反射镜是否垂直；当激光光斑的实际位置与理论位置点A之间的距离小于等于0.1mm时，认定晶圆与反射镜垂直；当激光光斑的实际位置与理论位置点A之间的距离大于0.1mm时，认定晶圆与反射镜不垂直，激光光斑的实际位置在理论位置点A的左侧或者右侧；

当经固定点B反射到激光接收屏2上的激光光斑的实际位置落在理论位置点A的左侧的C点时，可以测量出理论位置点A于实际位置点C的距离记为L_AC，根据几何及光的反射原理可得，晶圆与反射镜的夹角α=45°+1/2（∠YBC），而∠YBC=90°+arctan（L_AC/L_AB），L_AC、L_AB均可通过测量得到，带入计算公式中即可求得晶圆与反射镜的夹角α的大小，通过夹角α大小可判定晶圆与反射镜的垂直情况；通过调节载盘5两侧的调节螺母，使晶圆11靠近旋转台3边缘的一端向右侧偏移或使晶圆靠近旋转台3中心的一端向左侧偏移，直至光斑实际位置点C与A点重合；

当经固定点B反射到激光接收屏2上的激光光斑的实际位置落在理论位置点A的右侧的D点时，可以测量出理论位置点A于实际位置点D的距离记为L_AD，根据几何及光的反射原理可得，晶圆与反射镜的夹角α=45°+1/2（∠YBD），而∠YBD=90°-arctan（L_AD/L_AB），而L_AD、L_AB均可通过测量得到，带入计算公式中即可求得晶圆与反射镜的夹角α的大小，通过夹角α大小可判定晶圆与反射镜的垂直情况；通过调节载盘5两侧的调节螺母，使晶圆靠近旋转台3边缘的一端向左侧偏移或使晶圆靠近旋转台3中心的一端向右侧偏移，直至光斑实际位置点D与A点重合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种直角检测调节系统，其特征在于：包括激光器、激光接收屏、反射镜、用于固定晶圆的载盘、用于带动载盘及反射镜水平转动的旋转机构、用于带动载盘移动的移动装置以及用于调整晶圆并使其与所述反射镜垂直的调节机构；所述激光器、所述激光接收屏和所述旋转机构均设置于水平工作台上；所述移动装置和所述反射镜均设置于所述旋转机构上；所述调节机构的一端与所述移动装置连接，另一端与所述载盘连接。

2.如权利要求1所述的一种直角检测调节系统，其特征在于：所述调节机构包括调节螺杆和调节螺母；所述移动装置上固定有多根调节螺杆，所述载盘上对应所述调节螺杆的位置均设有用于供所述调节螺杆通过的通孔；各所述调节螺杆穿过对应的所述通孔，且各所述调节螺杆上且位于载盘两侧的位置上均固定有调节螺母。

3.如权利要求1所述的一种直角检测调节系统，其特征在于：所述移动装置包括用于带动载盘在水平方向上移动的水平移动机构以及用于带动载盘在竖直方向上移动的竖直移动机构，所述载盘通过调节机构与所述水平移动机构连接，所述水平移动机构设置于所述竖直移动机构上，所述竖直移动机构设置于所述旋转机构上。

4.如权利要求3所述的一种直角检测调节系统，其特征在于：所述竖直移动机构包括竖直移动台、竖直滑轨以及用于驱动所述竖直移动台沿所述竖直滑轨移动的竖直驱动组件，所述水平移动机构固定于所述竖直移动台上，所述竖直滑轨设置于旋转机构上。

5.如权利要求3所述的一种直角检测调节系统，其特征在于：所述水平移动机构包括水平移动台、水平滑轨以及用于驱动所述水平移动台沿所述水平滑轨移动的水平驱动组件，所述水平滑轨设置于所述竖直移动机构上，所述载盘通过调节机构与所述水平移动台连接。

6.如权利要求1所述的一种直角检测调节系统，其特征在于：所述旋转机构包括旋转台以及用于驱动所述旋转台水平转动的旋转驱动组件，所述水平移动机构、所述竖直移动机构和所述反射镜均设置于所述旋转台上，所述旋转驱动组件设置于所述水平工作台上。

7.如权利要求1所述的一种直角检测调节系统，其特征在于：所述激光接收屏通过连接杆固定于所述水平工作台上，且所述激光接收屏上贴有坐标纸。

8.一种直角检测调节方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）将晶圆固定到载盘上，水平转动旋转台，使激光器发出的激光经反射镜反射到激光接收屏上，直至激光接收屏上的反射光与入射光重合；

2）再使旋转台水平旋转45度，通过竖直移动机构和水平移动机构调整载盘的位置，使激光器发出的激光经反射镜反射到晶圆上，再经晶圆反射到激光接收屏上，读取激光接收屏上激光光斑的实际位置；

3）根据激光接收屏上激光光斑的实际位置判断晶圆是否与反射镜垂直；当晶圆与反射镜不垂直时，调节位于载盘两侧的调节螺母，直至晶圆与反射镜垂直。

9.如权利要求8所述的一种直角检测调节方法，其特征在于：步骤3）中，先计算出当晶圆与反射镜垂直时，激光器发出的激光依次经反射镜、晶圆反射到激光接收屏上的激光光斑的理论位置；然后根据激光接收屏上激光光斑的实际位置与激光光斑的理论位置之间的距离来判断晶圆与反射镜是否垂直。

10.如权利要求9所述的一种直角检测调节方法，其特征在于：根据激光接收屏上激光光斑的实际位置与激光光斑的理论位置之间的距离以及激光光斑的理论位置与晶圆上的反射点之间的距离计算出晶圆与反射镜之间的夹角，根据晶圆与反射镜之间的夹角，调节对应的调节螺母，直至晶圆与反射镜垂直。