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URE-2000/25型光刻机操作说明以及特性介绍

URE-2000/25 型深度光刻机, 是在 URE-2000A 和 URE-2000B 基础上开发 成功的,


其主要特点是: 灯源采用 200W 交流高压汞灯,曝光波长使用 365nm,曝光面积φ100mm (可扩展为 150mm×150mm) 。曝光系统采用积木错位蝇眼透镜实现均匀照明 和平滑衍射效应。 


掩模面的最大照度可达 10mW/cm 2 (用 365nm 探头测量,曝光面积 φ100mm),照度可通过曝光系统内部的可变光栏进行调节。 


对准采用双目双视场对准显微镜(可添加 CCD 对准系统) ,对准显微镜 的有三对目镜和三对物镜可以互换,组合后最大倍数为 375 倍。对准物镜 轴距可在 20mm-63mm 之间变化。在目镜中可单独观察到一个视场的像,也可同时观测到两个视场的像。


机器由单片机系统通过主机上控制面板进行操作(如带 CCD 的对准系 统则通过主计算机进行操作) 。 


工件台可带动掩模样片一起作 X、Y 整体运动(关掉工件台真空) ,也 可 X、Y 整体运动锁紧(关掉工件台真空) 。样片相对于掩模可作 X、Y、Z、 θ X 、θ Y 、θ Z 六维运动,其中 X、Y、Z、θ Z 通过手轮调节,θ X 、θ Y 分别通过球 气浮调节。共有 2.5 英寸、3 英寸、4 英寸、5 英寸四种掩模吸盘。 


系统工作原理及结构:



1.工作原理和设计方案 工作原理和设计方案 


1.1 曝光光学系统 曝光光学系统的功能主要有:平滑衍射效应、实现均匀照明、滤光和冷 光处理、实现强光照明和光强调节。 


1.1.1 衍射效应平滑方案 按照 Fraunhofer 的衍射理论,宽为 2a 的单缝用波长为λ的光照明,在 离 f 远处产生的衍射光强分布是:

 I ( x) = sin c 2 ( kxa /f ), k = 2π/ λ 


由于衍射使主峰旁边还有很多次峰,造成光刻线条质量下降,线条越 细、距离越远、曝光波长越长,则这一现象越明显。 

光刻机不消衍射时在工件上的光强分布    光刻机采用积木错位蝇眼透镜时在工件上的光强分布

图 1 不消衍射时在工件上的光强分布                  图2 采用积木错位蝇眼透镜时在工件上的光强分布 

在本设备中采用积木错位式蝇眼透镜形成多点光源, 由于采用积木错位式蝇眼透镜,保证单根积分棒截面为正方形,从而具有 两好的加工性和装配性,同时保证在任意积分棒的结合处只有两个棱,故 易实现不漏光,此外还保证任意积分棒和周围的积分棒等距离,对保证照 明均匀性和消衍射效果明显。从而保证光刻分辨率。 

1.1.2 多点光源实现均匀照明的原理


 系统采用柯拉照明的原理(如图 4示), 积分镜是由多块蝇眼透镜拼接而 成,能将能量分布不均匀的宽光束分解为若干细光束,各细光束均按柯拉 原理照明在掩模面上。由于在细光束范围内能量分布基本上是均匀的,因 而在掩模面上得到均匀照明。由于细光束均叠加在掩模的相同区域,这就 实现了照明的高能量化 

多点光源实现均匀照明的原理

1.1.3快门控制 


采用旋转气缸,通过二位五通电磁阀进行控制。曝光方式采用到计时 定时自动曝光,也可采用定剂量曝光。由于快门位于后焦点处,因此温度 ,快门叶片采用镜面不锈钢。 很高( 700 0 C 左右) 


 

1.1.4冷却措施 


风冷,在曝光头的后部有一个冷却风扇,在顶部有通风口。 



 

1.2对准测量系统 


 

1.2.1 双目双视场对准显微镜 采用双目双视场合像对准显微镜,物镜和目镜各配 3 对(最大倍数 375 倍,见图 5) 。调节对准物镜手轮,其轴距可在 20mm-63mm 之间变化。在目 镜中可单独观察到一个视场的像,也可同时观测到两个视场的像。对准显 微镜通过手轮调节上下运动实现调焦。物镜的倍率越大,数值孔径也越大, 测量精度就高,但视场就小,焦深就短。

光刻机对准显微镜光学系统图

     1.2.2 CCD 对准系统 对于要求 CCD 对准的 URE-2000/25 光刻机,其光学系统如图 6 示,光 学系统总放大倍数为 20 倍,测量视场为 φ 0.35mm 。物镜的轴距可通过手轮 进行调节,其轴距可在 20mm-90mm 之间变化。两套对准系统可以单独进行 调焦,调焦范围±1mm。对于薄胶(胶厚小于 5?m) ,通过监视器可以同时看 到掩模和硅片对准标记,可直接通过计算机监视器,调节对准工件台进行 对准。对于厚胶,首先通过 CCD 对掩模标记,并保存图像,将对准物镜调 焦至硅片面(胶层下表面) ,可看清硅片面的对准标记,和已保存掩模标记 图像相对,即可实现厚胶对准。 

光刻机CCD对准光学系统图

URE-2000/25 操作步骤—工作过程: 


 

1.汞灯位置调节 

汞灯位置调节 在换灯后或灯位置变动时会改变照明的均匀性和照明的光强,这时调 节三维灯座台,使汞灯球体位于椭球镜的第一焦点上,这时照明强度最大, 均匀性最好。 


 

2.开机准备 

(1).供给机器的电源配电插座应有 220 伏的供电能力,在总电源插头插 上后,机柜已通电。 

(2).开启空气压缩机和真空,要求:供气压力大于 0.4Mpa(表压), 真空度高于-0.06Mpa。 


 

3.开机  正常工作时,先按“汞灯电源”红色按钮,启辉汞灯,如其指示灯亮, 但汞灯未点燃(也属正常) ,可再按“触发”按钮,将汞灯点燃。汞灯点燃 30 分钟后才能稳定。按下“控制电源”红色按钮,控制电源打开,几秒钟 后面板上的“复位”键指示灯亮,曝光时间显示默认值“0060.0” ,表明控 制系统工作正常。


 

4.上片  将样片放到承片台上,打开“小硅片”气动开关(对于 4 寸片,还需打 开“大硅片”)气动开关,样片被吸紧,反时针旋转曝光间隙调节手轮,使 样片低于掩模面;将掩模放到掩模吸盘上,按“掩模”按钮(指示灯亮) , 掩模被吸紧。 


 

5.调平 按“气浮”按钮(指示灯亮) ,球气浮吹气,顺时针旋曝光间隙调节手 轮直至样片与掩模贴紧,再按“气浮”按钮(指示灯灭) ,球气浮被锁紧, 样片被调平,在球气浮被锁紧的过程中掩模和样片间会分离一定的间隙, 可直接进行对准。


 

6.曝光时间设定 按下“设定”键,指示灯亮,同时曝光时间(或剂量)显示的百位数 字闪烁,可按“+”“-”键对曝光时间的第一位数调整,调整好后,再次 、 按设定(SET)键可进行下一位数字调整,当调整完最后一位时,再按“设 定”键,退出“时间—剂量”设定,按“时间”或“剂量”键,可进行曝 光操作(倒计时或定剂量曝光) 。


曝光过程中,显示窗显示曝光状态的倒计时。 


 

7.对准调节 


7.1 显微镜对准 一般来说调平完成被锁紧后(关“气浮”,掩模和样片间存在一定的 ) 间隙,可直接进行对准,但如果调平顶紧的力过大或过小,则调平完成被 锁紧后,对准间隙可能过大或过小,这种情况下,可旋转调焦手轮,调节 出合适的对准间隙—即保证掩模和样片的对准标记都能成清晰像,且作对 准运动时掩模和样片不摩擦(掩模和样片不一起运动) 。 


对准台分三部分,下层为整体运动台(样片和掩模一起作整体运动, 能保证掩模和样片对准标记进入到显微镜的视场内,也可用于增大曝光面 积) ;中心为转动,调节旋转手轮可使承片台相对掩模旋转;上层为相对运 动台,旋转其手轮,可使掩模相对于样片作 X、Y 对准运动。对准显微镜的 使用见“显微镜使用说明书” 。 


7.2 CCD 对准 调平完成后首先分离出合适的对准间隙。 


对于薄胶:其操作基本和显微镜对准一样,所不同的是其观察是通过 计算机监视器。 


对于厚胶:首先移动整体运动台,掩模对准标记进入到 CCD 对准系统 的测量视场内(最好两个标记基本都位于 CCD 视场的中心) ,通过计算机采 集掩模对准标记的像并保存。调焦,使样片对准标记在计算机监视器上成 清晰像,调节对准手轮(作掩模和样片相对运动 X、Y、θ) ,使样片对准标 记与保存的掩模对准标记的像相一致。 


 

8.关机 关机的顺序和开机相反,先关掉控制系统电源,再关掉汞灯电源。


 

9.操作警告 

不要在控制系统工作的情况下启辉汞灯,以免损坏电气系统。

操作过程中出现控制紊乱或死机,按面板上“复位”键,几秒钟后,系统 重新复位。

汞灯要及时更换, 以免出现其他事故。 汞灯的寿命一般为 200-300 小时。 一般说来,如汞灯位置处于最佳状态,可变光栏又开到最大位置,而照 明面的光强(365nm)小于 7 mW / cm 2 ,则必须更换汞灯。 

如按下汞灯电源汞灯没有启辉,这时按机柜上绿色触发键来启辉汞灯, 如多次按下后仍然不能点燃汞灯, 可能环境温度太低, 或汞灯寿命已到, 如环境温度没有问题, 更换新灯后, 仍然不能起辉汞灯, 请与厂家联系。 

操作本机器要尽量避免眼睛对着曝光光源看,也要尽量避免手被曝光光 源照射,否则会对身体造成一定危害。  




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