接觸接近式光刻機(jī)微力找平技術(shù)

李　霖　周慶奎

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十五研究所，北京100176)

接觸接近式光刻機(jī)微力找平技術(shù)

李霖周慶奎

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十五研究所，北京100176)

介紹了一種微力找平技術(shù)，該技術(shù)應(yīng)用氣缸及間隙找平機(jī)構(gòu)，可滿(mǎn)足厚膠光刻工藝要求。

光刻機(jī)；微力找平；厚膠光刻

接觸接近式光刻設(shè)備是半導(dǎo)體生產(chǎn)及實(shí)驗(yàn)制造中的關(guān)鍵設(shè)備之一。近年來(lái)隨著厚膠工藝的應(yīng)用日益廣泛及對(duì)掩模版防損要求的提高，對(duì)光刻機(jī)的找平技術(shù)也提出了新的要求，即要求基片與掩模版找平時(shí)找平力盡量小且方便調(diào)整找平力的大小，并在找平過(guò)程中減少對(duì)掩模版的損傷，延長(zhǎng)掩模版的使用壽命。本文介紹了一種微力找平技術(shù)可滿(mǎn)足厚膠工藝及延長(zhǎng)掩模版使用壽命，在接觸接近式光刻機(jī)領(lǐng)域有著良好的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

1　微力找平技術(shù)

1.1找平原理

基片與掩模版在對(duì)準(zhǔn)時(shí)必須保持一個(gè)平行的距離，而基片自身的不平行度與經(jīng)過(guò)幾次刻蝕后的翹曲度對(duì)這個(gè)平行間隙的設(shè)定帶來(lái)一定誤差，因此在對(duì)準(zhǔn)與曝光之前必須進(jìn)行找平，以使其與掩模版之間形成一個(gè)平行間隙，即完成基片與掩模版的找平。

找平機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)基片與掩模版找平的關(guān)鍵部件，它提供基片與掩模版找平時(shí)所需要的找平力。傳統(tǒng)的找平機(jī)構(gòu)如圖1所示，一般采用彈性元件提供找平力，例如彈簧、氣囊等，通過(guò)彈性元件的彈性變形產(chǎn)生找平力。這些元件提供的找平力范圍變化較大，且每次調(diào)整找平力時(shí)需要重新設(shè)定彈性元件彈性變形的位移量，導(dǎo)致找平力過(guò)大及調(diào)節(jié)不方便，對(duì)厚膠工藝膠層及掩模版都有一定的損傷。

圖1　找平機(jī)構(gòu)示意圖

1.2微力找平技術(shù)

為了適應(yīng)厚膠工藝及延長(zhǎng)掩模版的使用壽命，研制了一套微力找平機(jī)構(gòu)，主要利用氣缸提供找平力，在彈性元件變形位移恒定的情況下通過(guò)改變氣缸的供氣壓力使找平力方便可調(diào)且變化范圍較小，并利用間隙找平機(jī)構(gòu)（間隙球或間隙片）伸入基片與掩模版之間進(jìn)行找平，即在找平過(guò)程中基片與掩模版不直接接觸，防止了對(duì)膠層的破壞及掩模版的劃傷。

1.2.1找平力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)

找平機(jī)構(gòu)示意圖如圖2所示，找平力由均布的三個(gè)壓簧和三個(gè)氣缸共同控制，可通過(guò)調(diào)節(jié)氣缸供氣壓力對(duì)找平力進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍可以達(dá)到1.5～40 N。

找平時(shí)Z軸向上運(yùn)動(dòng)，使基片與接近球（片）接觸從而間接地與掩模版接觸，這時(shí)Z軸繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)，球形頂柱就向下運(yùn)動(dòng)壓縮壓簧，直至達(dá)到設(shè)定的找平位移量即完成基片與掩模版找平過(guò)程。

圖2　找平示意圖

找平時(shí)找平力由壓簧與氣缸共同作用產(chǎn)生，位移傳感器檢測(cè)找平時(shí)的z向位移量是否達(dá)到設(shè)定值。例如設(shè)定找平位移量為Δz，找平時(shí)壓簧產(chǎn)生的找平力為F簧=k×Δz，氣缸產(chǎn)生的找平力F缸=P×S，總的找平力F總=3F簧+3F缸。通過(guò)調(diào)節(jié)氣缸的供氣壓力方便快捷地改變找平力的大小。

找平位移通過(guò)位移傳感器設(shè)定，不同的位移對(duì)應(yīng)不同的找平力F簧，F(xiàn)簧的變化范圍在1～8 N。F缸為氣缸產(chǎn)生的找平力，通過(guò)調(diào)節(jié)供氣壓力改變找平力大小，供氣壓力由精密調(diào)壓閥調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍0.005～0.2 MPa，既氣缸找平力可在1～40 N之間調(diào)節(jié)，一般運(yùn)行過(guò)程中總的找平力控制不大于30 N，氣缸及壓簧在找平機(jī)構(gòu)中沿圓周均布。

找平機(jī)構(gòu)中拉簧為防脫拉簧，拉簧產(chǎn)生的拉力為找平機(jī)構(gòu)中內(nèi)力，即防止頂柱與連接板脫開(kāi)，又不會(huì)對(duì)總的找平力產(chǎn)生影響。

1.2.2間隙找平機(jī)構(gòu)

間隙找平機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)基片與掩模版的非接觸找平，減少了基片與掩模版接觸找平時(shí)對(duì)厚膠膠層的破壞及掩模版表面的劃傷，間隙找平機(jī)構(gòu)通過(guò)間隙球或間隙片實(shí)現(xiàn)。

圖3為間隙球找平機(jī)構(gòu)示意圖，該機(jī)構(gòu)主要包括旋轉(zhuǎn)夾緊氣缸、接近球等。旋轉(zhuǎn)夾緊氣缸實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)及升降運(yùn)動(dòng)，使接近球在找平時(shí)處于基片與掩模版之間，并在找平完成后使接近球處于基片與掩模版外側(cè)，以進(jìn)行后續(xù)的對(duì)準(zhǔn)及曝光程序。接近球材料要具有一定的耐磨性，直徑不超過(guò)8 mm，并保證接近球直徑尺寸的一致性及圓度。

圖4為間隙片找平機(jī)構(gòu)示意圖，該機(jī)構(gòu)主要包括微型直線(xiàn)氣缸、接近片等。微型直線(xiàn)氣缸推動(dòng)轉(zhuǎn)軸實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)接近片轉(zhuǎn)動(dòng)?；c掩模版找平時(shí)接近片轉(zhuǎn)動(dòng)到圖示位置，找平完成后轉(zhuǎn)動(dòng)到基片與掩模版外側(cè)，以進(jìn)行后續(xù)的對(duì)準(zhǔn)及曝光程序。接近片為非金屬材料且具有一定的耐磨性，厚度一般不超過(guò)0.5 mm，并保證接近片厚度尺寸的一致性及較高的表面光潔度。

圖4　間隙片找平示意圖

2　結(jié)束語(yǔ)

介紹了一種應(yīng)用于接觸接近式光刻機(jī)的微力找平技術(shù)，應(yīng)用氣缸、接近球（片）等實(shí)現(xiàn)了基片與掩模版的微力找平，采用該技術(shù)的光刻機(jī)可應(yīng)用于厚膠工藝光刻并減少對(duì)掩模版的劃傷，延長(zhǎng)掩模版的使用壽命，進(jìn)一步提高了接觸接近式光刻機(jī)的性能，有著良好的市場(chǎng)前景。

[1]周慶奎，劉玄博，李霖.掩模光刻機(jī)中找平控制研究[J].電子工業(yè)專(zhuān)用設(shè)備，2010，39(11)：1-3.

[2][美]Michael Quick，Julian Serda.，半導(dǎo)體制造技術(shù)[M].韓鄭生，歐文，杜寰，等譯.北京：電子工業(yè)出版社，2009.

The Micro-force Paralleling Technology of Mask Aligner

LI Lin，ZHOU Qingkui
(The 45thResearch Institute of CETC，Beijing 100176，China)

The micro-force paralleling technology is introduced in this paper，and the cylinder and gap paralleling part are adopted to the technology which is applied to the technics of thick photoresist lithography.

Mask aligner；Micro-force paralleling；Thick photoresist lithography

TN305

A

1004-4507(2016)11-0026-03

2016-10-20

李霖（1977-），男，河南洛陽(yáng)人，高級(jí)工程師，現(xiàn)主要從事半導(dǎo)體設(shè)備的開(kāi)發(fā)與研究。