UV25光刻机说明书Word文件下载.docx

1、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。曝光面积：75mm75mm （可扩展为 100mm）分辨力：11.2微米（胶厚2微米的正胶）最大胶厚300微米 （SU8胶）套刻精度：0.6微米掩膜样片整体运动范围：X：15mm，Y：15mm掩膜尺寸：2.5寸，3寸，4寸，（可扩展至5寸）样片尺寸：直径 15mm 100mm厚度 0.1mm 6mm 照明均匀性：3 （75mm75mm范围）掩膜相对于样片运动行程：3mm；Y：6度）汞灯功率：200W（直流）曝光方式 定时（可倒计时曝光，定时范围0.1s-999s）和定剂量对准光学系统调焦范围：1.5mm曝光面功率密度：13

2、mW/cm1.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 的光照明，在离f远处产生的衍射光强分布是： 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。 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（结构如图3示）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

3、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。图3 积木错位式蝇眼透镜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。图4 均匀照明工作原理1.1.3紫外波段保证措施高压汞灯发出的光包括i线、h线、g线及可见

4、光和红外等多种成分，其中i线、h线、g线是曝光所需要的，而可见光和红外等多种成分则对曝光是有害的。在本方案中，椭球镜和第一块反射镜镀冷光介质膜，所有透镜均镀紫外增透膜，并在光路上配紫外干涉滤光片。1.1.4强功率保证措施采用200W高压交流汞灯，负透镜和积木错位蝇眼透镜均采用紫外透过率高的熔石英，并采用大包容角的椭球反射镜。使用i线滤光片时在掩模面的能量密度可达到13mW/cm以上。汞灯安装在一个三维工件台，通过三维调节可将汞灯调节在椭球的焦点上，这样可保证照明面的能量最强，同时保证照明均匀性最好。另外在照明光学系统有一个可变光栏，可以调节照明面能量的强弱。1.1.5 快门控制 采用旋转气缸，

5、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，因此温度很高（左右），快门叶片采用镜面不锈钢。1.1.6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。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。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、6示，光学系统总放大倍数为20倍，测量视场为。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。 图5 对准显微镜光学系统图 图6 CCD对准光学系统图1.3 工件台工件台主要功能有：掩模样片一起作X、Y整体运动用于捕捉对准标记和扩大曝光面积。样片相对于掩模作对

7、准运动（X、Y、）用于对准。样片相对于掩模可作Z、三维运动用于调平样片、分离对准间隙以及消除曝光间隙。吸紧和校平硅片掩模定位吸紧抽拉掩模台在不更换掩模快速上下片。 如图7示，工件台由XY整体运动台、XY相对运动台、球气浮调平机构、Z向上升机构、抽拉掩模台、承片台、掩模吸盘等组成 图7 工件台剖面图2.1 结构概述 如图8（照片）和图9（整机结构简图）示，URE-2000/25光刻机由主机、控制柜桌和计算机系统（不配CCD对准系统的机器不配计算机系统）组成，三个部分通过电缆线连接，可以相互分离。主机机械结构由曝光光学系统、双目双视场对准显微镜、CCD对准系统、工件台部件组成。整机可工作在三种状态

8、位，即：曝光位、显微镜对准位、CCD对准位。2.2 结构组成2.2.1 曝光光学系统冷光椭球镜200W高压汞灯XYZ汞灯调节台光学元件：反射镜、可变光栏、快门、负透镜、积木错位紫外石英蝇眼透镜组（75个透镜，专利技术）、i线滤光片、场镜1、场镜2、反射镜1、反射镜2。冷却风扇2.2.2对准工件台掩模样片整体运动台（XY）掩模样片相对运动台（XY）转动台样片调平机构样片调焦机构承片台3个（mm、mm、根据用户需求另设计制作一种）掩模夹4个（2.5英寸、3英寸、4英寸、5英寸）抽拉掩模台2.2.3对准系统光源、光纤、卤素灯（配备品2只）、电源光学系统（两套）：具备调焦功能。CCD（两个）采集卡2.

9、2.4对准显微镜光源、光纤、卤素灯、电源双目双视场对准显微镜主体目镜3对（10倍、16倍、25倍，共6个）物镜3对（5倍、10倍、15倍，共6个）2.2.5电控系统汞灯触发电源单片机控制系统计算机系统（由用户自备）控制柜桌软件（光盘）2.2.6气动系统气缸、电磁阀、减压阀、气动开关等电磁阀驱动气动仪表（压力表和真空表）2.2.7其他附件真空泵压力空气系统（用户自备）管道图8 URE-2000/25光刻机照片 图9 整机结构简图如图10示，电控系统由汞灯电源、计算机系统（不配CCD对准系统的机器则没有此系统）和主控单片机系统组成。汞灯电源由电感和触发器构成。主控单片机系统主要检测曝光量（用于检测

10、均匀性和调试汞灯位置）、进行积分实现参数设置（包括曝光时间和曝光剂量设置），定剂量曝光、到计时曝光控制、控制电磁阀（实现气浮调平和吸掩模）、参数记忆（原始参数和上次曝光参数记忆）、系统复位等。图10电控系统框图 图11 电控系统框图4.1 曝光光学系统如图12示为曝光光学系统（曝光头）光学结构图，200W的高压汞灯发出的光，首先由镀有冷光反射膜的椭球镜进行聚光，并初次过滤长波段的光（可见光和红外成分），再由一块冷光反射镜再一次过滤长波成份，在椭球镜的后焦点附近设置快门，通过其后的负透镜将照明光转变为平行光，同时进行扩束处理，又通过一块反射镜进行光路转折，在其后的光路中设置一个可变光栏用于调节曝

11、光光强，其口径可在 15mm- 60mm变化，之后由积木错位式的积分镜进行均匀照明、消衍射和侧壁增陡处理，最后通过窄带的干涉滤光片、场镜，大反射镜等将掩模和样片的上表面照明。在曝光头中，蝇眼透镜以前所有的光学元件都将采用石英材料，以保证短波成份的透过率高且耐温性好，所有透镜都镀短波增透膜。汞灯安装在一个三维台子上，在XYZ三个方向的调节范围都在10mm左右。图12曝光光学系统4.2 工件台如图13和图14示：工件台为光刻机的一个关键由掩模样片整体运动台（XY）、掩模样片相对运动台（XY）、转动台、样片调平机构、样片调焦机构、承片台、掩模夹、抽拉掩模台组成。整体运动台包括X台和Y台，运动时应关掉

12、其锁紧真空，运动到位再打开真空。两个方向都采用侧V型滚动导轨，运动行程约20mm。掩模样片相对运动台（XY）位于整体运动台之上，通过一个铸件相连，两个方向也都采用侧V型滚动导轨，作相对运动时都手轮进行调节，拉簧复位。运动行程约20mm。样片调平机构包括球座和半球，当需要调平时在二者之间通，调平完成。调平过程中首先通过二位三通电磁阀在球座和半球通上压力空气，再通过调焦手轮，使球座、半球、样片向上运动，使样片与掩模相靠而找平样片，并二位三通电磁阀将球座和半球切换为真空进行锁紧而保持调平状态。样片调焦机构由调焦手轮、杠杆机构和上升直线导轨等组成，调平上升过程初步调焦，调平完成锁紧球气浮后，样片和掩模

13、之间会产生一定的间隙，因此必须进行微调焦。另一方面，调平完成进行对准，必须分离一定的对准间隙，也需要进行微调焦。抽拉掩模台主要用于快速上下片，由燕尾导轨、定位挡块和锁紧手轮组成。承片台和掩模夹是根据不同的样片和掩模尺寸而进行设计的。掩模夹的上下面均可吸掩模，一般采用上吸掩模方式。当采用上吸掩模方式，承片台和掩模夹需要配对更换、或大号掩模夹对小号承片台，当采用上下吸掩模方式，则不需配对使用。承片台吸小片时只需开小片真空，吸大片时既需开小片真空也需开大片真空。工件台是安装在一个大箱体（机器基座）上，曝光光学系统（曝光头）通过转轴转座与机器基座相连。在转轴和转座之间由径向轴承。曝光头的曝光位通过自位

14、机构进行自动自位。而CCD对准位和显微镜对准则通过靠块进行自位，并需要将起锁紧。图13 工件台照片图14 工件台装配图4.3 CCD对准系统CCD对准系统作用是将掩模和样片的对准标记放大并成像于CCD的靶面上，由两套完全相同光路（如图15示）构成，单套包括光学系统、CCD摄像头、X台、调焦台，灯源等。光学系统的测量视场为 0.35mm，总放大倍数为20倍，工作距17mm，由两个镜组构成。X台的作用是调节两套对准系统的轴距，导向机构采用“侧V”导轨，传动采用丝杠螺母机构。调焦台也采用“侧V”导轨导向，用手轮驱动。灯源和对准显微镜的完全一样，并与对准显微镜公用电源，通过电开关进行切换（不能同时使用

15、）。图15 CCD对准系统装配图URE-2000/25光刻机的气路主要用于控制：吸掩模、开关球气浮、开关快门、锁紧放开XY整体运动台、吸紧大硅片、吸紧小硅片等。吸掩模、开关球气浮、开关快门通过主控单片机系统控制电磁阀完成（操作控制面板上触摸开关）。锁紧放开XY整体运动台、吸紧大硅片、吸紧小硅片则通过气动机械开关进行控制。气控系统的所需的真空由真空泵提供。所需的压缩空气由空压机或气瓶提供。进入到机器的压力应在0.50.8MPa之间，进到机器后可通过减压阀调压，并用压力表显示实际使用压力。图16 气路图 图16电器接线图及接线表温度条件：22C5湿度条件：相对湿度小于60%环境洁净度：优于1000

16、级场地大小:1.5m 1.2m供电条件：220V、50HZ（大于5A）压力空气：大于0.5-0.8Mpa（无油、无水、无灰尘）真空抽速：大于8（l/s）如图17、18、19示，URE-2000/25光刻机的操作包括：单片机面板上的触摸开关、操作台面气动开关、电气柜桌的电气按钮。单片机面板上的触摸开关包括：“设定”、“+”、“-”、“复位”、“气浮”、“掩模”、“时间”、“剂量”。“设定”用于设定曝光时间或曝光剂量。时间的设定范围为0.1s-999.9s，设定曝光剂量是单位值（没有量纲），设定范围为0.1-999.9。按下“设定”（其指示灯亮），百位数闪烁，按“+”、“-”可对数字进行调整，调整

17、完成后按“设定”，十位数闪烁，按“+”、“-”则调整十位数。类推可调整个位数和小数点后的一位数。当小数点后的一位数调整完成，再按“设定”，则“设定”键的指示等灭，任意位都不闪烁，这种状态为曝光可执行状态，如此时按下“时间”按钮，则会按照数码显示的数字进行倒计时曝光，如按下“剂量”按钮，则会按照数码显示的数字进行减剂量曝光，曝光完成数码显示的数字回到原设定数字（每次新开单片机，数码显示的数字均为“060.0”）。 “气浮”、“掩模”为单独操作键。按“气浮”（指示灯亮），球气浮吹气，再按“气浮”（指示灯灭）球气浮变为真空吸紧。按“掩模” （指示灯亮），掩模吸盘处于真空吸紧状态，再按“掩模” （指示

18、灯灭），掩模吸盘回到松开状态。 按下“复位”后，延时约1秒后单片机复位。操作台面有三个气动开关，分别是“工件台”、“小硅片”、“大硅片”，单独控制其真空的开启。电气柜桌的电气按钮有三个：分别是“汞灯电源”、“触发”、“单片机”。按下“汞灯电源” （指示灯亮），一般来说汞灯就被点燃，如其指示灯亮，但汞灯未点燃（也属正常），可再按“触发”按钮，点燃汞灯的可能将增大。“单片机”，为单片机系统的开关。警告：不可在“单片机”处于开的状态，开关“汞灯电源”、“触发”。图17 操作台面 图18 单片机操作面板图19 电气柜桌1.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

19、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泵，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

20、”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

21、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

22、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、 ），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

23、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。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，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。