接觸接近式光刻機微力找平技術

李　霖　周慶奎

(中國電子科技集團公司第四十五研究所，北京100176)

接觸接近式光刻機微力找平技術

李霖周慶奎

(中國電子科技集團公司第四十五研究所，北京100176)

介紹了一種微力找平技術，該技術應用氣缸及間隙找平機構，可滿足厚膠光刻工藝要求。

光刻機；微力找平；厚膠光刻

接觸接近式光刻設備是半導體生產及實驗制造中的關鍵設備之一。近年來隨著厚膠工藝的應用日益廣泛及對掩模版防損要求的提高，對光刻機的找平技術也提出了新的要求，即要求基片與掩模版找平時找平力盡量小且方便調整找平力的大小，并在找平過程中減少對掩模版的損傷，延長掩模版的使用壽命。本文介紹了一種微力找平技術可滿足厚膠工藝及延長掩模版使用壽命，在接觸接近式光刻機領域有著良好的市場應用前景。

1　微力找平技術

1.1找平原理

基片與掩模版在對準時必須保持一個平行的距離，而基片自身的不平行度與經過幾次刻蝕后的翹曲度對這個平行間隙的設定帶來一定誤差，因此在對準與曝光之前必須進行找平，以使其與掩模版之間形成一個平行間隙，即完成基片與掩模版的找平。

找平機構是實現基片與掩模版找平的關鍵部件，它提供基片與掩模版找平時所需要的找平力。傳統的找平機構如圖1所示，一般采用彈性元件提供找平力，例如彈簧、氣囊等，通過彈性元件的彈性變形產生找平力。這些元件提供的找平力范圍變化較大，且每次調整找平力時需要重新設定彈性元件彈性變形的位移量，導致找平力過大及調節不方便，對厚膠工藝膠層及掩模版都有一定的損傷。

圖1　找平機構示意圖

1.2微力找平技術

為了適應厚膠工藝及延長掩模版的使用壽命，研制了一套微力找平機構，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改變氣缸的供氣壓力使找平力方便可調且變化范圍較小，并利用間隙找平機構（間隙球或間隙片）伸入基片與掩模版之間進行找平，即在找平過程中基片與掩模版不直接接觸，防止了對膠層的破壞及掩模版的劃傷。

1.2.1找平力調節機構

找平機構示意圖如圖2所示，找平力由均布的三個壓簧和三個氣缸共同控制，可通過調節氣缸供氣壓力對找平力進行調節，調節范圍可以達到1.5～40 N。

找平時Z軸向上運動，使基片與接近球（片）接觸從而間接地與掩模版接觸，這時Z軸繼續向上運動，球形頂柱就向下運動壓縮壓簧，直至達到設定的找平位移量即完成基片與掩模版找平過程。

圖2　找平示意圖

找平時找平力由壓簧與氣缸共同作用產生，位移傳感器檢測找平時的z向位移量是否達到設定值。例如設定找平位移量為Δz，找平時壓簧產生的找平力為F簧=k×Δz，氣缸產生的找平力F缸=P×S，總的找平力F總=3F簧+3F缸。通過調節氣缸的供氣壓力方便快捷地改變找平力的大小。

找平位移通過位移傳感器設定，不同的位移對應不同的找平力F簧，F簧的變化范圍在1～8 N。F缸為氣缸產生的找平力，通過調節供氣壓力改變找平力大小，供氣壓力由精密調壓閥調節，調節范圍0.005～0.2 MPa，既氣缸找平力可在1～40 N之間調節，一般運行過程中總的找平力控制不大于30 N，氣缸及壓簧在找平機構中沿圓周均布。

找平機構中拉簧為防脫拉簧，拉簧產生的拉力為找平機構中內力，即防止頂柱與連接板脫開，又不會對總的找平力產生影響。

1.2.2間隙找平機構

間隙找平機構實現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對厚膠膠層的破壞及掩模版表面的劃傷，間隙找平機構通過間隙球或間隙片實現。

圖3為間隙球找平機構示意圖，該機構主要包括旋轉夾緊氣缸、接近球等。旋轉夾緊氣缸實現機構的旋轉及升降運動，使接近球在找平時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，以進行后續的對準及曝光程序。接近球材料要具有一定的耐磨性，直徑不超過8 mm，并保證接近球直徑尺寸的一致性及圓度。

圖4為間隙片找平機構示意圖，該機構主要包括微型直線氣缸、接近片等。微型直線氣缸推動轉軸實現轉軸轉動，轉軸帶動接近片轉動。基片與掩模版找平時接近片轉動到圖示位置，找平完成后轉動到基片與掩模版外側，以進行后續的對準及曝光程序。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　結束語

介紹了一種應用于接觸接近式光刻機的微力找平技術，應用氣缸、接近球（片）等實現了基片與掩模版的微力找平，采用該技術的光刻機可應用于厚膠工藝光刻并減少對掩模版的劃傷，延長掩模版的使用壽命，進一步提高了接觸接近式光刻機的性能，有著良好的市場前景。

[1]周慶奎，劉玄博，李霖.掩模光刻機中找平控制研究[J].電子工業專用設備，2010，39(11)：1-3.

[2][美]Michael Quick，Julian Serda.，半導體制造技術[M].韓鄭生，歐文，杜寰，等譯.北京：電子工業出版社，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，河南洛陽人，高級工程師，現主要從事半導體設備的開發與研究。