步進投影光刻機及其常見故障分析

雷宇

(中國電子科技集團公司第十三研究所，河北 石家莊 050051)

投影光刻工藝是半導體器件制造工藝中最重要的工藝之一，步進投影光刻機是完成投影光刻工藝技術(shù)的關(guān)鍵設(shè)備。自1978年美國研制出世界首臺商業(yè)化的分步重復（g線）投影光刻機以來，投影光刻機以其性價比高、兼容性強的特點備受推崇[1]。經(jīng)過各大設(shè)備制造廠商幾十年的發(fā)展，投影光刻機已經(jīng)由g線、i線，發(fā)展為紫外光刻、深紫外光刻以及浸沒式光刻機。投影光刻機是半導體工藝設(shè)備中最為復雜而且精密的設(shè)備之一，其維修涉及光學、電子、精密機械以及自動控制等多學科知識。

1　投影光刻的原理

投影光刻技術(shù)是利用i線或紫外光、深紫外光等既定光源，通過縮小投影鏡頭，以4∶1或5∶1的縮小倍率，經(jīng)過多層的曝光，將掩模工藝板上預制的圖形轉(zhuǎn)換到由硅、二氧化硅或其他化合物制成并經(jīng)過清洗、涂膠等先期處理的圓片的光刻膠上，再進行后續(xù)工藝處理。

2　投影光刻機的結(jié)構(gòu)

以ASML光刻機為例，投影光刻機主要包括圓片傳輸系統(tǒng)、曝光系統(tǒng)、環(huán)境控制系統(tǒng)和操控臺4部分，如圖1所示。

圖1　ASML某型號光刻機結(jié)構(gòu)示意圖

2.1　圓片傳輸系統(tǒng)

圓片傳輸系統(tǒng)包括圓片傳輸單元和圓片預對準單元。圓片傳輸單元主要由片盒升降機構(gòu)、片盒內(nèi)圓片水平檢測、取片機械手、異型機械手、下片機構(gòu)等組成。圓片預對準單元主要由標記傳感器、圓片旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、圓片定中機構(gòu)、平邊探測器等組成。它的功能是把要曝光的圓片經(jīng)過預對準系統(tǒng)找標記、定中心、找平邊以后，把預對準后的圓片放到工作臺的曝光位置，曝光完畢將圓片放回片盒相應的片槽內(nèi)。……