接触接近式光刻机微力找平技术

李　霖　周庆奎

(中国电子科技集团公司第四十五研究所，北京100176)

接触接近式光刻机微力找平技术

李霖周庆奎

(中国电子科技集团公司第四十五研究所，北京100176)

介绍了一种微力找平技术，该技术应用气缸及间隙找平机构，可满足厚胶光刻工艺要求。

光刻机；微力找平；厚胶光刻

接触接近式光刻设备是半导体生产及实验制造中的关键设备之一。近年来随着厚胶工艺的应用日益广泛及对掩模版防损要求的提高，对光刻机的找平技术也提出了新的要求，即要求基片与掩模版找平时找平力尽量小且方便调整找平力的大小，并在找平过程中减少对掩模版的损伤，延长掩模版的使用寿命。本文介绍了一种微力找平技术可满足厚胶工艺及延长掩模版使用寿命，在接触接近式光刻机领域有着良好的市场应用前景。

1　微力找平技术

1.1找平原理

基片与掩模版在对准时必须保持一个平行的距离，而基片自身的不平行度与经过几次刻蚀后的翘曲度对这个平行间隙的设定带来一定误差，因此在对准与曝光之前必须进行找平，以使其与掩模版之间形成一个平行间隙，即完成基片与掩模版的找平。

找平机构是实现基片与掩模版找平的关键部件，它提供基片与掩模版找平时所需要的找平力。传统的找平机构如图1所示，一般采用弹性元件提供找平力，例如弹簧、气囊等，通过弹性元件的弹性变形产生找平力。这些元件提供的找平力范围变化较大，且每次调整找平力时需要重新设定弹性元件弹性变形的位移量，导致找平力过大及调节不方便，对厚胶工艺胶层及掩模版都有一定的损伤。

图1　找平机构示意图

1.2微力找平技术

为了适应厚胶工艺及延长掩模版的使用寿命，研制了一套微力找平机构，主要利用气缸提供找平力，在弹性元件变形位移恒定的情况下通过改变气缸的供气压力使找平力方便可调且变化范围较小，并利用间隙找平机构（间隙球或间隙片）伸入基片与掩模版之间进行找平，即在找平过程中基片与掩模版不直接接触，防止了对胶层的破坏及掩模版的划伤。

1.2.1找平力调节机构

找平机构示意图如图2所示，找平力由均布的三个压簧和三个气缸共同控制，可通过调节气缸供气压力对找平力进行调节，调节范围可以达到1.5～40 N。

找平时Z轴向上运动，使基片与接近球（片）接触从而间接地与掩模版接触，这时Z轴继续向上运动，球形顶柱就向下运动压缩压簧，直至达到设定的找平位移量即完成基片与掩模版找平过程。

图2　找平示意图

找平时找平力由压簧与气缸共同作用产生，位移传感器检测找平时的z向位移量是否达到设定值。例如设定找平位移量为Δz，找平时压簧产生的找平力为F簧=k×Δz，气缸产生的找平力F缸=P×S，总的找平力F总=3F簧+3F缸。通过调节气缸的供气压力方便快捷地改变找平力的大小。

找平位移通过位移传感器设定，不同的位移对应不同的找平力F簧，F簧的变化范围在1～8 N。F缸为气缸产生的找平力，通过调节供气压力改变找平力大小，供气压力由精密调压阀调节，调节范围0.005～0.2 MPa，既气缸找平力可在1～40 N之间调节，一般运行过程中总的找平力控制不大于30 N，气缸及压簧在找平机构中沿圆周均布。

找平机构中拉簧为防脱拉簧，拉簧产生的拉力为找平机构中内力，即防止顶柱与连接板脱开，又不会对总的找平力产生影响。

1.2.2间隙找平机构

间隙找平机构实现基片与掩模版的非接触找平，减少了基片与掩模版接触找平时对厚胶胶层的破坏及掩模版表面的划伤，间隙找平机构通过间隙球或间隙片实现。

图3为间隙球找平机构示意图，该机构主要包括旋转夹紧气缸、接近球等。旋转夹紧气缸实现机构的旋转及升降运动，使接近球在找平时处于基片与掩模版之间，并在找平完成后使接近球处于基片与掩模版外侧，以进行后续的对准及曝光程序。接近球材料要具有一定的耐磨性，直径不超过8 mm，并保证接近球直径尺寸的一致性及圆度。

图4为间隙片找平机构示意图，该机构主要包括微型直线气缸、接近片等。微型直线气缸推动转轴实现转轴转动，转轴带动接近片转动。基片与掩模版找平时接近片转动到图示位置，找平完成后转动到基片与掩模版外侧，以进行后续的对准及曝光程序。接近片为非金属材料且具有一定的耐磨性，厚度一般不超过0.5 mm，并保证接近片厚度尺寸的一致性及较高的表面光洁度。

图4　间隙片找平示意图

2　结束语

介绍了一种应用于接触接近式光刻机的微力找平技术，应用气缸、接近球（片）等实现了基片与掩模版的微力找平，采用该技术的光刻机可应用于厚胶工艺光刻并减少对掩模版的划伤，延长掩模版的使用寿命，进一步提高了接触接近式光刻机的性能，有着良好的市场前景。

[1]周庆奎，刘玄博，李霖.掩模光刻机中找平控制研究[J].电子工业专用设备，2010，39(11)：1-3.

[2][美]Michael Quick，Julian Serda.，半导体制造技术[M].韩郑生，欧文，杜寰，等译.北京：电子工业出版社，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，河南洛阳人，高级工程师，现主要从事半导体设备的开发与研究。