整機系統(tǒng)描述：

 URE-2000/25 型深度光刻機， 是在 URE-2000A 和 URE-2000B 基礎(chǔ)上開發(fā) 成功的，

其主要特點是： 燈源采用 200W 交流高壓汞燈，曝光波長使用 365nm，曝光面積φ100mm （可擴(kuò)展為 150mm×150mm） 。曝光系統(tǒng)采用積木錯位蠅眼透鏡實現(xiàn)均勻照明 和平滑衍射效應(yīng)。 

掩模面的最大照度可達(dá) 10mW/cm 2 (用 365nm 探頭測量，曝光面積 φ100mm)，照度可通過曝光系統(tǒng)內(nèi)部的可變光欄進(jìn)行調(diào)節(jié)。 

對準(zhǔn)采用雙目雙視場對準(zhǔn)顯微鏡（可添加 CCD 對準(zhǔn)系統(tǒng)） ，對準(zhǔn)顯微鏡 的有三對目鏡和三對物鏡可以互換，組合后最大倍數(shù)為 375 倍。對準(zhǔn)物鏡 軸距可在 20mm-63mm 之間變化。在目鏡中可單獨觀察到一個視場的像，也可同時觀測到兩個視場的像。

機器由單片機系統(tǒng)通過主機上控制面板進(jìn)行操作（如帶 CCD 的對準(zhǔn)系 統(tǒng)則通過主計算機進(jìn)行操作） 。 

工件臺可帶動掩模樣片一起作 X、Y 整體運動（關(guān)掉工件臺真空） ，也 可 X、Y 整體運動鎖緊（關(guān)掉工件臺真空） 。樣片相對于掩模可作 X、Y、Z、 θ X 、θ Y 、θ Z 六維運動，其中 X、Y、Z、θ Z 通過手輪調(diào)節(jié)，θ X 、θ Y 分別通過球 氣浮調(diào)節(jié)。共有 2.5 英寸、3 英寸、4 英寸、5 英寸四種掩模吸盤。 

 

系統(tǒng)工作原理及結(jié)構(gòu)：

1.工作原理和設(shè)計方案 工作原理和設(shè)計方案 

1.1 曝光光學(xué)系統(tǒng) 曝光光學(xué)系統(tǒng)的功能主要有：平滑衍射效應(yīng)、實現(xiàn)均勻照明、濾光和冷 光處理、實現(xiàn)強光照明和光強調(diào)節(jié)。 

1.1.1 衍射效應(yīng)平滑方案 按照 Fraunhofer 的衍射理論，寬為 2a 的單縫用波長為λ的光照明，在 離 f 遠(yuǎn)處產(chǎn)生的衍射光強分布是：

 I ( x) = sin c 2 ( kxa /f ), k = 2π/ λ 

由于衍射使主峰旁邊還有很多次峰，造成光刻線條質(zhì)量下降，線條越 細(xì)、距離越遠(yuǎn)、曝光波長越長，則這一現(xiàn)象越明顯。 

    

        圖 1 不消衍射時在工件上的光強分布 圖                    2 采用積木錯位蠅眼透鏡時在工件上的光強分布 

在本設(shè)備中采用積木錯位式蠅眼透鏡（結(jié)構(gòu)如圖 3 示）形成多點光源， 由于采用積木錯位式蠅眼透鏡，保證單根積分棒截面為正方形，從而具有 兩好的加工性和裝配性，同時保證在任意積分棒的結(jié)合處只有兩個棱，故 易實現(xiàn)不漏光，此外還保證任意積分棒和周圍的積分棒等距離，對保證照 明均勻性和消衍射效果明顯。從而保證光刻分辨率。 

 

1.1.2 多點光源實現(xiàn)均勻照明的原理

 系統(tǒng)采用柯拉照明的原理(如圖 4 示)， 積分鏡是由多塊蠅眼透鏡拼接而 成，能將能量分布不均勻的寬光束分解為若干細(xì)光束，各細(xì)光束均按柯拉 原理照明在掩模面上。由于在細(xì)光束范圍內(nèi)能量分布基本上是均勻的，因 而在掩模面上得到均勻照明。由于細(xì)光束均疊加在掩模的相同區(qū)域，這就 實現(xiàn)了照明的高能量化 

 

1.1.3快門控制 

采用旋轉(zhuǎn)氣缸，通過二位五通電磁閥進(jìn)行控制。曝光方式采用到計時 定時自動曝光，也可采用定劑量曝光。由于快門位于后焦點處，因此溫度 ，快門葉片采用鏡面不銹鋼。 很高（ 700 0 C 左右） 

 

1.1.4冷卻措施 

風(fēng)冷，在曝光頭的后部有一個冷卻風(fēng)扇，在頂部有通風(fēng)口。 

 

1.2對準(zhǔn)測量系統(tǒng) 

 

1.2.1 雙目雙視場對準(zhǔn)顯微鏡 采用雙目雙視場合像對準(zhǔn)顯微鏡，物鏡和目鏡各配 3 對（最大倍數(shù) 375 倍，見圖 5） 。調(diào)節(jié)對準(zhǔn)物鏡手輪，其軸距可在 20mm-63mm 之間變化。在目 鏡中可單獨觀察到一個視場的像，也可同時觀測到兩個視場的像。對準(zhǔn)顯 微鏡通過手輪調(diào)節(jié)上下運動實現(xiàn)調(diào)焦。物鏡的倍率越大，數(shù)值孔徑也越大， 測量精度就高，但視場就小，焦深就短。

 

 

 1.2.2 CCD 對準(zhǔn)系統(tǒng) 對于要求 CCD 對準(zhǔn)的 URE-2000/25 光刻機，其光學(xué)系統(tǒng)如圖 6 示，光 學(xué)系統(tǒng)總放大倍數(shù)為 20 倍，測量視場為 φ 0.35mm 。物鏡的軸距可通過手輪 進(jìn)行調(diào)節(jié)，其軸距可在 20mm-90mm 之間變化。兩套對準(zhǔn)系統(tǒng)可以單獨進(jìn)行 調(diào)焦，調(diào)焦范圍±1mm。對于薄膠（膠厚小于 5?m） ，通過監(jiān)視器可以同時看 到掩模和硅片對準(zhǔn)標(biāo)記，可直接通過計算機監(jiān)視器，調(diào)節(jié)對準(zhǔn)工件臺進(jìn)行 對準(zhǔn)。對于厚膠，首先通過 CCD 對掩模標(biāo)記，并保存圖像，將對準(zhǔn)物鏡調(diào) 焦至硅片面（膠層下表面） ，可看清硅片面的對準(zhǔn)標(biāo)記，和已保存掩模標(biāo)記 圖像相對，即可實現(xiàn)厚膠對準(zhǔn)。 

 

URE-2000/25 操作步驟—工作過程： 

 

1.汞燈位置調(diào)節(jié) 

汞燈位置調(diào)節(jié) 在換燈后或燈位置變動時會改變照明的均勻性和照明的光強，這時調(diào) 節(jié)三維燈座臺，使汞燈球體位于橢球鏡的第一焦點上，這時照明強度最大， 均勻性最好。 

 

2.開機準(zhǔn)備 

（1）.供給機器的電源配電插座應(yīng)有 220 伏的供電能力，在總電源插頭插 上后，機柜已通電。 

（2）.開啟空氣壓縮機和真空泵，要求：供氣壓力大于 0.4Mpa（表壓）, 真空度高于-0.06Mpa。 

 

3．開機  正常工作時，先按“汞燈電源”紅色按鈕，啟輝汞燈，如其指示燈亮， 但汞燈未點燃（也屬正常） ，可再按“觸發(fā)”按鈕，將汞燈點燃。汞燈點燃 30 分鐘后才能穩(wěn)定。按下“控制電源”紅色按鈕，控制電源打開，幾秒鐘 后面板上的“復(fù)位”鍵指示燈亮，曝光時間顯示默認(rèn)值“0060.0” ，表明控 制系統(tǒng)工作正常。

 

4．上片  將樣片放到承片臺上，打開“小硅片”氣動開關(guān)(對于 4 寸片，還需打 開“大硅片”)氣動開關(guān)，樣片被吸緊，反時針旋轉(zhuǎn)曝光間隙調(diào)節(jié)手輪，使 樣片低于掩模面；將掩模放到掩模吸盤上，按“掩模”按鈕（指示燈亮） ， 掩模被吸緊。 

 

5．調(diào)平 按“氣浮”按鈕（指示燈亮） ，球氣浮吹氣，順時針旋曝光間隙調(diào)節(jié)手 輪直至樣片與掩模貼緊，再按“氣浮”按鈕（指示燈滅） ，球氣浮被鎖緊， 樣片被調(diào)平，在球氣浮被鎖緊的過程中掩模和樣片間會分離一定的間隙， 可直接進(jìn)行對準(zhǔn)。

 

6．曝光時間設(shè)定 按下“設(shè)定”鍵，指示燈亮，同時曝光時間（或劑量）顯示的百位數(shù) 字閃爍，可按“+”“-”鍵對曝光時間的第一位數(shù)調(diào)整，調(diào)整好后，再次 、 按設(shè)定（SET）鍵可進(jìn)行下一位數(shù)字調(diào)整，當(dāng)調(diào)整完最后一位時，再按“設(shè) 定”鍵，退出“時間—劑量”設(shè)定，按“時間”或“劑量”鍵，可進(jìn)行曝 光操作（倒計時或定劑量曝光） 。

曝光過程中，顯示窗顯示曝光狀態(tài)的倒計時。 

 

7．對準(zhǔn)調(diào)節(jié) 

7.1 顯微鏡對準(zhǔn) 一般來說調(diào)平完成被鎖緊后（關(guān)“氣浮”，掩模和樣片間存在一定的 ） 間隙，可直接進(jìn)行對準(zhǔn)，但如果調(diào)平頂緊的力過大或過小，則調(diào)平完成被 鎖緊后，對準(zhǔn)間隙可能過大或過小，這種情況下，可旋轉(zhuǎn)調(diào)焦手輪，調(diào)節(jié) 出合適的對準(zhǔn)間隙—即保證掩模和樣片的對準(zhǔn)標(biāo)記都能成清晰像，且作對 準(zhǔn)運動時掩模和樣片不摩擦（掩模和樣片不一起運動） 。 

對準(zhǔn)臺分三部分，下層為整體運動臺（樣片和掩模一起作整體運動， 能保證掩模和樣片對準(zhǔn)標(biāo)記進(jìn)入到顯微鏡的視場內(nèi)，也可用于增大曝光面 積） ；中心為轉(zhuǎn)動，調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)手輪可使承片臺相對掩模旋轉(zhuǎn)；上層為相對運 動臺，旋轉(zhuǎn)其手輪，可使掩模相對于樣片作 X、Y 對準(zhǔn)運動。對準(zhǔn)顯微鏡的 使用見“顯微鏡使用說明書” 。 

7.2 CCD 對準(zhǔn) 調(diào)平完成后首先分離出合適的對準(zhǔn)間隙。 

對于薄膠：其操作基本和顯微鏡對準(zhǔn)一樣，所不同的是其觀察是通過 計算機監(jiān)視器。 

對于厚膠：首先移動整體運動臺，掩模對準(zhǔn)標(biāo)記進(jìn)入到 CCD 對準(zhǔn)系統(tǒng) 的測量視場內(nèi)（最好兩個標(biāo)記基本都位于 CCD 視場的中心） ，通過計算機采 集掩模對準(zhǔn)標(biāo)記的像并保存。調(diào)焦，使樣片對準(zhǔn)標(biāo)記在計算機監(jiān)視器上成 清晰像，調(diào)節(jié)對準(zhǔn)手輪（作掩模和樣片相對運動 X、Y、θ） ，使樣片對準(zhǔn)標(biāo) 記與保存的掩模對準(zhǔn)標(biāo)記的像相一致。 

 

8．關(guān)機 關(guān)機的順序和開機相反，先關(guān)掉控制系統(tǒng)電源，再關(guān)掉汞燈電源。

 

9．操作警告 

不要在控制系統(tǒng)工作的情況下啟輝汞燈，以免損壞電氣系統(tǒng)。

操作過程中出現(xiàn)控制紊亂或死機，按面板上“復(fù)位”鍵，幾秒鐘后，系統(tǒng) 重新復(fù)位。

汞燈要及時更換， 以免出現(xiàn)其他事故。 汞燈的壽命一般為 200-300 小時。 一般說來，如汞燈位置處于最佳狀態(tài)，可變光欄又開到最大位置，而照 明面的光強（365nm）小于 7 mW / cm 2 ，則必須更換汞燈。 

如按下汞燈電源汞燈沒有啟輝，這時按機柜上綠色觸發(fā)鍵來啟輝汞燈， 如多次按下后仍然不能點燃汞燈， 可能環(huán)境溫度太低， 或汞燈壽命已到， 如環(huán)境溫度沒有問題， 更換新燈后， 仍然不能起輝汞燈， 請與廠家聯(lián)系。 

操作本機器要盡量避免眼睛對著曝光光源看，也要盡量避免手被曝光光 源照射，否則會對身體造成一定危害。  

 

汶昌URE-2000/25型光刻機