URE-2000/25型光刻机操作说明以及特性介绍

URE-2000/25 型深度光刻机， 是在 URE-2000A 和 URE-2000B 基础上开发 成功的，

其主要特点是： 灯源采用 200W 交流高压汞灯，曝光波长使用 365nm，曝光面积φ100mm （可扩展为 150mm×150mm） 。曝光系统采用积木错位蝇眼透镜实现均匀照明 和平滑衍射效应。 

掩模面的最大照度可达 10mW/cm 2 (用 365nm 探头测量，曝光面积 φ100mm)，照度可通过曝光系统内部的可变光栏进行调节。 

对准采用双目双视场对准显微镜（可添加 CCD 对准系统） ，对准显微镜 的有三对目镜和三对物镜可以互换，组合后最大倍数为 375 倍。对准物镜 轴距可在 20mm-63mm 之间变化。在目镜中可单独观察到一个视场的像，也可同时观测到两个视场的像。

机器由单片机系统通过主机上控制面板进行操作（如带 CCD 的对准系 统则通过主计算机进行操作） 。 

工件台可带动掩模样片一起作 X、Y 整体运动（关掉工件台真空） ，也 可 X、Y 整体运动锁紧（关掉工件台真空） 。样片相对于掩模可作 X、Y、Z、 θ X 、θ Y 、θ Z 六维运动，其中 X、Y、Z、θ Z 通过手轮调节，θ X 、θ Y 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。 

系统工作原理及结构：

1.工作原理和设计方案 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λ的光照明，在 离 f 远处产生的衍射光强分布是：

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

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。 

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 

1.1.3快门控制 

采用旋转气缸，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 ，快门叶片采用镜面不锈钢。 很高（ 700 0 C 左右） 

1.1.4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。在目 镜中可单独观察到一个视场的像，也可同时观测到两个视场的像。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 示，光 学系统总放大倍数为 20 倍，测量视场为 φ 0.35mm 。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。 

URE-2000/25 操作步骤—工作过程： 

1.汞灯位置调节 

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”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 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、θ） ，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。

操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 mW / cm 2 ，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。