PE光刻机纠正畸变

扫描投影式光刻机至今仍在半导体生产线上广泛使用。尤其是PERKIN-ELMER公司的 系列产品更是在100mm生产线大量使用，因此，对扫描投影式光刻机的一些特有问题的探 索、研究仍然具有现实意义。这里，我们着重介绍、分析P-E扫描投影光刻机（简称P-E 机）光学系统发生畸变的原因及其调整方法，因为畸变的存在，硅片在光刻时其表面的图 形发生变异，使得图形不能完全套准，而不可在另外的机台上继续下一道光刻。P-E机的光源是由HPC （高效能聚光系统）产生，它是一条圆弧状、狭窄、各处光强均匀 的光弧。光通过MASK STAGE上的光刻板（MASK），经过投影光学系统的多次反射将光刻板 上的图形投影到硅片（WAFER）上，光刻时，投影系统静止，MASK STAGE和WAFER STAGE 依附在CARRIAGE 上,并随其扫描摆动使得光刻板的图形全部投影到硅片上并对其表面的光J I描方向不良的扫描几何结构和温度变化是畸变产生的主要原因。当CARRIAGE扫描摆动转轴与投影 光学系统的相互位置不恰当时，MASK和WAFER将不能以同样的方式相对于投影光学系统移 动，畸变则在此产生。温度的变化将引起材料的热胀冷缩，导致扫描机构发生微小变异而 产生畸变。同时，温度的变化还会影响焦距、平行度等变化，所以在调整畸变（包括其他 光学调整）时，首先要控制温度，确保温度稳定适合。畸变现象就是：在对位准确的情况下，光刻板投影到硅片上的对应图形仍然发生偏移。在P E机的显微镜下观察，上下偏移为扫描方向畸变，见图2；左右偏移为垂直扫描方向畸变, 见图3。畸变使得不同光刻机之间不能互套，即：A机光刻的硅片在B机不能够完全套准， 只能在A机进行后续的光刻，给生产及维护带来不便。通过调节光刻机上的左右畸变调整机构，使得投影光学系统的分光镜发生水平和垂直方向的旋转，使之消除畸变，改善机器 的兼容性、实现不同光刻机之间的互套。实际工作中，可采用以下几种方法来判读并校正畸变：(1) 用厂家提供的畸变测试板装置(Distort ion Test Mask Set)，由于笔者没有这套装置，也没有使用过，这里不作介绍。(2) 挑选一台合适的P-E机代替接触式光刻机，用线条比较细密的光刻板，仔细对有氧 化层且已涂胶的平整硅片进行光刻。显影、腐蚀后的硅片作为标准片，在需要调整的P-E 机上与原来光刻板进行对准，然后CARRIAGE作扫描运动，在显微镜里观察畸变的情况，判 读畸变。按需要调整左、右畸变调整旋钮，重新对准后，再次判读畸变，反复操作直到畸 变缩小到符合生产要求。挑选出来制作标准片的机台一般是经检查本身畸变很少，而且已 经投入生产不便调整的(调整后，以前光刻的硅片由于图形不能全部套准将不能在该机台 进行后续的光刻)。由于制作标准片的P-E机本身就有一定畸变，最严重的区域大约有几微米，所以，此方法只有在调整设备之间的套刻时采用。(3) 在接触式光刻机上，按照方法2制作标准片，在需要调整的P-E机上进行对准、判 读畸变和调整。按照此方法进行畸变调整，由于标准片没有畸变，结果较好，所以，我们 经常采用此方法，下面将就此方法进行详细介绍。将光刻板和标准片在需要调整的P-E 机进行对位标记对准，在将CARRIAGE运行到约3.900位置(对准位置A),进行仔细对准, 将CARRIAGE运行到1.400位置(观察位置B),仔细观察图形的左右、上下偏移情况，并 记录。重新将CARRIAGE回到3.900位置，确认图形是否对准，否则，重复以上过程，确定 畸变量X。通过下列公式计算图形移动量d：d/X = 20/ (AB)=20/2.5 = 8d = 8X图形移动量及方向确定后，按照图4的指示调节左右旋钮。什片I的如:/以图2为例，如果畸变量d为2p m,顺时针调节左旋钮，观察图形直到向左移动了 16p m，CARRIAGE运行到3.900处重新对准，回到1.400处检查，畸变已经消除，调整时有几点须注意:(1) 为了减少温度变化的影响，光刻板必须是膨胀系数很小的石英材料；(2) 调整之前务必反复检查，保证对准位置的图形完全对准，从而确保判读的准确性；(3) 建议分步调整：按照确认的方向，先移动计算值的75%，重新对准、观察确认畸变已经缩小再逐步调整、反复对准观察直到畸变消除；(4) 每次调节旋钮后，轻轻敲击调整机构，防止机构紧涩，影响调整效果；(5) 在一般情况下，畸变用旋钮旋转都可以解决，如果旋到头仍然不能消除畸变，可以少量调节畸变调整机构上的左右螺母，调整时，务必谨慎！(6) 两种畸变分别调整，并且做好记录。这种调整方法的最大好处就是，方便、直观、操作简单、但是由于调整的结果和过程都是 靠肉眼观察获取，精确度有一定影响，为了提高精度，可以将标准片重新涂胶、对准、曝 光及显影后，在高倍显微镜下，测量畸变量，然后细微调节相应的旋钮，重复以上步骤， 反复调整直到畸变控制在范围之内。总结以上各方法之特点，参考一些资料的介绍，我们已经设计出了更好方法：利用特制的光刻板，直接在P-E机下进行对准、观察、测量以及调整，完成畸变调整的全过程，通过实际使用，效果完全可以满足生产需要。