1、Ultratech 1000WF StepperUTS 是一个高度自动化、极其复杂的机器，这个机器极少要求操作者进行手动对准。定位系统为了精确定位，1000WF 的定位系统是由配置有 Zeeman 分裂 HeNe 激光干涉仪用于的反馈的两个步进马达构成。激光干涉仪工作原理是根据通过对当一束激光与其反射激光的干涉条纹的个数计数来定位的。当操作台移动时，激光传输的距离(光程) 发生变化，反射光束的相位发生改变，则激光束根据是否发生干涉效应会出现亮度的最大或最小。每一个衍射条纹都表示了与工作激光相关的特定长度的距离。当衍射条纹移动时，经过一个特定缝隙/ 孔径的条纹的计数就和一个特定距离的长度相关联，
2、这个距离就提供了一个装置在工作台上反射镜相对于初始位置的绝对距离。而初始位置是由一个限位开关控制的。通过使用两个反射镜及一个分光镜，就可以精确地测量工作台在 X、Y 方向上位置。干涉测量的结果就可以用于驱动两个步进马达进行对工作台进行定位。步进马达驱动夹送齿轮，然后夹送齿轮沿着导轨推动置于气垫导轨上的工作台。曝光系统1000WF 是由一个简单而有效的 1:1 投影系统构成的。曝光系统的光源是一个具有 g-line 和 h-line 的水银弧光灯(说明由于曝光光学系统中的所采用的树脂会在 i-line 下分解，因此 i-line 从光源中已经滤掉)。激光束通过一个光通道(light pipe)、
3、光化滤波器(光化意思是说活性的，因此滤掉了用于对准的UV光谱成分)、光罩滤波器( 掩膜板)、经过一个棱镜改变方向后、通过一个双透镜物镜、然后经过一个反射镜反射后，再经过双透镜棱镜后，最终经过另一个棱镜投射到硅片表面上，如图所示。PMT及Y-tilt 反射镜是用于硅片图案识别及对准的，所用的是硅片上的暗场图案。对准光刻过程一个最重要的方面就是不同层间的对准(套刻对准) 。在多层工艺过程中, UTS 1000WF 曝光机同时使用机械和光学方法进行将曝光层与已有的层之间进行对准。工艺过程中第一层曝光是通过Blind Step 模式对硅片上的图案进行曝光。Blind step模式纯粹是一个机械对准过程
4、，其依赖于每一个管芯位置的干涉光谱。这个第一层的掩模板包含有以后几层进行曝光时的对准标志。机械对准1000WF中使用了4种机械对准方法，其按照操作流程的顺序依次如下：1、 Flat Find(寻平边 ): 用于粗略地调整。2、 Bash Routine：用于使硅片置于工作台的中心；3、 Wafer edge detection：用光学方法使得硅片置中；4、 Reticle Guides: 用于使掩膜板在Y轴方向上定位；与基准(fiducial)不重合的程度小于75um，在Y轴上的没有调整。光学对准1000WF有3种光学对准标识。1、 Reticle alignment fiducial(掩膜板
5、对准基准)：用于掩膜板与光学系统(的相对位置 )进行精确定位，这是第一次光学对准流程，用于当前层的曝光时加载掩膜板时的对准。Optical alignment target(光学对准标识 OAT)：比较大的对准标识是用于硅片与掩膜板之间的全局定位，使硅片与掩膜板之间的对准精度高于10um。当完成所有的机械对准流程后，硅片加载到光学系统之中时，就开始执行该流程(Fig 3)。Horizontal Alignment Marks (HAMs)用于精确对准及Theta(转动 )调整。使得硅片与掩膜板的对准精度优于 1um。掩模板接触式曝光机使用的能够覆盖整个曝光区域的掩膜板，如图5所示；这种曝光方法
6、在曝光区域变大，这种曝光方法有以下几个缺点：掩膜板变大后就比较沉重，不易搬运而且易碎；清洗和检测起来比较麻烦；面积大，更易沉底尘埃。另一方面，步进曝光机使用的是一个曝光场而不是整个曝光图，曝光场是一个将要转移到硅片上的图案的一个子集。这个曝光场在整个硅片范围内进行步进并重复以完成整个硅片上的曝光。下图是1000WF所使用的掩膜板的一个曝光图案的示意图。掩膜罩具有以下优点：比较小，因此操纵起来比较方便；面积比较小，因此不易沉积尘埃；硅片上每个器件具有同样的图案(某些情况也可能是缺点) ；多图案曝光(曝光图案可以通过软件变化 )。允许一些嵌入图案(测试图案，不同器件等 )，这些可以临时插入；虽然步
7、进曝光机有许多优点，但是这种曝光方式还是有许多缺点：每个器件都具有相同的图案(掩膜板的缺陷予以扩散！)导向结构的机械对准非常关键；对准标示要求比较严格；成本相对增加(人力成本-需要增加后续的工艺步骤)光刻罩布局一个完整的光刻罩要比接触式掩膜板复杂，图5是一个掩膜板的示意图。1000WF操作虽然1000WF的设置比较复杂，但是其操作流程比较简单。在使用前，机器需要预热(在实验前已经预热过了)。加载光刻罩光刻罩具有3个曝光场，每个曝光场对应于不同的曝光层的掩膜，整个实验过程有5层，需要两个掩膜罩。所使用的掩膜板是由储存在曝光机中的光刻罩数据所决定的，光刻罩的数据包含了曝光机、光刻罩、曝光场及硅片的
8、所有信息，在曝光时，必须选择合适的正确的掩光刻罩数据以实现曝光。Load Reticle Data(加载光刻罩数据)1、 Press KI(Load/Unload Reticle)2、 如果装载了光刻罩，则执行步骤3，如果未成功装载光刻罩，则执行步骤4。3、 如果装载了光刻罩，曝光机就会显示”Unload the reticle?”a） 按 （Yes） ，确认；b） 光刻罩将会从光刻机中退出；c） 光刻罩退出后，轻轻地向右边推一下光刻罩，把光刻罩左边扭转约1/4”后轻轻退回，确保光刻罩是正确地处在其导轨上面的。d） 当光刻机退回到主界面时候，按一下K 1，然后执行步骤4.4、 如果曝光机没有装
9、载光刻罩，屏幕就会显示”Load reticle data?”a） 轻轻地向右边推一下光刻罩，把光刻罩左边扭转约1/4”后轻轻退回，确保光刻罩是正确地处在其导轨上面的；b） 插入储存有光刻罩数据的磁盘；c） 按下 (yes)；d） 曝光机会询问”Input reticle data name”e） 输入掩膜罩文件名字：本实验中5、 按下键：HP200 会将光刻罩数据加载到存储器内；6、 曝光机会询问”Load Reticle?”a） 放置一片Frosty wafer( 一个未使用过的非抛光面)b） 按下(yes)；c） 光刻罩经过一系列的测试，就能够和曝光机的光学系统对准。如果无法装载光刻罩的
10、话，请联系TA。d） 成功加载光刻罩后，取出Frosty Wafer。Align and Expose Wafer(对准及对硅片曝光 )成功完成硅片的装载后，HP200计算机将在屏幕上显示运行模式，运行模式决定了对准方式及曝光方式。1、 对于第一层，执行步骤2，而对于其他层，则执行步骤3；2、 对于第一层，曝光机将会执行Blind step。Blind stepping 是一种硅片和光刻罩之间的一种机械对准方法，这种方式仅仅使用干涉仪作为对准的手段。a)、按一下 键；(执行曝光模式 1，机械对准及曝光) ；b)、曝光机会提示曝光能量 “Input exposure intensity”;c)、
11、输入 （150mJ/cm 2）;d)、按下;e)、机子会提示“Exposure is 150. Ok?”f)、输入g)、曝光机会显示”Waiting to load wafer”h)、用镊子将需要曝光的硅片夹起放在自动装载平台的左边，放置硅片时，要求将硅片放置既在红圈内又在驱动带上。i)、当找平边流程结束后，机子会自动把硅片加载硅片承片台上，然后会自动对硅片进行对准及曝光。j)、顺利完成对准和曝光后，曝光机会将硅片退回到自动装载平台的右边；用镊子去下并将其放回硅片盒。k)、曝光机会继续提示， Waiting to load wafer,如果还要用同一个光刻罩进行其他硅片曝光，则可以不用更换光刻
12、罩继续进行曝光。3、 对于除第一层以外的其他所有的曝光层，曝光机将利用光刻罩的对准标志对硅片进行光学对准。a)、按一下 键；(执行曝光模式 2，对准及曝光) ；b)、曝光机会提示曝光能量 “Input exposure intensity”;c)、输入 （150mJ/cm 2）;d)、按下;e)、机子会提示“Exposure is 150. Ok?”f)、输入g)、曝光机会显示”Waiting to load wafer”h)、用镊子将需要曝光的硅片夹起放在自动装载平台的左边，放置硅片时，要求将硅片放置既在红圈内又在驱动带上。i)、当找平边流程结束后，机子会自动把硅片加载硅片承片台上，然后会自动对硅片进行对准及曝光。j)、顺利完成对准和曝光后，曝光机会将硅片退回到自动装载平台的右边；用镊子去下并将其放回硅片盒。k)、曝光机会继续提示， Waiting to load wafer,如果还要用同一个光刻罩进行其他硅片曝光，则可以不用更换光刻罩继续进行曝光。
