Прецизионные системы совмещения и экспонирования серии EVG620

Алексей Чабанов

Прошлое и настоящее

В 1985 году компания EVGroup разработала первую в мире установку двухстороннего совмещения, которая включает оптическую систему прецизионного совмещения по обратной стороне. Технология прецизионного совмещения стала ключевой в нескольких областях производства, включая производство микроэлектромеханических систем (МЭМС). Сегодня компания EVGroup производит установки чистки полупроводниковых пластин, совмещения, экспонирования, сварки пластин и наноимпринтной литографии. Установки серии EVG620 обеспечивают высокую точность совмещения, гибкость и легкость в использовании, обладают модульной конструкцией с возможностью расширения, способны работать с пластинами и подложками размером до 150 мм, различных форм и толщин, позволяя получать минимальный размер топологии создаваемого рисунка 0,6 микрон.

Области применения

В настоящее время процессы фотолитографии являются незаменимым звеном в технологической цепочке производства широкого спектра различных микроэлектронных компонентов.

Технологический процесс фотолитографии разделяется на несколько основных этапов — это подготовка полупроводниковой пластины или подложки, включающая ее очистку от загрязняющих частиц, нанесение на пластину слоя фоторезиста, совмещение пластины покрытой фоторезистивным слоем с фотошаблоном, несущим технологический рисунок, экспонирование (облучение пластины УФ-излучением) и проявление фоторезиста, в результате чего на пластине формируется необходимая топология. Благодаря высокой гибкости и модульности конструкции, обеспечивающей минимальное время простоев, установки прецизионного совмещения и экспонирования компании EVGroup широко применяются в мире в области технологии микросистем, микроэлектромеханических систем (МЭМС) и биомикроэлектромеханических систем (БиоМЭМС), производства силовых компонентов, встроенной оптики и микрооптики, мультикристальных модулей, в области нанотехнологий, тонкопленочных и гибридных технологий.

Характеристики и особенности

Помимо возможности модернизации и расширения конфигурации установок без остановки производства, машины серии EVG620 обладают рядом конструктивных особенностей, выделяющих данное оборудование на фоне аналогов. Общий вид установки двухстороннего совмещения и экспонирования с роботизированным модулем загрузки-выгрузки пластин представлен на рис. 1.

Прецизионный узел совмещения позволяет производить совмещение пластин с маской с точностью до 0,6 мкм и состоит из трех уровней совмещения (по X, Y и θ) и запатентованной системы клиновой компенсации с воздушными подшипниками (рис. 2). Система клиновой компенсации служит для обеспечения контакта между маской и подложкой без сдвига и позволяет регулировать силу контакта в пределах 0,5–40 Н, причем контактное усилие не зависит от веса подложки. Данная система показала высокие результаты при работе с вязкими резистами и чувствительными материалами, такими как GaAs, InP и т. д. При этом стандартные конструкторские решения, применяемые в установках-аналогах, допускают X/Y-сдвиги между маской и пластиной, слипание резиста с маской, а уменьшение контактного усилия означает уменьшение точности.

Для двухстороннего совмещения пластин используется верхний микроскоп с раздельной областью наблюдения, совмещение по нижней стороне осуществляется с помощью двух цифровых камер с отображением процесса на мониторе высокого разрешения. Для изоляции механизма совмещения от вибраций применяется внешний блок питания ламп экспонирования. Для защиты маски и фоторезистивной поверхности управление совмещением и экспонированием осуществляется микропроцессором с сохранением параметров технологического процесса и положением объектива нижнего микроскопа. На установках реализуются все методы экспонирования, включая режимы мягкого, жесткого экспонирования, вакуумный контакт и экспонирование с микрозазором. Для всех режимов используется универсальный источник света с длиной волн 240–450 нм.

При экспонировании с микрозазором для регулировки расстояния между маской и подложкой по оси Z вместо стандартных направляющих систем используется механизм на основе плоских пружин (рис. 3), геометрия которого обеспечивает высокую стабильность, жесткость и точность перемещения. К достоинствам данного механизма относится отсутствие вибраций на маске. Из-за отсутствия подвижных деталей, находящихся в контакте друг с другом, практически отсутствует износ компонентов, соответственно отсутствует необходимость использования смазочных материалов, при этом данная система обладает более высокой жесткостью, чем роликовые направляющие системы.

Минимальное количество движущихся частей в рабочей зоне и управляемый поток чистого воздуха обеспечивают низкую степень загрязнения, что положительно влияет на выход годных изделий.

Кроме стандартной литографии с верхней и нижней сторон и возможности прецизионного совмещения пластин для их сварки, установки серии EVG620 можно применять в области нанотехнологий, например, для переноса рисунка со штампа на подложку методом наноимпринтной литографии (рис. 4). Прецизионные системы совмещения EVG620 приспособлены для создания оттисков со штампами и подложками с размерами от маленьких кристаллов до пластин диаметром 150 мм. Равномерность распределения контактного усилия для отпечатков большой площади обеспечивается конструкцией держателя, который поддерживает применение как мягких, так и жестких штампов.

Управление установкой осуществляется с помощью клавиатуры и трекбола, пользовательский интерфейс основан на операционной системе Windows. Интерфейсное меню и изображение процесса совмещения от системы технического зрения отображаются на одном мониторе с использованием всплывающих окон. Перемещение по осям X, Y и Z на установке EVG620 выполняется высокоточными приводами на постоянном токе, управляемыми с джойстика, либо прецизионными микрометрами. Эргономичный дизайн органов управления обеспечивает удобную и продолжительную работу оператора без усталости и простоев.

Для увеличения производительности и повышения точности совмещения по верхней и нижней сторонам возможно оснащение установки опцией автоматического совмещения (таблица). Также дополнительно доступны считыватели идентификационных номеров с масок и пластин.

Система производства компании EVGroup построена таким образом, что все компоненты установок проходят контроль качества, а после окончательной сборки машины проводится 48-часовой испытательный тест.