蔣玉賀

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十七研究所，沈陽(yáng)110032）

5009激光圖形發(fā)生器曝光實(shí)驗(yàn)

蔣玉賀

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十七研究所，沈陽(yáng)110032）

激光圖形發(fā)生器是一種用于圖形轉(zhuǎn)化的硬件接口設(shè)備，直接影響著掩膜版的加工質(zhì)量。激光圖形發(fā)生器曝光過(guò)程中出現(xiàn)的曝光偏移、曝光遺漏問(wèn)題，嚴(yán)重影響了掩膜版加工的質(zhì)量和成品率。通過(guò)實(shí)驗(yàn)和分析，總結(jié)了產(chǎn)生曝光偏移、曝光遺漏的一些原因。

激光圖形發(fā)生器；掩膜版；曝光

1 引 言

激光圖形發(fā)生器是一種用于圖形轉(zhuǎn)化的硬件接口設(shè)備，直接影響掩膜版的加工質(zhì)量。制作掩膜版的速率越快越好，但是質(zhì)量更重要。5009激光圖形發(fā)生器直接接收bit，pat及Mul三種數(shù)據(jù)格式文件，通常用的是bit格式。機(jī)器性能不是特別穩(wěn)定，當(dāng)所要曝光圖形的數(shù)據(jù)量特別大時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)曝光偏移、曝光遺漏等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了掩膜版加工的質(zhì)量和成品率。由于引起曝光偏移、曝光遺漏問(wèn)題的原因很復(fù)雜，找到這些原因，只有通過(guò)實(shí)驗(yàn)和工作經(jīng)驗(yàn)摸索。

2 5009激光圖形發(fā)生器主要技術(shù)指標(biāo)

最大工作臺(tái)移動(dòng)范圍150mm×150mm，線寬誤差小于±0.4／μm，光欄旋轉(zhuǎn)后圖形中心誤差不超過(guò)1μm。曝光窗口范圍是2～300μm，最大曝光頻率500Hz，工作臺(tái)最大移動(dòng)速度96mm／sec。

3 5009激光圖形發(fā)生器工作原理

5009激光圖形發(fā)生器包括光機(jī)單元、控制柜及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。氣浮式工作臺(tái)和懸浮式光欄。光機(jī)單元部分如圖1所示。激光光源通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)到光欄，經(jīng)過(guò)20倍凸透鏡到掩膜版。光欄的前后左右運(yùn)動(dòng)及旋轉(zhuǎn)角度和工作臺(tái)在X、Y方向的運(yùn)動(dòng)都由Pg數(shù)據(jù)確定，pg數(shù)據(jù)包含分割后矩形的X、Y、H、W、A信息。工作臺(tái)是激光定位，由三組光柵系統(tǒng)構(gòu)成。聚焦光學(xué)系統(tǒng)由光電接收器接收工作臺(tái)的上下位移，再由電機(jī)帶動(dòng)凸輪旋轉(zhuǎn)來(lái)完成聚焦。

圖1 光機(jī)單元

4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

4.1 曝光偏移問(wèn)題實(shí)驗(yàn)

曝光偏移是指沒(méi)在要曝光的地方曝光，而曝光到別的地方。通過(guò)數(shù)據(jù)格式（bit，3600）及工作臺(tái)的移動(dòng)速度和曝光頻率的不同匹配兩種情況來(lái)做實(shí)驗(yàn)。表1為兩種實(shí)驗(yàn)條件。

表1 一、二兩種實(shí)驗(yàn)條件

在表1的實(shí)驗(yàn)條件下：

（1）在一實(shí)驗(yàn)條件下，曝光頻率為300Hz，工作臺(tái)的移動(dòng)速度為60mm／sec，未出現(xiàn)曝光移位問(wèn)題。

（2）在一實(shí)驗(yàn)條件下，曝光頻率為500Hz，工作臺(tái)的移動(dòng)速度為96mm／sec，未出現(xiàn)曝光偏移問(wèn)題。

（3）在二實(shí)驗(yàn)條件下，曝光頻率為300Hz，工作臺(tái)的移動(dòng)速度為60mm／sec，未出現(xiàn)曝光偏移問(wèn)題。

（4）在二實(shí)驗(yàn)條件下，曝光頻率為500Hz，工作臺(tái)的移動(dòng)速度為96mm／sec，出現(xiàn)曝光偏移問(wèn)題。

4.2 曝光遺漏問(wèn)題實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)用的激光管是從白俄新購(gòu)進(jìn)的，可以減少因激光管使用時(shí)間長(zhǎng)工作不穩(wěn)定，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。曝光遺漏是指需要曝光的地方?jīng)]有曝光或者沒(méi)有完全曝光。通過(guò)改變激光管工作電壓，調(diào)節(jié)激光能量傳感器閾值兩種情況來(lái)做實(shí)驗(yàn)。兩種實(shí)驗(yàn)條件如表2所示。

表2 三、四兩種實(shí)驗(yàn)條件

1）當(dāng)激光能量傳感器調(diào)至正常值時(shí)，激光管工作電壓參數(shù)的影響：

（1）當(dāng)激光管工作電壓為8kV時(shí)，在分別采用bit和3600兩種格式數(shù)據(jù)時(shí)，都出現(xiàn)機(jī)器只能停頓運(yùn)行，實(shí)驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)嚴(yán)重曝光遺漏問(wèn)題。

（2）當(dāng)激光管工作電壓為22kV時(shí)，在三、四兩種情況下，因工作電壓超出范圍，機(jī)器停止工作，不能正常曝光。

（3）當(dāng)激光管工作電壓為19kV時(shí)，在三、四兩種情況下，分別采用bit和3600兩種數(shù)據(jù)格式，都沒(méi)有出現(xiàn)曝光遺漏問(wèn)題。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，改變激光管工作電壓參數(shù)，統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 曝光遺漏與激光管工作電壓關(guān)系

2）激光能量傳感器閾值的影響：

現(xiàn)在激光管工作電壓調(diào)至最佳值19kV時(shí)①當(dāng)激光能量傳感器閾值調(diào)至過(guò)低時(shí)，出現(xiàn)曝光遺漏問(wèn)題。②當(dāng)激光能量傳感器閾值調(diào)至過(guò)高時(shí)，激光能量傳感器反映出激光太弱，機(jī)器停止工作；當(dāng)調(diào)節(jié)至合適值時(shí)，機(jī)器繼續(xù)工作，結(jié)果未出現(xiàn)曝光遺漏問(wèn)題。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)得出如表4實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

表4 曝光遺漏與激光能量傳感器閾值的關(guān)系

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出，曝光偏移位置是固定的，而曝光遺漏位置是隨機(jī)的。曝光偏移的出現(xiàn)，主要是由接收數(shù)據(jù)格式所引起的。曝光遺漏是由激光管工作電壓過(guò)低（激光太弱）以及激光能量傳感器閾值調(diào)的過(guò)低而引起的，另外在激光管工作時(shí)間長(zhǎng)以及其它不穩(wěn)定因素影響下，常會(huì)發(fā)生曝光遺漏。對(duì)于5009激光圖形發(fā)生器來(lái)說(shuō)，實(shí)際上接收的數(shù)據(jù)格式是bit，mul，pat。pg數(shù)據(jù)一般都是cif轉(zhuǎn)換成3600，激光圖形發(fā)生器不能直接使用，而是通過(guò)計(jì)算機(jī)內(nèi)部轉(zhuǎn)化軟件實(shí)現(xiàn)接收的。此軟件在處理數(shù)據(jù)量大時(shí)，出錯(cuò)概率大，導(dǎo)致某些數(shù)據(jù)的坐標(biāo)點(diǎn)改變，因此產(chǎn)生曝光偏移問(wèn)題。數(shù)據(jù)量大的時(shí)候可以分割成多個(gè)文件，以減小數(shù)量，減小出錯(cuò)。另外曝光頻率和工作臺(tái)移動(dòng)速度不相符合時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)曝光偏移問(wèn)題。有很多因素引起曝光偏移、曝光遺漏，需要不斷的探索，才能提高做版的質(zhì)量。

［1］QUIRK M，SERDA J.Semiconductor manufacturing technology［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2004：325－614.

［2］沈文正，李萌波，胡俊鵬，等.實(shí)用集成電路工藝手冊(cè)［M］.北京：宇航出版社，1989.

Study on Exposure Experiment of 5009 Laser Pattern Generator

JIANG Yu－h(huán)e
（The 47th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation，Shenyang 110032，China）

The laser pattern generator，a kind of graph transformation hardware interface devices，directly impacts on the quality of mask processing.Because of such problems as exposure offset and exposure omission，themask processing rate of the finished products is seriously reduced.The experiment and the analysis for the reasons of exposure offset and exposure omissions are concluded.

Laser Pattern Generator；Photomask；Exposure

10.3969／j.issn.1002－2279.2014.06.004

TN305.6

：A

：1002－2279（2014）06－0012－02

蔣玉賀（1980－），男，遼寧鞍山人，工程師，研究方向半導(dǎo)體工藝。

2014－01－23