CN108008609B - 一种在光刻机上实现4英寸GaN圆片曝光工艺的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种在光刻机上实现4英寸GaN圆片曝光工艺的方法，包括如下步骤：（1）更换找中心传感器；（2）安装、固定找中心传感器；（3）更换找平边传感器；（4）通过设计的定位块安装、固定找平边传感器；（5）设计信号处理电路，制作信号处理板，与原机电路板信号相连通；（6）设定传感器放大器信号阈值；（7）选用4英寸GaN圆片，执行圆片传输重复性测试。优点：1）所选用传感器及放大器价格低廉；2）自制传感器固定装置，冗余度高；3）调节方便，精确性和稳定性高。

Description

一种在光刻机上实现4英寸GaN圆片曝光工艺的方法
技术领域
本发明涉及的是一种在NIKON I12D光刻机上实现4英寸GaN圆片曝光工艺的方法，属于半导体技术领域。
背景技术
NIKON I12D光刻机，特征线宽能够达到350nm，目前已成为了国内半导体制造光刻工艺的主流设备。光刻机根据圆片传输模块的不同，可以分为type2型和type3型，本专利所提到的NIKON I12D光刻机，均是指type3型。
光刻机的对准系统是光刻机重要的组成部分，其精度直接决定了光刻工艺产品的质量；通过掩膜板与圆片上的标记的对准来实现不同曝光层之间的套准。光刻机的对准对位置要求极高，I12D光刻机EGA（高级全局对准）的扫描范围只有数十微米，即使是精度略差的预对准，其扫描范围不过才数百微米。因此，对圆片传输至承片台上的位置精度提出了较高的要求。
光刻机执行曝光工艺时，机械手会先带着圆片穿过四个传感器下方，快速计算出圆片中心后对机械手位置进行补偿，确保圆片放置于找平平台上后能与后者同心。随后圆片随着找平平台旋转，通过上方的两个找平边传感器找到圆片的平边，机械手再将圆片传送至承片台上。如此，就能保证圆片传送至承片台上时位置的精确性和稳定性。
I12D原机的传感器采用透射式的基本原理，上方发光，下方接收的方式，圆片穿过时，下方传感器所接收到的光强的变化进行计算定位；但三代半导体材料GaN，由于材质完全透明的特性，穿过传感器时，下方传感器所接收到的光强基本没有变化，从而产生报错。
为实现4英寸GaN圆片在NIKON I12D光刻机上的曝光工艺，本发明的技术方案对找中心和找平边传感器进行改造，并设计信号处理电路，制作信号处理板，与原机电路板信号相连通。
发明内容
本发明的目的：通过对现有设备进行改造，实现4英寸GaN圆片在NIKON I12Dtype3光刻机上的曝光工艺，提高设备实用性和工作精度。
本发明的技术方案：本发明是一种在光刻机上实现4英寸GaN圆片曝光工艺的方法，通过设备改造实现，其步骤包括：更换原机找中心传感器；安装、固定找中心传感器；更换原机找平边传感器；设计加工定位块，安装、固定找平边传感器；设计信号处理电路，制作信号处理板，与原机电路板信号相连通；设定传感器放大器信号阈值；选用一片4英寸GaN圆片，执行圆片传输重复性测试，确认改造后的I12D光刻机能够找到4英寸GaN圆片的平边。
本发明具有以下优点：
1）所选用传感器及放大器价格低廉；
2）自制传感器固定装置，冗余度高；
3）调节方便，精确性和稳定性高。
附图说明
图1是光刻机上找中心传感器与找平边传感器安装示意图。
图2是A定位块结构示意图。
图3是B定位块结构示意图。
图4是找中心信号处理框架图。
图5是找平边信号处理框架图。
其中1是找中心传感器，2是镜头，3是放大器，4是找平边传感器，5是A固定块，6是B固定块，7是找平平台。
具体实施方式
下面结合说明书附图及实施例对本发明做进一步详述。
对照附图1，一种在光刻机上实现4英寸GaN圆片曝光工艺的方法，包括如下步骤：
（1）更换找中心传感器；
（2）安装、固定找中心传感器；
（3）更换找平边传感器；
（4）通过设计的定位块安装、固定找平边传感器；
（5）设计信号处理电路，制作信号处理板，与原机电路板信号相连通；
（6）设定传感器放大器信号阈值；
（7）选用4英寸GaN圆片，执行圆片传输重复性测试；
其中所述的光刻机采用型号为NIKON I12D type3的光刻机。
所述的步骤（2）安装、固定找中心传感器包括如下步骤：
1）将4个镜头2固定于光刻机悬臂上的孔洞中；
2）将4个找中心传感器1分别与4个镜头2结合；
3）每个镜头2采用反射式原理，分别通过导线与1个放大器3相连接；镜头2下端与找平平台上表面间距为35±3mm。
所述的找中心传感器1和找平边传感器4的型号为KEYENCE双数显光纤发光器FU-21R，镜头2的型号为F-6HA镜头，放大器3的型号为KEYENCE FS-V21R。
由于FU-21R焦距范围为15±2mm，而光刻机的机械手从传感器下方穿过时，圆片上表面与FU-21R发光面之间的距离远远超过了其焦距范围，光在圆片表面散射，无法反射回传感器内，因此，在FU-21R末端添加了F-6HA镜头，该镜头的光斑直径为1mm左右，焦距范围为35±3mm，在可调节范围内。
除焦距外，传感器位置对找中心的结果也有重要的影响。原机的四个找中心传感器安装在一个横杆上，再通过两颗螺钉将横杆固定在机台上。四个传感器的位置都是通过严格计算和验证的，不可随便更改。因此，卸下原机的四个找中心传感器后，将四个新的传感器安装在原先的位置。可松开用于固定横杆的两颗螺丝，在U形槽1内对传感器Z向进行上下调节，使传感器与圆片之间的距离在焦距范围内。此步骤只是初步调节，待全部安装完成后，根据测试的结果再对传感器的水平位置以及Z向的位置做细微的调节。
为了将找平边传感器固定在机台上，并保证其有效工作位置，所述的步骤（4）设计了一组固定块，包括1个A固定块5和2个B固定块6，其中A固定块5厚10mm，其表面具有3个纵向的U形槽，后侧有2个贯通的螺纹孔，可实现定位块1 Y向的位置变化；结合找平边传感器有效焦距，以及圆片位于turn table上时圆片上表面与传感器发光面之间的间距，设计B固定块6高12mm，其表面具有1个横向的U形槽，后侧有1个贯通的螺纹孔，可实现传感器X向的位置变化。通过不同定位块上不同方向的U形槽结构，保证了找平边传感器可以在X、Y方向进行一定范围的位置调节。
所述的步骤（4）包括如下步骤：
1）先将A固定块5通过螺丝穿过其表面的3个U形槽固定于光刻机机台上，再将2个B固定块6通过螺丝穿过其表面的U形槽分别固定在A固定块5后侧的螺纹孔处；
2）将2个找平边传感器4分别穿过2个B固定块后侧的螺纹孔固定，每个找平边传感器4分别通过导线与1个放大器3相连接，2个找平边传感器4的中心间距为14±0.5mm。
所述的步骤（5）中设计信号处理电路，包括找中心信号处理和找平边信号处理，具体包括如下步骤：
1）找中心传感器的信号处理：切断原有四路光电传感器的模拟信号，用四路数字式光纤放大器输入信号代替；分别调整每路的精密电位器，使得每个信号的DC输出在6.0-7.0V之间，将四个数字输出信号分别连接到机台WL模块的WL3Pre2基板的TP1、TP4、TP7、TP10端，此时相关板卡根据这四路信号和光刻机处理模块原有的算法，即可计算出原片的中心；
2）找平边传感器的信号处理：通过精密电位器设定参考电压值约3.0V左右，对光纤放大器输出信号进行放大、整形处理，再经过比较电路比较，输出“0”、“1”信号，通过与方波信号混合将处理后的光纤信号变成标准的方波输出到WL1板的OF8S1和OF8S2端。
传感器放大器阈值的设定对工作效果有重要的影响：硬件部分及电路部分安装完成后，进行测试，没有原片通过时，可从放大器得出，找中心传感器的反射信号只有50左右，找平边传感器的反射信号只有20左右；而当有GaN原片在下方时，反射回信号，前者能达到1500左右，后者能达到400左右。为了防止原片透明度变化对工作效果的影响，因此在所述的步骤（6）中，将放大器阈值尽量设低，找中心传感器放大器设为450，找平边传感器放大器设为100。
所述的步骤（7）中所选用的4英寸GaN圆片上有可用于测试的版图。
为了检验改造后的效果，执行圆片传输重复性测试。该测试是NIKON I12D标准的测试流程，用于检测原片传输模块的精确性和稳定性。挑选一片有版图的GaN原片，选择对应的程序，执行该测试。最终获得的测试结果能够满足该测试的标准。

Claims (8)

1.一种在光刻机上实现4英寸GaN圆片曝光工艺的方法，该方法包括如下步骤：
（1）更换找中心传感器；
（2）安装、固定找中心传感器；
（3）更换找平边传感器；
（4）通过设计的定位块安装、固定找平边传感器；
（5）设计信号处理电路，制作信号处理板，与原机电路板信号相连通；
（6）设定传感器放大器信号阈值；
（7）选用4英寸GaN圆片，执行圆片传输重复性测试；
其特征在于所述的步骤（4）通过设计的定位块安装、固定找平边传感器包括如下步骤：
S1：先将A固定块通过螺丝穿过其表面的3个U形槽固定于光刻机机台上，再将2个B固定块通过螺丝穿过其表面的U形槽分别固定在A固定块后侧的螺纹孔处；
S2：将2个找平边传感器分别穿过2个B固定块后侧的螺纹孔固定，每个找平边传感器分别通过导线与1个放大器相连接，2个找平边传感器的中心间距为14±0.5mm；
其中所述的光刻机采用型号为NIKON I12D type3的光刻机。
2.根据权利要求1所述的一种在光刻机上实现4英寸GaN圆片曝光工艺的方法，其特征是所述的步骤（1）中更换的找中心传感器的型号为KEYENCE双数显光纤发光器FU-21R，镜头的型号为F-6HA镜头，放大器的型号为KEYENCE FS-V21R。
3.根据权利要求1所述的一种在光刻机上实现4英寸GaN圆片曝光工艺的方法，其特征是所述的步骤（2）安装、固定找中心传感器包括如下步骤：
1）将4个镜头固定于光刻机悬臂上的孔洞中；
2）将4个找中心传感器分别与4个镜头结合；
3）每个镜头分别通过导线与1个放大器相连接；镜头下端与光刻机的找平平台上表面间距为35±3mm。
4.根据权利要求1所述的一种在光刻机上实现4英寸GaN圆片曝光工艺的方法，其特征是所述的步骤（3）中更换的找平边传感器的型号为KEYENCE双数显光纤发光器FU-21R。
5.根据权利要求1所述的一种在光刻机上实现4英寸GaN圆片曝光工艺的方法，其特征是所述的步骤（4）中的固定块包括1个A固定块和2个B固定块，其中A固定块厚10mm，其表面具有3个纵向的U形槽，后侧有2个贯通的螺纹孔；B固定块高12mm，其表面具有1个横向的U形槽，后侧有1个贯通的螺纹孔。
6.根据权利要求1所述的一种在光刻机上实现4英寸GaN圆片曝光工艺的方法，其特征是所述的步骤（5）中设计信号处理电路，包括找中心信号处理和找平边信号处理，具体包括如下步骤：
1）找中心传感器的信号处理：切断原有四路光电传感器的模拟信号，用四路数字式光纤放大器输入信号代替；分别调整每路的精密电位器，使得每个信号的DC输出在6.0-7.0V之间，将四个数字输出信号分别连接到机台WL模块的WL3Pre2基板的TP1、TP4、TP7、TP10端，此时相关板卡根据这四路信号和光刻机处理模块原有的算法，即可计算出原片的中心；
2）找平边传感器的信号处理：通过精密电位器设定参考电压值约3.0V左右，对光纤放大器输出信号进行放大、整形处理，再经过比较电路比较，输出“0”、“1”信号，通过与方波信号混合将处理后的光纤信号变成标准的方波输出到WL1板的OF8S1和OF8S2端。
7.根据权利要求1所述的一种在光刻机上实现4英寸GaN圆片曝光工艺的方法，其特征是所述的步骤（6）中设定的找中心传感器放大器阈值为450，找平边传感器放大器阈值为100。
8.根据权利要求1所述的一种在光刻机上实现4英寸GaN圆片曝光工艺的方法，其特征是所述的步骤（7）中所选用的4英寸GaN圆片上有可用于测试的版图。
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