[发明专利]双面对版曝光机

说明书

本发明涉及一种曝光机，具体地说是一种用于硅片正、反两面进行掩膜曝光用的双面对版曝光机。

双面对版曝光机用于对硅片及其它需要正反面对准加工的不透明片状材料的双面图形复印。目前国内外有关的技术及设备归纳如下：

1、利用红外光刻机进行双面对准曝光：操作时先在晶片的一面加工出所需的图形，然后利用红外线在晶片中一定的穿透能力，将已加工出的图形映照在另一面，再利用掩膜进行对准曝光。参见R.A.Heinz    et    al，SOLID    STATE    TECHNOLOGY/August    1978    P55-60和Dr    Roy    L.Maddox    SOLID    STATE    TECHNOLOGY/February    1979    P57-59。这种方法的不足之处在于;

①红外显微镜观察条件差，图形反差小，图形对准慢且不够精确，低于一密耳（25.4μm）的对准偏差难以实现;

②红外线穿透能力有一定限度，当需要对准的晶片厚度超过一定值时，将很难甚至得不到清晰可辩的图形;特别是需要同时看清正反面不等距离的图形就更加困难;

③国外一台红外光刻机价值数万美元，一般厂家无力承受;

④不能用于不透红外光的基片。

2、用定位匣实现双面对准，这种方法是予先将两块镜面对称的掩膜版固定在有绞链结构的版夹上。下掩膜版上附有定位槽，硅片沿定位槽安放并固定在两掩膜之间。可单面依次曝光或双面同时曝光。这种装置的主要优点是硅片可直接定位，减少了工序。其存在的问题是：

①由于定位槽宽度不可调，对硅片外径尺寸要求严格，且要求规格一致;

②很难保证上、下版精确对准及固定;

③硅片安放时是沿定位槽滑到下掩膜版面上的，增加了对掩膜的磨损，降低了掩膜寿命;

④在版夹绞链重复开合过程中难以保证版的位置不发生相对移动。

3、采用定位螺栓实现双面对版：此处两块掩膜版的定位由定位螺栓完成。具体做法是先制好其中的一块版A，与另一待制版B二者同时用定位螺栓固紧，通过A对B曝光，得到相互对称的两块版，操作时将双面涂好胶的硅片置于两掩膜之间，两掩膜按照制版时的方位将定位螺栓定位，固紧。可单面依次曝光或双面同时曝光后进行刻蚀。参见RICHARD    M.WHITE    et    al，Sensor    and    Actuators，13（1988）391-395。这种方法引入对准偏差的可能性在于：

①待制版B曝光后，若定位螺栓或掩膜版侧面被杂质沾污或沾污状态及程度发生变化，则会导致二掩膜版位置错动;

②制版时和用版对硅片曝光时，两掩膜版对螺栓的靠紧程度不同;

③硅片厚度或光致抗蚀剂厚度变化导致的上、下版与螺栓接触点位置的改变;

④在制版或使用过程中掩膜版衬底玻璃的侧面或不是一个规整的平面、或版侧面产生即使很小的边缘破损，都会导致两版图形的错位。

这种方法的不足之处在于：

①硅片的定位也要靠定位螺栓，故要求其有足够长的定位面。既增加了对硅片的加工要求，又降低了硅片利用率;

②定位螺栓直径的微小波动，特别是安装垂直度的微小偏差，均会使两版中夹有硅片时产生图形错动;

③硅片上的图形排列必须保证与定位面严格平行，增加了制版难度;

④只能用于对一次氧化后无图形光片上的双面对版曝光，不能实现版上图形与片上图形之间的对准。

4、机械式双面光刻机：这种光刻机的关键是配有双面曝光夹具。上版固定在版夹上，版夹可X.Y.Z三维运动，下版可上下移动并可沿同心轴转动，二版均有对准标记，操作时将硅片置于二版之间，对准二版之标记，夹紧后可上、下光源同时曝光。参见潘明瑞、半导体技术1987.1，P.7。其不足之处在于：

①硅片在二掩膜版之间不可随意移动，均也只能用于一次氧化后的无图形硅片曝光;

②对版时需同时看清上、下两版上的标记，对显微镜景深要求较高。对硅片厚度超过400μm者还需改造其中一个目镜镜头，通过两个放大倍数不同的目镜分别观察上、下两版的对准标记。此时两眼所看到的两个标记大小不等。显然这是难以用肉眼精确对准的，且增大了人为因素;

③无法实现单晶片的晶向定位，故无法用于各向异性腐蚀时的对版曝光。