李玉敏

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十五研究所，北京 101601)

1 裝置的工作原理

該裝置是一種掩模版制版專用夾具，采用此夾具將母掩模版和子掩模版貼附到一起后進(jìn)行曝光，將母掩模版上的圖形復(fù)印到子掩模版上，要求得到的子掩模版圖形清晰、相對(duì)于母掩模版外形偏差不超過200μm，并且圖形相對(duì)于外形旋轉(zhuǎn)角不超過1°。這就要求所用夾具能夠使母掩模版和子掩模版以外形為定位邊有準(zhǔn)確的定位功能，并且能夠使母掩模版和子掩模版緊密貼附，曝光后才能得到清晰、定位準(zhǔn)確的圖形。

該裝置是將母掩模版以兩邊外形為基準(zhǔn)，緊靠精密定位柱后吸附在母掩模版架上，涂好膠的子掩模版同樣以兩邊外形為基準(zhǔn)，緊靠精密定位柱后吸附在子掩模版架上，翻轉(zhuǎn)子掩模版架與母掩模版架閉合到一起時(shí)，在母掩模版與子掩模版周圍形成一密封的腔體，能夠進(jìn)行真空復(fù)印，使母掩模版與子掩模版貼附的更好，此時(shí)進(jìn)行曝光所得到的子版圖形位置和曝光效果都更好。

2 裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的該夾具裝置是直接用轉(zhuǎn)軸連接，定位銷定位，但由于掩模版厚度誤差為20μm，母掩模版和子掩模版的累計(jì)誤差最大可達(dá)到40μm，為了能補(bǔ)償掩模版厚度誤差，使子掩模版與母掩模版貼附的更好，轉(zhuǎn)動(dòng)軸和軸套之間的間隙不小于40μm，轉(zhuǎn)動(dòng)軸和軸套之間的間隙不但可以在掩模版垂直方向補(bǔ)償掩模版厚誤差，同樣可以使母掩模版和子掩模版在掩模版的水平方向產(chǎn)生位置移動(dòng)，這樣使得制出的子掩模版上的圖形相對(duì)于邊緣的位置偏差較大，并且有一定的夾角，對(duì)于對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記有嚴(yán)格位置要求的掩模版來說，制版合格率較低。對(duì)此，設(shè)計(jì)了一種掩模版制版專用夾具。

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

該裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示，由子掩模版架和母掩模版架組成，其間由兩個(gè)精密鉸鏈連接，該鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)軸和軸套之間控制在5μm之內(nèi)的間隙配合，使鉸鏈旋轉(zhuǎn)自由，子掩模版相對(duì)于母掩模版在水平方向產(chǎn)生位置移動(dòng)在8μm之內(nèi)，子掩模版架和母掩模版架上分別裝有3個(gè)精密定位柱，可以對(duì)掩模版進(jìn)行定位，定位后分別吸附子掩模版和母掩模版。

該裝置進(jìn)行安裝時(shí)，將子掩模版架與母掩模版架閉合，子掩模版架和母掩模版架上的3個(gè)精密定位孔用3個(gè)長(zhǎng)的專用精密定位柱穿透，用專用夾具夾緊，在母掩模版架和鉸鏈及子掩模版架和鉸鏈處打精密定位孔，安裝精密定位柱，確保鉸鏈長(zhǎng)時(shí)間翻轉(zhuǎn)位置保持不變。在母掩模版架上加裝定位座，其中固定定位座上安裝固定的頂珠，彈性定位座上安裝彈性柱塞頂珠，調(diào)整各定位座上的柱塞，進(jìn)一步定位子掩模版架，使工裝閉合時(shí)，確保子掩模版架上的精密定位孔相對(duì)于母掩模版版架上精密定位孔位置不變，在固定頂珠和彈性柱塞的共同作用下，保證了子掩模版相對(duì)于母掩模版不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。通過以上結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，保證子掩模版架和母掩模版架閉合時(shí)，子掩模版和母掩模版分別以兩個(gè)垂直邊為定位邊對(duì)齊。由于母掩模版和子掩模版均存在厚度誤差，因此在子掩模版架上放置了一彈性墊，當(dāng)子掩模版架與母掩模版架閉合到一起時(shí)，通過彈性墊的形變來消除厚度誤差，進(jìn)行真空復(fù)印時(shí)，抽出真空復(fù)印密封圈形成封腔內(nèi)的空氣，使兩掩模版貼附的更好，再進(jìn)行曝光。

圖1 掩模版制版用夾具結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 掩模版架設(shè)計(jì)

掩模版是通過真空吸附固定在掩模版架上，掩模版架是掩模版的安裝基準(zhǔn)，為減小吸附時(shí)掩模版產(chǎn)生的變形，對(duì)版架的選材和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上都做了考慮。首先，掩模版架均選擇7A04材料，在粗加工后進(jìn)行時(shí)效處理，半精加工后進(jìn)行去應(yīng)力處理，精加工后時(shí)效處理去除加工應(yīng)力和殘余應(yīng)力，采用精密研磨的加工方法使掩模版架平面度誤差達(dá)到2μm，表面粗糙度 Ra<0.4μm,零件加工完成后表面進(jìn)行硬質(zhì)陽極氧化，使版架更穩(wěn)定不易變形。另外，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，如圖2所示，盡可能增大真空槽到邊緣的距離a，增大支持面積減小掩模版變形，此裝置中掩模版架真空槽的寬度b設(shè)計(jì)為1mm，真空槽到邊緣的a≥2.5mm。確保Δh控制在 2～3μm。

圖2 掩模版變形示意圖

2.3 氣路系統(tǒng)

該裝置氣路系統(tǒng)圖如圖3所示，由于制版時(shí)不用反復(fù)操作吸母掩模版，吸母版采用了手動(dòng)控制閥，制版時(shí)，吸子掩模版要反復(fù)操作，因此，吸子版采用了電磁閥控制，真空復(fù)印和吹氮共用一段氣路，解除真空復(fù)印的同時(shí)，向密封腔內(nèi)吹入氮?dú)?，使翻轉(zhuǎn)子掩模版架變得更輕松。該氣路系統(tǒng)可以根據(jù)需要利用真空調(diào)壓閥調(diào)節(jié)真空復(fù)印的真空度大小，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該真空度在－0.03 MPa時(shí)效果最好，過小真空復(fù)印效果不好，致使母掩模版和子掩模版貼附不好，制出的子掩模版圖形不理想；過大母掩模版易變形，長(zhǎng)時(shí)間使用對(duì)母掩模版損傷大?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)左側(cè)的節(jié)流閥和減壓閥，控制吹氮?dú)獾膲毫Α?/p>

圖3 系統(tǒng)氣路圖

3 工藝實(shí)驗(yàn)

將有標(biāo)記的母掩模版和涂好膠的子掩模版分別緊靠精密定位柱后吸附在母掩模版架和子掩模版架上，翻轉(zhuǎn)子掩模版架，使其閉合，按下真空復(fù)印按鈕，抽出密封腔內(nèi)的空氣，然后進(jìn)行曝光，結(jié)束后解除真空復(fù)印，同時(shí)向密封腔內(nèi)吹氮?dú)馄茐恼婵涨?，翻轉(zhuǎn)子掩模版架，解除吸子版，取下子掩模版，旋轉(zhuǎn)180°后，緊靠精密定位柱再次吸附子掩模版，翻轉(zhuǎn)子版版架，使其閉合，按下真空復(fù)印按鈕，進(jìn)行曝光，結(jié)束后解除真空復(fù)印吹氮?dú)馄茐恼婵涨?，翻轉(zhuǎn)子版版架，解除吸子版，取下子掩模版，將子掩模版進(jìn)行顯影、定影，將兩次曝光的標(biāo)記在讀數(shù)顯微鏡下進(jìn)行測(cè)量，兩次曝光標(biāo)記偏差示意圖如圖4所示，具體測(cè)量結(jié)果如表1。

圖4 兩次曝光標(biāo)記偏差示意圖

表1 標(biāo)記偏差測(cè)試結(jié)果

由于掩膜版外形偏差為-760μm～0范圍內(nèi)，且允許裝置對(duì)準(zhǔn)誤差為±200μm。因此，偏移在960μm范圍內(nèi)均為合格。

4 結(jié)論

設(shè)計(jì)了一種掩模版制版專用夾具裝置，通過工藝實(shí)驗(yàn)對(duì)其功能做了進(jìn)一步驗(yàn)證，該裝置具有準(zhǔn)確的定位功能，能夠自動(dòng)補(bǔ)償片厚誤差，可進(jìn)行真空復(fù)印使基片貼附的更好，操作方便，具有良好的使用功能。