高精度激光直寫光刻機(jī)是一個用于直接CAD到基板精確圖案化的系統(tǒng)。它既可以用作通用圖案化工具，也可以用作滿足特定研究或生產(chǎn)需求的專業(yè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)在潔凈室中組裝，由以下部分組成：

      • 寫入單元

      • 控制單元

      • PhotonSter®軟件包

      • 環(huán)境控制單元（可選）

應(yīng)用包括微電子、微光學(xué)、微波電路、太赫茲技術(shù)、微機(jī)械、微流體、石墨烯技術(shù)等的直接襯底圖案化和掩模制造。

圖案化可以在任何抗蝕劑涂覆的基板上進(jìn)行，如半導(dǎo)體晶片或芯片、玻璃、藍(lán)寶石、聚合物等。

該系統(tǒng)通過了CE認(rèn)證。

高精度激光直寫光刻機(jī)寫入單元

   -固態(tài)GaN激光器，用于在任何標(biāo)準(zhǔn)寬帶抗蝕劑膜（AZ，S）和薄SU8（<5μm）上進(jìn)行通用光刻，規(guī)格如下：

         激光器類型：半導(dǎo)體（GaN）

         波長：405nm

         工作模式：連續(xù)（CW）和脈沖。

         輸出功率（操作員可調(diào)節(jié)），按訂單定義：

                 • 50-100 mW，用于標(biāo)準(zhǔn)0.2-10μm厚的抗蝕劑

                 • 50-250 mW，用于厚抗蝕劑

                • 50-400mW。

         保證使用壽命：20000小時。

  -可選375 nm GaN激光器，專用于SU8或其他厚度大于5μm的紫外線敏感抗蝕劑，規(guī)格如下：

         激光器類型：半導(dǎo)體（GaN）

         波長：375 nm

         工作模式：連續(xù)（CW）和脈沖。

         輸出功率：60 mW。

         保證使用壽命：20000小時

  -點(diǎn)擊鼠標(biāo)切換波長。

  -書寫區(qū)域（mm）：160x160

  -基板尺寸（mm）：從5x5到200 mm x 200 mm。

  -基板厚度：0至10毫米。

  -超精密XY載物臺，具有線性電機(jī)和納米定位功能，靜態(tài)分辨率為10nm。

  -具有+/-0.4μm重疊對準(zhǔn)精度的多層圖案化（適用于穩(wěn)定在+/-1°C內(nèi)的操作環(huán)境）和用于在現(xiàn)有標(biāo)記上對準(zhǔn)的工具。

  -可選擇自動或手動配準(zhǔn)多層疊加。

  -超精密Z工作臺，量程+/-2.4毫米，精度0.1微米。

  -光學(xué)自動對焦和表面跟蹤，允許自動對焦和構(gòu)圖

         • 在不平整或輕微傾斜的基板上，帶自動補(bǔ)償（最大傾斜3度）

         • 直到基板邊緣，即使是小樣本（5x5 mm）

         • 在略微凸起或凹陷的表面（最小曲率半徑75 mm）或具有波紋的表面上。

  -在光束掃描和臺掃描模式下，具有256級灰度級圖案化能力。

  -正圖案和負(fù)圖案。

  -X或Y或XY鏡像圖案化。

  -七種寫入模式：光束光柵掃描、舞臺光柵掃描、矢量、輪廓、散射掃描、閃光、手動。任何XY載物臺移動都已編程，位置同步光束打開/關(guān)閉。

          -光束掃描：這是標(biāo)準(zhǔn)的寫入模式：將整個圖案轉(zhuǎn)換為位圖圖像并劃分為平行條。激光束在基板上掃描，同時沿著與掃描方向（X）正交的每個條帶（Y方向）移動。位圖圖案是通過在每次掃描期間調(diào)制光束而獲得的。在完成一個條帶之后，各階段移動到下一個條的頂部，并重復(fù)該過程。所有條帶彼此精確對齊，相鄰條帶之間沒有可見的縫合錯誤。

            -階段掃描：光束保持靜止，通過沿圖案的整個寬度快速來回移動X階段獲得光柵掃描路徑，而Y階段移動緩慢。

            -矢量掃描：這非常適合繪制長隔離線或特定應(yīng)用（光化學(xué)、修剪等）。光束保持靜止，xy階段用于繪制組成圖案的線。

            -輪廓掃描：梁保持靜止，xy臺移動以繪制所有設(shè)計的直線和圓弧。

            -分散掃描：這是一種專有的寫入模式，只有在系統(tǒng)安裝時才向最終用戶公開。

           -Flash掃描：這是一種專有的寫入模式，只有在系統(tǒng)安裝時才向最終用戶公開。

           -手動：此模式允許用戶沿所需圖案手動驅(qū)動激光束，直接在視頻窗口上執(zhí)行該過程。

  -光學(xué)分辨率（最小線寬），可通過更換最終聚焦透鏡進(jìn)行選擇：

         405nm激光：

            • 0.5μm，特征定位分辨率為0.1μm，在厚度大于0.4μm的抗蝕劑上

            • 1.6μm，特征定位分辨率為0.2μm

            • 4μm，特征定位分辨率為0.4μm

            • 8μm，特征定位分辨率為0.8μm

         可選375 nm激光器

            • 5μm，特征定位分辨率為0.5μm，焦深為40μm

   包括所有解決方案。通過更換最終聚焦透鏡來改變分辨率。所有聚焦鏡頭都安裝在滑塊中，手動選擇只需兩秒鐘。

   -可選的自動換鏡頭系統(tǒng)（ALC），只需點(diǎn)擊鼠標(biāo)即可更換鏡頭。ALC還允許根據(jù)用戶定義的批處理程序在前一層上進(jìn)行無人值守的鏡頭更換和自動重新對準(zhǔn)。

   -光束掃描模式（光柵掃描）下表面圖案化速度的范圍@405nm：

         • 2-8 mm2/min@0.5μm分辨率，特征定位分辨率為0.1至0.4μm

         • 1.6μm分辨率時為8-30 mm2/min，特征定位分辨率為0.2至0.8μm

         • 30-120 mm2/min@4μm分辨率，特征定位分辨率為0.4至2μm

         • 分辨率為8μm時為120-450 mm2/min，功能定位分辨率為0.8至4μm

   -樣品臺掃描、矢量和輪廓模式下的線性寫入速度：在所有分辨率下最高可達(dá)10 mm/s。

   -編寫時間計算器。該軟件估計啟動新模式之前所需的總時間。在進(jìn)行構(gòu)圖的同時，計算并顯示剩余時間。

   -曝光劑量校準(zhǔn)工具。

   -光束掃描和散射掃描模式下的邊緣粗糙度作為寫入速度的函數(shù)：

         •0.05 to 0.2 μm @ 2-8 mm2/min @ 0.5 μm resolution

         • 0.1 to 0.4 μm @ 8-30 mm2/min @ 1.6 μm resolution

         • 0.1 to 1 μm @ 30-120 mm2/min @ 4 μm resolution

         • 0.4 to 2 μm @120- 450 mm2/min @ 8 μm resolution

   -作為分辨率函數(shù)的線寬均勻性

         • 100 nm @ 0.4 and 0.5 μm resolution

         • 200 nm @ 1.6 μm resolution

         • 400 nm @ 4 μm resolution

         • 800 nm @ 8 μm resolution

   -逐步（粗略）和連續(xù)（精細(xì)）調(diào)節(jié)的暴露控制，曝光量指示（mJ/cm2）。

   -Z方向焦點(diǎn)偏移控制，最高可達(dá)±100μm。

   -通過B&W數(shù)字?jǐn)z像機(jī)對基板進(jìn)行視覺監(jiān)控，包括紅光基板照明、圖像平均和幀抓取。該系統(tǒng)也是一種分辨率為0.1μm的精密計量工具。透鏡更換機(jī)制還允許像傳統(tǒng)顯微鏡一樣快速選擇視場（800，400，200，100μm）。包括計量工具。

   -可選的附加寬視場顯微鏡（2.5 mm），用于在系統(tǒng)用作顯微鏡時快速定位圖案或搜索對準(zhǔn)標(biāo)記。

   -在圖案化的同時，通過用于激光聚焦的相同透鏡觀看基板。

   -用于協(xié)助操作員進(jìn)行精確多層對準(zhǔn)和基板定位的視頻工具。

   -可定制的基板真空吸盤?？ūP可以容納厚度在0到10mm范圍內(nèi)的晶片、芯片和掩模?？梢允褂萌魏纬叽绾托螤畹幕?，從5x5 mm開始?？ūP還包含可重新定位的止動塊，用于精確定位標(biāo)準(zhǔn)尺寸的基板?？梢愿鶕?jù)訂單定義自定義站點(diǎn)。

   -可選的額外多孔陶瓷真空吸盤，用于薄柔性基板或在吸盤上裝載更多小芯片。

   -無油真空泵用于卡盤，通過軟件進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。如果安裝現(xiàn)場有真空管路，可以訂購帶自動排氣和遠(yuǎn)程控制的真空開關(guān)來代替真空泵。

   -可以手動控制系統(tǒng)，用于表面檢查和測量。

   -將書寫頭放置在減振不銹鋼框架上，以便放置在地板上。
         • 大約重量：120公斤。

         • 不需要壓縮空氣，不需要冷卻空氣管道，不需要水。

         • 寫入單元內(nèi)部的最大工作電壓為12V。

控制單元
所有電子設(shè)備都包含在19英寸標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架單元中，放置在寫頭下方，機(jī)架單元位于輪子上?？刂茊卧恍枰~外的占地空間。

19“x 4U單元包括：

   • 用戶界面計算機(jī)（工業(yè)級計算機(jī)，i7-8代CPU，16GB內(nèi)存），運(yùn)行在Windows10-pro下，64位。

   • .寫入單元的電子驅(qū)動器。

   • 可選不間斷電源（UPS），備份時間為30分鐘。

計算機(jī)和電源符合國際安全標(biāo)準(zhǔn)。除了計算機(jī)電源（115-230V）外，整個LaserWriter均未使用高電壓。包括一個用于緊急斷電的按鈕，以及基板裝載門中用于自動關(guān)閉激光的聯(lián)鎖裝置。

控制單元管理從繪圖到曝光的自動構(gòu)圖過程，以及手動操作（當(dāng)將系統(tǒng)用作精密視頻計量工具時）。它允許操作員定義和控制所有的圖案化參數(shù)。

PhotonSter®軟件包

這是MICROTECH專有軟件包的第12版，用于驅(qū)動LaserWriter，在Windows10-pro-64操作系統(tǒng)下運(yùn)行。它包括：

• CleWin-5布局編輯器，用于圖案設(shè)計、編輯和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，包括用于布局的圖形瀏覽器，具有GDSII、DXF、CIF等格式轉(zhuǎn)換器，具有無限許可證。

該編輯器也可以安裝在辦公室計算機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)準(zhǔn)備，并具有無限的教育/研究使用許可證。

   • 數(shù)據(jù)庫管理器，用于處理和檢索所有數(shù)據(jù)文件。

   • 灰度級數(shù)據(jù)處理套件（帶BMP和原始數(shù)據(jù)處理器）。

   • 寫入單元的自動控制器，具有寫入模式、速度、激光功率、光束大小等全軟件控制。

   • 寫入單元的手動控制器，用于將系統(tǒng)用作檢測和高精度計量站，包括計量工具。

   • 暴露配方的管理。

   • 多層對齊工具。

還包括一些其他專有軟件工具，專門用于研究應(yīng)用，在培訓(xùn)課程期間向系統(tǒng)用戶披露。

包含配方數(shù)據(jù)庫和相關(guān)管理軟件，用于簡單設(shè)置所有寫入?yún)?shù)，具有無限數(shù)量的不同基板和無限數(shù)量的每個基板的曝光配方。這個數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建和使用非常簡單明了。

還包括一個用戶管理軟件，用于多用戶環(huán)境，具有密碼管理和相關(guān)實(shí)用程序。

一個額外的軟件包可以安裝在辦公工作站上，甚至可以在潔凈室外進(jìn)行數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。

PhotonSter®是一個用戶友好的軟件包，允許任何操作員在幾個小時內(nèi)控制系統(tǒng)，即使不查閱操作員手冊。其直觀的界面和豐富的幫助信息是使MICROTECH LaserWriter成為世界上流行的激光圖案生成器的要點(diǎn)之一。

可選環(huán)境控制單元（ECU）

LaserWriter通常配有一個標(biāo)準(zhǔn)外殼，用于保護(hù)寫頭免受污染和潔凈室內(nèi)氣流引起的振動。如果潔凈室沒有良好的溫度或微污染控制，可以訂購一個緊湊型環(huán)境控制單元（ECU）來代替標(biāo)準(zhǔn)外殼，提供：

   -將寫頭的體積壓靠在房間上，以防止在圖案化過程中來自房間的微接觸。

   -創(chuàng)造一個溫和的內(nèi)部氣流，能夠使寫頭的所有部分保持恒定的溫度。

   -從寫入頭中提取內(nèi)部產(chǎn)生的多余熱量。

空氣流動和加壓都是通過高效空氣過濾器的微過濾空氣。

電子控制器用于調(diào)節(jié)室內(nèi)的空氣流量和溫度。溫度穩(wěn)定性優(yōu)于1°C，外部波動高達(dá)6°C。

技術(shù)細(xì)節(jié)

   1） LaserWriter操作基于兩種光柵掃描模式、兩種矢量/輪廓模式和兩種額外的特殊模式（閃光、散射）以及手動操作。

在光束掃描模式中，圖案被轉(zhuǎn)換為位圖圖案并被劃分為平行條帶。激光束在基板上沿X方向掃描，同時沿每個條帶（Y方向）移動。
位圖圖案是通過在每次掃描期間調(diào)制光束而獲得的。

每條帶的寬度取決于所選的分辨率，范圍從100μm到800μm。在完成一個條帶后，各階段移動到下一個條的頂部，并重復(fù)該過程。所有條帶彼此精確對齊，相鄰條帶之間沒有間隙或重疊。零針技術(shù)被用于此目的。

根據(jù)操作員選擇的光學(xué)分辨率，電子像素大小（網(wǎng)格大小，即圖案定位分辨率）為0.1/0.2/0.4/0.8μm。

在樣品臺掃描模式中，通過沿圖案的整個寬度前后快速移動x臺，在基板表面上掃描光束，而Y臺緩慢移動。

矢量和輪廓模式非常適合長隔離線的構(gòu)圖或特定應(yīng)用（光化學(xué)、修剪等）。任何XY載物臺移動都可以通過位置同步光束打開/關(guān)閉進(jìn)行編程。

   2） 基板尺寸：標(biāo)準(zhǔn)真空吸盤可以分配任何基板尺寸，從5毫米x 5毫米到200毫米x 200毫米。也可以使用圓形或不規(guī)則形狀的基板。通過放置在卡盤表面的可調(diào)節(jié)機(jī)械止動器，可以快速定位標(biāo)準(zhǔn)尺寸的基板?？梢詾槿魏畏菢?biāo)準(zhǔn)基板添加額外的擋塊。有了額外的可選陶瓷卡盤，可以容納薄的柔性基板，以及幾個小的隔離芯片。

   3） 基板厚度：可使用0至10mm厚的基板。

   4） 聚焦：LaserWriter使用專有的聚焦系統(tǒng)，具有4毫米的范圍和可調(diào)節(jié)的偏移。它可以自動跟蹤基板表面，即使在非平面、凹面或凸面（最小曲率半徑75 mm）或有波紋的表面上也可以進(jìn)行構(gòu)圖。聚焦系統(tǒng)是光學(xué)的。與其他聚焦技術(shù)相比，這有兩個主要優(yōu)勢：

         • 在表面上不施加壓力，即使在薄而精細(xì)的膜上也可以直接構(gòu)圖；

         • 圖案可以到達(dá)樣本的邊緣（沒有死區(qū)），也就是說，圖案可以具有與樣本相同的大小。這對于在小基板上直接圖案化是有用的。

   5） 線寬：通過更換最終聚焦光學(xué)器件來選擇最小圖案線寬（分辨率）。這只需要幾秒鐘，因?yàn)樗械溺R頭都位于一個滑動平臺上。當(dāng)系統(tǒng)用作測量顯微鏡時，這種簡單快速的透鏡更換機(jī)構(gòu)也可用于改變放大倍數(shù)。

   6） 標(biāo)記對齊：對齊標(biāo)記的位置可以存儲，稍后用于圖層對齊。這允許在同一基板上進(jìn)行更多的工藝并適當(dāng)?shù)刂丿B。

   7） 掩模制造的計量補(bǔ)償：可以修改LaserWriter中使用的計量，以匹配其他圖案化工具（如電子束）的計量。這在生成遮罩集時非常有用，其中一些遮罩是用工具制作的，而其他遮罩是用另一個工具制作的。

   8） 多層和混合匹配光刻：在多層直接寫入圖案化中，系統(tǒng)使用對齊點(diǎn)來匹配前一層，即使這是用另一種工具制作的：新層會自動移動、旋轉(zhuǎn)和縮放以匹配前一個層。

   9） 傾斜補(bǔ)償：可以在稍微傾斜的基板上進(jìn)行寫入（最大2度）。如果使用具有非平行表面的小樣品，或者當(dāng)它們粘合在較大的載體板上并且膠水不均勻時（這是圖案化非常小的樣品時的典型情況），該功能非常有用。軟件評估傾斜量，并在寫入過程中實(shí)時進(jìn)行補(bǔ)償。

   10） 灰度級圖案化：該功能允許衍射光學(xué)器件和MEM以及任何其他由表面浮雕制成的結(jié)構(gòu)進(jìn)行直接圖案化或掩模制造。從設(shè)計數(shù)據(jù)到圖案化的過程簡單明了。

   11） SU8上的圖案化：405nm激光源允許在涂有薄SU8抗蝕劑（<5μm）的基板上曝光。額外的375nm激光源和具有長焦深的相關(guān)聚焦光學(xué)器件是厚SU8專用的。

   12） 視頻顯微鏡：LaserWriter也是一種測量視頻顯微鏡。用于選擇圖案分辨率的透鏡組也用于視頻顯微鏡和多層對準(zhǔn)，具有四個可選視場：100、200、400、800μm。為了在大襯底上快速找到結(jié)構(gòu)，還可以選擇額外的寬場透鏡。

   13） 自動檢測樣本邊緣。包括一個用于在小樣本上自動對中圖案的工具。首先自動檢測樣本邊緣，然后將圖案位置定位在中心。

LaserWriter一些相關(guān)功能的簡要概述

   -針對研發(fā)和小型生產(chǎn)進(jìn)行優(yōu)化。

   -LaserWriter中使用的405和375nm固態(tài)激光器是直接調(diào)制的（沒有聲光調(diào)制器），并且實(shí)際上具有無限的壽命。激光光源的保修期為20000小時。然而，到目前為止，在過去15年中，世界各地安裝的所有LW405系統(tǒng)中甚至沒有更換過激光器。

   -405nm的激光波長與大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)光刻膠和薄SU8的靈敏度光譜兼容。375nm的源對于厚SU8抗蝕劑是特定的。

   -405nm的120mW激光源提供了足夠的功率來圖案化甚至10μm厚的抗蝕劑膜。這允許將該系統(tǒng)用于高分辨率作業(yè)（微電子、微光學(xué)，具有薄抗蝕劑）和低分辨率圖案（微流體、微波電路、PCB、太陽能電池等，具有厚抗蝕劑。為了在較厚的抗蝕劑上快速圖案化，建議使用可選的240 mW或360 mW激光器。

   -非氣動聚焦系統(tǒng)不會對基板施加任何壓力，激光束可以聚焦在精細(xì)的基板（MEMs膜和X射線掩模）上，也可以聚焦在小而不規(guī)則的基板上（用于無掩模直接構(gòu)圖）。此外，襯底可以被圖案化到邊緣，沒有“死區(qū)"。

   -PhotonSter®軟件包經(jīng)過優(yōu)化，可以簡單直觀地使用LaserWriter執(zhí)行大量操作。它既允許對所有系統(tǒng)功能進(jìn)行深度全手動控制，也允許簡單直接地訪問自動圖案化功能。所有配置參數(shù)都受密碼保護(hù)，因?yàn)槠胀ㄓ脩舨恍枰L問它們。操作員決不會因?yàn)殄e誤
的設(shè)置或命令而意外損壞硬件。任何錯誤都由一條消息指示，該消息告訴用戶如何更正錯誤。

   -系統(tǒng)制造商隨時準(zhǔn)備收集來自最終用戶的任何反饋和建議。任何與系統(tǒng)軟件相關(guān)并能夠提高LaserWriter靈活性的新想法都將免費(fèi)添加，并提供給所有其他系統(tǒng)用戶。   

-LaserWriter的所有權(quán)成本實(shí)際上為零。迄今為止，世界上安裝的所有系統(tǒng)都在運(yùn)行，并且仍然運(yùn)行，無需維護(hù)成本和耗材。與系統(tǒng)運(yùn)行直接相關(guān)的唯1成本是電力，所需電力不到500瓦。

可選配件

   1.額外的375nm激光（60mW），專用于SU8或其他厚的紫外線敏感抗蝕劑

   2.準(zhǔn)備將來在現(xiàn)場安裝額外的375nm源。

   3.  405nm激光器的增強(qiáng)功率，240mW或360mW，適用于在厚抗蝕劑上工作。

   4. 自動換鏡系統(tǒng)。

   5. 寬視野顯微鏡。

   6. 如果工具不安裝在一樓，或者其他有噪音和振動的工具安裝在同一樓層或較低樓層，建議為寫頭提供額外的阻尼平臺。

   7. 操作臺（不銹鋼），用于顯示器、鍵盤和鼠標(biāo)（80厘米x 50厘米或85厘米x 85厘米）。

   8. 不間斷電源，工業(yè)機(jī)架單元，備份時間為30分鐘（已包含在機(jī)架柜中的電子設(shè)備系統(tǒng)中）。

   9. 帶自動排氣的真空開關(guān)，代替真空泵。包括一個用于真空吸盤的緊湊型無油泵。如果實(shí)驗(yàn)室中已經(jīng)有真空管線，可以訂購帶自動排氣的電控真空開關(guān)來代替真空泵。

   10. 多孔陶瓷卡盤（3"、4"或6"），用于薄柔性基板或多芯片加工。

   11. 環(huán)境控制單元（ECU）

安裝要求

   1） 該系統(tǒng)必須直接分配在潔凈室的混凝土地板上，也可能分配在建筑物的底層。它不能放在浮動地板上，因?yàn)檫@通常太不穩(wěn)定和振動敏感。如果潔凈室有浮動地板，MICROTECH將提供在系統(tǒng)安裝前準(zhǔn)備地板的具體說明。

   2） 建議采用穩(wěn)定良好的室溫（±1°C），以滿足多層圖案化所需的覆蓋精度。

   3） 如果低頻噪音和振動低于潔凈室操作人員的驗(yàn)收閾值，則可以接受。具體而言，必須仔細(xì)評估和限制低頻振動和振蕩（<100 Hz）。這種振動通常由旋轉(zhuǎn)真空泵、壓縮機(jī)和低溫泵產(chǎn)生，并且通常可以被系統(tǒng)用戶感知。作為指導(dǎo)原則，操作工具時可接受人員未檢測到的振動和低頻振蕩。

   4） 地板上的系統(tǒng)占地面積（mm）：600 x 600。

   5） 服務(wù)通道：系統(tǒng)周圍應(yīng)留出約300毫米的空閑空間。應(yīng)在工具的左側(cè)或右側(cè)提供用于放置顯示器、顯示器和鼠標(biāo)的小桌子的空間?？刂茩C(jī)架位于寫入單元下方。控制器不需要額外的占地空間。

   6） 沒有空氣管道，沒有空氣或氣體連接。系統(tǒng)操作只需要兩個230 V插座（一個用于工具，一個用于泵或可選真空開關(guān)），所需總功率不超過500 W。

   7） 所有互連的圖紙均包含在系統(tǒng)手冊中。

   8） 默認(rèn)情況下，該系統(tǒng)為基板卡盤配備了一個小型真空泵。如果實(shí)驗(yàn)室真空管線已經(jīng)可用，建議使用真空開關(guān)代替泵（見選項列表）。