高精度激光直寫光刻機是一個用于直接CAD到基板精確圖案化的系統。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需求的專業系統。該系統在潔凈室中組裝，由以下部分組成：

      • 寫入單元

      • 控制單元

      • PhotonSter®軟件包

      • 環境控制單元（可選）

應用包括微電子、微光學、微波電路、太赫茲技術、微機械、微流體、石墨烯技術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行，如半導體晶片或芯片、玻璃、藍寶石、聚合物等。

該系統通過了CE認證。

高精度激光直寫光刻機寫入單元

   -固態GaN激光器，用于在任何標準寬帶抗蝕劑膜（AZ，S）和薄SU8（<5μm）上進行通用光刻，規格如下：

         激光器類型：半導體（GaN）

         波長：405nm

         工作模式：連續（CW）和脈沖。

         輸出功率（操作員可調節），按訂單定義：

                 • 50-100 mW，用于標準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，規格如下：

         激光器類型：半導體（GaN）

         波長：375 nm

         工作模式：連續（CW）和脈沖。

         輸出功率：60 mW。

         保證使用壽命：20000小時

  -點擊鼠標切換波長。

  -書寫區域（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，具有線性電機和納米定位功能，靜態分辨率為10nm。

  -具有+/-0.4μm重疊對準精度的多層圖案化（適用于穩定在+/-1°C內的操作環境）和用于在現有標記上對準的工具。

  -可選擇自動或手動配準多層疊加。

  -超精密Z工作臺，量程+/-2.4毫米，精度0.1微米。

  -光學自動對焦和表面跟蹤，允許自動對焦和構圖

         • 在不平整或輕微傾斜的基板上，帶自動補償（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/關閉。

          -光束掃描：這是標準的寫入模式：將整個圖案轉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用（光化學、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動激光束，直接在視頻窗口上執行該過程。

  -光學分辨率（最小線寬），可通過更換最終聚焦透鏡進行選擇：

         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（ALC），只需點擊鼠標即可更換鏡頭。ALC還允許根據用戶定義的批處理程序在前一層上進行無人值守的鏡頭更換和自動重新對準。

   -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。在進行構圖的同時，計算并顯示剩余時間。

   -曝光劑量校準工具。

   -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：

         •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（精細）調節的暴露控制，曝光量指示（mJ/cm2）。

   -Z方向焦點偏移控制，最高可達±100μm。

   -通過B&W數字攝像機對基板進行視覺監控，包括紅光基板照明、圖像平均和幀抓取。該系統也是一種分辨率為0.1μm的精密計量工具。透鏡更換機制還允許像傳統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），用于在系統用作顯微鏡時快速定位圖案或搜索對準標記。

   -在圖案化的同時，通過用于激光聚焦的相同透鏡觀看基板。

   -用于協助操作員進行精確多層對準和基板定位的視頻工具。

   -可定制的基板真空吸盤。卡盤可以容納厚度在0到10mm范圍內的晶片、芯片和掩模。可以使用任何尺寸和形狀的基板，從5x5 mm開始。卡盤還包含可重新定位的止動塊，用于精確定位標準尺寸的基板。可以根據訂單定義自定義站點。

   -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，通過軟件進行遠程控制。如果安裝現場有真空管路，可以訂購帶自動排氣和遠程控制的真空開關來代替真空泵。

   -可以手動控制系統，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。

         • 寫入單元內部的最大工作電壓為12V。

控制單元
所有電子設備都包含在19英寸標準機架單元中，放置在寫頭下方，機架單元位于輪子上。控制單元不需要額外的占地空間。

19“x 4U單元包括：

   • 用戶界面計算機（工業級計算機，i7-8代CPU，16GB內存），運行在Windows10-pro下，64位。

   • .寫入單元的電子驅動器。

   • 可選不間斷電源（UPS），備份時間為30分鐘。

計算機和電源符合國際安全標準。除了計算機電源（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閉激光的聯鎖裝置。

控制單元管理從繪圖到曝光的自動構圖過程，以及手動操作（當將系統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。

PhotonSter®軟件包

這是MICROTECH專有軟件包的第12版，用于驅動LaserWriter，在Windows10-pro-64操作系統下運行。它包括：

• CleWin-5布局編輯器，用于圖案設計、編輯和數據轉換，包括用于布局的圖形瀏覽器，具有GDSII、DXF、CIF等格式轉換器，具有無限許可證。

該編輯器也可以安裝在辦公室計算機中進行數據準備，并具有無限的教育/研究使用許可證。

   • 數據庫管理器，用于處理和檢索所有數據文件。

   • 灰度級數據處理套件（帶BMP和原始數據處理器）。

   • 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，專門用于研究應用，在培訓課程期間向系統用戶披露。

包含配方數據庫和相關管理軟件，用于簡單設置所有寫入參數，具有無限數量的不同基板和無限數量的每個基板的曝光配方。這個數據庫的創建和使用非常簡單明了。

還包括一個用戶管理軟件，用于多用戶環境，具有密碼管理和相關實用程序。

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行數據準備。

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控制系統，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之一。

可選環境控制單元（ECU）

LaserWriter通常配有一個標準外殼，用于保護寫頭免受污染和潔凈室內氣流引起的振動。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境控制單元（ECU）來代替標準外殼，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。

   -創造一個溫和的內部氣流，能夠使寫頭的所有部分保持恒定的溫度。

   -從寫入頭中提取內部產生的多余熱量。

空氣流動和加壓都是通過高效空氣過濾器的微過濾空氣。

電子控制器用于調節室內的空氣流量和溫度。溫度穩定性優于1°C，外部波動高達6°C。

技術細節

   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。零針技術被用于此目的。

根據操作員選擇的光學分辨率，電子像素大小（網格大小，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圖或特定應用（光化學、修剪等）。任何XY載物臺移動都可以通過位置同步光束打開/關閉進行編程。

   2） 基板尺寸：標準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則形狀的基板。通過放置在卡盤表面的可調節機械止動器，可以快速定位標準尺寸的基板。可以為任何非標準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，具有4毫米的范圍和可調節的偏移。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行構圖。聚焦系統是光學的。與其他聚焦技術相比，這有兩個主要優勢：

         • 在表面上不施加壓力，即使在薄而精細的膜上也可以直接構圖；

         • 圖案可以到達樣本的邊緣（沒有死區），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器件來選擇最小圖案線寬（分辨率）。這只需要幾秒鐘，因為所有的鏡頭都位于一個滑動平臺上。當系統用作測量顯微鏡時，這種簡單快速的透鏡更換機構也可用于改變放大倍數。

   6） 標記對齊：對齊標記的位置可以存儲，稍后用于圖層對齊。這允許在同一基板上進行更多的工藝并適當地重疊。

   7） 掩模制造的計量補償：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，系統使用對齊點來匹配前一層，即使這是用另一種工具制作的：新層會自動移動、旋轉和縮放以匹配前一個層。

   9） 傾斜補償：可以在稍微傾斜的基板上進行寫入（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，并在寫入過程中實時進行補償。

   10） 灰度級圖案化：該功能允許衍射光學器件和MEM以及任何其他由表面浮雕制成的結構進行直接圖案化或掩模制造。從設計數據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聚焦光學器件是厚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，具有四個可選視場：100、200、400、800μm。為了在大襯底上快速找到結構，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一些相關功能的簡要概述

   -針對研發和小型生產進行優化。

   -LaserWriter中使用的405和375nm固態激光器是直接調制的（沒有聲光調制器），并且實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系統中甚至沒有更換過激光器。

   -405nm的激光波長與大多數標準光刻膠和薄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。這允許將該系統用于高分辨率作業（微電子、微光學，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。

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

   -PhotonSter®軟件包經過優化，可以簡單直觀地使用LaserWriter執行大量操作。它既允許對所有系統功能進行深度全手動控制，也允許簡單直接地訪問自動圖案化功能。所有配置參數都受密碼保護，因為普通用戶不需要訪問它們。操作員決不會因為錯誤
的設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。

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

-LaserWriter的所有權成本實際上為零。迄今為止，世界上安裝的所有系統都在運行，并且仍然運行，無需維護成本和耗材。與系統運行直接相關的唯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.準備將來在現場安裝額外的375nm源。

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

   4. 自動換鏡系統。

   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（80厘米x 50厘米或85厘米x 85厘米）。

   8. 不間斷電源，工業機架單元，備份時間為30分鐘（已包含在機架柜中的電子設備系統中）。

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

   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. 環境控制單元（ECU）

安裝要求

   1） 該系統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，因為這通常太不穩定和振動敏感。如果潔凈室有浮動地板，MICROTECH將提供在系統安裝前準備地板的具體說明。

   2） 建議采用穩定良好的室溫（±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收閾值，則可以接受。具體而言，必須仔細評估和限制低頻振動和振蕩（<100 Hz）。這種振動通常由旋轉真空泵、壓縮機和低溫泵產生，并且通常可以被系統用戶感知。作為指導原則，操作工具時可接受人員未檢測到的振動和低頻振蕩。

   4） 地板上的系統占地面積（mm）：600 x 600。

   5） 服務通道：系統周圍應留出約300毫米的空閑空間。應在工具的左側或右側提供用于放置顯示器、顯示器和鼠標的小桌子的空間。控制機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），所需總功率不超過500 W。

   7） 所有互連的圖紙均包含在系統手冊中。

   8） 默認情況下，該系統為基板卡盤配備了一個小型真空泵。如果實驗室真空管線已經可用，建議使用真空開關代替泵（見選項列表）。