用于光刻胶烘干的热板的研制

摘要

光刻工艺及其相关技术是微电子机械系统(MEMS)加工工艺的重要组成部分.均胶和烘干是光刻工艺中不可缺少的一道工序,为增加胶层与硅片表面粘附能力,提高在接触式曝光中胶层与掩模版接触时的耐磨性能及稳定胶层的感光灵敏度,通常采用烘箱或热板等加热设备对光刻胶进行干燥.由于热板易于达到在胶的厚度方向快速均匀烘干等要求,目前越来越多地采用电热板加热的方式.热板的表面温度均匀性、温度控制精度、温度上升速度等是热板的主要性能指标.进口热板性能好但价格昂贵,国产热板可选种类又较少,本文根据课题研究的需要设计了一种温度控制精度高、板面温度均匀性好、成本低的电加热板,用于光刻胶的烘干.本文在查阅了大量文献资料的基础上,首先根据电热板的性能要求,选择了热板的基本结构方式、各部分的组合形式、基本加热元件及热板的材料等等.利用有限元热分析方法对热板板面温度均匀性进行了分析,经多次模拟分析和调整.加热结构,优化设计出了满足热板板面的温度均匀性可达1℃要求的加热元件排布方式,并以此为主要依据完成了整体结构的设计.以阶跃响应实验为基础,初步建立起控制系统的数学模型,设计了适用于该电热板的闭环温度控制系统.系统主要包括温度检测电路、PD控制器、电压-脉宽变换电路及执行元件.通过控制系统调试,得出满足热板工作温度精度需要的整定参数.在热板常用温度点90℃和120℃对温度控制系统分别进行了性能测试和误差分析.结果表明,热板的温度上升时间小于20min、温度控制精度均在±1℃之内,满足热板的工作需要.

目录

文摘

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第一章绪论

§1.1引言

§1.2热板研制的目的及意义

§1.3热板的发展状况

§1.3.1国外几种典型的热板

§1.3.2国内常用的热板

§1.4本文的研究背景及主要研究对象

第二章热板的结构设计及表面温度均匀性分析

§2.1热板的板形、加热元件和板材的选择

§2.1.1热板加热元件的选择

§2.1.2热板板材材料的选择

§2.2电加热元件分布和控制方式的确定

§2.3热分析

§2.3.1采用电加热棒进行加热时的热分析

§2.3.2采用电阻丝进行加热时的热分析及其优化设计

§2.4小结

第三章热板的温度控制电路设计

§3.1热板的温度控制系统概述

§3.2温度测量电路的设计

§3.2.1传感器的选择

§3.2.2温度测量电路

§3.2.3直流稳压电源设计

§3.3控制器的设计

§3.3.1数学模型的建立

§3.3.2 PID控制器

§3.4电压-脉宽变换电路

§3.5执行机构

§3.5.1固态继电器

§3.5.2输出电路

§3.6小结

第四章热板温度控制系统调试及误差分析

§4.1控制系统的构成和调试目的

§4.2系统调试实验过程

§4.3控制实验及误差分析

§4.3.1控制目标温度为90℃时的测试结果及误差分析

§4.3.2控制目标温度为120℃时的测试结果及误差分析

§4.4小结

第五章结束语

§5.1本文的研究成果

§5.2进一步研究工作的展望

参考文献

致谢

作者简介

攻读硕士期间发表和已录用的学术论文