光刻機(jī)簡(jiǎn)單介紹

光刻機(jī)簡(jiǎn)單介紹

鄭鴻光2012.09.01目錄1.發(fā)展史2.光刻機(jī)概述3.光刻機(jī)構(gòu)造4.相關(guān)技術(shù)光刻機(jī)發(fā)展過(guò)程1.接觸式光刻機(jī)2.接近式光刻機(jī)3.投影式光刻機(jī)4.掃描式光刻機(jī)5.步進(jìn)式光刻機(jī)6.步進(jìn)掃描式光刻機(jī)

光刻教育資料4光刻機(jī)概述（一）腔體（CHAMBER）主體（MAINBODY）傳片單元（WAFERLOADER）上版單元（RETICLELOADER）照明系統(tǒng)（ILLUMINATION）工作臺(tái)（WAFERSTAGE）控制柜（CONTROLRACK）光刻教育資料5光刻設(shè)備概述（二）微細(xì)加工技術(shù)的核心，是微細(xì)光刻技術(shù)。主要有光學(xué)曝光、電子束曝光、X射線曝光、離子束曝光。目前生產(chǎn)上大量采用的是光學(xué)曝光技術(shù)。Nikon光刻機(jī)：重復(fù)步進(jìn)式光刻機(jī)（NSR）光刻教育資料6NSR

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①②③④⑤⑥①NSR為「NikonStepandRepeatexposuresystems」的略稱。②表示最大曝光範(fàn)囲。

200為正方形□20.0mm的曝光範(fàn)囲。③表示投影鏡頭的投影倍率。

5是表示將Reticle上的図形以1/5倍投影到Wafer上。④表示曝光光波長(zhǎng)。

i是表示使用由超高圧水銀燈発出的光中的i線。⑤表示NSR本體的型式名。

此數(shù)字越大意味著是越新模型的NSR。⑥表示投影鏡頭的型式。同様?shù)摹?0mm1/5倍、使用i線的鏡頭中、以A或B等進(jìn)行區(qū)別。光刻教育資料7光刻機(jī)光刻機(jī)：采用重復(fù)步進(jìn)的方式將掩膜版（Reticle）的圖形以5：1的比例轉(zhuǎn)移到硅片（Wafer）上。光刻教育資料8光刻機(jī)基礎(chǔ)光刻機(jī)曝光光源為超高壓水銀燈高壓水銀燈光線組成X線0.71nmKrF248nmi365nmh405nmg436nmx10nm紫外線400nm可視光區(qū)750nm紅外線區(qū)光刻教育資料9光學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)i線：波長(zhǎng)=365nmg線：波長(zhǎng)=436nm波長(zhǎng)越長(zhǎng)頻率越低i＞g光刻教育資料10光刻機(jī)整體構(gòu)造ＨＥＰAfilter壓縮機(jī)送風(fēng)機(jī)HeaterUvlampreticlewaferWaferstagelens風(fēng)進(jìn)風(fēng)口光刻教育資資料11光學(xué)系構(gòu)造造RAEHgLAMPM1M2SIMF、SFCFR1R2BMCML光刻教育資資料12光刻機(jī)構(gòu)造造－干涉濾光鏡鏡玻璃襯底上上涂一層半半透明金屬屬層，接著著涂一層氟氟化鎂隔層層（可以減減少鏡頭界界面對(duì)對(duì)射入光線線的反射，，減少光暈暈，提高高成像像質(zhì)量量），再再涂一層半半透明金屬屬層，兩金金屬層構(gòu)成成了法布里里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具的的兩塊平行板板。當(dāng)兩極的的間隔與波長(zhǎng)長(zhǎng)同數(shù)量級(jí)時(shí)時(shí)，透射光中中不同波長(zhǎng)的的干涉高峰分分得很開，利利用別的吸收收型濾光片可可把不允許透透過(guò)的光濾掉掉，從而得到到窄通帶的帶帶通濾光片，，其通頻帶寬寬度遠(yuǎn)比普通通吸收型濾光光片要窄。光刻教育資料料13光刻機(jī)構(gòu)造－－復(fù)眼lens1、有多個(gè)具有有共焦面小凸透鏡組成成2、為了確保照照度、均一性reticle光刻教育資料料14光刻機(jī)構(gòu)造－－SHUTTERUNIT位置：光路焦焦點(diǎn)處結(jié)構(gòu)：馬達(dá)（（直流）計(jì)數(shù)器扇葉計(jì)數(shù)器馬達(dá)扇葉功能：開曝曝光光閉掩掩膜版對(duì)準(zhǔn)準(zhǔn)、ISS光刻教育資料料15光刻機(jī)構(gòu)造－－Stageunit（1）防震臺(tái)YSTAGEXSTAGEZSTAGETSTAGELEVELINGSTAGEWAFERHOLDERWAFER主視結(jié)構(gòu)圖光刻教育資料料16光刻機(jī)構(gòu)造－－STAGEUNIT（2）MotorFiducialmarkFC2mark移動(dòng)鏡WaferholderWaferIlluminationuniformitysensorMonitor插槽定位塊光刻教育資料料17光刻機(jī)構(gòu)造－－Stageunit（3）光刻教育資料料18工作臺(tái)定位－HP干涉計(jì)光刻教育資料料19工作臺(tái)定位－HP干涉計(jì)在氦氖激光器器上，加上一一個(gè)約0.03特斯拉的軸向向磁場(chǎng)。由于于塞曼分裂效效應(yīng)和頻率牽牽引效應(yīng),激光器產(chǎn)生1和2兩個(gè)不同頻率率的左旋和右右旋圓偏振光光。經(jīng)1/4波片后成為兩兩個(gè)互相垂直直的線偏振光光,再經(jīng)分光鏡分分為兩路。一一路經(jīng)偏振片片1后成為含有頻頻率為f1-f2的參考光束。。另一路經(jīng)偏偏振分光鏡后后又分為兩路路：一路成為為僅含有f1的光束,另一路成為僅僅含有f2的光束。當(dāng)可可動(dòng)反射鏡移移動(dòng)時(shí),含有f2的光束經(jīng)可動(dòng)動(dòng)反射鏡反射射后成為含有有f2±Δf的光束，Δf是可動(dòng)反射鏡鏡移動(dòng)時(shí)因多多普勒效應(yīng)產(chǎn)產(chǎn)生的附加頻頻率,正負(fù)號(hào)表示移移動(dòng)方向(多普勒效應(yīng)是是奧地利人C.J.多普勒提出的的，即波的頻頻率在波源或或接受器運(yùn)動(dòng)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生變變化)。這路光束和和由固定反射射鏡反射回來(lái)來(lái)僅含有f1的光的光束經(jīng)經(jīng)偏振片2后會(huì)合成為f1-(f2±Δf)的測(cè)量光束。。測(cè)量光束和和上述參考光光束經(jīng)各自的的光電轉(zhuǎn)換元元件、放大器器、整形器后后進(jìn)入減法器器相減,輸出成為僅含含有±Δf的電脈沖信號(hào)號(hào)。經(jīng)可逆計(jì)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)后后，由電子計(jì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行當(dāng)當(dāng)量換算(乘1/2激光波長(zhǎng))后即可得出可可動(dòng)反射鏡的的位移量。光刻教育資料料20工作臺(tái)定位：：移動(dòng)境、固定定境通過(guò)移動(dòng)境、固定境反射后的光線，形成干涉光光，被檢知器檢知。光刻教育資料料21光刻機(jī)構(gòu)造－－LENSCONTROLLER鏡頭控制器：：簡(jiǎn)稱LC,對(duì)鏡頭倍率及及焦點(diǎn)進(jìn)行控控制制的關(guān)鍵部件件。構(gòu)成：控制基基版BELLOWSPUMPLENSTEM.SENSOR壓力計(jì)等光刻教育資料料22LC倍率控制的實(shí)實(shí)現(xiàn)reticle壓力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)構(gòu)lenswaferABA室與大氣相連連；B室氣壓可以調(diào)調(diào)節(jié)，通過(guò)改改變B室氣壓，從而而改變其折射射率使倍率進(jìn)行實(shí)實(shí)時(shí)追蹤A室中集中了大大部分光學(xué)鏡鏡頭光刻教育資料料23LC與AUTOFOCUS的關(guān)系LenslampreticlewaferdetectSlitHalvingglassLens的實(shí)際焦點(diǎn)隨隨著B室氣壓的變化化實(shí)時(shí)在變化。Autofocus系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)z工作臺(tái)與lens焦點(diǎn)的追蹤。。vibratorupdown光刻教育資料料24光刻機(jī)－相關(guān)特性參參數(shù)1、數(shù)值孔徑（（numericalaperture)N.A.2、分辨率（resolvingpower)3、焦點(diǎn)深度（（depthoffocus）光刻教育資料料25數(shù)值孔徑數(shù)值孔徑（N.A.）θ物鏡焦點(diǎn)N.A.=N×sinθθN：折射率Θ：折射角光刻教育資料料26分辨率：R分辨率：R衡量物鏡的一一個(gè)重要指標(biāo)標(biāo)，與數(shù)值孔徑有有關(guān)，數(shù)值孔孔徑越大，分辨率率越高。R=kλ/N.A.K與光刻膠相關(guān)關(guān)的常數(shù)λ使用光的波長(zhǎng)長(zhǎng)N.A.鏡頭的數(shù)值孔孔徑光刻教育資料料27焦點(diǎn)深度：DOF焦點(diǎn)深度：即即焦深，即焦焦點(diǎn)的有效曝曝光深度度。DOF=Kλλ/N.A.2K與光刻膠有關(guān)關(guān)的常數(shù)λ使用光的波長(zhǎng)長(zhǎng)N.A.鏡頭的數(shù)值孔孔徑光刻教育資料料28分辨率、焦深深、NA關(guān)系d1d2d3較好的焦深較差的焦深d3、d4焦深d1d4如果d1=d2,則d3>d4lenslens光刻教育資料料29離軸照明在采用離軸照照明的曝光系系統(tǒng)中，掩模模上的照明光光線都與投影影物鏡主光軸軸有一定的夾夾角。入射光光經(jīng)掩模發(fā)生生衍射，左側(cè)側(cè)光源的0級(jí)、-1級(jí)衍射光與右右側(cè)光束的+1級(jí)、0級(jí)衍射光參與與成像。環(huán)形形照明、四極極照明和二極極照明都屬于離軸照照明方式.光刻教育資料料30離軸照明的優(yōu)優(yōu)點(diǎn)1.離軸照明可以以提高分辨率率。2.離軸照明可以以提高焦深。。3.離軸照明可以以提高對(duì)比度度。我們考慮掩模模圖形為一維維密集線條的的光柵，同軸軸照明：1級(jí)以及更高階階衍射光都被被物鏡的光闌闌遮擋，只有有0級(jí)衍射光進(jìn)入入物鏡。離軸軸照明：0級(jí)衍射光和1級(jí)衍射光都可可能進(jìn)入成像像系統(tǒng)的光瞳瞳。R同軸=λ/3NAR離軸=λ/4NA從信息光學(xué)的的觀點(diǎn)看，掩掩模圖形經(jīng)投投影物鏡成像像時(shí)，由于投影物鏡的的數(shù)值孔徑有有限，高頻部部分不能進(jìn)入入光瞳，對(duì)成成像無(wú)貢獻(xiàn)，使使硅片面上的的掩模像的對(duì)對(duì)比度降低，，影響成像質(zhì)質(zhì)量。由于0級(jí)衍射光不包包含掩模圖形形的任何空間間調(diào)制信息，，所以要對(duì)掩模模圖形成像，，至少要包含含1級(jí)衍射光。在在投影曝光系統(tǒng)中，掩掩模圖形的空空間像的對(duì)比比度依賴于投投影物鏡中參參與成像的1級(jí)衍射光的比比例。離軸照照明技術(shù)通過(guò)過(guò)降低成像光束中的低頻頻成分來(lái)提高高高頻成分在在總光強(qiáng)中的的比例，從而而提高了空間像像的對(duì)比度。。光刻教育資料料31掩膜版對(duì)準(zhǔn)系系統(tǒng)（一）以shutter反射的E線光源作為對(duì)對(duì)準(zhǔn)光源，將將掩膜版對(duì)準(zhǔn)準(zhǔn)MARK與工作臺(tái)上基基準(zhǔn)MARK進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)。對(duì)準(zhǔn)過(guò)程復(fù)雜雜，精度要求求高。對(duì)準(zhǔn)的后期進(jìn)進(jìn)行LSA、FIA激光校正，為為WAFER對(duì)準(zhǔn)作準(zhǔn)備。。光刻教育資料料32掩膜版對(duì)準(zhǔn)系系統(tǒng)（二）LSASETXALIGNMENTCHECKXLSASETYFIASETYRSETXWGASETYFIASETXWGASETθENDSTARTRETICLE

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