光刻機(jī)簡單介紹

光刻機(jī)簡單介紹

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（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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220

5

i

12

C

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。

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i線：波長=365nmg線：波長=436nm波長越長頻率越低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對射入光線線的反射，，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長同數(shù)量級時時，透射光中中不同波長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：光路焦焦點處結(jié)構(gòu)：馬達(dá)（（直流）計數(shù)器扇葉計數(shù)器馬達(dá)扇葉功能：開曝曝光光閉掩掩膜版對準(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工作臺定位－HP干涉計光刻教育資料料19工作臺定位－HP干涉計在氦氖激光器器上，加上一一個約0.03特斯拉的軸向向磁場。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)可可動反射鏡移移動時,含有f2的光束經(jīng)可動動反射鏡反射射后成為含有有f2±Δf的光束，Δf是可動反射鏡鏡移動時因多多普勒效應(yīng)產(chǎn)產(chǎn)生的附加頻頻率,正負(fù)號表示移移動方向(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動動時會產(chǎn)生變變化)。這路光束和和由固定反射射鏡反射回來來僅含有f1的光的光束經(jīng)經(jīng)偏振片2后會合成為f1-(f2±Δf)的測量光束。。測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的電脈沖信號號。經(jīng)可逆計計數(shù)器計數(shù)后后，由電子計計算機(jī)進(jìn)行當(dāng)當(dāng)量換算(乘1/2激光波長)后即可得出可可動反射鏡的的位移量。光刻教育資料料20工作臺定位：：移動境、固定定境通過移動境、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：：簡稱LC,對鏡頭倍率及及焦點進(jìn)行控控制制的關(guān)鍵部件件。構(gòu)成：控制基基版BELLOWSPUMPLENSTEM.SENSOR壓力計等光刻教育資料料22LC倍率控制的實實現(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)，通過改改變B室氣壓，從而而改變其折射射率使倍率進(jìn)行實實時追蹤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的實際焦點隨隨著B室氣壓的變化化實時在變化。Autofocus系統(tǒng)實現(xiàn)z工作臺與lens焦點的追蹤。。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使用光的波長長N.A.鏡頭的數(shù)值孔孔徑光刻教育資料料27焦點深度：DOF焦點深度：即即焦深，即焦焦點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使用光的波長長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、-1級衍射光與右右側(cè)光束的+1級、0級衍射光參與與成像。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級衍射光進(jìn)入入物鏡。離軸軸照明：0級衍射光和1級衍射光都可可能進(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)的的觀點看，掩掩模圖形經(jīng)投投影物鏡成像像時，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，對成成像無貢獻(xiàn)，使使硅片面上的的掩模像的對對比度降低，，影響成像質(zhì)質(zhì)量。由于0級衍射光不包包含掩模圖形形的任何空間間調(diào)制信息，，所以要對掩模模圖形成像，，至少要包含含1級衍射光。在在投影曝光系統(tǒng)中，掩掩模圖形的空空間像的對比比度依賴于投投影物鏡中參參與成像的1級衍射光的比比例。離軸照照明技術(shù)通過過降低成像光束中的低頻頻成分來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比度。。光刻教育資料料31掩膜版對準(zhǔn)系系統(tǒng)（一）以shutter反射的E線光源作為對對準(zhǔn)光源，將將掩膜版對準(zhǔn)準(zhǔn)MARK與工作臺上基基準(zhǔn)MARK進(jìn)行對準(zhǔn)。對準(zhǔn)過程復(fù)雜雜，精度要求求高。對準(zhǔn)的后期進(jìn)進(jìn)行LSA、FIA激光校正，為為WAFER對準(zhǔn)作準(zhǔn)備。。光刻教育資料料32掩膜版對準(zhǔn)系系統(tǒng)（二）LSASETXALIGNMENTCHECKXLSASETYFIASETYRSETXWGASETYFIASETXWGASETθENDSTARTRETICLE

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