光刻机简单介绍

光刻机简单介绍

郑鸿光2012.09.01目录1.发展史2.光刻机概述3.光刻机构造4.相关技术光刻机发展过程1.接触式光刻机2.接近式光刻机3.投影式光刻机4.扫描式光刻机5.步进式光刻机6.步进扫描式光刻机

光刻教育资料4光刻机概述（一）腔体（CHAMBER）主体（MAINBODY）传片单元（WAFERLOADER）上版单元（RETICLELOADER）照明系统（ILLUMINATION）工作台（WAFERSTAGE）控制柜（CONTROLRACK）光刻教育资料5光刻设备概述（二）微细加工技术的核心，是微细光刻技术。主要有光学曝光、电子束曝光、X射线曝光、离子束曝光。目前生产上大量采用的是光学曝光技术。Nikon光刻机：重复步进式光刻机（NSR）光刻教育资料6NSR

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i

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C

①②③④⑤⑥①NSR為「NikonStepandRepeatexposuresystems」的略称。②表示最大曝光範囲。

200為正方形□20.0mm的曝光範囲。③表示投影鏡頭的投影倍率。

5是表示将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灯発出的光中的i線。⑤表示NSR本体的型式名。

此数字越大意味着是越新模型的NSR。⑥表示投影鏡頭的型式。同様的□20mm1/5倍、使用i線的鏡頭中、以A或B等進行区別。光刻教育资料7光刻机光刻机：采用重复步进的方式将掩膜版（Reticle）的图形以5：1的比例转移到硅片（Wafer）上。光刻教育资料8光刻机基础光刻机曝光光源为超高压水银灯高压水银灯光线组成X线0.71nmKrF248nmi365nmh405nmg436nmx10nm紫外线400nm可视光区750nm红外线区光刻教育资料9光学基础知识i线：波长=365nmg线：波长=436nm波长越长频率越低i＞g光刻教育资料10光刻机整体构造ＨＥＰAfilter压缩机送风机HeaterUvlampreticlewaferWaferstagelens风进风口光刻教育资资料11光学系构造造RAEHgLAMPM1M2SIMF、SFCFR1R2BMCML光刻教育资资料12光刻机构造造－干涉滤光镜镜玻璃衬底上上涂一层半半透明金属属层，接着着涂一层氟氟化镁隔层层（可以减减少镜头界界面对对射入光线线的反射，，减少光晕晕，提高高成像像质量量），再再涂一层半半透明金属属层，两金金属层构成成了法布里里-珀罗标准具的的两块平行板板。当两极的的间隔与波长长同数量级时时，透射光中中不同波长的的干涉高峰分分得很开，利利用别的吸收收型滤光片可可把不允许透透过的光滤掉掉，从而得到到窄通带的带带通滤光片，，其通频带宽宽度远比普通通吸收型滤光光片要窄。光刻教育资料料13光刻机构造－－复眼lens1、有多个具有有共焦面小凸透镜组成成2、为了确保照照度、均一性reticle光刻教育资料料14光刻机构造－－SHUTTERUNIT位置：光路焦焦点处结构：马达（（直流）计数器扇叶计数器马达扇叶功能：开曝曝光光闭掩掩膜版对准准、ISS光刻教育资料料15光刻机构造－－Stageunit（1）防震台YSTAGEXSTAGEZSTAGETSTAGELEVELINGSTAGEWAFERHOLDERWAFER主视结构图光刻教育资料料16光刻机构造－－STAGEUNIT（2）MotorFiducialmarkFC2mark移动镜WaferholderWaferIlluminationuniformitysensorMonitor插槽定位块光刻教育资料料17光刻机构造－－Stageunit（3）光刻教育资料料18工作台定位－HP干涉计光刻教育资料料19工作台定位－HP干涉计在氦氖激光器器上，加上一一个约0.03特斯拉的轴向向磁场。由于于塞曼分裂效效应和频率牵牵引效应,激光器产生1和2两个不同频率率的左旋和右右旋圆偏振光光。经1/4波片后成为两两个互相垂直直的线偏振光光,再经分光镜分分为两路。一一路经偏振片片1后成为含有频频率为f1-f2的参考光束。。另一路经偏偏振分光镜后后又分为两路路：一路成为为仅含有f1的光束,另一路成为仅仅含有f2的光束。当可可动反射镜移移动时,含有f2的光束经可动动反射镜反射射后成为含有有f2±Δf的光束，Δf是可动反射镜镜移动时因多多普勒效应产产生的附加频频率,正负号表示移移动方向(多普勒效应是是奥地利人C.J.多普勒提出的的，即波的频频率在波源或或接受器运动动时会产生变变化)。这路光束和和由固定反射射镜反射回来来仅含有f1的光的光束经经偏振片2后会合成为f1-(f2±Δf)的测量光束。。测量光束和和上述参考光光束经各自的的光电转换元元件、放大器器、整形器后后进入减法器器相减,输出成为仅含含有±Δf的电脉冲信号号。经可逆计计数器计数后后，由电子计计算机进行当当量换算(乘1/2激光波长)后即可得出可可动反射镜的的位移量。光刻教育资料料20工作台定位：：移动境、固定定境通过移动境、固定境反射后的光线，形成干涉光光，被检知器检知。光刻教育资料料21光刻机构造－－LENSCONTROLLER镜头控制器：：简称LC,对镜头倍率及及焦点进行控控制制的关键部件件。构成：控制基基版BELLOWSPUMPLENSTEM.SENSOR压力计等光刻教育资料料22LC倍率控制的实实现reticle压力调节机构构lenswaferABA室与大气相连连；B室气压可以调调节，通过改改变B室气压，从而而改变其折射射率使倍率进行实实时追踪A室中集中了大大部分光学镜镜头光刻教育资料料23LC与AUTOFOCUS的关系LenslampreticlewaferdetectSlitHalvingglassLens的实际焦点随随着B室气压的变化化实时在变化。Autofocus系统实现z工作台与lens焦点的追踪。。vibratorupdown光刻教育资料料24光刻机－相关特性参参数1、数值孔径（（numericalaperture)N.A.2、分辨率（resolvingpower)3、焦点深度（（depthoffocus）光刻教育资料料25数值孔径数值孔径（N.A.）θ物镜焦点N.A.=N×sinθθN：折射率Θ：折射角光刻教育资料料26分辨率：R分辨率：R衡量物镜的一一个重要指标标，与数值孔径有有关，数值孔孔径越大，分辨率率越高。R=kλ/N.A.K与光刻胶相关关的常数λ使用光的波长长N.A.镜头的数值孔孔径光刻教育资料料27焦点深度：DOF焦点深度：即即焦深，即焦焦点的有效曝曝光深度度。DOF=Kλλ/N.A.²K与光刻胶有关关的常数λ使用光的波长长N.A.镜头的数值孔孔径光刻教育资料料28分辨率、焦深深、NA关系d1d2d3较好的焦深较差的焦深d3、d4焦深d1d4如果d1=d2,则d3>d4lenslens光刻教育资料料29离轴照明在采用离轴照照明的曝光系系统中，掩模模上的照明光光线都与投影影物镜主光轴轴有一定的夹夹角。入射光光经掩模发生生衍射，左侧侧光源的0级、-1级衍射光与右右侧光束的+1级、0级衍射光参与与成像。环形形照明、四极极照明和二极极照明都属于离轴照照明方式.光刻教育资料料30离轴照明的优优点1.离轴照明可以以提高分辨率率。2.离轴照明可以以提高焦深。。3.离轴照明可以以提高对比度度。我们考虑掩模模图形为一维维密集线条的的光栅，同轴轴照明：1级以及更高阶阶衍射光都被被物镜的光阑阑遮挡，只有有0级衍射光进入入物镜。离轴轴照明：0级衍射光和1级衍射光都可可能进入成像像系统的光瞳瞳。R同轴=λ/3NAR离轴=λ/4NA从信息光学的的观点看，掩掩模图形经投投影物镜成像像时，由于投影物镜的的数值孔径有有限，高频部部分不能进入入光瞳，对成成像无贡献，使使硅片面上的的掩模像的对对比度降低，，影响成像质质量。由于0级衍射光不包包含掩模图形形的任何空间间调制信息，，所以要对掩模模图形成像，，至少要包含含1级衍射光。在在投影曝光系统中，掩掩模图形的空空间像的对比比度依赖于投投影物镜中参参与成像的1级衍射光的比比例。离轴照照明技术通过过降低成像光束中的低频频成分来提高高高频成分在在总光强中的的比例，从而而提高了空间像像的对比度。。光刻教育资料料31掩膜版对准系系统（一）以shutter反射的E线光源作为对对准光源，将将掩膜版对准准MARK与工作台上基基准MARK进行对准。对准过程复杂杂，精度要求求高。对准的后期进进行LSA、FIA激光校正，为为WAFER对准作准备。。光刻教育资料料32掩膜版对准系系统（二）LSASETXALIGNMENTCHECKXLSASETYFIASETYRSETXWGASETYFIASETXWGASETθENDSTARTRETICLE

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