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光刻機的主要組成部分

來源：成都新德南光機械設(shè)備有限公司 | 發(fā)布時間：2015-12-28 |

　　其實大部分光刻機組成都是一樣的，一般分為：照明系（光源+產(chǎn)生均勻光的光路），STAGE（包括RETICLE STAGE和WAFER STAGE)，鏡頭（這個是光刻機的核心），搬送系（wafer handler+ reticle handler)，alignment （WGA, LSA, FIA)。另外半導(dǎo)體的工作溫度是23度，
要保證wafer在恒溫和無particle的環(huán)境，一個chamber是必須的。
 
7.1照明系：
 
顧名思義，用來照明的系統(tǒng)，光刻機的原理就是用光來投射到reticle上產(chǎn)生衍射，然后鏡頭收集到光匯聚到wafer上，形成圖形，所以光是產(chǎn)生圖形的必要條件。具體請翻閱一些工藝的相關(guān)資料，在這就不多說了。要有光首先要有光源，一般stepper都是用汞燈做光源，最早有1kw，2kw到最后發(fā)展到了5kw，越來越恐怖。后來為了提高分辨率，采用了新的光源：laser，分為Krf(248nm)和Arf（193nm)，laser也是不斷在增加功率，現(xiàn)在最高的可以達到60kw級別了（相當恐怖的激光能量）。 為什么要發(fā)展大功率的汞燈和激光呢？這是產(chǎn)能的需求，在相同的曝光量下，光源的功率越高，曝光需要的時間越少，這樣單位時間里面產(chǎn)能越高。
汞燈發(fā)出的光向各個方向擴散，我們需要把光匯聚起來，打到大光強的目的，這時候一個橢圓鏡是必須的了。我們知道橢圓有兩個焦點，我們把光源放到一個焦點上，那么光就會聚到另外一個焦點上，那就是快門的位置。同時這個橢圓鏡還有另外一個功能，吸收不需要的光線。這種鏡子上有一層涂層，一般500nm以上的紅外光不被反射，而是被吸收。這些光會被產(chǎn)生熱量，所以裝汞燈的地方一定需要一個散熱的東西，功率小一點的就用風扇吹，功率大的話就水冷了。
反射出來的光也不是全部需要的，我們只需要365nm（I-line）或者436nm（G-line）的波長，別的波長的光也是要淘汰的，這時候filter就上場了，它的作用就是過濾掉不要的東西，只讓需要的波長的光通過。
`9~eo NJ;H 激光作為光源就不需要上面的這些東西了，因為從激光器里面出來的光已經(jīng)是很純的了，不需要再過濾。
有了我們需要的光源就可以曝光了嗎？當然不可以，因為我們不僅需要很純的光，
 
 
還需要均勻的光，這樣投射到wafer上不會造成各個地方的CD不一致。誰來擔當這個重任呢？各個廠家用的都不一樣，nikon是一種叫flyeye的鏡頭。這種鏡片用很多塊凸透鏡組成，光打到上面就會在各個地方產(chǎn)生匯聚的作用，這樣在relay lens的幫助下，一個平行的均勻 的光產(chǎn)生了。ASML用的是一種叫quad rod的玻璃長方體，具體原理不是特別清楚，反正也是光在里面反射很多次，最后出來的光就被均勻化了。
有了均勻的光，我們就可以拿來曝光用，可是有時候我們不需要全部視場大小的光，可能只要曝光一個很小的區(qū)域，這時候用于擋光的機構(gòu)，nikon叫blind， ASML叫REMA的東西就用上了，他們都是上下左右四塊擋片，用馬達帶動，需要多大的區(qū)域只要讓馬達帶動擋片，把不要的光遮住，這樣就可以曝光我們需要的地方了。最后，通過一塊大的lens把光匯聚一下，就可以投射到reticle上進行曝光了。
這些是照明系的主要組成部分，隨著技術(shù)的發(fā)展，廠家加入一些用于提供分辨率的機構(gòu)來達到要求。比如NIKON有一種變形照明，在光路中加入了一個可以旋轉(zhuǎn)的圓盤，圓盤上有一些用于產(chǎn)生特定圖形的東西，如小sigma，annual等等，有的時候還需要兩塊flyeye來進行光的處理。在ASML的光路里，又會有很多負責產(chǎn)生各種pupil的機構(gòu)，以及發(fā)展到最后，需要偏振光，等等。反正是越先進的東西，里面的鏡頭用的就越多。
 
 
 
7.2 Cymer Laser 光源
 
現(xiàn)在我們將以Cymer 6000和ASML PAS5500為例介紹照明系，即光源+產(chǎn)生均勻光的光路的重要組件：
光刻是光源發(fā)出的光通過掩膜板和透鏡系統(tǒng)照射到光刻膠的特定部分并使之曝光，以實現(xiàn)圖形的復(fù)制和轉(zhuǎn)移。波長越小、得到的圖形分辨率越高。曝光光源的另外一個重要參數(shù)就是光的強度。光強定義為單位面積上的功率（mW/cm2），該光強應(yīng)在光刻膠表面測量。光強也可以被定義為能量：單位面積上的光亮或亮度。曝光能量（劑量）＝曝光強度×曝光時間。單位：毫焦每平方厘米（mJ/ cm2）。
    電磁波譜：整個可見光和不可見的電磁波?？梢姽庾V（白光是所有可見光譜波長的光組成）：390nm～780nm;紫外光譜：4nm～450nm;
    常見光源有：汞燈和準分子激光。另外，在先進或某些特殊場合也會用到其他曝光手段，如X射線、電子束和粒子束等。
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  1、汞燈（Mercury Lamp）6 b3 y4 Z6 w0 Q/ H' L, a% i, k  y7 b( R
　  原理：電流通過裝有氙汞氣體的管子時，會產(chǎn)生電弧放電。電弧發(fā)射出一個特征光譜，包括波長處于240nm～500nm之間的紫外輻射光譜。$ h7 y) f2 D+ T:
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  一般來說，特定波長的光源對應(yīng)特定性能的光刻膠。在使用汞燈作光源時，需要利用一套濾波器去除不需要的波長和紅外波長。所選擇的波長應(yīng)與硅片上的關(guān)鍵尺寸相匹配。高壓汞燈一般用于Ｉ線（365nm）步進光刻機上。I line用于關(guān)鍵尺寸大于0.35μm的圖形。4 O1 w* B& i1 h& W2 j% s
  2、準分子激光（Excimer Laser）
20世紀80年代中期以來，激光光源以可以用于光學(xué)光刻。但是其可靠性和性能影響其在硅片生產(chǎn)上的實施直至90年代中期。其優(yōu)點是可以提供較大的深紫外光強。迄今唯一用于光學(xué)曝光的激光光源是準分子激光。
  原理：準分子是不穩(wěn)定分子，由惰性氣體原子和鹵素構(gòu)成，如氟化氬（ArF）。這些分子只存在于準穩(wěn)定激發(fā)態(tài)。當不穩(wěn)定的準分子分解成兩個組成原子時，激發(fā)態(tài)發(fā)生衰減，同時發(fā)射出激光。激光器通過兩個平板電極的高壓（10～20kV）脈沖放電來激發(fā)高壓惰性氣體和鹵素的混合物，使之維持著激發(fā)態(tài)的分子多于基態(tài)分子。實現(xiàn)連續(xù)發(fā)射激光。第一步激發(fā)：Kr*＋F2->KrF*＋F;第二步衰減：KrF*->Kr＋F＋DUV。
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　  常見的準分子激光光源為248nm的KrF（用于關(guān)鍵尺寸大于0.13μm的圖形）和193nm的ArF（用于關(guān)鍵尺寸大于0.08μm的圖形）。