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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光刻Team4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）光刻教育资料光刻Team5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）光刻教育资料光刻Team6NSR–2205i12C①②③④⑤⑥①NSR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。光刻教育资料光刻Team7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。光刻教育资料光刻Team8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光刻Team9光学基础知识•i线：波长=365nm•g线：波长=436nm•波长越长频率越低i＞g光刻教育资料光刻Team10光刻机整体构造ＨＥＰAfilter压缩机送风机HeaterUvlampreticlewaferWaferstagelens风进风口光刻教育资料光刻Team11光学系构造RAEHgLAMPM1M2SIMF、SFCFR1R2BMCML光刻教育资料光刻Team12光刻机构造－干涉滤光镜玻璃衬底上涂一层半透明金属层，接着涂一层氟化镁隔层（可以减少镜头界面对射入光线的反射，减少光晕，提高成像质量），再涂一层半透明金属层，两金属层构成了法布里-珀罗标准具的两块平行板。当两极的间隔与波长同数量级时，透射光中不同波长的干涉高峰分得很开，利用别的吸收型滤光片可把不允许透过的光滤掉，从而得到窄通带的带通滤光片，其通频带宽度远比普通吸收型滤光片要窄。光刻教育资料光刻Team13光刻机构造－复眼lens1、有多个具有共焦面小凸透镜组成2、为了确保照度、均一性reticle光刻教育资料光刻Team14光刻机构造－SHUTTERUNIT位置：光路焦点处结构：马达（直流）计数器扇叶计数器马达扇叶功能：开曝光闭掩膜版对准、ISS光刻教育资料光刻Team15光刻机构造－Stageunit（1）防震台YSTAGEXSTAGEZSTAGETSTAGELEVELINGSTAGEWAFERHOLDERWAFER主视结构图光刻教育资料光刻Team16光刻机构造－STAGEUNIT（2）MotorFiducialmarkFC2mark移动镜WaferholderWaferIlluminationuniformitysensorMonitor插槽定位块光刻教育资料光刻Team17光刻机构造－Stageunit（3）光刻教育资料光刻Team18工作台定位－HP干涉计光刻教育资料光刻Team19工作台定位－HP干涉计•在氦氖激光器上，加上一个约0.03特斯拉的轴向磁场。由于塞曼分裂效应和频率牵引效应,激光器产生1和2两个不同频率的左旋和右旋圆偏振光。经1/4波片后成为两个互相垂直的线偏振光,再经分光镜分为两路。一路经偏振片1后成为含有频率为f1-f2的参考光束。另一路经偏振分光镜后又分为两路：一路成为仅含有f1的光束,另一路成为仅含有f2的光束。当可动反射镜移动时,含有f2的光束经可动反射镜反射后成为含有f2±Δf的光束，Δf是可动反射镜移动时因多普勒效应产生的附加频率,正负号表示移动方向(多普勒效应是奥地利人C.J.多普勒提出的，即波的频率在波源或接受器运动时会产生变化)。这路光束和由固定反射镜反射回来仅含有f1的光的光束经偏振片2后会合成为f1-(f2±Δf)的测量光束。测量光束和上述参考光束经各自的光电转换元件、放大器、整形器后进入减法器相减,输出成为仅含有±Δf的电脉冲信号。经可逆计数器计数后，由电子计算机进行当量换算(乘1/2激光波长)后即可得出可动反射镜的位移量。光刻教育资料光刻Team20工作台定位：移动境、固定境通过移动境、固定境反射后的光线，形成干涉光，被检知器检知。光刻教育资料光刻Team21光刻机构造－LENSCONTROLLER•镜头控制器：简称LC,对镜头倍率及焦点进行控制的关键部件。•构成：控制基版BELLOWSPUMPLENSTEM.SENSOR压力计等光刻教育资料光刻Team22LC倍率控制的实现reticle压力调节机构lenswaferABA室与大气相连；B室气压可以调节，通过改变B室气压，从而改变其折射率使倍率进行实时追踪A室中集中了大部分光学镜头光刻教育资料光刻Team23LC与AUTOFOCUS的关系LenslampreticlewaferdetectSlitHalvingglassLens的实际焦点随着B室气压的变化实时在变化。Autofocus系统实现z工作台与lens焦点的追踪。vibratorupdown光刻教育资料光刻Team24光刻机－相关特性参数1、数值孔径（numericalaperture)N.A.2、分辨率（resolvingpower)3、焦点深度（depthoffocus）光刻教育资料光刻Team25数值孔径数值孔径（N.A.）θ物镜焦点N.A.=N×sinθN：折射率Θ：折射角光刻教育资料光刻Team26分辨率：R分辨率：R衡量物镜的一个重要指标，与数值孔径有关，数值孔径越大，分辨率越高。R=kλ/N.A.K与光刻胶相关的常数λ使用光的波长N.A.镜头的数值孔径光刻教育资料光刻Team27焦点深度：DOF焦点深度：即焦深，即焦点的有效曝光深度。DOF=Kλ/N.A.²K与光刻胶有关的常数λ使用光的波长N.A.镜头的数值孔径光刻教育资料光刻Team28分辨率、焦深、NA关系d1d2d3较好的焦深较差的焦深d3、d4焦深d1d4如果d1=d2,则d3d4lenslens光刻教育资料光刻Team29离轴照明在采用离轴照明的曝光系统中，掩模上的照明光线都与投影物镜主光轴有一定的夹角。入射光经掩模发生衍射，左侧光源的0级、-1级衍射光与右侧光束的+1级、0级衍射光参与成像。环形照明、四极照明和二极照明都属于离轴照明方式.光刻教育资料光刻Team30离轴照明的优点1.离轴照明可以提高分辨率。2.离轴照明可以提高焦深。3.离轴照明可以提高对比度。我们考虑掩模图形为一维密集线条的光栅，同轴照明：1级以及更高阶衍射光都被物镜的光阑遮挡，只有0级衍射光进入物镜。离轴照明：0级衍射光和1级衍射光都可能进入成像系统的光瞳。R同轴=λ/3NAR离轴=λ/4NA从信息光学的观点看，掩模图形经投影物镜成像时，由于投影物镜的数值孔径有限，高频部分不能进入光瞳，对成像无贡献，使硅片面上的掩模像的对比度降低，影响成像质量。由于0级衍射光不包含掩模图形的任何空间调制信息，所以要对掩模图形成像，至少要包含1级衍射光。在投影曝光系统中，掩模图形的空间像的对比度依赖于投影物镜中参与成像的1级衍射光的比例。离轴照明技术通过降低成像光束中的低频成分来提高高频成分在总光强中的比例，从而提高了空间像的对比度。光刻教育资料光刻Team31掩膜版对准系统（一）以shutter反射的E线光源作为对准光源，将掩膜版对准MARK与工作台上基准MARK进行对准。对准过程复杂，精度要求高。对准的后期进行LSA、FIA激光校正，为WAFER对准作准备。光刻教育资料光刻Team32掩膜版对准系统（二）LSASETXALIGNMENTCHECKXLSASETYFIASETYRSETXWGASETYFIASETXWGASETθENDSTARTRETICLESEARCHRSETXRSETYLOOP1NGOKRETICLEALIGNMENTALIGNMENTCHECKYRSETθALIGNMENTCHECKθRETICLE计算ROTATION对准顺序光刻教育资料光刻Team33M122345掩膜版对准系统（三）对准光路图光刻教育资料光刻Team34掩膜版对准系统（四）光刻教育资料光刻Team35掩膜版对准系统（五）控制系统图&基本波、倍周波形成Thankyou谢谢Q&A请您提问