光刻机简单介绍(共36张)课件.ppt

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 光刻机概述（一）•腔体（腔体（CHAMBER））•主体（主体（MAIN BODY））•传片片单元（元（WAFER LOADER））•上版上版单元（元（RETICLE LOADER））•照明系照明系统（（ILLUMINATION））•工作台（工作台（WAFER STAGE））•控制柜（控制柜（CONTROL RACK））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）N S R – 2 2 0 5 i 12 C      ①                 ②     ③ ④  ⑤   ⑥           ① NSR為「Nikon Step and Repeat exposure systems」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光刻机光刻机：采用重复光刻机：采用重复步步进的方式将掩的方式将掩膜版（膜版（Reticle））的的图形以形以5：：1的的比例比例转移到硅片移到硅片（（Wafer）上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光刻机整体构造ＨＥＰAfilter压缩机送风机HeaterUv lampreticlewaferWafer stagelens风进风口光学系构造RAEHg LAMPM1M2SIMF、、SFCFR1R2BMCML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光刻机构造－SHUTTER UNIT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光刻机构造－Stage unit（1）防震台Y STAGEX STAGEZ STAGET STAGELEVELING STAGEWAFER HOLDERWAFER主视结构图光刻机构造－STAGE UNIT （2）Motor Fiducial  markFC2 mark移动镜Wafer holderWaferIllumination uniformity sensorMonitor插槽定位块光刻机构造－Stage unit（3）工作台定位－HP干涉计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工作台定位：移动境、固定境通过移动境通过移动境、固定境反、固定境反射后的光线射后的光线，形成干涉光，形成干涉光，被检知器，被检知器检知光刻机构造－LENS CONTROLLER•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 BELLOWS PUMP LENS TEM.SENSOR 压力计等LC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LC与AUTOFOCUS的关系LenslampreticlewaferdetectSlitHalving glassLens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光刻机－相关特性参数 1、数值孔径（numerical aperture)N.A.2、分辨率（resolving power)3、焦点深度（depth of focus）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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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.² K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 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d3>d4lenslens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.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/3NA       R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掩膜版对准系统（一）Ø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Ø对准过程复杂，精度要求高Ø对准的后期进行LSA、FIA激光校正，为WAFER对准作准备掩膜版对准系统（二）LSA SET XALIGNMENT CHECK XLSA SET Y FIA SETYRSET XWGA SET YFIA SET XWGA SET θENDSTARTRETICLE SEARCHRSET XRSET YLOOP1NGOKRETICLE ALIGNMENTALIGNMENT CHECK Y RSET θALIGNMENT CHECKθRETICLE计算计算ROTATION对准顺序M122345掩膜版对准系统（三）对准光路图对准光路图掩膜版对准系统（四）掩膜版对准系统（五）控制系统图&基本波、倍周波形成Thank you 谢谢谢谢Q&A 请您提问请您提问•激励学生学习的名言格言激励学生学习的名言格言•220、每一个成功者都有一个开始。

勇于开始，才能找到成功的路•221、世界会向那些有目标和远见的人让路（冯两努——香港著名推销商）  •222、绊脚石乃是进身之阶•223、销售世界上第一号的产品——不是汽车，而是自己在你成功地把自己推销给别人之前，你必须百分之百的把自己推销给自己•224、即使爬到最高的山上，一次也只能脚踏实地地迈一步•225、积极思考造成积极人生，消极思考造成消极人生•226、人之所以有一张嘴，而有两只耳朵，原因是听的要比说的多一倍•227、别想一下造出大海，必须先由小河川开始•228、有事者，事竟成；破釜沉舟，百二秦关终归楚；苦心人，天不负；卧薪尝胆，三千越甲可吞吴  •229、以诚感人者，人亦诚而应  •230、积极的人在每一次忧患中都看到一个机会，而消极的人则在每个机会都看到某种忧患•231、出门走好路，出口说好话，出手做好事•232、旁观者的姓名永远爬不到比赛的计分板上  •233、怠惰是贫穷的制造厂•234、莫找借口失败，只找理由成功不为失败找理由，要为成功找方法）•235、如果我们想要更多的玫瑰花，就必须种植更多的玫瑰树•236、伟人之所以伟大，是因为他与别人共处逆境时，别人失去了信心，他却下决心实现自己的目标。

•237、世上没有绝望的处境，只有对处境绝望的人•238、回避现实的人，未来将更不理想•239、当你感到悲哀痛苦时，最好是去学些什么东西学习会使你永远立于不败之地•240、伟人所达到并保持着的高处，并不是一飞就到的，而是他们在同伴们都睡着的时候，一步步艰辛地向上爬•241、世界上那些最容易的事情中，拖延时间最不费力•242、坚韧是成功的一大要素，只要在门上敲得够久、够大声，终会把人唤醒的  •243、人之所以能，是相信能•244、没有口水与汗水，就没有成功的泪水•245、一个有信念者所开发出的力量，大于99个只有兴趣者  •246、环境不会改变，解决之道在于改变自己•247、两粒种子，一片森林•248、每一发奋努力的背后，必有加倍的赏赐•249、如果你希望成功，以恒心为良友，以经验为参谋，以小心为兄弟，以希望为哨兵•250、大多数人想要改造这个世界，但却罕有人想改造自己。