光刻机简单介绍(PPT 36页)

WAFER HOLDER LEVELING STAGE
T STAGE Z STAGE X STAGE Y STAGE
防震台
WAFER
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光刻机构造－STAGE UNIT （2）
Fiducial mark FC2 mark Motor 移动镜
Wafer holder Wafer Illumination uniformity sensor Monitor 插槽 定位块
WGA SET θ
NG
ROTATION
OK
END
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掩膜版对准系统（三）
M
1
2
2 3
对准光路图
4
5
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掩膜版对准系统（四）
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掩膜版对准系统（五）控制系统图&基本波、倍周波形成
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Thank you 谢谢 Q&A 请您提问
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RSET X RSET Y
RSET θ
RETICLE ALIGNMENT ALIGNMENT CHECK Y
ALIGNMENT CHECKθ
RETICLE计算
RSET X LSA SET Y
FIA SETY ALIGNMENT CHECK X
LSA SET X FIA SET X WGA SET Y
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
Hg LAMP E
M2 MC ML
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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。
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。
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16
光刻机构造－Stage unit（3）
17
工作台定位－HP干涉计
18
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
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数值孔径
数值孔径（N.A.）
N.A.=N×sinθ
N：折射率 Θ：折射角
物镜
θ 焦点
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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
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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
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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。
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掩膜版对准系统（二）
对准顺序
LOOP1
START RETICLE SEARCH
光刻机简单介绍
郑鸿光 2012.09.01
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目录
1.发展史 2.光刻机概述 3.光刻机构造 4.相关技术
2
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
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光刻机概述（一）
• 腔体（CHAMBER） • 主体（MAIN BODY） • 传片单元（WAFER LOADER） • 上版单元（RETICLE LOADER） • 照明系统（ILLUMINATION） • 工作台（WAFER STAGE） • 控制柜（CONTROL RACK）
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。
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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）
5
N S R – 2 2 0 5 i 12 C
①
② ③④ ⑤ ⑥
① NSR為「Nikon Step and Repeat exposure systems」的略称。 ② 表示最大曝光範囲。
750nm
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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
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光刻机整体构造
Uv lamp
ＨＥＰA filter
reticle
lens wafer
Wafer stage
送风机
Heater
压缩机 风
进风口 10
光学系构造
RA
C F R1 R2 M1
S I MF、SF B
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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。
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。
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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
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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。
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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0.71nm KrF248nm i365nm
h405nm g436nm
x 10nm
紫外线
可视光区
红外线区
40好的焦深
较差的焦深
lens lens
d4 d3、d4焦深
d1
d3
如果d1=d2,则d3>d4
d2 d1
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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.
LC倍率控制的实现
reticle
A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
A
压力调节机构
B
lens
wafer
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LC与AUTOFOCUS的关系
Lens的实际焦点随着 B室气压的变化实时 在变化。
Halving glass
detect Slit
vibrator
Autofocus系统实现z
工作台与lens焦点的
up
追踪。
down
reticle Lens
lamp
wafer
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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）
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光刻机构造－复眼lens
1、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
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光刻机构造－SHUTTER UNIT 计数器 马达 位置：光路焦点处
结构：马达（直流）
计数器
扇叶
扇叶
功能：开 曝光 闭 掩膜版对准、ISS
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光刻机构造－Stage unit（1）
主视结构图