光刻机结构及工作原理

* 2006国际半导体技术路线图(ITRS)
原理研究 样机研发 产品量产 持续改进
光刻机简介
光刻机简介
* 光刻机的作用
光刻机是微电子装备的龙头 技术难度最高 单台成本最大 决定集成密度
光刻机是源头中的龙头！
光刻工艺流程
光刻机简介
➢ Lithography = Transfer the pattern of circuitry from a mask onto a wafer.
光刻机简介
* 对准曝光工作流程
光刻机简介
光刻机简介
Development of lithography system
* 光刻机发展路线图1
光刻机简介
* 光刻机发展路线图2
光刻机简介
光刻机简介
光 刻 机 三 巨 头
光刻机原理
➢Reticle (Mask) ➢Wafer ➢Light ➢Lens ➢Photoresist
完整的IC制造工艺流程
微电子制造装备概述
加法工艺
减法工艺 辅助工艺 图形转移工艺 后道工艺
➢ 掺杂
✓ 扩散 ✓ 离子注入
➢ 薄膜
✓ 氧化 ✓ 化学气相淀积 ✓ 溅射 ✓ 外延
➢ 刻蚀
✓ 湿法刻蚀 ✓ 干法刻蚀
➢ 抛光及清洗
✓ 化学机械平坦化 ✓ 清洗
➢ 图形转移
✓ 光刻
➢ 测试及封装
✓ 测试 ✓ 封装
扩散炉 离子注入机 退火炉
氧化炉 CVD反应炉 溅射镀膜机 外延设备
湿法刻蚀机 反应离子刻蚀机
CMP抛光机 硅片清洗机
光刻机 涂胶显影设备
测试设备 划片机 键合机
光刻工艺流程
➢光刻工艺的8个基本步骤
气相成底膜
曝光后烘焙
旋转涂胶
显影
软烘 对准和曝光
坚膜烘焙 显影检查
光刻与光刻机
➢ 对准和曝光在光刻机(Lithography Tool)内进行。 ➢ 其它工艺在涂胶显影机(Track)上进行。
光刻机原理
Image (on reticle)
die
Image (on wafer)
wafer
Cell
硅片(wafer)
➢ 单晶硅芯棒直径可达300mm,长度可达30feet (9m)，重量可 达400kg。
➢ 用金刚石锯，将芯棒切成薄圆片，即晶片(wafer)。
➢ 标准晶片尺寸和厚度为：
✓ 100mm (4”) x 500μm ✓ 150mm (6”) x 750 μm ✓ 200mm (8”) x 1mBiblioteka Baidu ✓ 300mm (12”) x 750μm
Exposure field size on wafer (max)
Scanning speed (max) reticle stage wafer stage
88mm128mm 22mm 32mm
1000mm/s 250mm/s
Exposure Field
32x4=128 8x4=32 Scan
32 8 Scan
Photodiode
ArF Excimer Laser Beam Expander CL1 CL2 M1
Safety shutter M3
22x4=88
Reticle
Z Y Projection Lens(-1/4x) X NA Wafer
22
* 光刻机 (汞灯)
光刻机总体结构
* 光刻机 (激光器)
光刻机总体结构
Step and Scan System
Reticle (Mask)
193 nm Excimer Laser Source
* 曝光系统
光刻机结构：曝光系统
激光器/汞灯 提供光源
照明系统 均匀照明掩模
投影物镜 高分辨率成像
光刻机结构：曝光系统
* 曝光系统总体结构
光刻机结构：曝光系统
* 曝光系统工作原O理ptical Arrangement of Exposure System
Energy Detection Unit
硅片
➢ Wafer type:
✓ SEMI ✓ JEIDA
➢ Diameter：
✓ 8 inch - 200mm ✓ 12 inch – 300mm
➢ Notch：Y/N
✓ Flat edge length
➢ Clearance
✓ Round ✓ Flat
SEMI = Semiconductor Equipment and Materials International JEIDA = Japan Electronic Industries Development Association
光刻机重要评价指标
❖ CD Line width（线宽） ❖ Overlay（套刻精度） ❖ Field size（场尺寸） ❖ Throughput（生产率）
Y X
Wph
CD = Critical Dimension
光刻机重要设计指标
Numerical Aperture of Projection Lens
Litho. Resolution (Lines/Spaces)
Image Size
Magnification Depth of Focus
0.75~0.50
100nm
22mm8mm -0.25 0.60m (@130nm resolution) 0.50m (@100nm resolution)
Reticle pattern size
光刻机结构及工作原理
➢ 光刻机简介 ➢ 光刻机结构及工作原理
* 微电子装备
光刻机简介
芯片设计能力
芯片制造与制造设备
芯片测试与测试设备
设备是信息产业的源头： 我们开发设备、设备制造芯片、芯片构成器件、器件改变世界！
光刻机简介
* 摩尔定律 Intel 创始人之一摩尔1964年提出，大约每隔12个月： 1). 芯片能力增加一倍、芯片价格降低一倍； 2). 广大用户的福音、行业人员的噩梦。 芯片集成密度不断提升、光刻分辨率的不断提升！
Computer Console
Exposure Column (Lens)
Wafer
光刻机总体结构
照明系统 掩模台系统 自动对准系统 调平调焦测量系
统 框架减振系统
环境控制系统 掩模传输系统 投影物镜系统 硅片传输系统
工件台系统
整机控制系统
整机软件系统
光刻机结构及工作原理
➢ 曝光系统 (照明系统和投影物镜) ➢ 工件台掩模台系统 ➢ 自动对准系统 ➢ 调焦调平测量系统 ➢ 掩模传输系统 ➢ 硅片传输系统 ➢ 环境控制系统 ➢ 整机框架及减振系统 ➢ 整机控制系统 ➢ 整机软件系统