光刻機結構組成及工作原理

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光刻機結構組成及工作原理

發表於 2017-12-19 13:33:01

　　光刻機介紹

　　光刻機（Mask Aligner） 又名：掩模對準曝光機，曝光系統，光刻系統等。常用的光刻機是掩膜對準光刻，所以叫 Mask Alignment System.

　　光刻機分類：

　　光刻機一般根據操作的簡便性分為三種，手動、半自動、全自動

　　A 手動：指的是對準的調節方式，是通過手調旋鈕改變它的X軸，Y軸和thita角度來完成對準，對準精度可想而知不高了；

　　B 半自動：指的是對準可以通過電動軸根據CCD的進行定位調諧；

　　C 自動： 指的是 從基板的上載下載，曝光時長和循環都是通過程序控制，自動光刻機主要是滿足工廠對於處理量的需要。

　　光刻機的結構：

　　光刻機性能指標：

　　光刻機的主要性能指標有：支持基片的尺寸範圍，解析度、對準精度、曝光方式、光源波長、光強均勻性、生產效率等。

　　解析度是對光刻工藝加工可以達到的最細線條精度的一種描述方式。光刻的解析度受受光源衍射的限制，所以與光源、光刻系統、光刻膠和工藝等各方面的限制。

　　對準精度是在多層曝光時層間圖案的定位精度。

　　曝光方式分為接觸接近式、投影式和直寫式。

　　曝光光源波長分為紫外、深紫外和極紫外區域，光源有汞燈，準分子雷射器等。

　　光刻機的作用：

　　光刻機是微電子整備的空頭，其具有技術難度最高、單臺成本最大、決定集成密度等特點。

　　光刻工藝流程：

　　光刻機工作原理：

　　光刻機通過一系列的光源能量、形狀控制手段，將光束透射過畫著線路圖的掩模，經物鏡補償各種光學誤差，將線路圖成比例縮小後映射到矽片上，不同光刻機的成像比例不同，有5:1，也有4:1。然後使用化學方法顯影，得到刻在矽片上的電路圖（即晶片）。

　　一般的光刻工藝要經歷矽片表面清洗烘乾、塗底、旋塗光刻膠、軟烘、對準曝光、後烘、顯影、硬烘、雷射刻蝕等工序。經過一次光刻的晶片可以繼續塗膠、曝光。越複雜的晶片，線路圖的層數越多，也需要更精密的曝光控制過程。現在先進的晶片有30多層。

　　上圖是一張光刻機的簡易工作原理圖。下面，簡單介紹一下圖中各設備的作用。

　　測量臺、曝光臺：承載矽片的工作檯，也就是本次所說的雙工作檯。

　　光束矯正器：矯正光束入射方向，讓雷射束儘量平行。

　　能量控制器：控制最終照射到矽片上的能量，曝光不足或過足都會嚴重影響成像質量。

　　光束形狀設置：設置光束為圓型、環型等不同形狀，不同的光束狀態有不同的光學特性。

　　遮光器：在不需要曝光的時候，阻止光束照射到矽片。

　　能量探測器：檢測光束最終入射能量是否符合曝光要求，並反饋給能量控制器進行調整。

　　掩模版：一塊在內部刻著線路設計圖的玻璃板，貴的要數十萬美元。

　　掩膜臺：承載掩模版運動的設備，運動控制精度是nm級的。

　　物鏡：物鏡由20多塊鏡片組成，主要作用是把掩膜版上的電路圖按比例縮小，再被雷射映射的矽片上，並且物鏡還要補償各種光學誤差。技術難度就在於物鏡的設計難度大，精度的要求高。

　　矽片：用矽晶製成的圓片。矽片有多種尺寸，尺寸越大，產率越高。題外話，由於矽片是圓的，所以需要在矽片上剪一個缺口來確認矽片的坐標系，根據缺口的形狀不同分為兩種，分別叫flat、notch。

　　內部封閉框架、減振器：將工作檯與外部環境隔離，保持水平，減少外界振動幹擾，並維持穩定的溫度、壓力。

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