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光刻機的主要組成部分

來源：成都新德南光機械設備有限公司 | 發布時間：2015-12-28 |

　　其實大部分光刻機組成都是一樣的，一般分為：照明系（光源+產生均勻光的光路），STAGE（包括RETICLE STAGE和WAFER STAGE)，鏡頭（這個是光刻機的核心），搬送系（wafer handler+ reticle handler)，alignment （WGA, LSA, FIA)。另外半導體的工作溫度是23度，
要保證wafer在恒溫和無particle的環境，一個chamber是必須的。
 
7.1照明系：
 
顧名思義，用來照明的系統，光刻機的原理就是用光來投射到reticle上產生衍射，然后鏡頭收集到光匯聚到wafer上，形成圖形，所以光是產生圖形的必要條件。具體請翻閱一些工藝的相關資料，在這就不多說了。要有光首先要有光源，一般stepper都是用汞燈做光源，最早有1kw，2kw到最后發展到了5kw，越來越恐怖。后來為了提高分辨率，采用了新的光源：laser，分為Krf(248nm)和Arf（193nm)，laser也是不斷在增加功率，現在最高的可以達到60kw級別了（相當恐怖的激光能量）。 為什么要發展大功率的汞燈和激光呢？這是產能的需求，在相同的曝光量下，光源的功率越高，曝光需要的時間越少，這樣單位時間里面產能越高。
汞燈發出的光向各個方向擴散，我們需要把光匯聚起來，打到大光強的目的，這時候一個橢圓鏡是必須的了。我們知道橢圓有兩個焦點，我們把光源放到一個焦點上，那么光就會聚到另外一個焦點上，那就是快門的位置。同時這個橢圓鏡還有另外一個功能，吸收不需要的光線。這種鏡子上有一層涂層，一般500nm以上的紅外光不被反射，而是被吸收。這些光會被產生熱量，所以裝汞燈的地方一定需要一個散熱的東西，功率小一點的就用風扇吹，功率大的話就水冷了。
反射出來的光也不是全部需要的，我們只需要365nm（I-line）或者436nm（G-line）的波長，別的波長的光也是要淘汰的，這時候filter就上場了，它的作用就是過濾掉不要的東西，只讓需要的波長的光通過。
`9~eo NJ;H 激光作為光源就不需要上面的這些東西了，因為從激光器里面出來的光已經是很純的了，不需要再過濾。
有了我們需要的光源就可以曝光了嗎？當然不可以，因為我們不僅需要很純的光，
 
 
還需要均勻的光，這樣投射到wafer上不會造成各個地方的CD不一致。誰來擔當這個重任呢？各個廠家用的都不一樣，nikon是一種叫flyeye的鏡頭。這種鏡片用很多塊凸透鏡組成，光打到上面就會在各個地方產生匯聚的作用，這樣在relay lens的幫助下，一個平行的均勻 的光產生了。ASML用的是一種叫quad rod的玻璃長方體，具體原理不是特別清楚，反正也是光在里面反射很多次，最后出來的光就被均勻化了。
有了均勻的光，我們就可以拿來曝光用，可是有時候我們不需要全部視場大小的光，可能只要曝光一個很小的區域，這時候用于擋光的機構，nikon叫blind， ASML叫REMA的東西就用上了，他們都是上下左右四塊擋片，用馬達帶動，需要多大的區域只要讓馬達帶動擋片，把不要的光遮住，這樣就可以曝光我們需要的地方了。最后，通過一塊大的lens把光匯聚一下，就可以投射到reticle上進行曝光了。
這些是照明系的主要組成部分，隨著技術的發展，廠家加入一些用于提供分辨率的機構來達到要求。比如NIKON有一種變形照明，在光路中加入了一個可以旋轉的圓盤，圓盤上有一些用于產生特定圖形的東西，如小sigma，annual等等，有的時候還需要兩塊flyeye來進行光的處理。在ASML的光路里，又會有很多負責產生各種pupil的機構，以及發展到最后，需要偏振光，等等。反正是越先進的東西，里面的鏡頭用的就越多。
 
 
 
7.2 Cymer Laser 光源
 
現在我們將以Cymer 6000和ASML PAS5500為例介紹照明系，即光源+產生均勻光的光路的重要組件：
光刻是光源發出的光通過掩膜板和透鏡系統照射到光刻膠的特定部分并使之曝光，以實現圖形的復制和轉移。波長越小、得到的圖形分辨率越高。曝光光源的另外一個重要參數就是光的強度。光強定義為單位面積上的功率（mW/cm2），該光強應在光刻膠表面測量。光強也可以被定義為能量：單位面積上的光亮或亮度。曝光能量（劑量）＝曝光強度×曝光時間。單位：毫焦每平方厘米（mJ/ cm2）。
    電磁波譜：整個可見光和不可見的電磁波。可見光譜（白光是所有可見光譜波長的光組成）：390nm～780nm;紫外光譜：4nm～450nm;
    常見光源有：汞燈和準分子激光。另外，在先進或某些特殊場合也會用到其他曝光手段，如X射線、電子束和粒子束等。
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  1、汞燈（Mercury Lamp）6 b3 y4 Z6 w0 Q/ H' L, a% i, k  y7 b( R
　  原理：電流通過裝有氙汞氣體的管子時，會產生電弧放電。電弧發射出一個特征光譜，包括波長處于240nm～500nm之間的紫外輻射光譜。$ h7 y) f2 D+ T:
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  一般來說，特定波長的光源對應特定性能的光刻膠。在使用汞燈作光源時，需要利用一套濾波器去除不需要的波長和紅外波長。所選擇的波長應與硅片上的關鍵尺寸相匹配。高壓汞燈一般用于Ｉ線（365nm）步進光刻機上。I line用于關鍵尺寸大于0.35μm的圖形。4 O1 w* B& i1 h& W2 j% s
  2、準分子激光（Excimer Laser）
20世紀80年代中期以來，激光光源以可以用于光學光刻。但是其可靠性和性能影響其在硅片生產上的實施直至90年代中期。其優點是可以提供較大的深紫外光強。迄今唯一用于光學曝光的激光光源是準分子激光。
  原理：準分子是不穩定分子，由惰性氣體原子和鹵素構成，如氟化氬（ArF）。這些分子只存在于準穩定激發態。當不穩定的準分子分解成兩個組成原子時，激發態發生衰減，同時發射出激光。激光器通過兩個平板電極的高壓（10～20kV）脈沖放電來激發高壓惰性氣體和鹵素的混合物，使之維持著激發態的分子多于基態分子。實現連續發射激光。第一步激發：Kr*＋F2->KrF*＋F;第二步衰減：KrF*->Kr＋F＋DUV。
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　  常見的準分子激光光源為248nm的KrF（用于關鍵尺寸大于0.13μm的圖形）和193nm的ArF（用于關鍵尺寸大于0.08μm的圖形）。