半导体器件与工艺光刻.ppt

接触式光刻系统依赖人操作，并且容易被沾污，因为掩膜版和光刻胶是直接接触的。颗粒沾污损坏了光刻胶层、掩膜版或两者都损坏了，每5次到25次操作就需更换掩膜版。颗粒周围的区域都存在分辨率问题。由于接触式光刻中一块掩膜版在整个硅片上形成图形，对准时整个硅片的偏差又必须在所需容差之内，因此当硅片尺寸增加就有套准精度问题。 接触光刻确实能够在硅片表面形成高分辨率的图形，因为掩膜版图形和硅片非常接近。这种接近减少了图像失真。然而，接触光刻非常依赖于操作者，这就引人了重复性和控制问题。 光刻机的分类 第三十页，共八十六页，2022年，8月28日 光刻机的分类 ■接近式光刻机 在接近式光刻中，连续复制整个硅片图形，掩膜版不与光刻胶直接接触。它与光刻胶表面接近，在掩膜版和硅片表面光刻胶之间有大致2.5到25微米的间距。光源产生的光是被准直的，这意味着光束彼此平行。 接近式光刻企图缓解接触式光刻机的沾污问题，它是通过在光刻胶表面和掩膜版之间形成可以避免颗粒的间隙实现的。尽管间距大小被控制，接近光刻机的工作能力还是被减小了，因为当紫外光线通过掩膜版透明区域和空气时就会发散。这种情况减小了系统的分辨能力，减小线宽关键尺寸就成了主要问题。 第三十一页，共八十六页，2022年，8月28日 光刻机的分类 ■扫描投影光刻机 扫描投影光刻机的概念是利用反射镜系统把有1:1图像的整个掩膜图形投影到硅片表面。由于掩膜版是1倍的，图像就没有放大和缩小，并且掩膜版图形和硅片上的图形尺寸相同。 紫外光线通过一个狭缝聚焦在硅片上，能够获得均匀的光源。掩膜版和带胶硅片被放置在扫描架上，并且一致地通过窄紫外光束对硅片上的光刻胶曝光。由于发生扫描运动，掩膜版图像最终被光刻在硅片表面。 扫描投影光刻机的一个主要挑战是制造良好的包括硅片上所有芯片的1倍掩膜版。如果芯片中有亚微米特征尺寸，那么掩膜版上也有亚微米尺寸。由于亚微米特征尺寸的引入，这种光刻方法很困难，因为掩膜不能做到无缺陷。 第三十二页，共八十六页，2022年，8月28日 光刻机的分类 ■ 分步重复光刻机 这种设备只投影一个曝光场（这可能是硅片上的一个或多个芯片），然后步进到硅片上另一个位置重复曝光。步进光刻机使用投影掩膜版，上面包含了一个曝光场内对应一个或多个芯片的图形。 光学步进光刻机的一大优势在于它具有使用缩小透镜的能力。步进光刻机的投影掩膜版图形尺寸是实际像的4倍、5倍或10倍。这个缩小的比例使得制造投影掩膜版更容易，因为投影掩膜版上的特征图形是硅片上最终图形的几倍。不缩小的投影光刻机的好处是成本低并可用于非关键层图形制造。 第三十三页，共八十六页，2022年，8月28日 光刻机的分类 步进光刻机都会把投影掩膜版通过投影透镜聚焦到硅片表面，使硅片和掩膜版对准。穿过投影掩膜版上透明区域的紫外光对光刻胶曝光，然后步进到硅片下一个位置重复全部过程。通过继续这个过程，步进光刻机最终会通过连续的曝光步骤把所有芯片阵列复制到硅片表面。由于步进光刻机一次只曝光硅片的一小部分，所以对硅片平整度和几何形状变化的补偿变得容易。 第三十四页，共八十六页，2022年，8月28日 光刻机的分类 ■步进扫描光刻机 步进扫描光学光刻系统是一种混合设备，融合了扫描投影光刻机和分步重复光刻机技术，是通过使用缩小透镜扫描一个大曝光场图像到硅片上一部分实现的。一束聚焦的狭长光带同时扫过掩膜版和硅片。一旦扫描和图形转印过程结束，硅片就会步进到下一个曝光区域重复这个过程。 使用步进扫描光刻机曝光硅片的优点是增大了曝光场，可以获得较大的芯片尺寸。大视场的主要优点是有机会在投影掩膜版上多放几个图形，因而一次可以多曝光些芯片。 步进扫描光刻机的另一个重要优点是具有在整个扫描过程调节聚焦的能力，使透镜缺陷和硅片平整度变化能够得到补偿。这种扫描过程中改进的聚焦控制产生了整个曝光场内改善的CD均匀性控制。 第三十五页，共八十六页，2022年，8月28日 光刻机的分类 ■X射线光刻机 X射线系统与UV和DUV系统在功能上相似，但它的曝光光源是X射线。这种高能光束的波长小，能够形成很小的图形。它的一个缺点是，为挡住高能光线，掩膜版必须用黄金或其他材料制造。另外，开发适合X射线的高性能光刻胶的过程相当缓慢。挑战在于如何平衡X射线的高灵敏度的同时保持很好的刻蚀阻挡。 第三十六页，共八十六页，2022年，8月28日 光刻机的分类 ■电子束光刻机 所需图形从计算机中生成，因此没有掩膜版。束流通过偏转子系统对准表面特定位置，然后在将要曝光的光刻胶上开启电子束。较大的衬底被放置在