投影式光刻机 Projection Photoetching Machines - 汶颢股份
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投影式光刻机 Projection Photoetching Machines

投影式光刻机一般采用步进-扫描式曝光。光源并不是一次把整个掩模上的图形投影在晶圆上,曝光系统通过一个狭缝式曝光带(slit)照射在掩模上,如1a)所示。载有掩模的工件台在狭缝下沿着一个方向移动,等价于曝光系统对掩模做了扫描,如图1b)所示。与掩模的扫描同步,晶圆沿相反的方向以1/4的速度移动。现代光刻机中,掩模扫描的速度可以高达2400mm/s,对应的晶圆移动速度是600mm/s。较高的扫描速度可以缩短曝光时间,从而提高光刻机的产能。

投影式光刻机一般采用步进-扫描式曝光

掩模狭缝投影成像原理

d)掩模狭缝投影成像原理

1 步进-扫描式光刻机曝光方式示意图

曝光扫描结束后,曝光系统步进式移动到下一个位置。图1(c)是步进和扫描运动的示意图。为了尽量减少晶圆等待曝光时间,步进移动一般是按照一个蛇形路径进行的。完成一次扫描以后,曝光系统并不复位,而是在下一位置反方向扫描。目前先进光刻机都是步进-扫描的,简称“scanner”。光刻机的供应商主要有荷兰的ASML,日本的Nike与Canon。

先进步进-扫描式光刻机所能支持的最大曝光区域面积是26mm*33mm;步进式光刻机的曝光区域只有22mm*22mm。然后,实际芯片可能小于这个尺寸,光刻机的曝光区域必须能够随之调整。也可以把几个不同的版图放在同一张掩模板上,这样一个曝光区域中就可以有几个不同的器件设计,最终制备成几个不同功能的芯片,如图3.3所示。这里有几个概念特别澄清一下:

1)网格,按照曝光区域把晶圆表面分成若干大小相同的矩形区域的网格;

2)每一个网格内的区域被称为一个单元;

3)每一个单元里有一个曝光区域,曝光区域的面积比单元略小一些。每一次曝光又称为一个“shot”[1] 。

大规模集成电路的生产要求是大批量,这样才能降低成本。掩模对准式不能适应这一需要,因而很快就被投影式曝光取代。投影曝光分为1:1投影式曝光与缩小投影曝光。1:1投影曝光通过光学成像的方法将掩模图形投影到硅片表面,图像质量完全取决于光学成像系统,与掩模到硅片之间的距离无关。这样就克服了前面提到的接近曝光中光学成像不一致的特点[2]。

 

参考文献:

[1]《超大规模集成电路先进光刻理论与应用》,韦亚一著,科学出版社,2016年,79-81;

[2]《微纳米加工技术及其应用》,崔铮著,高等教育出版社,2013年,20-21;

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