高端光刻機(jī)是干什么用的

光刻機(jī)/紫外曝光機(jī)（Mask?Aligner)?又名：掩模對(duì)準(zhǔn)曝光機(jī)，曝光系統(tǒng)，光刻系統(tǒng)等。常用的光刻機(jī)是掩膜對(duì)準(zhǔn)光刻，所以叫?Mask?Alignment?System.一般的光刻工藝要經(jīng)歷硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻膠、軟烘、對(duì)準(zhǔn)曝光、后烘、顯影、硬烘、刻蝕、等工序Photolithography（光刻）?意思是用光來(lái)制作一個(gè)圖形（工藝）；在硅片表面勻膠，然后將掩模版上的圖形轉(zhuǎn)移光刻膠上的過(guò)程將器件或電路結(jié)構(gòu)臨時(shí)“復(fù)制”到硅片上的過(guò)程。高端的投影式光刻機(jī)可分為步進(jìn)投影和掃描投影光刻機(jī)兩種，分辨率通常在幾十納米至幾微米之間，高端光刻機(jī)號(hào)稱(chēng)世界上最精密的儀器，世界上已有7000萬(wàn)美金的光刻機(jī)。高端光刻機(jī)堪稱(chēng)現(xiàn)代光學(xué)工業(yè)之花，其制造難度之大，全世界只有少數(shù)幾家公司能夠制造。國(guó)外品牌主要以荷蘭ASML（鏡頭來(lái)自德國(guó)），日本Nikon（intel曾經(jīng)購(gòu)買(mǎi)過(guò)Nikon的高端光刻機(jī)）和日本Canon品牌為主。位于我國(guó)上海的SMEE已研制出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的投影式中端光刻機(jī)，形成產(chǎn)品系列初步實(shí)現(xiàn)海內(nèi)外銷(xiāo)售。目前正在進(jìn)行其他各系列產(chǎn)品的研發(fā)制作工作。生產(chǎn)線和研發(fā)用的低端光刻機(jī)為接近、接觸式光刻機(jī)，分辨率通常在數(shù)微米以上。主要有德國(guó)SUSS、美國(guó)MYCRO?NXQ4006、以及中國(guó)品牌。光刻機(jī)一般根據(jù)操作的簡(jiǎn)便性分為三種，手動(dòng)、半自動(dòng)、全自動(dòng)A?手動(dòng)：指的是對(duì)準(zhǔn)的調(diào)節(jié)方式，是通過(guò)手調(diào)旋鈕改變它的X軸，Y軸和thita角度來(lái)完成對(duì)準(zhǔn)，對(duì)準(zhǔn)精度可想而知不高了；B?半自動(dòng)：指的是對(duì)準(zhǔn)可以通過(guò)電動(dòng)軸根據(jù)CCD的進(jìn)行定位調(diào)諧；C?自動(dòng)：?指的是?從基板的上載下載，曝光時(shí)長(zhǎng)和循環(huán)都是通過(guò)程序控制，自動(dòng)光刻機(jī)主要是滿足工廠對(duì)于處理量的需要，恩科優(yōu)的NXQ8000系列可以一個(gè)小時(shí)處理幾百片wafer。紫外光源編輯曝光系統(tǒng)最核心的部件之一是紫外光源。常見(jiàn)光源分為:紫外光（UV），g線：436nm;i線：365nm深紫外光（DUV）,KrF?準(zhǔn)分子激光：248?nm,?ArF?準(zhǔn)分子激光：193?nm極紫外光（EUV），10?~?15?nm對(duì)光源系統(tǒng)的要求a.有適當(dāng)?shù)牟ㄩL(zhǎng)。波長(zhǎng)越短，可曝光的特征尺寸就越小；[波長(zhǎng)越短，就表示光刻的刀鋒越鋒利，刻蝕對(duì)于精度控制要求越高，因?yàn)檠苌洮F(xiàn)象會(huì)更嚴(yán)重。]b.有足夠的能量。能量越大，曝光時(shí)間就越短；c.曝光能量必須均勻地分布在曝光區(qū)。[一般采用光的均勻度?或者叫?不均勻度?光的平行度等概念來(lái)衡量光是否均勻分布]常用的紫外光光源是高壓弧光燈（高壓汞燈），高壓汞燈有許多尖銳的光譜線，經(jīng)過(guò)濾光后使用其中的g?線（436?nm）或i?線（365?nm）。對(duì)于波長(zhǎng)更短的深紫外光光源，可以使用準(zhǔn)分子激光。例如KrF?準(zhǔn)分子激光（248?nm）、ArF?準(zhǔn)分子激光（193?nm）和F2準(zhǔn)分子激光（157?nm）等。曝光系統(tǒng)的功能主要有：平滑衍射效應(yīng)、實(shí)現(xiàn)均勻照明、濾光和冷光處理、實(shí)現(xiàn)強(qiáng)光照明和光強(qiáng)調(diào)節(jié)等。對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)編輯制造高精度的對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)需要具有近乎完美的精密機(jī)械工藝，這也是國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)望其項(xiàng)背的技術(shù)難點(diǎn)之一，許多美國(guó)德國(guó)品牌光刻機(jī)具有特殊專(zhuān)利的機(jī)械工藝設(shè)計(jì)。例如Mycro?N&Q光刻機(jī)采用的全氣動(dòng)軸承設(shè)計(jì)專(zhuān)利技術(shù)，有效避免軸承機(jī)械摩擦所帶來(lái)的工藝誤差。對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)另外一個(gè)技術(shù)難題就是對(duì)準(zhǔn)顯微鏡。為了增強(qiáng)顯微鏡的視場(chǎng)，許多高端的光刻機(jī)，采用了LED照明。對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)共有兩套，具備調(diào)焦功能。主要就是由雙目雙視場(chǎng)對(duì)準(zhǔn)顯微鏡主體、目鏡和物鏡各1對(duì)（光刻機(jī)通常會(huì)提供不同放大倍率的目鏡和物鏡供用戶組合使用）。CCD對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)作用是將掩模和樣片的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記放大并成像于監(jiān)視器上。工件臺(tái)顧名思義就是放工件的平臺(tái)，光刻工藝最主要的工件就是掩模和基片。工件臺(tái)為光刻機(jī)的一個(gè)關(guān)鍵，由掩模樣片整體運(yùn)動(dòng)臺(tái)（XY）、掩模樣片相對(duì)運(yùn)動(dòng)臺(tái)（XY）、轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)、樣片調(diào)平機(jī)構(gòu)、樣片調(diào)焦機(jī)構(gòu)、承片臺(tái)、掩模夾、抽拉掩模臺(tái)組成。其中，樣片調(diào)平機(jī)構(gòu)包括球座和半球。調(diào)平過(guò)程中首先對(duì)球座和半球通上壓力空氣，再通過(guò)調(diào)焦手輪，使球座、半球、樣片向上運(yùn)動(dòng)，使樣片與掩模相靠而找平樣片，然后對(duì)二位三通電磁閥將球座和半球切換為真空進(jìn)行鎖緊而保持調(diào)平狀態(tài)。樣片調(diào)焦機(jī)構(gòu)由調(diào)焦手輪、杠桿機(jī)構(gòu)和上升直線導(dǎo)軌等組成，調(diào)平上升過(guò)程初步調(diào)焦，調(diào)平完成鎖緊球氣浮后，樣片和掩模之間會(huì)產(chǎn)生一定的間隙，因此必須進(jìn)行微調(diào)焦。另一方面，調(diào)平完成進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)，必須分離一定的對(duì)準(zhǔn)間隙，也需要進(jìn)行微調(diào)焦。抽拉掩模臺(tái)主要用于快速上下片，由燕尾導(dǎo)軌、定位擋塊和鎖緊手輪組成。承片臺(tái)和掩模夾是根據(jù)不同的樣片和掩模尺寸而進(jìn)行設(shè)計(jì)的。?5性能指標(biāo)編輯光刻機(jī)的主要性能指標(biāo)有：支持基片的尺寸范圍，分辨率、對(duì)準(zhǔn)精度、曝光方式、光源波長(zhǎng)、光強(qiáng)均勻性、生產(chǎn)效率等。分辨率是對(duì)光刻工藝加工可以達(dá)到的最細(xì)線條精度的一種描述方式。光刻的分辨率受受光源衍射的限制,所以與光源、光刻系統(tǒng)、光刻膠和工藝等各方面的限制。對(duì)準(zhǔn)精度是在多層曝光時(shí)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(xiě)式。曝光光源波長(zhǎng)為紫外、深紫外和極紫外區(qū)域，光源有汞燈，準(zhǔn)分子激光器等。?6曝光度編輯a.接觸式曝光（Contact?Printing）：掩膜板直接與光刻膠層接觸。曝光出來(lái)的圖形與掩膜板上的圖形分辨率相當(dāng)，設(shè)備簡(jiǎn)單。接觸式，根據(jù)施加力量的方式不同又分為：軟接觸，硬接觸和真空接觸。1.軟接觸?就是把基片通過(guò)托盤(pán)吸附住（類(lèi)似于勻膠機(jī)的基片放置方式），掩膜蓋在基片上面；2.硬接觸?是將基片通過(guò)一個(gè)氣壓（氮?dú)猓?，往上頂，使之與掩膜接觸；3.真空接觸?是在掩膜和基片中間抽氣，使之更加好的貼合（想一想把被子抽真空放置的方式）軟<硬<真空?接觸的越緊密，分辨率越高，當(dāng)然接觸的越緊密，掩膜和材料的損傷就越大。缺點(diǎn)：光刻膠污染掩膜板；掩膜板的磨損，容易損壞,壽命很低（只能使用5～25次）；容易累積缺陷；上個(gè)世紀(jì)七十年代的工業(yè)水準(zhǔn)，已經(jīng)逐漸被接近式曝光方式所淘汰了，國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)均為接觸式曝光，國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)的開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)無(wú)法提供工藝要求更高的非接觸式曝光的產(chǎn)品化。b.接近式曝光（Proximity?Printing）:掩膜板與光刻膠基底層保留一個(gè)微小的縫隙（Gap），Gap大約為0～200μm?？梢杂行П苊馀c光刻膠直接接觸而引起的掩膜板損傷，使掩膜和光刻膠基底能耐久使用；掩模壽命長(zhǎng)（可提高10?倍以上），圖形缺陷少。接近式在現(xiàn)代光刻工藝中應(yīng)用最為廣泛。c.投影式曝光（Projection?Printing）:在掩膜板與光刻膠之間使用光學(xué)系統(tǒng)聚集光實(shí)現(xiàn)曝光。一般掩膜板的尺寸會(huì)以需要轉(zhuǎn)移圖形的4倍制作。優(yōu)點(diǎn)：提高了分辨率；掩膜板的制作更加容易；掩膜板上的缺陷影響減小。投影式曝光分類(lèi)：掃描投影曝光（Scanning?Project?Printing）。70年代末～80年代初，〉1μm工藝；掩膜板1：1，全尺寸；步進(jìn)重復(fù)投影曝光（Stepping-repeating?Project?Printing或稱(chēng)作Stepper）。80年代末～90年代，0.35μm（I?line）～0.25μm（DUV）。掩膜板縮小比例（4：1），曝光區(qū)域（Exposure?Field）22×22mm（一次曝光所能覆蓋的區(qū)域）。增加了棱鏡系統(tǒng)的制作難度。掃描步進(jìn)投影曝光（Scanning-Stepping?Project?Printing）。90年代末～至今，用于≤0.18μm工藝。采用6英寸的掩膜板按照4：1的比例曝光，曝光區(qū)域（Exposure?Field）26×33mm。優(yōu)點(diǎn)：增大了每次曝光的視場(chǎng)；提供硅片表面不平整的補(bǔ)償；提高整個(gè)硅片的尺寸均勻性。但是，同時(shí)因?yàn)樾枰聪蜻\(yùn)動(dòng)，增加了機(jī)械系統(tǒng)的精度要求。

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