对准法则

第一个掩膜版的对准是把掩膜版上的y轴与晶圆上的主定位边成90°角放置。接下来的掩膜版都用对准标记与上一层带有图形的掩模对准。这是一些特殊的图形。它们分布在每个芯片图形的边缘或在晶圆上的每个芯片周围的划片线上,很容易找到。

对准由操作员把掩膜版上的标记放在晶圆图形上相应的标记上来完成。对于自动系统,对准标记也起着相同的作用。经过刻蚀工艺后,对准标记就永远成为了芯片表面的一部分。于是它们就可以在下一层对准时使用了。

掩膜版2

被称为未对准的对准错误分为几种不同类型。常见的一种就是简单的x-y方向位置错误。另一种常见的未对准是转动的,也就是说,晶圆的一边是对准的,然而在通过晶圆的方向上,图形会逐渐变得不对准。如果芯片图形在掩膜版上有旋转,第三个旋转的未对准就会产生。

其他与掩膜版和分步式光刻机有关的未对准问题还有伸入和伸出。当芯片图形没有在掩膜版的恒定中心形成,或偏心放置时,这样的问题就会出现。它的结果就是只有一部分掩膜版上的芯片图形可以准确地和晶圆上地图形对准。而在通过晶圆地方向上,图形会逐渐变得对不准。

一种由经验得来的方法是,对于具有微米或亚微米级特征图形尺寸的电路,必须满足做小特征图形尺寸1/3的套准容差。计算得到整个电路的套准预算,它是整套掩膜允许对准误差的累加。对于0.35um的产品,允许的套准预算大约是0.1um。

 

光刻机的分类

接触式光刻机:直到20世纪70年代中期,接触式光刻机一直是半导体工业中主要使用的光刻机。系统中的对准部分是用一个晶圆尺寸大小的掩膜版放置在一个真空晶圆载片盘上。晶圆被放到载片盘上后,通过一个分立视场物体显微镜仔细观看。显微镜可以让操作员同时看到掩膜版和晶圆的各个边。通过手动控制,可以左、右移动或转动载片盘,直到晶圆和掩膜版上的图形对准。

当掩膜版与晶圆准确对准之后,活塞推动晶圆载片盘使晶圆和掩膜版接触。接下来,由反射和透镜系统得到的平行紫外线穿过掩膜版照在光刻胶上。

光刻机001

接触式光刻机用于分立器件产品、小规模集成电路,以及大约在5um或更大的特征图形尺寸。它还可以用于平板显示,红外传感器,器件封装和多芯片封装。如果光刻胶选择适当,工艺调整好,接触式光刻机可加工出亚微米图形。它被其他系统取代,更大程度上使由于掩膜版与晶圆的接触带来的良品率损失。接触会损坏较软的光刻胶层或掩膜版,或二者皆是。黏在掩模半透明部分上的尘埃子啊曝光过程中会挡住光。外延层尖峰在双极晶圆上会使掩膜版退化。掩膜版的损伤十分普遍,每曝光15~25次,它们就会被移开、丢弃或清洁。掩膜版和晶圆之间的尘埃会在接近该尘埃的区域产生分辨率问题。更大直径晶圆的对准引出了光均匀性问题,会造成图形尺寸的变异以及对准问题。

 

接近式光刻机:接近式光刻机是接触式光刻机的自然演变。该系统本质上是一个接触式光刻机,只是带有使晶圆近距离接触或软接触掩膜版的机械装置。有时接近式光刻机也称为软接触机器。

光刻机002

接近式光刻机的性能表现是分辨率和缺陷密度的折中。当晶圆与掩膜版软接触时,总会有一些光发散,这样会使光刻胶上的图形变模糊。而另一方面,软接触可以使由掩膜版和光刻胶的损伤所导致的缺陷数目大大减少。但即使缺陷密度得以改善,接近式光刻机在超大规模集成电路的光刻掩膜工艺中也少有用武之地。

扫描投影光刻机:接触式光刻机的末期持续了几年时间,再次期间探索和开发一种替代品的工作也在进行之中。探索工作的中心思想是将掩膜版上的图形投影到晶圆表面上,很像是幻灯片被投影到屏幕上。然而,看似简单,在技术上却要一个极佳的光学系统才能准确的将掩膜版上的尺寸在光刻胶上曝光。这个问题随着Perkin Elmer的扫描投影光刻机引入而第一解决。Perkin Elmer的扫描技术,避免了全局掩膜版投影曝光产哼的问题。它采用了哟个带有狭缝的反射镜系统,狭缝挡住了部分来自光源的光。这个系统的一个新的参数许哟啊控制:扫描速度。由于掩膜版上的图形尺寸与晶圆表面想要得到的图形尺寸相当,因此这种光刻机称为1:1光刻机。

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步进式光刻机:虽然扫描投影光刻机是在生产工作中超越接触式光刻机的一个重要的飞跃,但它们仍有一些局限性,比如说与全局模板、图形失真,以及掩膜版上的尘埃和玻璃损坏造成的缺陷相关的对准和套准问题。

下一步是直接把图像从掩膜版上分布曝光到金元表面上,他与制造掩膜版的技术是相同的。带有一个或几个芯片图形的放大掩膜版被对准、曝光,然后步进到下一个曝光场,重复这样的过程。这种放大掩膜版比全局掩膜版的质量高,因此产生的缺陷数量就更小。由于每个芯片分别对准,使得套准和对准变得更好。分布的过程使更大直径的晶圆能够精确匹配。它的其他有嗲还有:由于每次曝光区域变小,以及对尘埃敏感性的减小,分辨率变得更高。有些步进式光刻机使1:1的,就是掩膜版上的图形尺寸与晶圆上需要的图形尺寸相同。其他的则采用为最终尺寸5~10倍的掩膜版,它们被称为缩小步进光刻机。制造加大尺寸的放大掩膜版更加容易,而且尘埃和玻璃细小变形会在曝光过程中减小乃至消失。一般来说,缩小倍数*5是较佳的。

光掩膜版

比起*10的掩膜版,*5的掩膜版更小也更容易制造。而且,*5掩膜版能在晶圆上投影更大区域,使晶圆的产量更高。国际半导体发展路线已立项设计具有25mm*50MM区域尺寸能力的9英寸掩膜版。

由于篇幅有限,本节关于步进式光刻机的内容先介绍到这里,我们下节继续介绍。