对准和曝光

对准和曝光,是十步基本光刻工艺步骤之一,顾名思义,有两个分立的动作。对准和曝光的第一步是把所需图形在晶圆表面上定位或对准。第二步是通过曝光灯或其他辐射源将图形转移到光刻胶涂层上。图形的准确对准,以及光刻胶上精确的图形尺寸的形成是器件和电路正常工作的决定性因素。此外,晶圆加工时间的百分之六十都在光刻区域内。

集成电路1

除了图形的形状和尺寸控制外,图形套准或对准误差是一个关键的参数。再次用摩天大楼类比式有用的。如果电梯的楼层不对齐,将造成电梯系统功能的严重问题。在集成电路也适用同样的原则。个别图形层必须恰当地放到里面和遮盖,以确保器件功能。精确地误差是关键尺寸和特定电路节距地百分比。随着图形层数增多,套准误差将受到挑战。精确地误差是关键尺寸和特定电路节距地百分比。随着图形层数增多,套准误差将受到挑战。在2011版ITRS关于光刻地描述中讨论了被适使用地不同规则。

 

对准系统地性能

直到20世纪70年代中期,可供光刻胶工艺师选择地光刻和曝光设备只有两种:它们是接触式光刻机和接近式光刻机。这两种使用掩模图形系统。所需层地图形首先产生在玻璃基板上地铬层中。这种图形又被转移到光刻胶层。光源照射穿过掩模,并在光刻胶层中将图形编码为聚合和未聚合区域。

一个具有掩模的对准系统需要将掩膜版定位到空白晶圆或定位到晶圆表面上已有的图形。它指出,在一个放大掩膜版产生一个电路的硬拷贝。这样依次复制一个完整的晶圆掩模。A&E系统包括使用完整的掩膜版,或只是图形在一步一步的过程中覆盖晶圆的放大掩膜版。

掩膜版

非掩膜版系统让所需的图形编码到曝光源中。随着曝光能量波被引渡到晶圆表面上正确的位置,五掩膜版的图形被直接投影到光刻胶层。

第二个子系统是曝光源。它们包括光学和非光学的源。光学光刻机采用紫外线作为光源,而非光学光刻机的光源则来自电磁光谱的其他部分。为满足减小特征图形尺寸,增加电路密度,以及甚大规模集成电路时代对产品缺陷的要求,光刻设备得以不断发展。

选择和比较光刻机有几个标准,这些标准与它们连贯高效地生成所需图形地能力有关。最重要的参数大概要算分辨率了,或者说是极其产生特定尺寸图形地能力。分辨率越高,机器就越好。除所需图形尺寸地分辨率以外,对准机还必须具有将图形准确定位地能力。这一性能参数称为对准机地套准能力。这两项指标都必须在整个晶圆上实现,这就是尺寸控制。最后一项性能指标是拥有成本,它包括最初地采购成本、晶圆产量、机器地维护费用以及机器地可运行时间。这些指标我们之后会继续介绍。

所以选项是硬图形系统或直接写对准,还有些曝光源选项。

 

曝光光源

虽然光刻机是非常复杂地设备,但它地工作原理却建立在几个基本地光学原理上。可以把它理解为在离墙面很近地地方用手拿着一把叉子,用闪光灯照射叉子,这时墙面上就形成了一个叉子地图像。用半导体行业地标准衡量,这个叉子地图形很不精确。我们可以通过几种方法来对图像进行改进。一种方法是用波长更狭窄的光来替代闪光灯发出的光。闪光灯所发出的白光是多种不同颜色的混合。在叉子的边缘处,产生了一种现象叫做衍射。衍射就是光线在不透明的边缘区域发生发散,从而图像变得模糊。

白光

使用较短波长或单一波长的光源可以减少衍射。另一种改进图像的方法是使所有光线通过同一光路。在普通白光中,光线由灯泡从各个方向发出,而后又以不同的方向从叉子边缘离开,使得影响模糊。通过反射镜和投射镜,可以把光线转化为一束平行光,这样就改善了图像质量。图像的清晰度和尺寸也受到光源到叉子以及叉子与墙面之间距离的影响。缩小这两个距离会使图像更清晰。为得到所需的图像,使用狭波或单一波长曝光光源,准直平行光,以及对上述距离严格控制的方法都被运用到光刻机中。

选择曝光光源配以特定的光刻胶可以得到所需的图形尺寸。使用最广泛的曝光光源是高压汞灯,它所产生的光为紫外线。为减小特定图形尺寸,起初使用的灯泡和光刻胶不断地发展和改进。为获得更高地清晰度,光刻胶被设计成只与汞灯光谱中很窄一段波长的光反应。这种需求使得在光谱更短波长中使用的灯泡和光刻胶得以发展。光谱中的这一部分称为深紫外区。

其他可以提供波长较低,曝光能量较高的光源还有:准分子激光器、X射线及电子束。