技术知识

光刻机知识

您的当前位置:首页>技术知识

NIKON 光刻机

2021-05-21 浏览次数:186来源:本站原创

NIKON光刻机的主要组成部分:照明系(光源+产生均匀光的光路),STAGE(包括RETICLE STAGE和WAFER STAGE),镜头(这个是光刻机的核心),搬送系(wafer handler+ reticle handler),alignment (WGA, LSA, FIA)。另外半导体的工作温度是23度,要保证wafer在恒温和无particle的环境,一个chamber是必须的。


照明系:光刻机的原理就是用光来投射到reticle上产生衍射,然后镜头收集到光汇聚到wafer上,形成图形,所以光是产生图形的必要条件。一般stepper都是用汞灯做光源,最早有1kw,2kw到最后发展到了5kw,后来为了提高分辨率,采用了新的光源:laser,分为Krf(248nm)和Arf(193nm),laser也是不断在增加功率,现在最高的可以达到60kw级别了。在相同的曝光量下,光源的功率越高,曝光需要的时间越少,这样单位时间里面产能越高。


汞灯发出的光向各个方向扩散,我们需要把光汇聚起来,打到大光强的目的,这时候一个椭圆镜是必须的了。我们知道椭圆有两个焦点,我们把光源放到一个焦点上,那么光就会聚到另外一个焦点上,那就是快门的位置。同时这个椭圆镜还有另外一个功能,吸收不需要的光线。这种镜子上有一层涂层,一般500nm以上的红外光不被反射,而是被吸收。这些光会被产生热量,所以装汞灯的地方一定需要一个散热的东西,功率小一点的就用风扇吹,功率大的话就水冷了。反射出来的光也不是全部需要的,我们只需要365nm(I-line)或者436nm(G-line)的波长,别的波长的光也是要淘汰的,这时候filter就上场了,它的作用就是过滤掉不要的东西,只让需要的波长的光通过。nikon的flyeye镜头,这种镜片用很多块凸透镜组成,光打到上面就会在各个地方产生汇聚的作用,这样在relay lens的帮助下,一个平行的均匀 的光产生了。现在有了均匀的光了,我们就可以拿来曝光用了,可是有时候我们不需要全部视场大小的光,可能只要曝光一个很小的区域,这时候用于挡光的机构,nikon叫blind,是上下左右四块挡片,用马达带动,需要多大的区域只要让马达带动挡片,把不要的光遮住,这样就可以曝光我们需要的地方了。最后,通过一块大的lens把光汇聚一下,就可以投射到reticle上进行曝光了。

stage,直接理解就是工作台。每一片wafer就是放在这个工作台上进行曝光的。因为一个产品不可能只曝一层就可以了,这就需要每一层之间的overlay要非常小,不至于产品报废。Stage的工作精度是保证Overlay的重要因素之一。为什么说“之一”呢?因为曝光的过程是各个module合作的结果,要每一个module都很好才能生产出合格的产品。除了stage,alignment系统和Lens的畸变都会影响到Overlay的结果。


Stage都有那些东西呢?首先要有水平方向移动的驱动部件,比较老的机器如G6和I8等stepper都是有刷电机带动丝杆,等到先进一点的机器如I14,就发展到用线性马达驱动了,stage使用的是气浮台,阻力比丝杆小很多,这样速度也就上去了。除了水平方向,垂直方向也要可以动作,这样才能保证wafer在lens的焦面上工作。熟悉老的机器的TX知道WS专门有一个叫Z-stage的组成部分,它是chuck下面有一个楔形机构,用一个马达拖动,通过这个楔形机构使水平运动转化为垂直运动。等到更先进一点的机器,从I12开始,Z-stage和leveling stage集成到一起,在chuck底下平均分布这三个带楔形机构的马达,叫Z-thita马达,这三个马达向同一方向运动,就能达到Z方向运动的目的,向不懂方向运动,就可以补偿leveling。什么叫leveling?就是找到水平面。这个水平面不是绝对水平面,而是焦面。lens的焦面不可能做到完全水平,多多少少会有一点倾斜,而且wafer表面经过多层工艺,表面上已经是高低不平,所以每次曝光之前都要把这个水平面找到,在leveling系统和leveling stage的共同作用下,补偿这个offset。


除了X,Y,Z(Z-stage),Rx,Ry(leveling stage)方向的运动,Rz方向也需要的。Rz也就是rotation,补偿的是wafer的rotation。一片wafer放到stage上面,不可能每次都放的非常准,多多少少有一点偏差,XY方向可以用stage的位置来补偿,rotation就要靠thita stage来补偿了。这个stage设计的有点傻,它的旋转支点不在wafer正中间,这样造成补偿thita时候,XY方向也跟着变化。后来的机器(i12开始),就取消了这个stage,直接用reticle rotation来补偿了。

NIKON的stage是一种塔状设计,最底层是XY方向运动的stage,上面是Z-stage,再上面一层就是leveling stage,再上面就是Theta stage,然后就是chuck了。但是从i12开始,Leveing staage和theta stage被取消了,这样就精简了很多,所以i12以后的设计还是比较科学的。


Alignment系统,包括reticle alignment和wafer alignment,最终目的其实就是为了找到reticle的中心,通过镜头的投射,和wafer shot的中心重合。对于G6这种时代的老机器,reticle alignment比较简单。假设lens为不动,在lens边上安装有两个或者三个reticle alignment sensor(取决于机型),这两个sensor机械位置的中心就认为是lens的中心,reticle送到RS上以后,就会search reticle mark,找到sensor的位置,然后把reticle mark对准到这些RA sensor上。对准的原理是跟auto focus一样的基准波和倍周波信号,搞过NIKON的都应该知道,具体请看manual。等到mark都对准到sensor上,reticle alignment就认为结束了,但是sensor有一个误差范围,为了知道这个误差,用stage上的fidicual mark来check reticle在Y方向的误差,就能知道reticle的rotation了。

上一篇:没有上一篇!

下一篇:没有下一篇!

技术支持:港湾有巢

920167946

闽公网安备 35020502000158号

闽ICP备10012139号