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知识补充[光刻机的主要组成部分]

来源：成都新德南光机械设备有限公司 | 发布时间：2015-05-14 |

其实大部分光刻机组成都是一样的，一般分为：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。
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1照明系：
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顾名思义，用来照明的系统，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。具体请翻阅一些工艺的相关资料，在这就不多说了。要有光首先要有光源，一般stepper都是用汞灯做光源，最早有1kw，2kw到最后发展到了5kw，越来越恐怖。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（相当恐怖的激光能量）。 为什么要发展大功率的汞灯和激光呢？这是产能的需求，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。
`9~eo NJ；H 激光作为光源就不需要上面的这些东西了，因为从激光器里面出来的光已经是很纯的了，不需要再过滤。
有了我们需要的光源就可以曝光了吗？当然不可以，因为我们不仅需要很纯的光，
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还需要均匀的光，这样投射到wafer上不会造成各个地方的CD不一致。谁来担当这个重任呢？各个厂家用的都不一样，nikon是一种叫flyeye的镜头。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。ASML用的是一种叫quad rod的玻璃长方体，具体原理不是特别清楚，反正也是光在里面反射很多次，最后出来的光就被均匀化了。
有了均匀的光，我们就可以拿来曝光用，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， ASML叫REMA的东西就用上了，他们都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。
这些是照明系的主要组成部分，随着技术的发展，厂家加入一些用于提供分辨率的机构来达到要求。比如NIKON有一种变形照明，在光路中加入了一个可以旋转的圆盘，圆盘上有一些用于产生特定图形的东西，如小sigma，annual等等，有的时候还需要两块flyeye来进行光的处理。在ASML的光路里，又会有很多负责产生各种pupil的机构，以及发展到最后，需要偏振光，等等。反正是越先进的东西，里面的镜头用的就越多。
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2 Cymer Laser 光源
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现在我们将以Cymer 6000和ASML PAS5500为例介绍照明系，即光源+产生均匀光的光路的重要组件：
光刻是光源发出的光通过掩膜板和透镜系统照射到光刻胶的特定部分并使之曝光，以实现图形的复制和转移。波长越小、得到的图形分辨率越高。曝光光源的另外一个重要参数就是光的强度。光强定义为单位面积上的功率（mW/cm2），该光强应在光刻胶表面测量。光强也可以被定义为能量：单位面积上的光亮或亮度。曝光能量（剂量）＝曝光强度×曝光时间。单位：毫焦每平方厘米（mJ/ cm2）。
 ；  ； 电磁波谱：整个可见光和不可见的电磁波。可见光谱（白光是所有可见光谱波长的光组成）：390nm～780nm；紫外光谱：4nm～450nm；
 ；  ； 常见光源有：汞灯和准分子激光。另外，在先进或某些特殊场合也会用到其他曝光手段，如X射线、电子束和粒子束等。
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 ； 1、汞灯（Mercury Lamp）6 b3 y4 Z6 w0 Q/ H＇ L, a% i, k  ；y7 b( R
　  ；原理：电流通过装有氙汞气体的管子时，会产生电弧放电。电弧发射出一个特征光谱，包括波长处于240nm～500nm之间的紫外辐射光谱。$ h7 y) f2 D+ T:
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 ； 一般来说，特定波长的光源对应特定性能的光刻胶。在使用汞灯作光源时，需要利用一套滤波器去除不需要的波长和红外波长。所选择的波长应与硅片上的关键尺寸相匹配。高压汞灯一般用于Ｉ线（365nm）步进光刻机上。I line用于关键尺寸大于0.35μm的图形。4 O1 w* B&； i1 h&； W2 j% s
 ； 2、准分子激光（Excimer Laser）
20世纪80年代中期以来，激光光源以可以用于光学光刻。但是其可靠性和性能影响其在硅片生产上的实施直至90年代中期。其优点是可以提供较大的深紫外光强。迄今唯一用于光学曝光的激光光源是准分子激光。
 ； 原理：准分子是不稳定分子，由惰性气体原子和卤素构成，如氟化氩（ArF）。这些分子只存在于准稳定激发态。当不稳定的准分子分解成两个组成原子时，激发态发生衰减，同时发射出激光。激光器通过两个平板电极的高压（10～20kV）脉冲放电来激发高压惰性气体和卤素的混合物，使之维持着激发态的分子多于基态分子。实现连续发射激光。第一步激发：Kr*＋F2->；KrF*＋F；第二步衰减：KrF*->；Kr＋F＋DUV。
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　  ；常见的准分子激光光源为248nm的KrF（用于关键尺寸大于0.13μm的图形）和193nm的ArF（用于关键尺寸大于0.08μm的图形）。