制造集成电路用的光学仪器.doc

制造集成电路用的光学仪器 篓砖弗q连,姆^最御 1992年幕l期LSI稍连与测试秉十三春 jlr巧 (续) 二,光刻机 制造集成电路用的光学仪器 (一)接触式光捆机 光刻设备是集成电路生产线中主要的工 艺设备之一,也是光,机,电综台程度很高 的光学设备.世界许多国家都投入了很大力 量发展研制.虽然,接触式光刻机在曝光复 印电路图形时必须加压,使硅片与掩模板压 0, a衄 ～ 国 , L出 f\』q 紧时导致掩模板产生挠曲变形或因磋动,引 起摩擦磨损,使掩模图形的复用率很低,光 刻缺陷密度增多,不能适应集成度很高的大 规模集成电路生产要求,尽管如此,直到目 前为止,接触法曝光在微电子器件的生产中 1.光豫2.聚光镜3.丹光镜4.辅助翱镜5.显镦镜组 7.半直角棰铺8.分光棱慌9.小直角棱镌l0.太直角棱镜 圈l2观察置镦镜光学系坑 6.平行棱肇 n.目慵组 ,, 仍然占有一定的比重,国内半导体器件生产 线和许多科研部门使用主要的还是接触式光 刘机.近年来,由于国际上混合曝光的应 用,接触式光刻机使用期将会进一步延长. 接触式光刻机主要用在制造中,小规模 集成电路(包括一部份大规模集成电路), 表面波元件,磁泡,微波和CCD等器件以及 砷化镓器件.近年来,由于真空接触法的采 用,减少l『加压时对掩模的损坏,曝光系统 采用了复眼透镜平滑平行光源,使光的衍射 浊少,rl1心与边缘的照度差小于5%;韭采 l_}』双目观察和平现场物镜使接触式光刻机性 能改进. 1.观察显微镜光学系统 从光源1发出光线,经聚光镜2分光镜 3和物镜4,5到达被观察物体,经反射后 通过物镜及棱镜6,7,8,9(10),成象 j目镜,便可进行对准和观察. 2.曝光系统光路 1.20ow超高压汞灯2.非球丽聚光镜3.显眼运铺 4.准直物镜5.反兜镜 臣13 当观察系统对准后,该系统位移,使曝 光系统进入光路进行行曝光. 3.主要技术指标 光刻机上适用的掩模尺寸为l00×100× 2～3illm?75×75×2～3rllril}63x63× 2～3mi*il|50×50x2～3mri]. 适用的硅片尺寸为~b35~$15mm.光刻 实用线宽为4m～51. 掩模与硅片之问的相对位移范围为X, Y各±2.5mmj旋转±6.. 曝光系统为GCQ200W超高压汞灯,曝 光波长是30(J~436nm. 曝光系统的照度不均匀性在~75mm范围 内为5%. 双目显微镜的调焦范围为13ram. 双目显微镜的放大倍率:成对目镜,共 二种:6.3,16,平视场物镜,共四种l 4,6,9,15;台成放大倍率:25.2 ～2-40. 4.同类型设备 表ll,接触式光刻机 型号;设备功能兜划方式可刻线竞(m) 篙易曝光机 筒易曝兜机 半自动 一1 JKG一2A1iE常投产 接触式O.4/真空接触 接触式O.5/机械硬疆 接触式10.5/真空接触 接触式0.5/机械磋疆 ——————i———— 接触式j眦下/真空接 l啦【实用蝙宽4) (=)接近式光刻机 随着大规模集成电路集成密度的提高, 图形的最细线宽日趋减小,如16K动态随机 存储器(DRAM)的最小线宽度为3.5～4.5 Rm,64KDRAM为2—3¨m,256KDRAM 为l1左右,光蠹4设备的传递特性成为限稍 微细图形形成和控制集成电路器件成品率的 最重要因素之一. 接近式光刻设备在光,机,电综合程度 上比接触式更高些.日前国内半导体生产线 和科研部份除采用接触式光刻机曝光复印电 路图形外,还采用接近式光刻机国内研制 成功接触,接近两用的光刻机已能提供半导 体制造厂家使用,这类光刻机一般在紫外光 波段曝光.此外,国内利用远紫外光波段进 行曝光的接触式,接近式光刻设备也已问 世.这两种类型的接触,接近式光刻设备在 光学原理上投有什么差别,这里着重以后者 为例子加以阐述. j ～ ～ .r- 上 1.光学原理 光学原理图分为主光路系统,郎曝光系统,等光度曝光系统和对准系统三部分 1凹球面反光镜2汞氲灯光掠3,31聚光镜4,8,30滤色片 5分光砖镜6望远镜7投影屏9复眼透镜l0光栏 11快门12,13准直物镜14,15,17目镜组16,21,23, 27物镜18,35棱镜19,24,25,28,33,34,36辰光镜20掩横 22基片26弱镜29半造反光镜32光裤37光电管 图14,光学麻理 (1)主光路系统; 由光源2的光线经非球面聚光镜3滤光 片4至分光冷镜5后分为二路.一路以波长 为大于290毫微米的透射,经望远透镜6后投 射于投影屏7,供校正灯源中心之用. 另一路波长小于270毫微米的光线经分 14 光冷镜5反射后经滤光片8复眼透镜9聚焦 于孔径光栏1O和快门l1,准直透镜组l2,13 将聚焦于1O,l1的光线再次聚焦于掩模平面