光刻机结构组成及工作原理

　　光刻机介绍

　　光刻机（Mask Aligner） 又名：掩模对准曝光机，曝光系统，光刻系统等。常用的光刻机是掩膜对准光刻，所以叫 Mask Alignment System.

　　光刻机分类：

　　光刻机一般根据操作的简便性分为三种，手动、半自动、全自动

　　A 手动：指的是对准的调节方式，是通过手调旋钮改变它的X轴，Y轴和thita角度来完成对准，对准精度可想而知不高了；

　　B 半自动：指的是对准可以通过电动轴根据CCD的进行定位调谐；

　　C 自动： 指的是 从基板的上载下载，曝光时长和循环都是通过程序控制，自动光刻机主要是满足工厂对于处理量的需要。

　　光刻机的结构：

　　光刻机性能指标：

　　光刻机的主要性能指标有：支持基片的尺寸范围，分辨率、对准精度、曝光方式、光源波长、光强均匀性、生产效率等。

　　分辨率是对光刻工艺加工可以达到的最细线条精度的一种描述方式。光刻的分辨率受受光源衍射的限制，所以与光源、光刻系统、光刻胶和工艺等各方面的限制。

　　对准精度是在多层曝光时层间图案的定位精度。

　　曝光方式分为接触接近式、投影式和直写式。

　　曝光光源波长分为紫外、深紫外和极紫外区域，光源有汞灯，准分子激光器等。

　　光刻机的作用：

　　光刻机是微电子整备的空头，其具有技术难度最高、单台成本最大、决定集成密度等特点。

　　光刻工艺流程：

　　光刻机工作原理：

　　光刻机通过一系列的光源能量、形状控制手段，将光束透射过画着线路图的掩模，经物镜补偿各种光学误差，将线路图成比例缩小后映射到硅片上，不同光刻机的成像比例不同，有5:1，也有4:1。然后使用化学方法显影，得到刻在硅片上的电路图（即芯片）。

　　一般的光刻工艺要经历硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、激光刻蚀等工序。经过一次光刻的芯片可以继续涂胶、曝光。越复杂的芯片，线路图的层数越多，也需要更精密的曝光控制过程。现在先进的芯片有30多层。

　　上图是一张光刻机的简易工作原理图。下面，简单介绍一下图中各设备的作用。

　　测量台、曝光台：承载硅片的工作台，也就是本次所说的双工作台。

　　光束矫正器：矫正光束入射方向，让激光束尽量平行。

　　能量控制器：控制最终照射到硅片上的能量，曝光不足或过足都会严重影响成像质量。

　　光束形状设置：设置光束为圆型、环型等不同形状，不同的光束状态有不同的光学特性。

　　遮光器：在不需要曝光的时候，阻止光束照射到硅片。

　　能量探测器：检测光束最终入射能量是否符合曝光要求，并反馈给能量控制器进行调整。

　　掩模版：一块在内部刻着线路设计图的玻璃板，贵的要数十万美元。

　　掩膜台：承载掩模版运动的设备，运动控制精度是nm级的。

　　物镜：物镜由20多块镜片组成，主要作用是把掩膜版上的电路图按比例缩小，再被激光映射的硅片上，并且物镜还要补偿各种光学误差。技术难度就在于物镜的设计难度大，精度的要求高。

　　硅片：用硅晶制成的圆片。硅片有多种尺寸，尺寸越大，产率越高。题外话，由于硅片是圆的，所以需要在硅片上剪一个缺口来确认硅片的坐标系，根据缺口的形状不同分为两种，分别叫flat、notch。

　　内部封闭框架、减振器：将工作台与外部环境隔离，保持水平，减少外界振动干扰，并维持稳定的温度、压力。