Nanonex納米壓印光刻機(jī)工作原理和組成

　　

　　Nanonex納米壓印光刻機(jī)通過一系列的光源能量、形狀控制手段，將光束透射過畫著線路圖的掩模，經(jīng)物鏡補(bǔ)償各種光學(xué)誤差，將線路圖成比例縮小后映射到硅片上，不同光刻機(jī)的成像比例不同，有5:1，也有4:1。然后使用化學(xué)方法顯影，得到刻在硅片上的電路圖（即芯片）。

　　

　　一般的光刻工藝要經(jīng)歷硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻膠、軟烘、對(duì)準(zhǔn)曝光、后烘、顯影、硬烘、激光刻蝕等工序。經(jīng)過一次光刻的芯片可以繼續(xù)涂膠、曝光。越復(fù)雜的芯片，線路圖的層數(shù)越多，也需要更精密的曝光控制過程?，F(xiàn)在的芯片有30多層。

　　

　　提高光刻機(jī)性能的關(guān)鍵技術(shù)

　　

　　Nanonex納米壓印光刻機(jī)將圖形從掩模上復(fù)制到硅片上的若干參數(shù)決定了其主要性能。目前行業(yè)內(nèi)被普遍接受的光刻機(jī)三大性能參數(shù)是光刻分辨率、套刻精度和產(chǎn)率。近年來，提高光刻機(jī)性能的新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，光刻分辨率和套刻精度的提高推動(dòng)光刻技術(shù)步入更小的節(jié)點(diǎn)，產(chǎn)率的提高為廠商帶來更高的經(jīng)濟(jì)利益。

　　

　　1、雙工件臺(tái)技術(shù)

　　

　　隨著特征尺寸的減小且投影物鏡數(shù)值孔徑的增大，光刻面臨焦深不斷減小的挑戰(zhàn)。為了滿足越來越苛刻的成像質(zhì)量要求，對(duì)光刻機(jī)的調(diào)焦調(diào)平和對(duì)準(zhǔn)精度將提出更高的要求。與此同時(shí)，廠商希望光刻機(jī)的產(chǎn)率不斷提高。然而，調(diào)焦調(diào)平和對(duì)準(zhǔn)精度的提高是以花費(fèi)更多的測(cè)量時(shí)間為代價(jià)的。在單工件臺(tái)系統(tǒng)中，硅片的上片、對(duì)準(zhǔn)、調(diào)焦調(diào)平、曝光、下片是依次進(jìn)行的，增加測(cè)量時(shí)間必然會(huì)降低光刻產(chǎn)率。為此，人們提出了雙工件臺(tái)技術(shù)，一個(gè)工件臺(tái)上的硅片進(jìn)行曝光的同時(shí)，另一個(gè)工件臺(tái)上的硅片可以進(jìn)行上片、對(duì)準(zhǔn)、調(diào)焦調(diào)平、下片等操作。

　　

　　兩個(gè)工件臺(tái)分別處于測(cè)量位置和曝光位置，同時(shí)獨(dú)立工作，每個(gè)硅片在一個(gè)工件臺(tái)上完成所有的操作。當(dāng)兩個(gè)工件臺(tái)上的硅片分別完成了測(cè)量和曝光，將兩個(gè)工件臺(tái)交換位置和任務(wù)。

　　

　　2、偏振照明技術(shù)

　　

　　分析大數(shù)值孔徑光刻系統(tǒng)的成像質(zhì)量問題時(shí)，照明光的偏振態(tài)不可忽視。離軸照明方式結(jié)合偏振光照明設(shè)置可以對(duì)各種不同的圖形實(shí)現(xiàn)高對(duì)比度成像。在數(shù)值孔徑大于0．8的光刻機(jī)中，應(yīng)該使用成像對(duì)比度較高的偏振光照。另外，使用偏振光照明可以獲得更好的光刻工藝窗口和更低的掩模誤差增強(qiáng)因子。

　　

　　當(dāng)使用偏振光照明時(shí)，光刻機(jī)的照明系統(tǒng)中存在諸多機(jī)制如光學(xué)材料的本征雙折射及應(yīng)力雙折射、光學(xué)薄膜的偏振特性等影響著光的偏振態(tài)。為了保持成像光束較高的偏振度，需要整個(gè)照明系統(tǒng)進(jìn)行偏振控制。

　　

　　3、大數(shù)值孔徑投影物鏡

　　

　　投影物鏡是光刻機(jī)中昂貴復(fù)雜的部件之一，提高光刻機(jī)分辨率的關(guān)鍵是增大投影物鏡的數(shù)值孔徑。隨著光刻分辨率和套刻精度的提高，投影物鏡的像差和雜散光對(duì)成像質(zhì)量的影響越來越突出。浸沒式物鏡的軸向像差，如球差和場(chǎng)曲較干式物鏡增大了n倍（n為浸沒液體的折射率)。

　　

　　在引入偏振光照明后，投影物鏡的偏振控制性能變得更加重要。在數(shù)值孔徑不斷增大的情況，如何保持視場(chǎng)大小及偏振控制性的能，并嚴(yán)格控制像差和雜散光，是設(shè)計(jì)投影物鏡面臨的難題。

　　

　　傳統(tǒng)光刻機(jī)的投影物鏡多采用全折射式設(shè)計(jì)方案，即物鏡全部由旋轉(zhuǎn)對(duì)準(zhǔn)裝校的透射光學(xué)元件組成。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，易于加工與裝校，局部雜散光較少。然而，大數(shù)值孔徑全折射式物鏡的設(shè)計(jì)非常困難。

　　

　　為了校正場(chǎng)曲，必須使用大尺寸的正透鏡和小尺寸的負(fù)透鏡以滿足佩茨瓦爾條件，即投影物鏡各光學(xué)表面的佩茨瓦爾數(shù)為零。透鏡尺寸的增加將消耗更多的透鏡材料，大大提高物鏡的成本；而小尺寸的負(fù)透鏡使控制像差困難重重。

　　

　　為了實(shí)現(xiàn)更大的數(shù)值孔徑，近年來設(shè)計(jì)者普遍采用折反式設(shè)計(jì)方案。折反式投影物鏡由透鏡和反射鏡組成。反射鏡的佩茨瓦爾數(shù)為負(fù)，不再依靠增加正透鏡的尺寸來滿足佩茨瓦爾條件，使投影物鏡在一定尺寸范圍內(nèi)獲得更大的數(shù)值孔徑成為可能。折反式投影物鏡主要有多軸和單軸兩種設(shè)計(jì)方案。