半导体工艺之十步图案化(十五)

文摘   2024-09-08 07:01   北京  

所以选择是硬图案系统(掩膜/光罩)或直接写入对准。并且有曝光源的选项。


曝光源


虽然对准器是非常复杂的机器,但它们的运行基于几个基本的光学原理。考虑通过在墙上照射手电筒,通过真实叉子在墙上产生叉子的阴影图像。按照半导体标准,叉子的图像相当不精确。但是有办法改善图像。一种方法是用较窄波长的光替换手电筒。来自手电筒的白光包含许多不同的波长(颜色),全部混合在一起。在叉子的边缘,发生了一种称为衍射的现象。衍射是光射线在不透明边缘(或穿过狭窄缝隙)时的弯曲。弯曲的数量取决于波长,而且,有多种波长(白光),就会有许多射线从边缘散射出来,使图像变得模糊。使用较短波长或单一波长源,可以最小化衍射。另一种改善图像的方法是让所有射线沿着相同的路径传播。在正常的白光中,射线从灯泡发出,以许多方向离开,再次使图像变得模糊。通过镜子和透镜,光射线可以被准直到成为一束平行射线,从而提高图像质量。图像的清晰度及其尺寸也受到光源在叉子后面和叉子到墙的距离的影响。关闭这两个距离都会使图像更加清晰。这些技术(较窄或单一波长的曝光源、准直光和严格控制距离)都被用于对准器中,以产生所需的图像。

曝光源被选择以与特定的光刻胶结合产生所需的图像尺寸(见“光刻胶曝光速度、灵敏度和曝光源”)。主要的曝光源一直是高压汞灯。它产生紫外线范围内的光。特征尺寸的减小推动了对基本灯和光刻胶的改进。为了实现更大的清晰度,光刻胶被定制以仅响应汞灯光谱中的狭窄波段。这种需求也导致了开发在光谱较短波长区域操作的灯和光刻胶。这个光谱区域被称为深紫外线或DUV。

其他降低波长和更高能量曝光源的方法包括准分子激光器、X射线和电子束。后面的章节当中提供了关于各种曝光源的更详细讨论。


对准标准


第一张掩膜通过对齐掩膜的y轴与晶圆上的主要平坦面成90°角来对齐(如下图所示)。随后的掩膜是通过对准先前图案化掩膜上使用的对准标记(也称为靶标)来对齐的。这些是对准标记(见下图所示),它们是位于每个芯片图案边缘或晶圆上每个芯片周围的分隔线上的特定图案。

对准是通过将掩膜上的标记定位到晶圆图案上已有的对应标记来完成的,该标记来自先前的光刻步骤(见“步进器”)。对准标记通过蚀刻过程成为芯片表面的永久部分。然后它们就位,用于下一层的对准。

对准误差,称为错位,分为几个类别(见下图所示)。一个常见的是x-y方向上的简单错位。另一种常见的错位是旋转的,其中晶圆的一侧被对齐,但图案在晶圆上逐渐错位。第三种旋转错位发生在芯片图案在掩膜或光罩上旋转时。

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