半导体工艺之十步图案化(十七)

文摘   2024-09-19 07:01   北京  


扫描投影对准器


接触式对准器的终结被预见了多年,并且一直在进行开发工作,以寻找替代品。搜索集中在将掩膜图像投影到晶圆表面上的概念上,就像幻灯片(掩膜)被投影到屏幕(晶圆)上一样。虽然这个概念很简单,但这种技术需要一个出色的光学系统来一次性曝光整个晶圆表面。这个问题是通过引入Perkin Elmer扫描投影对准器来解决的。这个系统避免了全尺寸掩膜投影曝光的问题,转而采用了一种扫描技术,使用带有缝隙的镜子系统来阻挡来自光源的部分光。有了这个系统,一个新的参数,扫描速度,成为需要控制的参数。它们被称为1:1对准器,因为掩膜上的图像尺寸与晶圆表面上预期的图像尺寸相同。


步进器


扫描投影对准器在生产工作中比接触式对准器迈出了一大步,但它们仍然有一些限制,例如与全尺寸掩膜相关的对准和叠加(注册)问题、图像失真以及由灰尘和玻璃损伤引起的掩膜缺陷。

下一步是从光罩直接将图像步进到晶圆表面——与制作掩膜时使用的技术相同。一个光罩,带有一到几个芯片的图案,被对齐和曝光,然后被步进到下一个位置,并重复该过程。光罩比全尺寸掩膜的质量更高,因此发生的缺陷更少。由于每个芯片都单独对齐,因此有更好地叠加和对准。步进过程允许精确匹配大直径晶圆。其他优点包括分辨率提高,因为每次曝光的区域更小,以及对灰尘和污垢的脆弱性降低。一些步进器是1:1的,即光罩上的图像尺寸与晶圆上所需的尺寸相同。其他的使用5到10倍最终尺寸的光罩。这些被称为缩小步进器。制作一个超大尺寸的光罩更容易,任何灰尘和小的玻璃失真都会在曝光过程中被消除。

关键的生产使用步进器是自动对准系统。操作员不可能以生产率逐个对准晶圆上的几百个芯片。自动对准是通过传递低能激光束通过光罩上的对准标记并反射它们离开晶圆表面上相应的对准标记来完成的。信号被分析,并将信息通过计算机反馈到x-y-z晶圆卡盘控制,计算机移动晶圆直到晶圆和光罩对齐。图像是通过顺序曝光晶圆上的每个芯片图案来放置在光刻胶中。

另一种激光信号控制的替代方案是视觉系统。这些系统使用摄像头捕获芯片的视觉图像,并将其与数据库进行比较。晶圆被移动,直到它和掩膜或光罩图像与数据库匹配。


使用对准标记的对准系统(见下图所示)被称为离轴对准,因为对准标记是参考但不是实际电路图案的一部分。拥有离轴对准是另一个对准误差的来源。更直接的对准方法是通过镜头(TTL)。TTL系统直接观察晶圆图案。它们使用来自氦氖或氩激光的曝光光,反射信号从晶圆图案并自动进行对准调整。

大多数生产步进器都配备了具有G线或I线能力的UV曝光源。


步进扫描对准器


较大的芯片尺寸通常需要更大的镜头系统和更大的视野。增加视野可以缩短对准和曝光时间。然而,更大的镜头变得昂贵。一个替代方案是具有较小镜头和扫描较小视野到所需区域的能力的步进器(见下图所示)。


曝光后烘烤


驻波是与光曝光和正性光刻胶相关的一个问题(见后续章节中详细介绍)。最小化驻波效应的一种技术是在曝光后烘烤晶圆。烘烤方法可以是前面描述的任何一种。曝光后烘烤(PEB)的时间-温度规格是烘烤方法、曝光条件和光刻胶化学的函数。

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