Nikon stepper I7-I14 步进扫描投影光刻工艺简述
集成电路的制造是一件极为复杂的事情,需要经过近 800 道物理、化学工序。其中有主要的 5 个阶段:晶圆(wafer)的制备、芯片(chip)的制造、芯片的检测、芯片的封装、验收测试[15]。其中芯片的制造依靠的就是光刻技术。
光刻技术主要可以分为直写光刻技术和投影光刻技术,其中直写光刻虽然精度高且不需要掩模板,但其生产效率低,不适合芯片的工业批量生产。投影光刻技术通过光学成像将掩模板上的电路信息刻蚀到晶圆上,效率是直写光刻技术的 100 倍以上。
Nikon stepper I7-I14 步进扫描投影光刻流程一般包括如下步骤:预处理、涂胶、前烘、对准与曝光、后烘、显影、硬烘、刻蚀与离子注入、去胶。
1.预处理:在涂抹光刻胶之前,一般要对硅衬底预先进行处理。包括脱水烘焙,涂抹化合物增加衬底表面附着能力。
2.涂胶:将光刻胶平整、均匀地涂抹在硅衬底表面。
3. 前烘:对于液态的光刻胶,杂质容易污染溶剂。通过在较高温度下烘焙,可以使溶剂挥发。
4. 对准与曝光:对准曝光区域,在掩模板和光刻胶之间使用光刻物镜聚集光实现曝光。
5. 后烘:再次烘焙,目的是减少驻波效应,激发化学反应使正光刻胶更易溶于显影液。
6. 显影:曝光和后烘流程结束后,便加入显影液。显影液会和正光刻胶的感光区、负光刻胶的非感光区发生化学反应。显影完成后,光刻胶层中的图案便显现出来。实际工艺中为了保证高质量的显影效果,每一种光刻胶几乎都有专门适配的显影液,这样成像质量和分辨率会提高。
7. 硬烘:利用高温,烘去光刻胶中残存的液体溶剂,增强光刻胶和硅衬底之间的附着力。提高后续刻蚀离子注入时的抗刻蚀能力。同时光刻胶层中的图形缺陷因高温圆滑化而减少。
8.刻蚀与离子注入:针对硅晶上无光刻胶遮蔽的区域,进行刻蚀和离子注
入,实现掩模板上图案的转移。
9.去胶:去除光刻胶层。
一般要经过 20-40 次以上工序,才能得到最后封装的芯片。正是因为如此精密复杂的工序,一块小小的芯片才有着高存储强运算能力。
复杂的光刻工艺是在光刻机中完成的,如尼康光刻机Nikon I7-I14,S204等机型主要由6个部分组成:光源、照明系统、掩模台、投影光刻物镜、晶圆台、其它控制系统。
光源:主要是高功率的紫外光源,为光刻机提供稳频率稳功率的光,光源功率的大小决定了光刻机的产能。
照明系统:为掩模板提供高度均匀的照明,并且能够提供各种复杂照明模式如离轴照明偏振照明,同时还能够调节照明相干因子。
掩模台:处于光刻物镜的物面,夹持掩模,并实现与晶圆台的高精度同步步进扫描。
投影光刻物镜:光刻机最核心的部件,负责将掩模板上的图案投影在晶圆上。因为半导体刻线要求非常高精密,所以光刻物镜成像质量要求非常严苛。
晶圆台:控制晶圆的传输。
其它控制系统:如对准系统,环控系统,传输系统等。
从某种意义上说,晶圆的工艺能力取决于光刻机的性能。半导体制程要求越高,光刻机便越精密复杂,其中包括高频率的激光光源、光掩模的对位精度、设备稳定度等等,集合了许多领域的最尖端技术。
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