对准机简报-1.ppt

步進式對準機 課程大綱 微影成像簡介 基本光學概要 stepper架構3 1outline3 2alignmentsystem3 3waferstage3 4illuminationsystemandprojectionlens 設備管理 nextgenerationandDUVlaser 重要名詞 步進式對準機 1 微影成像簡介1 1概念石版印刷術 lithography 使用一片片的平板浮雕 在每一片沾上不同顏色的油墨 依次分別印到紙上 每一層顏色之間必須互相精確對準 align 至某一可接受的誤差範圍 以完成一頁文稿或圖片 積體電路工業使用的微影成像術 micro lithography 可完全類比於上述之石版印刷術 平板浮雕就像光罩 油墨就像光源及光阻劑 印刷紙就是晶片 微影成像術是半導體工業的關鍵技術之一 因為在製造程序 process 中 依製程之複雜度 被一再反復使用 以製作每一層電路 不僅影響元件的品質 甚且影響生產力以及成本 步進式對準機 依序將每一層電路印到晶片上 將電路印到晶片上的方式 步進式對準機 光阻有分正負 正光阻運用較為廣泛 光阻成像之應用 步進式對準機 製作電容 製作NMOS電晶體 步進式對準機 1 2製程及步驟 步驟說明去水烘烤Byhotplate proximity 用以去除水氣80 300 C60secHMDS塗佈Hexamethyldisilazane 加強光阻與晶片間黏合強度冷卻冷卻至塗佈光阻的適當溫度 使厚度均勻抗反射層塗佈TopARCorbottomARC TARC在光阻塗布之後 用以避免lightscattering造成notching現像導致斷線 及降低駐波現像光阻塗佈Byspincoatingmethod relatedtodispensemethod spinspeed acceleration temperature humidity supplyairflow exhaust resistandsubstrate膜厚量測Thicknessanduniformith skipinnormalprocess晶邊及晶背清洗 EBR 避免光阻殘餘污染alignerexposurechuck backsideparticle導致localde focusing問題soft bake去除大部份光阻內部solvent 影響光阻靈敏度 90 110 C 60 90sec 步進式對準機 冷卻對準Pre align searchalign EGA DiebyDie 曝光timemodeorintegratormode varieslightsource toconvertPACtoalkali solublecompoundWEEwaferedgeexposure morepreciselyremovewaferedgephotoresistfornextprocesspostexposurebake降低駐波效應 standingwave 100 110 C 60 90sec顯影hard bakeorUVcuring硬化光阻 120 150 C 60 90secCDmeasurementSampling criticaldimension誤差應為10 以內 主要貢獻來自auto focusing leveling及exposuredosageRegistrationmeasurementSampling 誤差應為CD的30 以內 主要貢獻有alignmenterror distortion machinematchingAutocorrectionparameterfeedback藉由以上量測的SPCtrendchart correctaligner的focus dosage alignment magnificationoffsetNextprocessetching diffusing filmdeposition ionimplantation 步進式對準機 1 2 1Photo resists由matrixmaterial Resin 和sensitizer Photo ActiveCompound solvent additives dye 組成Importantproperty SensitivityandcontrastViscosityAdhesionThermalstabilityEtchresistanceContaminationShelf lifeEaseofprocessingPinholedensityChargingLightabsorbability 步進式對準機 1 2 2 Standingwaveeffect可利用broadband Anti reflectionfilm die及post bake減輕 步進式對準機 1 2 3 opticalconditionMTF Imax Imin Imax Imin 步進式對準機 1 3 Hardwaresystem 步進式對準機 1 3 1opticalaligner分類 a b contact proximityalignercmirror lensprojectionaligner近年來量產型機器大多為lensprojectiontype 代表機型如圖10所示代表廠商有ASML Canon GCA Nikon SVGL Ultratec等公司 圖10 步進式對準機 1 3 2contact proximityalinger 代表機型為CanonPLA 500series 是一種最簡單的aligner 商業上同一機器上通常可使用兩種modeM1 ovalmirrorM2 coldmirrorF1 F2 interferencefilterL fly seyelens g gapbetweenmaskandwaferinproximitymode 在contactmode下 光罩與晶片間緊密接觸 通常輔以0 05 0 3atm的真空壓力 使用400nm左右的光源 由於整片晶片無法均勻接觸 晶片各點的解析度也不均勻使用PMMA光阻 200 260nm光源 Quartzmsk 可解析到0 2umspace 但由於光罩與晶片互相接觸 有產生defect問題 光罩壽命很短 並不實用 近來已不用於量產 步進式對準機 在proximitymode下 晶片與光罩保持20 50um距離 從而避免了接觸問題 assume g W2 theregionofFresneldiffractionWmin g 在實用gap約25 50um下 可量產約5 10um的產品 步進式對準機 1 3 3Fullwafermirrorprojection reflection scanner基本上沒有上述wafer與maskcontact及gapsetting的問題 mirrorprojection沒有chromaticaberration 使用mirror對稱於圓心的一小部份slit 使其它的aberration也可minimize 使用在2 0umproduction 是64kDRAM以前最hot的型式 也有做成stepper型式者1985年起量產機型開始轉為Lensprojectionstepper 2000年起將是stepandscanstepper的天下 步進式對準機 1 3 4Lensprojection refraction stepperandstep scanstepper scanner Lensprojection主要優點是容易做成reductionlens 對光罩製作 解析度 defectdensity等有重大貢獻 商業上現有的機型主要為5X 其它尚有10X 4X 2 5X 2X下一世代將以4X為主 步進式對準機 scanner的優點是顯而易見的 對相同的fieldsize來說 lens比較小 製作較容易 由於exposurearea僅為一條slit 製作成功率較高 也可以有較高品質 在曝光時採用focusingonthefly 尚可optimizewaferflatnessissue 有效enhanceUDOF Scanner的hardware在製作以及maintain上極為複雜 主要是防震結構及stagescanningservocontrol上 步進式對準機 步進式對準機 1 3 5 Electronlithography比opticallithography更佳的resolution 在10 50keV下波長小於1angstron 對resolution而言 scattering是主要問題 此外 throughput過低 通常廣泛用於光罩製作有scanning及proximity projection兩種exposure方式 scanning又有raster及vector兩種 步進式對準機 ElectronProximityprinting Projectionprinting 步進式對準機 1 3 6 X raylithography 步進式對準機 X raymaskforX rayproximityprinting X rayprojectionprinting 5X 步進式對準機 1 3 7Ion lithography 步進式對準機 2 基本光學概要 2 1Resolution解析度 Rayeigh scriteriond 0 61 n sin 步進式對準機 NA n sin f 1 NA f Dmicro lithography特別重視patternedgeprofile 以及CD criticaldimension 的控制能力 Rayeigh scriteria考慮其他參數 如光阻製程參數後 通常寫成 Resolution k1 NA k1 kfactorforprocess Opticalsystem設計與建造從來不會完美 Rayeigh scriteria僅表示system的diffractionlimit 後面還要討論其它影響因素 aberration 步進式對準機 2 2 DOF depthoffocus 景深 DOF k2 NA 2 k2 anotherkfactorforprocess 提高NA固然提昇resolution 但須提防DOF過窄 而失去processwindow 步進式對準機 步進式對準機 2 3aberration像差 2 3 1chromaticaberration色像差 micro lithography是monochromaticsystem 不同顏色的成像皆解讀為影像的對比 chromaticaberration會劣化patternedgeprofilecontrast 解決之道 除了利用消色差設計以外 須使用單色光源 步進式對準機 2 3 2monochromaticaberration Seidelaberration Snell slawn1sin 1 n2sin 2ExpandedininfiniteTaylorseriessin 1 1 13 3 1storder用來決定focallength magnification 等等3ndorder稱為Seidelaberration 可分成5項討論 但在opticalsystem中是互相影響 不是互相獨立的項目 a Sphericalb Astigmatismc Comad Fieldcurvaturee Distortion 步進式對準機 a Sphericalaberration球面像差 造成影像對比變差 patternedgeprofile較不sharp是由於鏡面為球面造成 可用組合曲面或用拋物面鏡改善 步進式對準機 b Astigmatism像散 Objectivepoint從off axis上一點出發 離開lens時橫切面為圓形 逐漸變成主軸在sagittalplane的橢圓 一直到primaryimage聚焦成一線 之後通過leastconfusioncircle變回圓形 再逐漸變成主軸在meridionalplane的橢圓 一直到secondimage聚焦成一線 FT到FS的距離大小為像散程度大小 步進式對準機 將一車軸樣子的object成像 在不同focalplane可以見到如右圖般奇特的成像 左圖是在晶片上的實例 垂直方向有橋接 bridging 現像 水平方像則解析良好 步進式對準機 Coma慧差 Object點通過lens成像後 影像變成類似慧星形 慧核向著光軸下圖為spherical的電腦模擬 步進式對準機 d Fieldcurvature像場彎曲 廣義的像場彎曲包含imagetiltUDOF或TFD主要來自astigmatism fieldcurvature imagetilt的貢獻 步進式對準機 e Distortion 廣義的distortion尚包含Magnification 1storder TrapezoidRandom manufacturingerror Rotation 步進式對準機 2 4光的干涉干涉條件temporalcoherence時間相干 單色性 應用於interferometerspatialcoherence空間相干 光源各點發光的相位一致性partialcoherence部