光刻机详解

光刻机整体结构

光刻工艺通过曝光的方法将掩模上的图形转移到涂覆于硅片表面的光刻胶上，然后通过显影、刻蚀等工艺将图形转移到硅片上。

1、涂胶

要制备光刻图形，首先就得在芯片表面制备一层均匀的光刻胶。 在涂胶之前，对芯片表面进行清洗和干燥是必不可少的。

目前涂胶的主要方法有：甩胶、喷胶和气相沉积 ，但应用最广泛的还是甩胶。甩胶是利用芯片的高速旋转，将多余的胶甩出去，而在芯片上留下一层均匀的胶层，通常这种方法可以获得优于+2%的均匀性（边缘除外）。胶层厚度和转速、时间、胶的特性都有关系，此外旋转时产生的气流也会有一定的影响。

甩胶的主要缺陷有：气泡、彗星（胶层上存在的一些颗粒）、条纹、边缘效应等，其中边缘效应对于小片和不规则片尤为明显。

光刻机的涂胶

2、紫外光刻

目前占光刻技术主导地位的仍然是紫外光刻。按波长可分为紫外、深紫外和极紫外光刻。

按曝光方式可分为接触/接近式光刻和投影式光刻。接触/接近式光刻通常采用汞灯产生的365~436nm的紫外波段，而投影式光刻通常采用准分子激光器产生的深紫外（248nm）和极紫外光（193nm  和157nm）。

2.1 接触/接近式光刻

接触/接近式光刻是发展最早，也是最常见的曝光方式。它采用1：1方式复印掩膜版上的图形，这类光刻机结构简单，价格便宜，发展也较成熟，缺点是分辨率不高，通常最高可达1um  左右。此外由于掩膜版直接和光刻胶接触，会造成掩膜版的沾污。

2.2 投影式光刻

投影式光刻机在现代光刻中占主要地位，据调查显示，投影式光刻机约占整个光刻设备市 场份额的 70%以上。其主要优点是分辨率高，不沾污掩膜版，重复性好，但结构复杂，价格昂贵。投影式光刻机又分为扫描式和步进式，扫描式采用 1：1 光学镜头，由于扫描投影分辨率不高， 因此 80 年代中期后就逐步被步进投影光刻机所取代。步进投影光刻机采用缩小投影镜头，一般有 4：1.5,1.10:1 等。

投影式曝光技术

3、粒子束光刻

由于光学光刻受分辨率限制，要得到分辨率更高的图形只能求助于粒子束光刻，因此有人预言21世纪将是粒子束光刻的世纪。常见的粒子束光刻主要有X射线、电子束和离子束光刻。