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半导体 第十讲 光刻技术!
发布于 2025-09-28 08:17 阅读()
设计者要构筑一个芯片的高层次模型以进行功能检验,并得到其性能评估。然后设计者应用客户端设计所需的软件,把预先已设计好的电路块(单元)组装为芯片
最后,从实际版图出发进行再次的模拟。若不符合技术规范,需要继续修改设计直至达到要求。
上列过程的一部分或全部可以自动执行。在CAD系统中,可输入要实现的功能的高层次描述和一个包含设计规则的文件。程序将产生芯片的版图以及其性能评估。
设计图分成多个信息层。每一层是一张某一薄膜在制成的IC上的布局图。通常这些层被复制成为掩模,一旦掩模制成了,可用一束光线通过它在圆片上曝光而形成图形
光照在光敏的材料上,然后这种材料被显影,K8凯发官方网站以再次构成原先的此层图形。掩模的生产工艺类似于圆片上的光刻。光学光刻和电子束光刻都可用于掩模制造
制造中用的大多数母版是150mm的正方形,然而为适应不久将来对大面积微处理器芯片的需要,预期会增大到225mm。
掩模制作在不同(bùtónɡ)类型的石英玻璃上。版的最重要的性能包括:曝光波长下的高透光度,小的热膨胀系数和平坦的精细抛光面(可减小光散射)
在玻璃的一面有形成图形的不透光层。大多数掩模的不透光层是铬层。掩模上形成图形后,图形可通过与数据库对比检查而得到确认。任何不希望有的铬可用激光烧化剥落
铬层的针孔可用额外的淀积来修理。这是一个关键的工序,因为掩模会用于在成千上万圆片上形成图形。版上的任何一缺陷,只要大到能够被复制,就会存在于用这块版的每一圆片上
一个典型的硅工艺包括15~20块不同的掩模,对于某些BiCMOS工艺,可以多到28块
存储器制造商应当要求(yāoqiú)对成千上万圆片上超过10亿个的晶体管的关键特征尺寸有严格的控制
图形投影在圆片表面上,圆片表面涂上一薄层称为光刻胶(photoresist)的光敏材料
曝光工具在圆片表面产生掩模图形,它的设计和工作是光学系统设计的主要问题。
一旦辐照的图形被光刻胶吸收和图形被显影时,化学过程就发生了。通过掩模上分离线条的光线形成照射(zhàoshè)圆片表面的辐照图形,它也称为掩模的实像。
应用可见光、紫外光(UV)、深紫外光(DUV)或极深紫外光(EUV)作曝光光源
灯包括两个密封在石英外壳内的导电电极——一个针尖电极和一个圆形电极,其间距为5mm左右。K8凯发官方网站大多数弧光灯包含汞蒸气,灯处于冷却状态时压力接近1个大气压
为了点燃弧光灯,在电极间加一个高压电脉冲,此脉冲电压要能电离气体。通常的冲击电压是几千伏。管内部分离化气体、电子和高能中性粒子的混合物称为等离子体
大多数弧光灯的供电(ɡònɡdiàn)电源也包括一个升压电源,典型的为一个充电到几百伏的电容器,它保证放电后瞬间等离子体的稳定性
典型的光刻弧光灯的电力消耗为500~1000W。发射光功率略小于它的一半
这个能量超过了石英玻璃外壳的禁带宽度,大多数发射光在离开灯外壳前将被吸收
高能发射会在灯装置中产生臭氧,灯的制造商有时会添加一些杂质(zázhì)到石英玻璃中,以增强吸收
与高能电子的碰撞,推动汞原子的电子进入能带的高能态。当它们回到低能态时,它们发射出光的波长相应于其能量跃迁
为将弧光灯的使用扩展到更深的紫外区,可用氙作为填充气体。氙(Xe)在290nm有强线nm有很弱的线
工作时,高能汞离子轰击负电极。它们通过称为(chēnɡwéi)溅射(spu~efing)的物理过程,打出少量的电极材料
一些溅射出的电极材料涂敷在石英玻璃壳的内壁。而且,灯内壁表面的高温会使石英玻璃慢慢失透,留下白雾状形貌
溅射与失透结合一起减弱了输出强度。附加的吸收能量使灯外壳更热。最后,灯常常由于爆裂而失效,这会严重损坏对准光学系统
波长选择是用一组滤波器完成的。一般用一个(yīɡè)冷镜去吸收灯的红外辐照。这样可避免不希望的曝光和对下游元件的加热。波长选择可通过使用光学陷波滤波器或高通、低通滤波器的系列组合而达到
大多数弧光灯在近紫外和可见光波长是有效的辐照源,在深紫外范围效率不高。准分子激光器在光谱的这一部分是最亮的光源。
大多数近代的准分子激光,是包含两种或更多元素的高压混合物。这些元素在基态不会起反应。但是,如果一种或两者被激发了,化学反应就将进行。
多数准分子中,一种原始化合物是卤素或含卤素的化合物如NF3,而另一种是惰性气体。一个(yīɡè)通常的例子是XeCl,导致产生激光的反应是:
激发的分子发射深紫外光,回到基态时马上就分解了。如果加足够的能量保持大量惰性气体处于激发状态,激光发射将继续进行
掩模铬面朝下,放在显微镜物镜下的框架内。微调螺丝用于相对于掩模移动圆片。
一旦圆片与掩模对准,两者被互相夹紧,显微镜物镜移开,圆片/掩模组合(zǔhé)送入曝光台。高强度灯辐照曝光圆片。曝光后,载片器回到观察台,取出圆片
接触光刻机一般限用于能容忍较高缺陷水平的器件研究(yánjiū)或其他应用方面
为了避免产生缺陷,发展了接近式光刻。在这种类型的曝光工具中,掩模浮在圆片表面,一般在一层氮气气垫上。圆片与掩模的间隙受进入的氮气流控制。通常间隔为10—50μm。因为圆片与掩模间不存在任何(设计的)接触,产生的缺陷大大减少
投影光刻机是为了得到接触式光刻的高分辨率,而又不会(bù huì)产生缺陷
k是一个常数,决定于光刻胶区分光强少量变化的能力(一般k为0.75量级)。NA为0.6,365nm光源的对准机可以形成0.4μm的图形
沿整个200mm圆片保持聚焦深度是困难的,因为除非做了某种平面化处理,单是圆片形貌高差会大到2m
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