Nanonex納米壓印光刻機工作原理和組成

　　

　　Nanonex納米壓印光刻機通過一系列的光源能量、形狀控制手段，將光束透射過畫著線路圖的掩模，經物鏡補償各種光學誤差，將線路圖成比例縮小后映射到硅片上，不同光刻機的成像比例不同，有5:1，也有4:1。然后使用化學方法顯影，得到刻在硅片上的電路圖（即芯片）。

　　

　　一般的光刻工藝要經歷硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻膠、軟烘、對準曝光、后烘、顯影、硬烘、激光刻蝕等工序。經過一次光刻的芯片可以繼續涂膠、曝光。越復雜的芯片，線路圖的層數越多，也需要更精密的曝光控制過程。現在的芯片有30多層。

　　

　　提高光刻機性能的關鍵技術

　　

　　Nanonex納米壓印光刻機將圖形從掩模上復制到硅片上的若干參數決定了其主要性能。目前行業內被普遍接受的光刻機三大性能參數是光刻分辨率、套刻精度和產率。近年來，提高光刻機性能的新技術不斷涌現，光刻分辨率和套刻精度的提高推動光刻技術步入更小的節點，產率的提高為廠商帶來更高的經濟利益。

　　

　　1、雙工件臺技術

　　

　　隨著特征尺寸的減小且投影物鏡數值孔徑的增大，光刻面臨焦深不斷減小的挑戰。為了滿足越來越苛刻的成像質量要求，對光刻機的調焦調平和對準精度將提出更高的要求。與此同時，廠商希望光刻機的產率不斷提高。然而，調焦調平和對準精度的提高是以花費更多的測量時間為代價的。在單工件臺系統中，硅片的上片、對準、調焦調平、曝光、下片是依次進行的，增加測量時間必然會降低光刻產率。為此，人們提出了雙工件臺技術，一個工件臺上的硅片進行曝光的同時，另一個工件臺上的硅片可以進行上片、對準、調焦調平、下片等操作。

　　

　　兩個工件臺分別處于測量位置和曝光位置，同時獨立工作，每個硅片在一個工件臺上完成所有的操作。當兩個工件臺上的硅片分別完成了測量和曝光，將兩個工件臺交換位置和任務。

　　

　　2、偏振照明技術

　　

　　分析大數值孔徑光刻系統的成像質量問題時，照明光的偏振態不可忽視。離軸照明方式結合偏振光照明設置可以對各種不同的圖形實現高對比度成像。在數值孔徑大于0．8的光刻機中，應該使用成像對比度較高的偏振光照。另外，使用偏振光照明可以獲得更好的光刻工藝窗口和更低的掩模誤差增強因子。

　　

　　當使用偏振光照明時，光刻機的照明系統中存在諸多機制如光學材料的本征雙折射及應力雙折射、光學薄膜的偏振特性等影響著光的偏振態。為了保持成像光束較高的偏振度，需要整個照明系統進行偏振控制。

　　

　　3、大數值孔徑投影物鏡

　　

　　投影物鏡是光刻機中昂貴復雜的部件之一，提高光刻機分辨率的關鍵是增大投影物鏡的數值孔徑。隨著光刻分辨率和套刻精度的提高，投影物鏡的像差和雜散光對成像質量的影響越來越突出。浸沒式物鏡的軸向像差，如球差和場曲較干式物鏡增大了n倍（n為浸沒液體的折射率)。

　　

　　在引入偏振光照明后，投影物鏡的偏振控制性能變得更加重要。在數值孔徑不斷增大的情況，如何保持視場大小及偏振控制性的能，并嚴格控制像差和雜散光，是設計投影物鏡面臨的難題。

　　

　　傳統光刻機的投影物鏡多采用全折射式設計方案，即物鏡全部由旋轉對準裝校的透射光學元件組成。其優點是結構相對簡單，易于加工與裝校，局部雜散光較少。然而，大數值孔徑全折射式物鏡的設計非常困難。

　　

　　為了校正場曲，必須使用大尺寸的正透鏡和小尺寸的負透鏡以滿足佩茨瓦爾條件，即投影物鏡各光學表面的佩茨瓦爾數為零。透鏡尺寸的增加將消耗更多的透鏡材料，大大提高物鏡的成本；而小尺寸的負透鏡使控制像差困難重重。

　　

　　為了實現更大的數值孔徑，近年來設計者普遍采用折反式設計方案。折反式投影物鏡由透鏡和反射鏡組成。反射鏡的佩茨瓦爾數為負，不再依靠增加正透鏡的尺寸來滿足佩茨瓦爾條件，使投影物鏡在一定尺寸范圍內獲得更大的數值孔徑成為可能。折反式投影物鏡主要有多軸和單軸兩種設計方案。