投影式光刻机 Projection Photoetching Machines

投影式光刻机一般采用步进-扫描式曝光。光源并不是一次把整个掩模上的图形投影在晶圆上，曝光系统通过一个狭缝式曝光带（slit）照射在掩模上，如1（a）所示。载有掩模的工件台在狭缝下沿着一个方向移动，等价于曝光系统对掩模做了扫描，如图1（b）所示。与掩模的扫描同步，晶圆沿相反的方向以1/4的速度移动。现代光刻机中，掩模扫描的速度可以高达2400mm/s，对应的晶圆移动速度是600mm/s。较高的扫描速度可以缩短曝光时间，从而提高光刻机的产能。

（d）掩模狭缝投影成像原理

图1 步进-扫描式光刻机曝光方式示意图

曝光扫描结束后，曝光系统步进式移动到下一个位置。图1（c）是步进和扫描运动的示意图。为了尽量减少晶圆等待曝光时间，步进移动一般是按照一个蛇形路径进行的。完成一次扫描以后，曝光系统并不复位，而是在下一位置反方向扫描。目前先进光刻机都是步进-扫描的，简称“scanner”。光刻机的供应商主要有荷兰的ASML，日本的Nike与Canon。

先进步进-扫描式光刻机所能支持的最大曝光区域面积是26mm*33mm；步进式光刻机的曝光区域只有22mm*22mm。然后，实际芯片可能小于这个尺寸，光刻机的曝光区域必须能够随之调整。也可以把几个不同的版图放在同一张掩模板上，这样一个曝光区域中就可以有几个不同的器件设计，最终制备成几个不同功能的芯片，如图3.3所示。这里有几个概念特别澄清一下：

1)网格，按照曝光区域把晶圆表面分成若干大小相同的矩形区域的网格；

2)每一个网格内的区域被称为一个单元；

3)每一个单元里有一个曝光区域，曝光区域的面积比单元略小一些。每一次曝光又称为一个“shot”[1] 。

大规模集成电路的生产要求是大批量，这样才能降低成本。掩模对准式不能适应这一需要，因而很快就被投影式曝光取代。投影曝光分为1:1投影式曝光与缩小投影曝光。1:1投影曝光通过光学成像的方法将掩模图形投影到硅片表面，图像质量完全取决于光学成像系统，与掩模到硅片之间的距离无关。这样就克服了前面提到的接近曝光中光学成像不一致的特点[2]。

参考文献：

[1]《超大规模集成电路先进光刻理论与应用》，韦亚一著，科学出版社，2016年，79-81；

[2]《微纳米加工技术及其应用》，崔铮著，高等教育出版社，2013年，20-21；

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