Μία Επισκόπηση
Στη διαδικασία κατασκευής ολοκληρωμένων κυκλωμάτων, η φωτολιθογραφία είναι η βασική διαδικασία που καθορίζει το επίπεδο ολοκλήρωσης των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Η λειτουργία αυτής της διαδικασίας είναι η πιστή μετάδοση και μεταφορά των γραφικών πληροφοριών του κυκλώματος από τη μάσκα (ονομάζεται επίσης μάσκα) στο υπόστρωμα του υλικού ημιαγωγού.
Η βασική αρχή της διαδικασίας φωτολιθογραφίας είναι η χρήση της φωτοχημικής αντίδρασης του φωτοανθεκτικού επικαλυμμένου στην επιφάνεια του υποστρώματος για την καταγραφή του σχεδίου κυκλώματος στη μάσκα, επιτυγχάνοντας έτσι τον σκοπό της μεταφοράς του σχεδίου ολοκληρωμένου κυκλώματος από το σχέδιο στο υπόστρωμα.
Η βασική διαδικασία της φωτολιθογραφίας:
Πρώτον, εφαρμόζεται φωτοανθεκτικό στην επιφάνεια του υποστρώματος χρησιμοποιώντας μηχανή επίστρωσης.
Στη συνέχεια, χρησιμοποιείται μια μηχανή φωτολιθογραφίας για την έκθεση του υποστρώματος επικαλυμμένου με φωτοανθεκτικό και ο μηχανισμός φωτοχημικής αντίδρασης χρησιμοποιείται για την καταγραφή των πληροφοριών του σχεδίου μάσκας που μεταδίδονται από το μηχάνημα φωτολιθογραφίας, ολοκληρώνοντας τη μετάδοση πιστότητας, μεταφορά και αναπαραγωγή του σχεδίου μάσκας στο υπόστρωμα.
Τέλος, χρησιμοποιείται ένας προγραμματιστής για την ανάπτυξη του εκτεθειμένου υποστρώματος για την αφαίρεση (ή τη διατήρηση) του φωτοανθεκτικού που υφίσταται φωτοχημική αντίδραση μετά την έκθεση.
Δεύτερη διαδικασία φωτολιθογραφίας
Προκειμένου να μεταφερθεί το σχεδιασμένο σχέδιο κυκλώματος στη μάσκα στη γκοφρέτα πυριτίου, η μεταφορά πρέπει πρώτα να επιτευχθεί μέσω μιας διαδικασίας έκθεσης και, στη συνέχεια, το σχέδιο πυριτίου πρέπει να ληφθεί μέσω μιας διαδικασίας χάραξης.
Δεδομένου ότι ο φωτισμός της περιοχής της διαδικασίας φωτολιθογραφίας χρησιμοποιεί μια πηγή κίτρινου φωτός στην οποία τα φωτοευαίσθητα υλικά δεν είναι ευαίσθητα, ονομάζεται επίσης περιοχή κίτρινου φωτός.
Η φωτολιθογραφία χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά στη βιομηχανία εκτύπωσης και ήταν η κύρια τεχνολογία για την πρώιμη κατασκευή PCB. Από τη δεκαετία του 1950, η φωτολιθογραφία έγινε σταδιακά η κύρια τεχνολογία για τη μεταφορά προτύπων στην κατασκευή IC.
Οι βασικοί δείκτες της διαδικασίας λιθογραφίας περιλαμβάνουν ανάλυση, ευαισθησία, ακρίβεια επικάλυψης, ρυθμό ελαττωμάτων κ.λπ.
Το πιο κρίσιμο υλικό στη διαδικασία της φωτολιθογραφίας είναι το φωτοανθεκτικό υλικό, το οποίο είναι ένα φωτοευαίσθητο υλικό. Δεδομένου ότι η ευαισθησία του φωτοανθεκτικού εξαρτάται από το μήκος κύματος της πηγής φωτός, απαιτούνται διαφορετικά υλικά φωτοανθεκτικότητας για διαδικασίες φωτολιθογραφίας όπως γραμμή g/i, 248 nm KrF και 193 nm ArF.
Η κύρια διαδικασία μιας τυπικής διαδικασίας φωτολιθογραφίας περιλαμβάνει πέντε βήματα:
-Προετοιμασία μεμβράνης βάσης.
-Εφαρμόστε φωτοανθεκτικό και μαλακό ψήσιμο.
-Ευθυγράμμιση, έκθεση και ψήσιμο μετά την έκθεση.
-Ανάπτυξη σκληρής ταινίας.
-Ανίχνευση ανάπτυξης.
(1)Προετοιμασία μεμβράνης βάσης: κυρίως καθαρισμός και αφυδάτωση. Επειδή τυχόν ρύποι θα εξασθενίσουν την πρόσφυση μεταξύ του φωτοανθεκτικού και της γκοφρέτας, ο επιμελής καθαρισμός μπορεί να βελτιώσει την πρόσφυση μεταξύ της γκοφρέτας και της φωτοανθεκτικής ουσίας.
(2)Φωτοανθεκτικό επίχρισμα: Αυτό επιτυγχάνεται με την περιστροφή της γκοφρέτας πυριτίου. Διαφορετικά φωτοανθεκτικά απαιτούν διαφορετικές παραμέτρους διαδικασίας επίστρωσης, συμπεριλαμβανομένης της ταχύτητας περιστροφής, του πάχους του φωτοανθεκτικού και της θερμοκρασίας.
Μαλακό ψήσιμο: Το ψήσιμο μπορεί να βελτιώσει την πρόσφυση μεταξύ του φωτοανθεκτικού και της γκοφρέτας πυριτίου, καθώς και την ομοιομορφία του πάχους του φωτοανθεκτικού, που είναι ευεργετικό για τον ακριβή έλεγχο των γεωμετρικών διαστάσεων της επακόλουθης διαδικασίας χάραξης.
(3)Ευθυγράμμιση και έκθεση: Η ευθυγράμμιση και η έκθεση είναι τα πιο σημαντικά βήματα στη διαδικασία της φωτολιθογραφίας. Αναφέρονται στην ευθυγράμμιση του μοτίβου της μάσκας με το υπάρχον σχέδιο στη γκοφρέτα (ή στο μοτίβο του μπροστινού στρώματος) και στη συνέχεια στην ακτινοβόλησή του με συγκεκριμένο φως. Η φωτεινή ενέργεια ενεργοποιεί τα φωτοευαίσθητα στοιχεία στο φωτοανθεκτικό, μεταφέροντας έτσι το σχέδιο της μάσκας στο φωτοανθεκτικό.
Ο εξοπλισμός που χρησιμοποιείται για την ευθυγράμμιση και την έκθεση είναι ένα μηχάνημα φωτολιθογραφίας, το οποίο είναι το πιο ακριβό μεμονωμένο εξοπλισμό διεργασίας σε ολόκληρη τη διαδικασία κατασκευής ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Το τεχνικό επίπεδο της μηχανής φωτολιθογραφίας αντιπροσωπεύει το επίπεδο προόδου ολόκληρης της γραμμής παραγωγής.
Ψήσιμο μετά την έκθεση: αναφέρεται σε μια σύντομη διαδικασία ψησίματος μετά την έκθεση, η οποία έχει διαφορετικό αποτέλεσμα από ό,τι στα φωτοανθεκτικά βαθιάς υπεριώδους και στα συμβατικά φωτοανθεκτικά i-line.
Για φωτοανθεκτικό σε βάθος υπεριώδους ακτινοβολίας, το ψήσιμο μετά την έκθεση αφαιρεί τα προστατευτικά στοιχεία στο φωτοανθεκτικό, επιτρέποντας στο φωτοανθεκτικό να διαλυθεί στον προγραμματιστή, επομένως είναι απαραίτητο το ψήσιμο μετά την έκθεση.
Για τα συμβατικά φωτοανθεκτικά i-line, το ψήσιμο μετά την έκθεση μπορεί να βελτιώσει την πρόσφυση του φωτοανθεκτικού και να μειώσει τα στάσιμα κύματα (τα στάσιμα κύματα θα έχουν δυσμενή επίδραση στη μορφολογία των άκρων του φωτοανθεκτικού).
(4)Ανάπτυξη της σκληρής ταινίας: χρήση προγραμματιστή για να διαλύσει το διαλυτό μέρος του φωτοανθεκτικού (θετικό φωτοανθεκτικό) μετά την έκθεση και να εμφανίσει με ακρίβεια το μοτίβο της μάσκας με το μοτίβο φωτοανθεκτικού.
Οι βασικές παράμετροι της διαδικασίας ανάπτυξης περιλαμβάνουν τη θερμοκρασία και τον χρόνο ανάπτυξης, τη δόση και τη συγκέντρωση προγραμματιστή, τον καθαρισμό, κ.λπ. Προσαρμόζοντας τις σχετικές παραμέτρους στην ανάπτυξη, η διαφορά στο ρυθμό διάλυσης μεταξύ των εκτεθειμένων και των μη εκτεθειμένων μερών του φωτοανθεκτικού μπορεί να αυξηθεί. αποκτώντας το επιθυμητό αποτέλεσμα ανάπτυξης.
Η σκλήρυνση είναι επίσης γνωστή ως ψήσιμο σκλήρυνσης, η οποία είναι η διαδικασία αφαίρεσης του εναπομείναντος διαλύτη, ανάπτυξης, νερού και άλλων περιττών υπολειμματικών συστατικών στο ανεπτυγμένο φωτοανθεκτικό υλικό με θέρμανση και εξάτμιση, έτσι ώστε να βελτιωθεί η πρόσφυση του φωτοανθεκτικού στο υπόστρωμα πυριτίου και την αντίσταση χάραξης του φωτοανθεκτικού.
Η θερμοκρασία της διαδικασίας σκλήρυνσης ποικίλλει ανάλογα με τα διάφορα φωτοανθεκτικά και τις μεθόδους σκλήρυνσης. Η προϋπόθεση είναι ότι το μοτίβο φωτοανθεκτικού δεν παραμορφώνεται και το φωτοανθεκτικό πρέπει να γίνει αρκετά σκληρό.
(5)Αναπτυξιακή επιθεώρηση: Αυτό γίνεται για να ελέγξετε για ελαττώματα στο μοτίβο φωτοαντίστασης μετά την ανάπτυξη. Συνήθως, η τεχνολογία αναγνώρισης εικόνας χρησιμοποιείται για την αυτόματη σάρωση του μοτίβου του τσιπ μετά την ανάπτυξη και τη σύγκριση με το προαποθηκευμένο τυπικό μοτίβο χωρίς ελαττώματα. Εάν βρεθεί κάποια διαφορά, θεωρείται ελαττωματική.
Εάν ο αριθμός των ελαττωμάτων υπερβαίνει μια ορισμένη τιμή, η γκοφρέτα πυριτίου κρίνεται ότι απέτυχε στη δοκιμή ανάπτυξης και μπορεί να απορριφθεί ή να επεξεργαστεί εκ νέου ανάλογα με την περίπτωση.
Στη διαδικασία κατασκευής ολοκληρωμένων κυκλωμάτων, οι περισσότερες διεργασίες είναι μη αναστρέψιμες και η φωτολιθογραφία είναι μία από τις πολύ λίγες διεργασίες που μπορούν να επαναληφθούν.
Τρεις φωτομάσκες και φωτοανθεκτικά υλικά
3.1 Φωτομάσκα
Μια φωτομάσκα, γνωστή και ως μάσκα φωτολιθογραφίας, είναι μια κύρια τεχνολογία που χρησιμοποιείται στη διαδικασία φωτολιθογραφίας της κατασκευής πλακιδίων ολοκληρωμένου κυκλώματος.
Η διαδικασία κατασκευής φωτομάσκας είναι η μετατροπή των αρχικών δεδομένων διάταξης που απαιτούνται για την κατασκευή πλακιδίων που έχουν σχεδιαστεί από μηχανικούς σχεδιασμού ολοκληρωμένων κυκλωμάτων σε μορφή δεδομένων που μπορεί να αναγνωριστεί από γεννήτριες μοτίβων λέιζερ ή εξοπλισμό έκθεσης δέσμης ηλεκτρονίων μέσω της επεξεργασίας δεδομένων μάσκας, έτσι ώστε να μπορεί να εκτεθεί από τον παραπάνω εξοπλισμό στο υλικό υποστρώματος της φωτομάσκας επικαλυμμένο με φωτοευαίσθητο υλικό· Στη συνέχεια, υποβάλλεται σε επεξεργασία μέσω μιας σειράς διαδικασιών όπως η ανάπτυξη και η χάραξη για τη στερέωση του σχεδίου στο υλικό του υποστρώματος. Τέλος, επιθεωρείται, επισκευάζεται, καθαρίζεται και πλαστικοποιείται με φιλμ για να σχηματιστεί ένα προϊόν μάσκας και παραδίδεται στον κατασκευαστή του ολοκληρωμένου κυκλώματος για χρήση.
3.2 Φωτοανθεκτικό
Το φωτοανθεκτικό, γνωστό και ως φωτοανθεκτικό, είναι ένα φωτοευαίσθητο υλικό. Τα φωτοευαίσθητα συστατικά σε αυτό θα υποστούν χημικές αλλαγές υπό την ακτινοβολία φωτός, προκαλώντας έτσι αλλαγές στον ρυθμό διάλυσης. Η κύρια λειτουργία του είναι να μεταφέρει το σχέδιο στη μάσκα σε ένα υπόστρωμα όπως μια γκοφρέτα.
Αρχή λειτουργίας του φωτοανθεκτικού: Πρώτον, το φωτοανθεκτικό επικαλύπτεται στο υπόστρωμα και προψήνεται για να αφαιρεθεί ο διαλύτης.
Δεύτερον, η μάσκα εκτίθεται στο φως, με αποτέλεσμα τα φωτοευαίσθητα συστατικά στο εκτεθειμένο μέρος να υποστούν χημική αντίδραση.
Στη συνέχεια, εκτελείται ένα ψήσιμο μετά την έκθεση.
Τέλος, το φωτοανθεκτικό διαλύεται μερικώς μέσω της ανάπτυξης (για το θετικό φωτοανθεκτικό, η εκτεθειμένη περιοχή διαλύεται, για το αρνητικό φωτοανθεκτικό, η μη εκτεθειμένη περιοχή διαλύεται), πραγματοποιώντας έτσι τη μεταφορά του σχεδίου ολοκληρωμένου κυκλώματος από τη μάσκα στο υπόστρωμα.
Τα συστατικά του φωτοανθεκτικού περιλαμβάνουν κυρίως ρητίνη σχηματισμού φιλμ, φωτοευαίσθητο συστατικό, πρόσθετα ίχνους και διαλύτη.
Μεταξύ αυτών, η ρητίνη που σχηματίζει φιλμ χρησιμοποιείται για την παροχή μηχανικών ιδιοτήτων και αντοχής στη χάραξη. το φωτοευαίσθητο συστατικό υφίσταται χημικές αλλαγές υπό το φως, προκαλώντας αλλαγές στον ρυθμό διάλυσης.
Τα ίχνη πρόσθετων περιλαμβάνουν βαφές, ενισχυτικά ιξώδους κ.λπ., τα οποία χρησιμοποιούνται για τη βελτίωση της απόδοσης του φωτοανθεκτικού. χρησιμοποιούνται διαλύτες για τη διάλυση των συστατικών και την ομοιόμορφη ανάμιξή τους.
Τα φωτοανθεκτικά που χρησιμοποιούνται σήμερα μπορούν να χωριστούν σε παραδοσιακά φωτοανθεκτικά και χημικά ενισχυμένα φωτοανθεκτικά σύμφωνα με τον μηχανισμό φωτοχημικής αντίδρασης και μπορούν επίσης να χωριστούν σε υπεριώδη, βαθιά υπεριώδη, ακραία υπεριώδη, δέσμη ηλεκτρονίων, ακτίνες ιόντων και φωτοανθεκτικά ακτίνων Χ σύμφωνα με φωτοευαισθησίας μήκος κύματος.
Τέσσερις εξοπλισμός φωτολιθογραφίας
Η τεχνολογία φωτολιθογραφίας έχει περάσει από τη διαδικασία ανάπτυξης της λιθογραφίας επαφής/εγγύτητας, της λιθογραφίας οπτικής προβολής, της λιθογραφίας βήμα και επανάληψης, της λιθογραφίας σάρωσης, της λιθογραφίας εμβάπτισης και της λιθογραφίας EUV.
4.1 Μηχάνημα λιθογραφίας επαφής/εγγύτητας
Η τεχνολογία λιθογραφίας επαφής εμφανίστηκε τη δεκαετία του 1960 και χρησιμοποιήθηκε ευρέως τη δεκαετία του 1970. Ήταν η κύρια μέθοδος λιθογραφίας στην εποχή των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων μικρής κλίμακας και χρησιμοποιήθηκε κυρίως για την παραγωγή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων με μεγέθη χαρακτηριστικών άνω των 5μm.
Σε μια μηχανή λιθογραφίας επαφής/εγγύτητας, η γκοφρέτα συνήθως τοποθετείται σε μια χειροκίνητα ελεγχόμενη οριζόντια θέση και σε περιστρεφόμενο τραπέζι εργασίας. Ο χειριστής χρησιμοποιεί ένα διακριτό μικροσκόπιο πεδίου για να παρατηρήσει ταυτόχρονα τη θέση της μάσκας και της γκοφρέτας και ελέγχει χειροκίνητα τη θέση του πάγκου εργασίας για να ευθυγραμμίσει τη μάσκα και τη γκοφρέτα. Αφού ευθυγραμμιστούν η γκοφρέτα και η μάσκα, τα δύο θα πιεστούν μεταξύ τους έτσι ώστε η μάσκα να βρίσκεται σε άμεση επαφή με το φωτοανθεκτικό στην επιφάνεια της γκοφρέτας.
Μετά την αφαίρεση του αντικειμενικού μικροσκοπίου, η πιεσμένη γκοφρέτα και η μάσκα μετακινούνται στον πίνακα έκθεσης για έκθεση. Το φως που εκπέμπεται από τη λάμπα υδραργύρου ευθυγραμμίζεται και είναι παράλληλο με τη μάσκα μέσω ενός φακού. Εφόσον η μάσκα βρίσκεται σε άμεση επαφή με το φωτοανθεκτικό στρώμα στη γκοφρέτα, το σχέδιο της μάσκας μεταφέρεται στο στρώμα φωτοανθεκτικό σε αναλογία 1:1 μετά την έκθεση.
Ο εξοπλισμός λιθογραφίας επαφής είναι ο απλούστερος και πιο οικονομικός εξοπλισμός οπτικής λιθογραφίας και μπορεί να επιτύχει την έκθεση γραφικών μεγέθους χαρακτηριστικών κάτω του μικρού, επομένως εξακολουθεί να χρησιμοποιείται στην κατασκευή προϊόντων μικρής παρτίδας και στην εργαστηριακή έρευνα. Στην παραγωγή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων μεγάλης κλίμακας, η τεχνολογία λιθογραφίας εγγύτητας εισήχθη για να αποφευχθεί η αύξηση του κόστους λιθογραφίας που προκαλείται από την άμεση επαφή μεταξύ της μάσκας και της γκοφρέτας.
Η λιθογραφία εγγύτητας χρησιμοποιήθηκε ευρέως τη δεκαετία του 1970 κατά την εποχή των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων μικρής κλίμακας και την πρώιμη εποχή των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων μέσης κλίμακας. Σε αντίθεση με τη λιθογραφία επαφής, η μάσκα στη λιθογραφία εγγύτητας δεν βρίσκεται σε άμεση επαφή με το φωτοανθεκτικό στη γκοφρέτα, αλλά αφήνεται ένα κενό γεμάτο με άζωτο. Η μάσκα επιπλέει στο άζωτο και το μέγεθος του κενού μεταξύ της μάσκας και της γκοφρέτας καθορίζεται από την πίεση αζώτου.
Δεδομένου ότι δεν υπάρχει άμεση επαφή μεταξύ του πλακιδίου και της μάσκας στη λιθογραφία εγγύτητας, τα ελαττώματα που εισάγονται κατά τη διαδικασία λιθογραφίας μειώνονται, μειώνοντας έτσι την απώλεια της μάσκας και βελτιώνοντας την απόδοση του πλακιδίου. Στη λιθογραφία εγγύτητας, το κενό μεταξύ της γκοφρέτας και της μάσκας τοποθετεί τη γκοφρέτα στην περιοχή περίθλασης Fresnel. Η παρουσία περίθλασης περιορίζει την περαιτέρω βελτίωση της ανάλυσης του εξοπλισμού λιθογραφίας εγγύτητας, επομένως αυτή η τεχνολογία είναι κατάλληλη κυρίως για την παραγωγή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων με μεγέθη χαρακτηριστικών άνω των 3μm.
4.2 Stepper και Repeater
Το stepper είναι ένας από τους πιο σημαντικούς εξοπλισμούς στην ιστορία της λιθογραφίας γκοφρέτας, ο οποίος έχει προωθήσει τη διαδικασία λιθογραφίας sub-micron σε μαζική παραγωγή. Το stepper χρησιμοποιεί ένα τυπικό στατικό πεδίο έκθεσης 22 mm × 22 mm και έναν οπτικό φακό προβολής με αναλογία μείωσης 5:1 ή 4:1 για να μεταφέρει το μοτίβο στη μάσκα στη γκοφρέτα.
Το μηχάνημα λιθογραφίας βήμα-και-επανάληψης αποτελείται γενικά από ένα υποσύστημα έκθεσης, ένα υποσύστημα σταδίου τεμαχίου εργασίας, ένα υποσύστημα σταδίου μάσκας, ένα υποσύστημα εστίασης/επιπέδωσης, ένα υποσύστημα ευθυγράμμισης, ένα υποσύστημα κύριου πλαισίου, ένα υποσύστημα μεταφοράς πλακιδίων, ένα υποσύστημα μεταφοράς μάσκας , ένα ηλεκτρονικό υποσύστημα και ένα υποσύστημα λογισμικού.
Η τυπική διαδικασία εργασίας μιας μηχανής λιθογραφίας βήμα-και-επανάληψης είναι η εξής:
Πρώτον, η γκοφρέτα επικαλυμμένη με φωτοανθεκτικό μεταφέρεται στο τραπέζι του τεμαχίου εργασίας χρησιμοποιώντας το υποσύστημα μεταφοράς γκοφρέτας και η μάσκα που πρόκειται να εκτεθεί μεταφέρεται στον πίνακα μάσκας χρησιμοποιώντας το υποσύστημα μεταφοράς μάσκας.
Στη συνέχεια, το σύστημα χρησιμοποιεί το υποσύστημα εστίασης/ισοστάθμισης για να εκτελέσει μέτρηση ύψους πολλαπλών σημείων στη γκοφρέτα στη σκηνή του τεμαχίου εργασίας για να λάβει πληροφορίες όπως το ύψος και η γωνία κλίσης της επιφάνειας της πλακέτας που πρόκειται να εκτεθεί, έτσι ώστε η περιοχή έκθεσης η γκοφρέτα μπορεί πάντα να ελεγχθεί εντός του εστιακού βάθους του αντικειμενικού στόχου προβολής κατά τη διάρκεια της διαδικασίας έκθεσης.Στη συνέχεια, το σύστημα χρησιμοποιεί το υποσύστημα ευθυγράμμισης για την ευθυγράμμιση της μάσκας και της πλακέτας, έτσι ώστε κατά τη διάρκεια της διαδικασίας έκθεσης η ακρίβεια θέσης της μεταφοράς εικόνας μάσκας και μοτίβου πλακιδίων να είναι πάντα εντός των απαιτήσεων επικάλυψης.
Τέλος, η δράση βήμα και έκθεσης ολόκληρης της επιφάνειας του πλακιδίου ολοκληρώνεται σύμφωνα με την προβλεπόμενη διαδρομή για να πραγματοποιηθεί η λειτουργία μεταφοράς σχεδίου.
Το επόμενο μηχάνημα λιθογραφίας stepper και σαρωτή βασίζεται στην παραπάνω βασική διαδικασία εργασίας, βελτιώνοντας το βήμα → έκθεση σε σάρωση → έκθεση και εστίαση/ισοστάθμιση → ευθυγράμμιση → έκθεση στο μοντέλο δύο σταδίων στη μέτρηση (εστίαση/ισοστάθμιση → ευθυγράμμιση) και σάρωση έκθεση παράλληλα.
Σε σύγκριση με το μηχάνημα λιθογραφίας step-and-scan, το μηχάνημα λιθογραφίας step-and-repeat δεν χρειάζεται να επιτύχει σύγχρονη αντίστροφη σάρωση της μάσκας και της πλακέτας και δεν απαιτεί πίνακα μάσκας σάρωσης και σύστημα ελέγχου σύγχρονης σάρωσης. Επομένως, η δομή είναι σχετικά απλή, το κόστος είναι σχετικά χαμηλό και η λειτουργία είναι αξιόπιστη.
Αφού η τεχνολογία IC εισήλθε στα 0,25μm, η εφαρμογή της λιθογραφίας βήμα και επανάληψη άρχισε να μειώνεται λόγω των πλεονεκτημάτων της λιθογραφίας βήμα και σάρωσης στο μέγεθος του πεδίου έκθεσης σάρωσης και την ομοιομορφία έκθεσης. Επί του παρόντος, η πιο πρόσφατη λιθογραφία βήμα και επανάληψης που παρέχεται από τη Nikon έχει ένα στατικό οπτικό πεδίο έκθεσης τόσο μεγάλο όσο αυτό της λιθογραφίας step-and-scan και μπορεί να επεξεργαστεί περισσότερα από 200 wafers την ώρα, με εξαιρετικά υψηλή απόδοση παραγωγής. Αυτός ο τύπος μηχανής λιθογραφίας χρησιμοποιείται επί του παρόντος κυρίως για την κατασκευή μη κρίσιμων στρωμάτων IC.
4.3 Βηματικός σαρωτής
Η εφαρμογή της λιθογραφίας step-and-scan ξεκίνησε τη δεκαετία του 1990. Με τη διαμόρφωση διαφορετικών πηγών φωτός έκθεσης, η τεχνολογία step-and-scan μπορεί να υποστηρίξει διαφορετικούς κόμβους τεχνολογίας διεργασιών, από εμβάπτιση 365nm, 248nm, 193nm έως λιθογραφία EUV. Σε αντίθεση με τη λιθογραφία βήμα και επανάληψη, η έκθεση ενός πεδίου της λιθογραφίας βήμα και σάρωσης υιοθετεί δυναμική σάρωση, δηλαδή, η πλάκα μάσκας ολοκληρώνει την κίνηση σάρωσης συγχρονισμένα σε σχέση με τη γκοφρέτα. Μετά την ολοκλήρωση της τρέχουσας έκθεσης στο πεδίο, η γκοφρέτα μεταφέρεται από το στάδιο του τεμαχίου εργασίας και περνά στην επόμενη θέση πεδίου σάρωσης και η επαναλαμβανόμενη έκθεση συνεχίζεται. επαναλάβετε την έκθεση βήμα και σάρωση πολλές φορές μέχρι να εκτεθούν όλα τα πεδία ολόκληρης της βάφερ.
Διαμορφώνοντας διαφορετικούς τύπους πηγών φωτός (όπως i-line, KrF, ArF), ο βηματικός σαρωτής μπορεί να υποστηρίξει σχεδόν όλους τους τεχνολογικούς κόμβους της διαδικασίας front-end ημιαγωγών. Τυπικές διαδικασίες CMOS με βάση το πυρίτιο έχουν υιοθετήσει βηματικούς σαρωτές σε μεγάλες ποσότητες από τον κόμβο των 0,18μm. Οι μηχανές λιθογραφίας ακραίας υπεριώδους (EUV) που χρησιμοποιούνται επί του παρόντος σε κόμβους επεξεργασίας κάτω των 7 nm χρησιμοποιούν επίσης stepper-scanning. Μετά από μερική προσαρμοστική τροποποίηση, ο βηματικός σαρωτής μπορεί επίσης να υποστηρίξει την έρευνα και ανάπτυξη και παραγωγή πολλών διεργασιών που δεν βασίζονται σε πυρίτιο, όπως MEMS, συσκευές ισχύος και συσκευές RF.
Οι κύριοι κατασκευαστές μηχανών λιθογραφίας προβολής step-and-scan περιλαμβάνουν ASML (Ολλανδία), Nikon (Ιαπωνία), Canon (Ιαπωνία) και SMEE (Κίνα). Η ASML κυκλοφόρησε τη σειρά TWINSCAN μηχανών λιθογραφίας step-and-scan το 2001. Υιοθετεί μια αρχιτεκτονική συστήματος δύο σταδίων, η οποία μπορεί να βελτιώσει αποτελεσματικά τον ρυθμό εξόδου του εξοπλισμού και έχει γίνει η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη μηχανή λιθογραφίας υψηλής τεχνολογίας.
4.4 Λιθογραφία εμβάπτισης
Μπορεί να φανεί από τον τύπο Rayleigh ότι, όταν το μήκος κύματος έκθεσης παραμένει αμετάβλητο, ένας αποτελεσματικός τρόπος για περαιτέρω βελτίωση της ανάλυσης απεικόνισης είναι να αυξηθεί το αριθμητικό διάφραγμα του συστήματος απεικόνισης. Για αναλύσεις απεικόνισης κάτω από 45 nm και υψηλότερες, η μέθοδος ξηρής έκθεσης ArF δεν μπορεί πλέον να ικανοποιήσει τις απαιτήσεις (επειδή υποστηρίζει μέγιστη ανάλυση απεικόνισης 65 nm), επομένως είναι απαραίτητο να εισαχθεί μια μέθοδος λιθογραφίας εμβάπτισης. Στην παραδοσιακή τεχνολογία λιθογραφίας, το μέσο μεταξύ του φακού και του φωτοανθεκτικού είναι ο αέρας, ενώ η τεχνολογία λιθογραφίας εμβάπτισης αντικαθιστά το μέσο αέρα με υγρό (συνήθως υπερκαθαρό νερό με δείκτη διάθλασης 1,44).
Στην πραγματικότητα, η τεχνολογία λιθογραφίας εμβάπτισης χρησιμοποιεί τη μείωση του μήκους κύματος της πηγής φωτός μετά τη διέλευση του φωτός από το υγρό μέσο για τη βελτίωση της ανάλυσης και ο λόγος βράχυνσης είναι ο δείκτης διάθλασης του υγρού μέσου. Αν και το μηχάνημα λιθογραφίας εμβάπτισης είναι ένας τύπος μηχανής λιθογραφίας step-and-scan και η λύση του συστήματος εξοπλισμού του δεν έχει αλλάξει, είναι μια τροποποίηση και επέκταση του μηχανήματος λιθογραφίας ArF step-and-scan λόγω της εισαγωγής βασικών τεχνολογιών που σχετίζονται στη βύθιση.
Το πλεονέκτημα της λιθογραφίας εμβάπτισης είναι ότι, λόγω της αύξησης του αριθμητικού ανοίγματος του συστήματος, βελτιώνεται η ικανότητα ανάλυσης εικόνας της μηχανής λιθογραφίας stepper-scanner, η οποία μπορεί να καλύψει τις απαιτήσεις της διαδικασίας ανάλυσης απεικόνισης κάτω από 45 nm.
Δεδομένου ότι το μηχάνημα λιθογραφίας εμβάπτισης εξακολουθεί να χρησιμοποιεί πηγή φωτός ArF, η συνέχεια της διαδικασίας είναι εγγυημένη, εξοικονομώντας το κόστος Ε&Α της πηγής φωτός, του εξοπλισμού και της διαδικασίας. Σε αυτή τη βάση, σε συνδυασμό με πολλαπλά γραφικά και τεχνολογία υπολογιστικής λιθογραφίας, η μηχανή λιθογραφίας εμβάπτισης μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε κόμβους διεργασίας 22 nm και κάτω. Πριν η μηχανή λιθογραφίας EUV τεθεί επίσημα σε μαζική παραγωγή, η μηχανή λιθογραφίας εμβάπτισης είχε χρησιμοποιηθεί ευρέως και μπορούσε να καλύψει τις απαιτήσεις διαδικασίας του κόμβου 7 nm. Ωστόσο, λόγω της εισαγωγής του υγρού εμβάπτισης, η μηχανική δυσκολία του ίδιου του εξοπλισμού έχει αυξηθεί σημαντικά.
Οι βασικές τεχνολογίες του περιλαμβάνουν την τεχνολογία παροχής και ανάκτησης υγρού εμβάπτισης, την τεχνολογία συντήρησης πεδίου εμβάπτισης υγρού, την τεχνολογία ελέγχου ρύπανσης και ελαττωμάτων με λιθογραφία εμβάπτισης, την ανάπτυξη και συντήρηση φακών προβολής εμβάπτισης εξαιρετικά μεγάλων αριθμητικών διαφραγμάτων και τεχνολογία ανίχνευσης ποιότητας εικόνας υπό συνθήκες εμβάπτισης.
Επί του παρόντος, οι εμπορικές μηχανές λιθογραφίας ArFi step-and-scan παρέχονται κυρίως από δύο εταιρείες, την ASML της Ολλανδίας και τη Nikon της Ιαπωνίας. Μεταξύ αυτών, η τιμή ενός μόνο ASML NXT1980 Di είναι περίπου 80 εκατομμύρια ευρώ.
4.4 Μηχάνημα ακραίας υπεριώδους λιθογραφίας
Προκειμένου να βελτιωθεί η ανάλυση της φωτολιθογραφίας, το μήκος κύματος έκθεσης μειώνεται περαιτέρω μετά την υιοθέτηση της πηγής φωτός excimer και το ακραίο υπεριώδες φως με μήκος κύματος 10 έως 14 nm εισάγεται ως πηγή φωτός έκθεσης. Το μήκος κύματος του ακραίου υπεριώδους φωτός είναι εξαιρετικά μικρό και το ανακλαστικό οπτικό σύστημα που μπορεί να χρησιμοποιηθεί αποτελείται συνήθως από πολυστρωματικούς ανακλαστήρες φιλμ όπως Mo/Si ή Mo/Be.
Μεταξύ αυτών, η θεωρητική μέγιστη ανακλαστικότητα του πολυστρωματικού φιλμ Mo/Si στην περιοχή μήκους κύματος από 13,0 έως 13,5 nm είναι περίπου 70%, και η θεωρητική μέγιστη ανακλαστικότητα του πολυστρωματικού φιλμ Mo/Be σε μικρότερο μήκος κύματος 11,1 nm είναι περίπου 80%. Αν και η ανακλαστικότητα των πολυστρωματικών ανακλαστών φιλμ Mo/Be είναι υψηλότερη, το Be είναι εξαιρετικά τοξικό, επομένως η έρευνα σε τέτοια υλικά εγκαταλείφθηκε κατά την ανάπτυξη της τεχνολογίας λιθογραφίας EUV.Η τρέχουσα τεχνολογία λιθογραφίας EUV χρησιμοποιεί πολυστρωματικό φιλμ Mo/Si και το μήκος κύματος έκθεσής του προσδιορίζεται επίσης στα 13,5 nm.
Η κύρια πηγή ακραίου υπεριώδους φωτός χρησιμοποιεί τεχνολογία πλάσματος που παράγεται με λέιζερ (LPP), η οποία χρησιμοποιεί λέιζερ υψηλής έντασης για να διεγείρει το πλάσμα θερμής τήξης Sn για να εκπέμπει φως. Για μεγάλο χρονικό διάστημα, η ισχύς και η διαθεσιμότητα της πηγής φωτός ήταν τα σημεία συμφόρησης που περιορίζουν την απόδοση των μηχανών λιθογραφίας EUV. Μέσω του κύριου ενισχυτή ισχύος ταλαντωτή, της τεχνολογίας πρόβλεψης πλάσματος (PP) και της τεχνολογίας καθαρισμού καθρέφτη συλλογής in situ, η ισχύς και η σταθερότητα των πηγών φωτός EUV έχουν βελτιωθεί σημαντικά.
Το μηχάνημα λιθογραφίας EUV αποτελείται κυρίως από υποσυστήματα όπως η πηγή φωτός, ο φωτισμός, ο αντικειμενικός φακός, το στάδιο του τεμαχίου εργασίας, το στάδιο της μάσκας, η ευθυγράμμιση πλακιδίων, η εστίαση/ισοπέδωση, η μετάδοση μάσκας, η μετάδοση γκοφρέτας και το πλαίσιο κενού. Αφού περάσει μέσα από το σύστημα φωτισμού που αποτελείται από ανακλαστήρες με επικάλυψη πολλαπλών στρωμάτων, το ακραίο υπεριώδες φως ακτινοβολείται στην ανακλαστική μάσκα. Το φως που αντανακλάται από τη μάσκα εισέρχεται στο οπτικό σύστημα απεικόνισης ολικής ανάκλασης που αποτελείται από μια σειρά ανακλαστών και τελικά η ανακλώμενη εικόνα της μάσκας προβάλλεται στην επιφάνεια της γκοφρέτας σε περιβάλλον κενού.
Το οπτικό πεδίο έκθεσης και το οπτικό πεδίο απεικόνισης της μηχανής λιθογραφίας EUV είναι και τα δύο σε σχήμα τόξου και χρησιμοποιείται μια μέθοδος σάρωσης βήμα προς βήμα για την επίτευξη πλήρους έκθεσης σε πλακίδια για τη βελτίωση του ρυθμού εξόδου. Η πιο προηγμένη μηχανή λιθογραφίας EUV της σειράς NXE της ASML χρησιμοποιεί μια πηγή φωτός έκθεσης με μήκος κύματος 13,5 nm, μια ανακλαστική μάσκα (λοξή πρόσπτωση 6°), ένα σύστημα αντικειμενικού στόχου προβολής ανακλαστικής μείωσης 4x με δομή 6 κατόπτρων (NA=0,33), οπτικό πεδίο σάρωσης 26 mm × 33 mm και περιβάλλον έκθεσης σε κενό.
Σε σύγκριση με τις μηχανές λιθογραφίας εμβάπτισης, η ανάλυση μονής έκθεσης των μηχανών λιθογραφίας EUV που χρησιμοποιούν πηγές ακραίου υπεριώδους φωτός έχει βελτιωθεί σημαντικά, γεγονός που μπορεί να αποφύγει αποτελεσματικά την περίπλοκη διαδικασία που απαιτείται για τη δημιουργία γραφικών υψηλής ανάλυσης πολλαπλών φωτολιθογραφιών. Προς το παρόν, η ανάλυση μονής έκθεσης της μηχανής λιθογραφίας NXE 3400B με αριθμητικό διάφραγμα 0,33 φτάνει τα 13 nm και η ταχύτητα εξόδου φτάνει τα 125 τεμάχια/ώρα.
Προκειμένου να καλυφθούν οι ανάγκες περαιτέρω επέκτασης του νόμου του Moore, στο μέλλον, οι μηχανές λιθογραφίας EUV με αριθμητικό διάφραγμα 0,5 θα υιοθετήσουν ένα σύστημα αντικειμενικών προβολών με κεντρικό μπλοκάρισμα φωτός, χρησιμοποιώντας ασύμμετρη μεγέθυνση 0,25 φορές/0,125 φορές και Το οπτικό πεδίο έκθεσης σάρωσης θα μειωθεί από 26 m × 33 mm σε 26 mm × 16,5 mm και η ανάλυση μονής έκθεσης μπορεί να φτάσει κάτω από τα 8 nm.
—————————————————————————————————————————————— ————————————
Το Semicera μπορεί να παρέχειμέρη γραφίτη, μαλακή/άκαμπτη τσόχα, μέρη καρβιδίου του πυριτίου, Μέρη καρβιδίου του πυριτίου CVD, καιΜέρη με επικάλυψη SiC/TaCμε πλήρη διαδικασία ημιαγωγών σε 30 ημέρες.
Εάν ενδιαφέρεστε για τα παραπάνω προϊόντα ημιαγωγών,μη διστάσετε να επικοινωνήσετε μαζί μας την πρώτη φορά.
Τηλ: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Ώρα δημοσίευσης: 31-8-2024