Еден преглед
Во процесот на производство на интегрирани кола, фотолитографијата е основниот процес кој го одредува нивото на интеграција на интегрираните кола. Функцијата на овој процес е верно да ги пренесе и пренесе графичките информации на колото од маската (исто така наречена маска) на подлогата од полупроводнички материјал.
Основниот принцип на процесот на фотолитографија е да се искористи фотохемиската реакција на фоторезистот обложен на површината на подлогата за снимање на шемата на колото на маската, а со тоа да се постигне целта за пренесување на шемата на интегрираното коло од дизајнот на подлогата.
Основниот процес на фотолитографија:
Прво, фоторезист се нанесува на површината на подлогата со помош на машина за обложување;
Потоа, машината за фотолитографија се користи за изложување на подлогата обложена со фоторезист, а механизмот за фотохемиска реакција се користи за снимање на информациите за моделот на маската што ги пренесува фотолитографијата, завршувајќи го преносот на верност, преносот и репликацијата на шаблонот на маската на подлогата;
Конечно, развивач се користи за развивање на изложената подлога за отстранување (или задржување) на фоторезистот што подлежи на фотохемиска реакција по експозицијата.
Втор процес на фотолитографија
За да се пренесе дизајнираната шема на коло на маската на силиконската обланда, преносот прво мора да се постигне преку процес на експозиција, а потоа силиконската шема мора да се добие преку процес на офорт.
Бидејќи осветлувањето на областа на процесот на фотолитографија користи жолт извор на светлина на кој фотосензитивните материјали се нечувствителни, тоа се нарекува и област на жолта светлина.
Фотолитографијата првпат се користеше во печатарската индустрија и беше главната технологија за рано производство на ПХБ. Од 1950-тите, фотолитографијата постепено стана мејнстрим технологија за пренос на шаблони во производството на IC.
Клучните показатели за процесот на литографија вклучуваат резолуција, чувствителност, точност на преклопување, стапка на дефекти итн.
Најкритичен материјал во процесот на фотолитографија е фоторезистот, кој е фотосензитивен материјал. Бидејќи чувствителноста на фоторезистот зависи од брановата должина на изворот на светлина, потребни се различни материјали за фотоотпорност за фотолитографските процеси како g/i линија, 248nm KrF и 193nm ArF.
Главниот процес на типичен процес на фотолитографија вклучува пет чекори:
-Подготовка на основен филм;
-Нанесете фоторезист и меко печење;
-Порамнување, експозиција и печење после експозиција;
-Развијте тврд филм;
-Откривање на развој.
(1)Подготовка на основен филм: главно чистење и дехидрација. Бидејќи сите загадувачи ќе ја ослабат адхезијата помеѓу фоторезистот и нафората, темелното чистење може да ја подобри адхезијата помеѓу обландата и фоторезистот.
(2)Фоторезист слој: Ова се постигнува со ротирање на силиконската обланда. Различни фоторезисти бараат различни параметри на процесот на обложување, вклучувајќи ја брзината на ротација, дебелината на фоторезистот и температурата.
Меко печење: Печењето може да ја подобри адхезијата помеѓу фоторезистот и силиконската обланда, како и униформноста на дебелината на фоторезистот, што е корисно за прецизна контрола на геометриските димензии на последователниот процес на офорт.
(3)Усогласување и изложеност: Порамнувањето и изложувањето се најважните чекори во процесот на фотолитографија. Тие се однесуваат на усогласување на шаблонот на маската со постоечката шема на обландата (или шаблонот на предниот слој), а потоа зрачењето со специфична светлина. Светлосната енергија ги активира фотосензитивните компоненти во фоторезистот, а со тоа ја пренесува шемата на маската на фоторезистот.
Опремата што се користи за усогласување и изложување е фотолитографска машина, која е најскапата поединечна процесна опрема во целиот процес на производство на интегрирано коло. Техничкото ниво на фотолитографската машина го претставува нивото на напредување на целата производна линија.
Печење после експозиција: се однесува на краток процес на печење по експозицијата, кој има различен ефект отколку кај длабоките ултравиолетови фоторезисти и конвенционалните фоторезисти на i-line.
За длабок ултравиолетовиот фоторезист, печењето после експозиција ги отстранува заштитните компоненти во фоторезистот, дозволувајќи му на фоторезистот да се раствори во развивачот, па затоа е неопходно печење после експозиција;
За конвенционалните фоторезисти на i-line, печењето после експозиција може да ја подобри адхезијата на фоторезистот и да ги намали стоечките бранови (стоечките бранови ќе имаат негативен ефект врз морфологијата на рабовите на фоторезистот).
(4)Развивање на тврдиот филм: користење на развивач за растворање на растворливиот дел од фоторезистот (позитивен фоторезист) по експозицијата и прецизно прикажување на шаблонот на маската со шаблонот за фоторезист.
Клучните параметри на процесот на развој вклучуваат температура и време на развој, дозирање и концентрација на развивачот, чистење итн. добивање на посакуваниот развоен ефект.
Стврднувањето е познато и како печење со стврднување, што е процес на отстранување на преостанатиот растворувач, развивач, вода и други непотребни преостанати компоненти во развиениот фотоотпор со нивно загревање и испарување, за да се подобри адхезијата на фоторезистот на силициумската подлога и отпорноста на офорт на фоторезистот.
Температурата на процесот на стврднување варира во зависност од различните фоторезисти и методите на стврднување. Премисата е дека моделот на фоторезист не се деформира и фоторезистот треба да се направи доволно цврст.
(5)Развојна инспекција: Ова е за да се провери дали има дефекти во моделот на фоторезист по развојот. Вообичаено, технологијата за препознавање слика се користи за автоматско скенирање на шемата на чипот по развојот и споредување со претходно складираната стандардна шема без дефекти. Доколку се најде разлика, се смета дека е неисправна.
Ако бројот на дефекти надмине одредена вредност, се оценува дека силиконската обланда не успеала на тестот за развој и може да биде отстранета или преработена како што е соодветно.
Во процесот на производство на интегрирани кола, повеќето процеси се неповратни, а фотолитографијата е еден од ретките процеси што може да се преработи.
Три фотомаски и фоторезист материјали
3.1 Фотомаска
Фотомаска, позната и како фотолитографска маска, е мајстор што се користи во процесот на фотолитографија за производство на нафора со интегрирано коло.
Процесот на производство на фотомаски е да се конвертираат оригиналните податоци за распоредот потребни за производство на нафора дизајнирани од инженери за дизајн на интегрирани кола во формат на податоци што може да се препознае од генератори на ласерски шаблони или опрема за изложување на електронски сноп преку обработка на податоци со маска, за да може да се изложи со горенаведената опрема на материјалот на подлогата за фотомаска обложена со фотосензитивен материјал; потоа се обработува низ низа процеси како што се развој и офорт за фиксирање на шаблонот на материјалот на подлогата; конечно, се проверува, се поправа, чисти и се ламинира за да се формира производ за маска и се доставува до производителот на интегрално коло за употреба.
3.2 Фоторезист
Фоторезистот, познат и како фоторезист, е фотосензитивен материјал. Фотосензитивните компоненти во него ќе претрпат хемиски промени под зрачењето на светлината, а со тоа ќе предизвикаат промени во стапката на растворање. Неговата главна функција е да ја пренесе шемата на маската на подлога како нафора.
Принцип на работа на фоторезистот: Прво, фоторезистот се обложува на подлогата и претходно се пече за да се отстрани растворувачот;
Второ, маската е изложена на светлина, предизвикувајќи фотосензитивните компоненти во изложениот дел да подлежат на хемиска реакција;
Потоа, се врши печење по експозиција;
Конечно, фоторезистот делумно се раствора преку развојот (за позитивен фоторезист, изложената област се раствора; за негативен фоторезист, неизложената област се раствора), со што се реализира преносот на шемата на интегрираното коло од маската до подлогата.
Компонентите на фоторезистот главно вклучуваат смола што формира филм, фотосензитивна компонента, адитиви во трагови и растворувач.
Меѓу нив, смолата што формира филм се користи за да обезбеди механички својства и отпорност на офорт; фотосензитивната компонента подлежи на хемиски промени под светлина, предизвикувајќи промени во стапката на растворање;
Адитиви во трагови вклучуваат бои, засилувачи на вискозност итн., кои се користат за подобрување на перформансите на фоторезистот; се користат растворувачи за растворање на компонентите и рамномерно мешање.
Фоторезистите кои моментално се во широка употреба можат да се поделат на традиционални фоторезисти и хемиски засилени фоторезисти според механизмот на фотохемиска реакција, а исто така може да се поделат на ултравиолетови, длабоки ултравиолетови, екстремни ултравиолетови, електронски зрак, јонски зрак и фоторезисти на рендген според фотосензитивност бранова должина.
Четири фотолитографски апарати
Технологијата на фотолитографија помина низ развојниот процес на контактна/блиска литографија, оптичка проекција литографија, чекор-и-повторлива литографија, скенирана литографија, потопна литографија и EUV литографија.
4.1 Контакт/блиска машина за литографија
Технологијата за контактна литографија се појави во 1960-тите и беше широко користена во 1970-тите. Тоа беше главниот метод на литографија во ерата на мали интегрирани кола и главно се користеше за производство на интегрирани кола со големини на карактеристики поголеми од 5μm.
Во машина за контакт/блиска литографија, обландата обично се поставува на рачно контролирана хоризонтална положба и ротирачка работна маса. Операторот користи дискретен теренски микроскоп за истовремено да ја набљудува положбата на маската и нафората и рачно ја контролира положбата на работната маса за да ги усогласи маската и обландата. Откако обландата и маската ќе се порамнат, двете ќе се притиснат заедно така што маската е во директен контакт со фоторезистот на површината на обландата.
По отстранувањето на објективот на микроскопот, притиснатата обланда и маската се преместуваат на масата за експозиција за изложување. Светлината што ја емитува жива светилка е усогласена и паралелна со маската преку леќа. Бидејќи маската е во директен контакт со фотоотпорниот слој на обландата, шаблонот на маската се пренесува на слојот на фоторезист во сооднос 1:1 по експозицијата.
Опремата за контактна литографија е наједноставната и најекономична опрема за оптичка литографија и може да постигне изложеност на графика со големина на подмикрона, така што сè уште се користи во производството на производи во мали серии и лабораториски истражувања. Во производството на интегрирани кола во големи размери, технологијата за литографија на близина беше воведена за да се избегне зголемувањето на трошоците за литографија предизвикани од директен контакт помеѓу маската и нафората.
Литографијата на близина беше широко користена во 1970-тите за време на ерата на мали интегрирани кола и раната ера на средните интегрирани кола. За разлика од контактната литографија, маската во блиската литографија не е во директен контакт со фоторезистот на нафората, туку се остава празнина исполнета со азот. Маската плови на азот, а големината на јазот помеѓу маската и нафората се одредува со притисокот на азот.
Бидејќи нема директен контакт помеѓу обландата и маската во блиската литографија, дефектите воведени во текот на процесот на литографија се намалуваат, а со тоа се намалува губењето на маската и се подобрува приносот на нафората. Во литографијата на близина, јазот помеѓу обландата и маската ја става нафората во регионот на дифракција на Френел. Присуството на дифракција го ограничува понатамошното подобрување на резолуцијата на опремата за литографска близина, така што оваа технологија е главно погодна за производство на интегрирани кола со големини на карактеристики над 3μm.
4.2 Степер и повторувач
Степерот е една од најважните опрема во историјата на литографијата на нафора, која го промовираше процесот на подмикронска литографија во масовно производство. Степерот користи типично статичко поле на експозиција од 22 mm × 22 mm и оптичка проекција леќа со сооднос на намалување од 5:1 или 4:1 за да ја пренесе шемата на маската на нафората.
Машината за литографија со чекор и повторување генерално е составена од потсистем за експозиција, потсистем на фаза на работното парче, потсистем за фаза на маска, потсистем за фокусирање/нивелирање, потсистем за порамнување, потсистем за главна рамка, потсистем за пренос на нафора, потсистем за пренос на маска , електронски потсистем и софтверски потсистем.
Типичниот работен процес на машината за литографија со чекор и повторување е како што следува:
Прво, обландата обложена со фоторезист се пренесува на масата за обработување со користење на потсистемот за пренос на нафора, а маската што треба да се изложи се пренесува на масата за маска со користење на потсистемот за пренос на маска;
Потоа, системот го користи потсистемот за фокусирање/нивелирање за да изврши мерење на висината во повеќе точки на обландата на сцената на работното парче за да добие информации како висината и аголот на наклон на површината на обландата што треба да се изложи, така што областа на изложеност на нафората секогаш може да се контролира во рамките на фокусната длабочина на целта на проекцијата за време на процесот на изложување;Последователно, системот го користи потсистемот за порамнување за да ги усогласи маската и обландата, така што за време на процесот на експозиција, точноста на положбата на сликата на маската и преносот на шемата на нафора е секогаш во рамките на барањата за преклопување.
Конечно, дејството на чекор и експозиција на целата површина на обландата е завршено според пропишаната патека за да се реализира функцијата за пренос на шаблон.
Понатамошната машина за литографија со степер и скенер се заснова на горенаведениот основен работен процес, подобрувајќи го чекорот → изложеноста на скенирање → експозицијата и фокусирањето/нивелирањето → порамнувањето → изложеноста на моделот со двостепена фаза на мерење (фокусирање/нивелирање → порамнување) и скенирање изложеност паралелно.
Во споредба со машината за литографија со чекор и скенирање, машината за литографија со чекор и повторување нема потреба да постигнува синхроно обратно скенирање на маската и нафората и не бара табела за маска за скенирање и систем за контрола на синхрони скенирање. Затоа, структурата е релативно едноставна, цената е релативно ниска, а операцијата е сигурна.
Откако IC технологијата влезе во 0,25μm, примената на литографијата со чекор и повторување почна да опаѓа поради предностите на литографијата со чекор и скенирање во скенирањето на големината на полето на експозиција и униформноста на експозицијата. Во моментов, најновата литографија со чекор-и-повторување обезбедена од Nikon има статичко видно поле на експозиција исто толку големо како она на литографијата за чекори и скенирање и може да обработи повеќе од 200 наполитанки на час, со исклучително висока производствена ефикасност. Овој тип на машина за литографија моментално главно се користи за производство на некритични IC слоеви.
4.3 Степер скенер
Примената на литографијата со чекор и скенирање започна во 1990-тите. Со конфигурирање на различни извори на светлина на изложеност, технологијата за чекор-и-скенирање може да поддржува различни процесни технолошки јазли, од 365nm, 248nm, 193nm потопување до EUV литографија. За разлика од литографијата со чекор и повторување, експозицијата со едно поле на литографијата чекор и скенирање прифаќа динамично скенирање, односно плочата за маска го комплетира движењето на скенирањето синхроно во однос на нафората; по завршувањето на тековната експозиција на теренот, нафората се носи од фазата на работното парче и се стапнува на следната позиција на полето за скенирање и продолжува повторената изложеност; повторете ја експозицијата со чекор и скенирање повеќе пати додека не се изложат сите полиња од целата обланда.
Со конфигурирање на различни видови извори на светлина (како што се i-line, KrF, ArF), степер-скенерот може да ги поддржи речиси сите технолошки јазли на процесот на предниот дел на полупроводниците. Типичните CMOS процеси базирани на силикон имаат усвоено степер-скенери во големи количини од јазолот 0,18μm; екстремните ултравиолетови (EUV) машини за литографија што моментално се користат во процесни јазли под 7 nm, исто така, користат степер-скенирање. По делумна адаптивна модификација, степер-скенерот исто така може да поддржува истражување и развој и производство на многу процеси кои не се базирани на силикон, како што се MEMS, уреди за напојување и RF уреди.
Главните производители на машини за проекција на литографија со чекор и скенирање се ASML (Холандија), Nikon (Јапонија), Canon (Јапонија) и SMEE (Кина). ASML ја лансираше серијата TWINSCAN на машини за литографија со чекори и скенирање во 2001 година. Усвојува двостепена системска архитектура, која може ефективно да ја подобри брзината на излезот на опремата и стана најшироко користена машина за литографија со висока класа.
4.4 Потопна литографија
Од формулата Рејли може да се види дека, кога брановата должина на експозицијата останува непроменета, ефективен начин за дополнително подобрување на резолуцијата на сликата е да се зголеми нумеричката бленда на системот за сликање. За резолуции на слики под 45 nm и повисоки, методот на суво изложување ArF повеќе не може да ги исполни барањата (бидејќи поддржува максимална резолуција на слика од 65 nm), па затоа е неопходно да се воведе метод на потопување литографија. Во традиционалната литографија технологија, медиумот помеѓу објективот и фоторезистот е воздухот, додека технологијата на потопна литографија го заменува воздушниот медиум со течност (обично ултрачиста вода со индекс на рефракција од 1,44).
Всушност, технологијата за потопување литографија користи скратување на брановата должина на изворот на светлина откако светлината поминува низ течниот медиум за да ја подобри резолуцијата, а односот на скратување е индексот на прекршување на течниот медиум. Иако машината за потопување литографија е тип на машина за литографија со чекор и скенирање, а нејзиното системско решение за опремата не е променето, таа е модификација и проширување на машината за чекор-и-скенирање на литографија ArF поради воведувањето на клучните технологии поврзани до потопување.
Предноста на потопната литографија е тоа што, поради зголемувањето на нумеричката решетка на системот, способноста за резолуција на слики на машината за литографија со степер-скенер е подобрена, што може да ги исполни барањата на процесот за резолуција на слика под 45 nm.
Бидејќи машината за потопна литографија сè уште користи ArF извор на светлина, континуитетот на процесот е загарантиран, заштедувајќи ги трошоците за истражување и развој на изворот на светлина, опремата и процесот. Врз основа на ова, во комбинација со повеќекратна графичка и компјутерска технологија литографија, машината за потопување литографија може да се користи на процесни јазли од 22 nm и подолу. Пред официјалното пуштање во масовно производство на машината за литографија EUV, машината за потопување литографија беше широко користена и можеше да ги исполни барањата за процесот на јазолот 7 nm. Сепак, поради воведувањето на течност за потопување, инженерската тешкотија на самата опрема значително се зголеми.
Нејзините клучни технологии вклучуваат технологија за снабдување и обновување на течност со потопување, технологија за одржување на поле со потопна течност, технологија за контрола на загадување со литографија и дефекти со потопување, развој и одржување на леќи за проекција со потопување со ултра голема нумеричка бленда и технологија за откривање квалитет на слика во услови на потопување.
Во моментов, комерцијалните ArFi машини за чекор-и-скенирање литографија главно се обезбедени од две компании, имено ASML од Холандија и Nikon од Јапонија. Меѓу нив, цената на еден ASML NXT1980 Di е околу 80 милиони евра.
4.4 Машина за екстремна ултравиолетова литографија
Со цел да се подобри резолуцијата на фотолитографијата, брановата должина на експозицијата дополнително се скратува откако ќе се усвои изворот на ексцимерна светлина, а екстремната ултравиолетова светлина со бранова должина од 10 до 14 nm се воведува како извор на светлина на изложеност. Брановата должина на екстремната ултравиолетова светлина е исклучително кратка, а рефлектирачкиот оптички систем што може да се користи обично е составен од повеќеслојни филмски рефлектори како Mo/Si или Mo/Be.
Меѓу нив, теоретската максимална рефлексивност на повеќеслојниот филм Mo/Si во опсегот на бранова должина од 13,0 до 13,5 nm е околу 70%, а теоретската максимална рефлексивност на повеќеслојниот филм Mo/Be на пократка бранова должина од 11,1nm е околу 80%. Иако рефлексивноста на повеќеслојните филмски рефлектори Mo/Be е поголема, Be е многу токсичен, така што истражувањето на такви материјали беше напуштено кога се развиваше технологијата за литографија EUV.Тековната EUV технологија за литографија користи повеќеслоен филм Mo/Si, а неговата бранова должина на експозиција исто така е одредена на 13,5 nm.
Главниот извор на екстремна ултравиолетова светлина користи технологија на плазма произведена од ласер (LPP), која користи ласери со висок интензитет за да ја возбуди топлотопената Sn плазма за да емитува светлина. Долго време, моќта и достапноста на изворот на светлина беа тесните грла што ја ограничуваа ефикасноста на машините за литографија EUV. Преку главниот осцилаторски засилувач на моќност, технологијата за предвидлива плазма (PP) и технологијата за чистење на ретровизорите за собирање на самото место, моќноста и стабилноста на изворите на светлина EUV се значително подобрени.
Машината за литографија EUV главно се состои од потсистеми како што се извор на светлина, осветлување, објективна леќа, фаза на работното парче, фаза на маска, порамнување на нафора, фокусирање/нивелирање, пренос на маска, пренос на нафора и вакуумска рамка. По минување низ системот за осветлување составен од повеќеслојни обложени рефлектори, екстремната ултравиолетова светлина се зрачи на рефлектирачката маска. Светлината рефлектирана од маската влегува во оптичкиот систем за сликање со целосна рефлексија составен од низа рефлектори и на крајот рефлектираната слика на маската се проектира на површината на нафората во вакуумска средина.
Видното поле на изложеност и видното поле за сликање на машината за литографија EUV се обете во облик на лак, а методот на скенирање чекор по чекор се користи за да се постигне целосна изложеност на нафора за да се подобри брзината на излезот. Најнапредната машина за литографија EUV од серијата NXE на ASML користи извор на светлина на изложеност со бранова должина од 13,5 nm, рефлектирачка маска (6° коси инциденца), систем за цели на рефлектирачка проекција 4x со редукција со структура од 6 огледала (NA=0,33), скенирање на видно поле од 26mm × 33mm и средина со вакуумска изложеност.
Во споредба со машините за потопување литографија, резолуцијата на единечна изложеност на машините за литографија EUV што користат извори на екстремна ултравиолетова светлина е значително подобрена, што може ефективно да го избегне сложениот процес потребен за повеќекратна фотолитографија за да формира графика со висока резолуција. Во моментов, резолуцијата за единечна експозиција на машината за литографија NXE 3400B со нумеричка бленда од 0,33 достигнува 13 nm, а излезната брзина достигнува 125 парчиња/ч.
Со цел да се задоволат потребите за натамошно проширување на законот на Мур, во иднина, машините за литографија EUV со нумеричка бленда од 0,5 ќе усвојат систем за објектив на проекција со централно светлосно блокирање, со користење на асиметрично зголемување од 0,25 пати/0,125 пати, а видното поле на изложеност при скенирање ќе се намали од 26 × 33 мм на 26 мм × 16,5 mm, а резолуцијата за единечна експозиција може да достигне под 8 nm.
————————————————————————————————————————————— ———————————
Semicera може да обезбедиграфитни делови, мек/ригиден филц, делови од силициум карбид, CVD делови од силициум карбид, иДелови обложени со SiC/TaCсо целосен полупроводнички процес за 30 дена.
Доколку сте заинтересирани за горенаведените полупроводнички производи,Ве молиме не двоумете се да не контактирате на прв пат.
Тел: +86-13373889683
WhatsAPP: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Време на објавување: 31.08.2024