Principi de procés i equipament de la litografia

LitografiaProces iEequipamentPríncipe

I. Introducció al procés de la litografia

El procés de litografia ocupa una posició important en el procés de fabricació de semiconductors i la qualitat de la litografia afecta directament el rendiment del dispositiu.

La figura següent mostra l'estructura i distribució principal de la màquina de litografia ASML, que inclou principalment: font de llum, sistema d'il·luminació, taula de màscares, sistema de transmissió de màscares, lent d'objectiu de litografia de projecció, taula de peces, sistema de transferència d'hòsties de silici, sistema d'alineació, sistema d'anivellament i enfocament. , sistema de control ambiental, marc de màquina i sistema de reducció de vibracions, sistema de control de màquina i programari de màquina, etc., tal com es mostra a la figura següent:

Com es mostra a la figura següent, els passos principals del procés de litografia inclouen: neteja de l'hòstia epitaxial, homogeneïtzació, precocció, fotolitografia, postcocció, desenvolupament i enduriment de la pel·lícula.

Durant el transport de les hòsties epitaxials, poden estar contaminades pel medi ambient, donant lloc a contaminants a la superfície de les hòsties epitaxials. Per tant, l'hòstia epitaxial s'ha d'esbandir abans de l'homogeneïtzació per eliminar els contaminants de la superfície de l'hòstia epitaxial, per evitar la introducció d'impureses en el procés de fabricació, que afectaran el rendiment del dispositiu. Després de la neteja, l'hòstia epitaxial s'asseca amb una pistola de gas nitrogen o es posa en una placa calenta per assecar-se, i després l'hòstia epitaxial es col·loca en un homogeneïtzador per a l'homogeneïtzació.

Per tal d'augmentar l'adhesió entre la fotoresist i l'hòstia epitaxial i fer que la fotoresistència s'uneixi millor a l'hòstia epitaxial, generalment s'aplica una capa d'adherent a l'hòstia epitaxial abans que la fotoresist es recobri uniformement. L'homogeneïtzador adsorbeix l'hòstia epitaxial a través d'un buit i després la fa girar a gran velocitat de manera que el fotoresistent s'uneixi uniformement a l'hòstia epitaxial. El gruix de la fotoresist es canvia ajustant la velocitat de rotació i el temps d'homogeneïtzació.

La cocció prèvia consisteix a col·locar l'hòstia epitaxial a la placa calenta per coure i volatilitzar l'excés de dissolvent a la fotoresist per solidificar-la, de manera que la fotoresistencia es pugui adherir millor a la hòstia epitaxial.

La litografia consisteix a posar l'hòstia epitaxial després de la cocció prèvia a la màquina de litografia i utilitzar el mètode d'exposició per transferir el patró de la placa de la màscara a la fotoresistent a la superfície de l'hòstia epitaxial per realitzar la transferència del patró.

Per obtenir un bon efecte de litografia, cal explorar la dosi d'exposició (temps d'exposició) i el focus d'exposició (focus) corresponents a diferents gràfics.

En general, després de la fotolitografia, cal determinar si s'ha de coure posteriorment l'hòstia epitaxial exposada d'acord amb les condicions experimentals, si la fotoresist és gruixuda, la post-cocció provocarà bombolles a la fotoresist, que finalment provocarà un fracàs de la litografia.

La postcocció difon el material actiu a la fotoresist, eliminant l'efecte d'ona estacionària introduït per la interferència durant el procés de litografia i millorant l'efecte de la litografia. El desenvolupament és la reacció química del revelador i el fotoresistent per dissoldre la part exposada. En general, tant les parts exposades com les no exposades reaccionen amb el desenvolupador, per la qual cosa cal explorar el temps de desenvolupament. Immediatament després que s'hagi completat el desenvolupament, l'hòstia epitaxial s'ha de col·locar en una pica i esbandir-la amb aigua desionitzada corrent per eliminar el revelador que queda al fotoresistent.

La pel·lícula ferma és l'hòstia epitaxial després de la cocció i el desenvolupament, de manera que el dissolvent de la fotoresist es volatilitza i augmenta l'adhesió de la fotoresist i de l'hòstia epitaxial. Després de la solidificació de la pel·lícula, s'utilitza un microscopi per inspeccionar visualment el patró de fotolitografia per determinar l'efecte de la litografia i per determinar si cal gravar o tornar a litografiar després del desgomat.

II.Com funciona la màquina de litografia

Segons els diferents mètodes d'exposició de la màquina de litografia, la màquina de litografia es divideix en màquina de litografia de contacte, màquina de litografia de proximitat, màquina de litografia de projecció i màquina de litografia a passos, i a continuació s'introduirà el principi dels diferents tipus de litografia.

Com es mostra a la figura (a) anterior, la màquina de litografia de contacte s'exposa a través del contacte directe entre la màscara i el fotoresistent, i l'estructura és relativament simple, la font de llum es troba al focus de la lent i la llum emesa es converteix en un llum paral·lela després de passar per la lent, i tots els gràfics de tota la màscara es transfereixen al fotoresistent. Aquesta màquina de litografia té una resolució en el rang de micres, però la vida útil de la màscara es redueix molt a causa del contacte directe entre la màscara i el fotoresistent.

La diferència entre la màquina de litografia de proximitat i la màquina de litografia de contacte és que la màscara i la fotoresist no estan en contacte directe, la màscara es troba a una distància de 10 μm de la fotoresist, però el dissolvent volatilitzat per la fotoresist s'adhereix a la màscara, que afectarà la vida útil de la màscara. A més, la litografia de proximitat té una resolució més baixa que la litografia de contacte i la resolució d'exposició és generalment superior a 3 μm.

Segons el mode de moviment de la taula de la màquina de litografia, la màquina de litografia de projecció es divideix en dos tipus: tipus de projecció de pas i tipus d'escaneig de pas.

Com es mostra a la figura (c), s'afegeix una lent entre la màscara de la màquina de litografia de projecció i l'hòstia epitaxial que s'ha d'exposar, de manera que la màscara no està contaminada per fotoresist i la repetibilitat de la litografia és millor.

La mida del patró exposat per la màquina de litografia de projecció pas a pas és la mateixa que la de la màscara, la proporció és 1:1 i la resolució de l'exposició és d'aproximadament 1 μm.

El principi de funcionament de la màquina de litografia de projecció pas a pas es mostra a la figura següent:

El mètode de treball de la màquina de litografia de projecció pas a pas es mostra a la figura següent:

La diferència entre la màquina de litografia de projecció d'escaneig pas a pas i la màquina de litografia de projecció pas a pas és que la relació entre el patró de la màscara i la mida del patró exposat a l'hòstia epitaxial és de 5:1 o 1. 0:1, és a dir, la longitud i l'amplada del patró es redueixen segons la proporció de 5:1 o 10:1, en què la proporció de 10:1 s'utilitza per a l'exposició té una resolució més alta, però el temps d'exposició és 4 vegades superior al de la proporció 5:1, de manera que la major part de la relació compromesa 5:1 s'utilitza per a l'exposició. La màquina de litografia d'aquest esquema té l'avantatge d'una alta resolució, que generalment és inferior a 0,25 μm, que és la màquina de litografia més utilitzada actualment.

A continuació s'explica com funciona una màquina de litografia d'escaneig pas a pas:

En comparació amb la litografia de projecció pas a pas, la màquina de litografia d'escaneig es mou d'una manera més complexa i la placa de litografia es mou en la direcció oposada mentre la taula es mou.

Aquest tipus de moviment augmenta l'àrea de litografia.

Com puc obtenir més informació sobre les diferències entre la projecció de passos i els moviments d'escaneig de passos? La figura següent mostra la diferència entre els dos mètodes de treball i l'àrea d'escaneig, el mode de moviment d'escaneig de pas té una àrea de treball més gran i una localitat més precisa.

Si es prenen com a exemple els dos mètodes de treball, la projecció del pas s'assembla més a un embut rectangular, en litografia, la llum de l'embut rectangular s'expulsa al mateix temps i el treball de litografia es completa d'una vegada. Una màquina de litografia d'escaneig pas a pas és com un embut cònic i, mentre la litografia funciona, la llum s'omple i la taula es mou. La llum del banc de treball és més uniforme i delicada.

III.Coles positives i negatives per a fotoresistències

La tecnologia de litografia transfereix principalment el patró de la màscara a la fotoresist mitjançant l'exposició de la màquina de litografia i el desenvolupament de la hòstia epitaxial exposada. Els components principals del fotoresist són resines, fotoiniciadors i dissolvents. Després de l'exposició, es canvien les propietats químiques del fotoiniciador en la composició del fotoresistent i la transferència del patró es completa després del desenvolupament. Les fotoresistències es divideixen en fotoresistències positives i fotoresistències negatives segons les seves propietats després del desenvolupament de l'exposició. Tal com es mostra a la figura (a) següent, la fotoresistència positiva s'elimina de l'àrea exposada després del desenvolupament, i la fotoresistència positiva que s'utilitza habitualment és SPR200 produïda per DuPont; En contrast amb les fotoresistències positives, tal com es mostra a la figura (b), les fotoresistències negatives són les fotoresistències de la zona exposada que es conserven després del desenvolupament, i les fotoresistències negatives que s'utilitzen habitualment són N244, etc.

Transferència des de:https://mp.weixin.qq.com/s?{{0}}biz=MzI1OTExNzkzNw==&mid=2650473231&idx=2 &sn=ebb73ac560d71c99c19970fb7ce704ec&chksm=f3c18d4d0f72e5cb7cc1d37c41e7caae0ac9d7c4e460f4{{14}) 36}}bc3a0&scene=27