Siji Ringkesan
Ing proses manufaktur sirkuit terpadu, photolithography minangka proses inti sing nemtokake tingkat integrasi sirkuit terpadu. Fungsi saka proses iki kanggo setya ngirim lan nransfer informasi grafis sirkuit saka topeng (uga disebut topeng) menyang substrat materi semikonduktor.
Prinsip dhasar proses photolithography yaiku nggunakake reaksi fotokimia saka photoresist sing dilapisi ing permukaan substrat kanggo ngrekam pola sirkuit ing topeng, saéngga entuk tujuan nransfer pola sirkuit terpadu saka desain menyang substrat.
Proses dhasar fotolitografi:
Kaping pisanan, photoresist ditrapake ing permukaan substrat kanthi nggunakake mesin lapisan;
Banjur, mesin fotolitografi digunakake kanggo mbabarake substrat sing dilapisi fotoresist, lan mekanisme reaksi fotokimia digunakake kanggo ngrekam informasi pola topeng sing ditularake dening mesin fotolitografi, ngrampungake transmisi kesetiaan, transfer lan replikasi pola topeng menyang substrat;
Pungkasan, pangembang digunakake kanggo ngembangake substrat sing mbukak kanggo mbusak (utawa nahan) photoresist sing ngalami reaksi fotokimia sawise cahya.
Proses fotolitografi kapindho
Kanggo nransfer pola sirkuit sing dirancang ing topeng menyang wafer silikon, transfer kasebut kudu digayuh dhisik liwat proses pajanan, banjur pola silikon kudu dipikolehi liwat proses etsa.
Wiwit katerangan area proses fotolitografi nggunakake sumber cahya kuning sing bahan fotosensitif ora sensitif, uga diarani area cahya kuning.
Photolithography pisanan digunakake ing industri printing lan minangka teknologi utama kanggo manufaktur PCB awal. Wiwit taun 1950-an, fotolitografi mboko sithik dadi teknologi utama kanggo transfer pola ing manufaktur IC.
Indikator utama proses litografi kalebu resolusi, sensitivitas, akurasi overlay, tingkat cacat, lsp.
Materi sing paling kritis ing proses fotolitografi yaiku fotoresist, yaiku bahan fotosensitif. Wiwit sensitivitas photoresist gumantung ing dawa gelombang saka sumber cahya, bahan photoresist beda dibutuhake kanggo pangolahan photolithography kayata g/i line, 248nm KrF, lan 193nm ArF.
Proses utama proses fotolitografi khas kalebu limang langkah:
- Persiapan film dhasar;
- Aplikasi photoresist lan panggang alus;
- Alignment, cahya lan sawise pajanan baking;
- Ngembangake film hard;
- Deteksi pangembangan.
(1)Persiapan film dhasar: utamané reresik lan dehidrasi. Amarga sembarang rereged bakal weakened adhesion antarane photoresist lan wafer, reresik pepek bisa nambah adhesion antarane wafer lan photoresist.
(2)Lapisan Photoresist: Iki digayuh kanthi muter wafer silikon. Photoresist beda mbutuhake paramèter proses lapisan beda, kalebu kacepetan rotasi, kekandelan photoresist, lan suhu.
Baking alus: Baking bisa nambah adhesion antarane photoresist lan wafer silikon, uga uniformity saka kekandelan photoresist, kang ono gunane kanggo kontrol pas dimensi geometris saka proses etching sakteruse.
(3)Alignment lan cahya: Alignment lan cahya minangka langkah paling penting ing proses fotolitografi. Dheweke nuduhake nyelarasake pola topeng karo pola sing ana ing wafer (utawa pola lapisan ngarep), banjur disinari kanthi cahya tartamtu. Energi cahya ngaktifake komponen fotosensitif ing photoresist, saéngga nransfer pola topeng menyang photoresist.
Peralatan sing digunakake kanggo keselarasan lan cahya yaiku mesin fotolitografi, yaiku peralatan proses tunggal sing paling larang ing kabeh proses manufaktur sirkuit terpadu. Tingkat teknis mesin fotolitografi nggambarake tingkat kemajuan kabeh lini produksi.
Pasca-pajanan baking: nuduhake proses baking cendhak sawise cahya, kang duwe efek beda saka ing jero ultraviolet photoresists lan i-line photoresists conventional.
Kanggo photoresist ultraviolet jero, baking post-exposure mbusak komponen protèktif ing photoresist, saéngga photoresist dissolve ing pangembang, supaya baking post-exposure perlu;
Kanggo photoresist i-line konvensional, baking post-exposure bisa nambah adhesion saka photoresist lan nyuda gelombang ngadeg (gelombang ngadeg bakal duwe efek salabetipun ing morfologi pinggiran photoresist).
(4)Ngembangake film hard: nggunakake pangembang kanggo mbubarake bagean larut saka photoresist (positif photoresist) sawise cahya, lan kanthi akurat nampilake pola topeng karo pola photoresist.
Parameter kunci proses pangembangan kalebu suhu lan wektu pangembangan, dosis lan konsentrasi pangembang, reresik, lan liya-liyane. Kanthi nyetel paramèter sing cocog ing pangembangan, prabédan ing tingkat pembubaran ing antarane bagean sing katon lan ora ana ing fotoresist bisa tambah, saéngga entuk efek pembangunan sing dikarepake.
Hardening uga dikenal minangka hardening baking, yaiku proses mbusak sisa pelarut, pangembang, banyu lan komponen residual liyane sing ora perlu ing photoresist sing dikembangake kanthi dadi panas lan nguap, supaya bisa nambah adhesi photoresist menyang substrat silikon lan resistance etching saka photoresist.
Suhu proses hardening beda-beda gumantung saka photoresists beda lan cara hardening. Premise yaiku pola photoresist ora deform lan photoresist kudu digawe cukup hard.
(5)pengawasan pembangunan: Iki kanggo mriksa cacat ing pola photoresist sawise pembangunan. Biasane, teknologi pangenalan gambar digunakake kanggo mindhai pola chip kanthi otomatis sawise pembangunan lan mbandhingake karo pola standar tanpa cacat sing wis disimpen. Yen ana prabédan, dianggep cacat.
Yen jumlah cacat ngluwihi nilai tartamtu, wafer silikon dianggep gagal tes pangembangan lan bisa dicopot utawa digarap maneh yen cocog.
Ing proses manufaktur sirkuit terpadu, umume proses ora bisa dibatalake, lan fotolitografi minangka salah sawijining proses sing bisa digarap maneh.
Telung photomasks lan bahan photoresist
3.1 Topeng foto
Photomask, uga dikenal minangka topeng photolithography, minangka master sing digunakake ing proses photolithography manufaktur wafer sirkuit terpadu.
Proses manufaktur photomask yaiku ngowahi data tata letak asli sing dibutuhake kanggo manufaktur wafer sing dirancang dening insinyur desain sirkuit terpadu dadi format data sing bisa dikenali dening generator pola laser utawa peralatan cahya sinar elektron liwat pangolahan data topeng, supaya bisa dideleng dening peralatan ing ndhuwur ing materi substrat photomask ditutupi karo materi photosensitive; banjur diproses liwat sawetara proses kayata pangembangan lan etsa kanggo ndandani pola ing materi substrat; pungkasanipun, iku wis mriksa, didandani, di resiki, lan film-laminated kanggo mbentuk produk topeng lan dikirim menyang Produsèn sirkuit terpadu kanggo nggunakake.
3.2 Photoresist
Photoresist, uga dikenal minangka photoresist, minangka bahan fotosensitif. Komponen fotosensitif ing njerone bakal ngalami owah-owahan kimia sajrone iradiasi cahya, saengga nyebabake owah-owahan ing tingkat disolusi. Fungsi utamane yaiku nransfer pola ing topeng menyang substrat kayata wafer.
Prinsip kerja photoresist: Pisanan, photoresist dilapisi ing landasan lan wis dipanggang kanggo mbusak pelarut;
Kapindho, topeng kasebut kena cahya, nyebabake komponen fotosensitif ing bagean sing katon ngalami reaksi kimia;
Banjur, panggangan sawise pajanan ditindakake;
Pungkasan, photoresist sebagian dibubarake liwat pangembangan (kanggo photoresist positif, area sing katon dibubarake; kanggo photoresist negatif, area sing ora diekspos dibubarake), saéngga nyadari transfer pola sirkuit terpadu saka topeng menyang substrat.
Komponen photoresist utamane kalebu resin pembentuk film, komponen fotosensitif, aditif jejak lan pelarut.
Antarane wong-wong mau, resin film-mbentuk digunakake kanggo nyedhiyani mechanical lan resistance etching; komponen fotosensitif ngalami owah-owahan kimia ing cahya, nyebabake owah-owahan ing tingkat pembubaran;
Aditif trace kalebu pewarna, penambah viskositas, lan liya-liyane, sing digunakake kanggo nambah kinerja photoresist; pelarut digunakake kanggo dissolve komponen lan nyampur roto-roto.
Photoresists sing saiki digunakake bisa dipérang dadi photoresists tradisional lan photoresists kimia digedhèkaké miturut mekanisme reaksi fotokimia, lan uga bisa dipérang dadi ultraviolet, ultraviolet jero, ultraviolet nemen, sinar elektron, sinar ion lan photoresists sinar-X miturut dawa gelombang fotosensitifitas.
Papat peralatan fotolitografi
Teknologi fotolitografi wis ngalami proses pangembangan litografi kontak/kedekatan, litografi proyeksi optik, litografi langkah-lan-ulang, litografi pemindaian, litografi immersion, lan litografi EUV.
4.1 Kontak / Mesin Lithography Jarak
Teknologi litografi kontak muncul ing taun 1960-an lan akeh digunakake ing taun 1970-an. Iki minangka metode litografi utama ing jaman sirkuit terpadu skala cilik lan utamane digunakake kanggo ngasilake sirkuit terpadu kanthi ukuran fitur luwih saka 5μm.
Ing mesin litografi kontak / jarak, wafer biasane diselehake ing posisi horisontal sing dikontrol kanthi manual lan meja kerja puteran. Operator nggunakake mikroskop lapangan diskrèt kanggo mirsani posisi topeng lan wafer bebarengan, lan kanthi manual ngontrol posisi meja kerja kanggo nyelarasake topeng lan wafer. Sawise wafer lan topeng didadekake siji, loro bakal dipencet bebarengan supaya topeng ing kontak langsung karo photoresist ing lumahing wafer.
Sawise ngilangi obyek mikroskop, wafer lan topeng sing dipencet dipindhah menyang meja cahya kanggo cahya. Cahya sing dipancarake dening lampu merkuri digabungake lan sejajar karo topeng liwat lensa. Wiwit topeng ana ing kontak langsung karo lapisan photoresist ing wafer, pola topeng ditransfer menyang lapisan photoresist ing rasio 1: 1 sawise cahya.
Peralatan litografi kontak minangka peralatan litografi optik sing paling gampang lan paling ekonomis, lan bisa entuk paparan grafis ukuran fitur sub-micron, saengga isih digunakake ing manufaktur produk batch cilik lan riset laboratorium. Ing produksi sirkuit terpadu skala gedhe, teknologi litografi jarak dikenalake kanggo ngindhari kenaikan biaya litografi sing disebabake kontak langsung antarane topeng lan wafer.
Lithography proximity digunakake ing taun 1970-an nalika jaman sirkuit terpadu skala cilik lan jaman wiwitan sirkuit terpadu skala menengah. Ora kaya lithography kontak, topeng ing lithography jarak ora kontak langsung karo photoresist ing wafer, nanging longkangan kapenuhan nitrogen kiwa. Topeng ngambang ing nitrogen, lan ukuran celah antarane topeng lan wafer ditemtokake dening tekanan nitrogen.
Amarga ora ana kontak langsung antarane wafer lan topeng ing litografi jarak, cacat sing ditepungake sajrone proses litografi dikurangi, saengga bisa nyuda mundhut topeng lan ningkatake asil wafer. Ing lithography jarak, longkangan antarane wafer lan topeng nempatno wafer ing wilayah difraksi Fresnel. Anane difraksi mbatesi perbaikan luwih saka resolusi peralatan litografi jarak, saengga teknologi iki utamane cocog kanggo produksi sirkuit terpadu kanthi ukuran fitur ing ndhuwur 3μm.
4.2 Stepper lan Repeater
Stepper minangka salah sawijining peralatan paling penting ing sajarah litografi wafer, sing wis ningkatake proses litografi sub-mikron dadi produksi massal. Stepper nggunakake lapangan cahya statis khas 22mm × 22mm lan lensa proyeksi optik kanthi rasio reduksi 5:1 utawa 4:1 kanggo nransfer pola ing topeng menyang wafer.
Mesin litografi step-and-repeat umume kasusun saka subsistem eksposur, subsistem panggung benda kerja, subsistem panggung topeng, subsistem fokus/leveling, subsistem keselarasan, subsistem kerangka utama, subsistem transfer wafer, subsistem transfer topeng. , subsistem elektronik, lan subsistem piranti lunak.
Proses kerja khas mesin litografi langkah-lan-ulang kaya ing ngisor iki:
Pisanan, wafer sing dilapisi karo photoresist ditransfer menyang meja workpiece kanthi nggunakake subsistem transfer wafer, lan topeng sing bakal kapapar ditransfer menyang meja topeng kanthi nggunakake subsistem transfer topeng;
Banjur, sistem nggunakake subsistem fokus / leveling kanggo nindakake pangukuran dhuwur multi-titik ing wafer ing tataran workpiece kanggo njupuk informasi kayata dhuwur lan amba ngiringake saka lumahing wafer kanggo kapapar, supaya area cahya saka wafer bisa tansah kontrol ing ambane fokus saka obyek proyeksi sak proses cahya;Sabanjure, sistem nggunakake subsistem alignment kanggo nyelarasake topeng lan wafer supaya sak proses cahya akurasi posisi gambar topeng lan transfer pola wafer tansah ing syarat overlay.
Pungkasan, tumindak langkah-lan-ekspos kabeh lumahing wafer rampung miturut path diwènèhaké kanggo éling fungsi transfer pola.
Mesin litografi stepper lan pemindai sabanjure adhedhasar proses kerja dhasar ing ndhuwur, nambah langkah → cahya kanggo mindhai → eksposur, lan fokus / leveling → keselarasan → cahya ing model dual-stage kanggo pangukuran (fokus / leveling → keselarasan) lan mindhai paparan ing podo karo.
Dibandhingake karo mesin litografi langkah-lan-scan, mesin litografi langkah-lan-baleni ora perlu kanggo entuk mindhai mbalikke sinkron saka topeng lan wafer, lan ora mbutuhake meja topeng mindhai lan sistem kontrol mindhai sinkron. Mulane, struktur relatif prasaja, biaya relatif murah, lan operasi dipercaya.
Sawise teknologi IC mlebu 0.25μm, aplikasi litografi langkah-lan-baleni wiwit mudhun amarga kaluwihan litografi langkah-lan-scan ing ukuran lapangan cahya mindhai lan keseragaman cahya. Saiki, litografi langkah-lan-baleni paling anyar sing disedhiyakake dening Nikon nduweni tampilan tampilan statis sing ukurane kaya litografi langkah-lan-scan, lan bisa ngolah luwih saka 200 wafer saben jam, kanthi efisiensi produksi sing dhuwur banget. Mesin litografi jinis iki saiki digunakake utamane kanggo nggawe lapisan IC non-kritis.
4.3 Stepper Scanner
Aplikasi litografi step-and-scan diwiwiti ing taun 1990-an. Kanthi ngonfigurasi sumber cahya cahya sing beda-beda, teknologi langkah-lan-pindai bisa ndhukung node teknologi proses sing beda, saka 365nm, 248nm, 193nm kecemplung nganti litografi EUV. Boten kados lithography langkah-lan-baleni, cahya siji-bidang saka langkah-lan-scan lithography adopts mindhai dinamis, sing, piring topeng jangkep gerakan mindhai synchronously relatif kanggo wafer; sawise cahya lapangan saiki wis rampung, wafer digawa dening tataran workpiece lan jumangkah menyang posisi lapangan mindhai sabanjuré, lan cahya bola terus; baleni paparan langkah-lan-pindai kaping pirang-pirang nganti kabeh kolom wafer kabeh katon.
Kanthi ngatur macem-macem jinis sumber cahya (kayata i-line, KrF, ArF), stepper-scanner bisa ndhukung meh kabeh simpul teknologi proses semikonduktor ngarep-mburi. Proses CMOS basis silikon sing khas wis nggunakake pemindai stepper kanthi jumlah gedhe wiwit simpul 0.18μm; mesin litografi ultraungu (EUV) ekstrem sing saiki digunakake ing simpul proses ing ngisor 7nm uga nggunakake scanning stepper. Sawise modifikasi adaptif parsial, stepper-scanner uga bisa ndhukung riset lan pangembangan lan produksi akeh pangolahan non-silikon kayata MEMS, piranti daya, lan piranti RF.
Produsen utama mesin litografi proyeksi langkah-lan-scan kalebu ASML (Belanda), Nikon (Jepang), Canon (Jepang) lan SMEE (China). ASML ngluncurake seri TWINSCAN mesin litografi langkah-lan-scan ing 2001. Iku nganggo arsitektur sistem dual-tataran, kang bisa èfèktif nambah tingkat output saka peralatan lan wis dadi paling wiyar dipigunakaké dhuwur-mburi mesin lithography.
4.4 Lithography Immersion
Bisa dideleng saka rumus Rayleigh yen, nalika dawa gelombang cahya tetep ora owah, cara sing efektif kanggo nambah resolusi pencitraan yaiku nambah aperture numerik saka sistem pencitraan. Kanggo resolusi imaging ing ngisor 45nm lan luwih dhuwur, metode paparan garing ArF ora bisa nyukupi syarat maneh (amarga ndhukung resolusi imaging maksimal 65nm), mula kudu ngenalake metode litografi immersion. Ing teknologi litografi tradisional, medium antarane lensa lan fotoresist yaiku hawa, dene teknologi litografi immersion ngganti medium udara kanthi cairan (biasane banyu ultra murni kanthi indeks bias 1,44).
Nyatane, teknologi immersion lithography nggunakake shortening saka dawa gelombang saka sumber cahya sawise cahya liwat medium Cairan kanggo nambah résolusi, lan rasio shortening punika indeks bias saka medium Cairan. Sanajan mesin litografi kecemplung minangka jinis mesin litografi langkah-lan-scan, lan solusi sistem peralatan ora owah, iki minangka modifikasi lan ekspansi mesin litografi langkah-lan-scan ArF amarga introduksi teknologi kunci sing ana gandhengane. kanggo kecemplung.
Kauntungan saka litografi kecemplung yaiku, amarga tambah aperture numerik sistem, kemampuan resolusi imaging mesin litografi stepper-scanner wis apik, sing bisa nyukupi syarat proses resolusi pencitraan ing ngisor 45nm.
Wiwit mesin litografi kecemplung isih nggunakake sumber cahya ArF, kesinambungan proses dijamin, ngirit biaya R&D sumber cahya, peralatan lan proses. Ing basis iki, digabungake karo macem-macem grafis lan teknologi litografi komputasi, mesin litografi immersion bisa digunakake ing node proses 22nm lan ngisor. Sadurunge mesin litografi EUV resmi dilebokake ing produksi massal, mesin litografi immersion wis akeh digunakake lan bisa nyukupi syarat proses simpul 7nm. Nanging, amarga introduksi saka cairan kecemplung, kangelan engineering saka peralatan dhewe wis tambah akeh.
Teknologi utama kalebu teknologi panyedhiya lan pemulihan cairan immersion, teknologi pangopènan lapangan cair immersion, polusi litografi immersion lan teknologi kontrol cacat, pangembangan lan pangopènan lensa proyeksi immersion aperture numerik ultra-gedhe, lan teknologi deteksi kualitas imaging ing kahanan kecemplung.
Saiki, mesin litografi langkah-lan-scan ArFi komersial utamane diwenehake dening rong perusahaan, yaiku ASML saka Walanda lan Nikon saka Jepang. Antarane wong-wong mau, rega siji ASML NXT1980 Di kira-kira 80 yuta euro.
4.4 Mesin Lithography Ultraviolet Extreme
Kanggo nambah résolusi fotolitografi, dawa gelombang cahya luwih dipendhet sawisé sumber cahya excimer diadopsi, lan cahya ultraviolet ekstrem kanthi dawa gelombang 10 nganti 14 nm dikenalaké minangka sumber cahya cahya. Dawane gelombang sinar ultraviolet sing ekstrim banget cendhak, lan sistem optik reflektif sing bisa digunakake biasane dumadi saka reflektor film multilayer kayata Mo / Si utawa Mo / Be.
Antarane wong-wong mau, ing reflectivity maksimum teori Mo / Si film multilayer ing sawetara dawa gelombang saka 13.0 kanggo 13.5nm kira-kira 70%, lan reflektivitas maksimum teori Mo / Dadi film multilayer ing dawa gelombang luwih cendhek saka 11.1nm kira 80%. Sanajan reflektivitas reflektor film multilayer Mo / Be luwih dhuwur, Be banget beracun, mula riset babagan bahan kasebut ditinggalake nalika ngembangake teknologi litografi EUV.Teknologi litografi EUV saiki nggunakake film multilayer Mo / Si, lan dawa gelombang cahya uga ditemtokake dadi 13.5nm.
Sumber cahya ultraviolet ekstrem utama nggunakake teknologi plasma (LPP) sing diprodhuksi dening laser, sing nggunakake laser intensitas dhuwur kanggo narik plasma Sn sing leleh panas kanggo ngetokake cahya. Kanggo wektu sing suwe, kekuwatan lan kasedhiyan sumber cahya dadi kemacetan sing mbatesi efisiensi mesin litografi EUV. Liwat penguat daya osilator master, teknologi plasma prediktif (PP) lan teknologi reresik pangilon koleksi ing-situ, daya lan stabilitas sumber cahya EUV wis saya apik banget.
Mesin litografi EUV utamane dumadi saka subsistem kayata sumber cahya, cahya, lensa objektif, panggung benda kerja, panggung topeng, keselarasan wafer, fokus / leveling, transmisi topeng, transmisi wafer, lan pigura vakum. Sawise ngliwati sistem iluminasi sing kasusun saka reflektor sing dilapisi multi-lapisan, sinar ultraviolet sing ekstrem disinari ing topeng reflektif. Cahya sing dibayangke topeng kasebut mlebu ing sistem imaging refleksi total optik sing kasusun saka seri reflektor, lan pungkasane gambar sing dibayangke topeng kasebut digambarake ing permukaan wafer ing lingkungan vakum.
Bidang eksposur tampilan lan tampilan imaging mesin litografi EUV loro-lorone berbentuk busur, lan cara mindhai langkah-langkah digunakake kanggo entuk cahya wafer lengkap kanggo nambah tingkat output. Mesin litografi EUV seri NXE paling canggih ASML nggunakake sumber cahya cahya kanthi dawa gelombang 13.5nm, topeng reflektif (insiden miring 6°), sistem objektif proyeksi reflektif reduksi 4x kanthi struktur 6-mirror (NA=0.33), a bidang tampilan mindhai 26mm × 33mm, lan lingkungan cahya vakum.
Dibandhingake karo mesin litografi immersion, résolusi cahya tunggal mesin litografi EUV sing nggunakake sumber cahya ultraviolet sing ekstrem wis apik banget, sing bisa kanthi efektif ngindhari proses rumit sing dibutuhake kanggo fotolitografi kaping pirang-pirang kanggo mbentuk grafis resolusi dhuwur. Saiki, résolusi cahya tunggal mesin litografi NXE 3400B kanthi bukaan angka 0.33 tekan 13nm, lan tingkat output tekan 125 lembar / jam.
Kanggo nyukupi kabutuhan luwih lanjut saka Hukum Moore, ing mangsa ngarep, mesin litografi EUV kanthi aperture numerik 0,5 bakal nggunakake sistem obyektif proyeksi kanthi pamblokiran cahya tengah, nggunakake perbesaran asimetris 0,25 kali/0,125 kali, lan bidang tampilan cahya mindhai bakal suda saka 26m × 33mm kanggo 26mm × 16.5mm, lan résolusi cahya siji bisa tekan ngisor 8nm.
——————————————————————————————————————————————— ———————————
Semicera bisa nyedhiyanibagean grafit, alus/kaku felt, bagean silikon karbida, Bagian CVD silikon karbida, lanSiC / TaC dilapisi bageankanthi proses semikonduktor lengkap ing 30 dina.
Yen sampeyan kasengsem ing produk semikonduktor ing ndhuwur,aja ragu-ragu kanggo hubungi kita ing pisanan.
Telpon: +86-13373889683
WhatsApp: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Wektu kirim: Aug-31-2024