विसर्जन लिथोग्राफी में प्रवाह नियंत्रण

दस वर्षों से अधिक समय से, सेमीकंडक्टर निर्माण में इमर्शन लिथोग्राफी मुख्य एक्सपोज़र तकनीक रही है। पारंपरिक शुष्क लिथोग्राफी विधियों की तुलना में, यह तकनीक लेंस और वेफर सतह के बीच के अंतर में एक उच्च-अपवर्तक सूचकांक तरल को इंजेक्ट करके एक्सपोज़र रिज़ॉल्यूशन में काफी सुधार करती है। जलमग्न तरल की शुद्धता और एकरूपता बनाए रखना और उच्च गति स्कैनिंग की प्रक्रिया में अवशिष्ट बूंदों के निर्माण से बचना जलमग्न लिथोग्राफी तकनीक के विकास के सामने दो प्रमुख चुनौतियां हैं। तरल में संदूषक, कण, बुलबुले, ताप और तनाव अपवर्तक सूचकांक की निरंतरता को बाधित कर सकते हैं। स्कैनिंग के दौरान वेफर की उच्च गति की गति तरल और आसपास की गैस के बीच इंटरफेस में मेनिस्कस को अस्थिर कर सकती है, जिसके परिणामस्वरूप वेफर पर अवशिष्ट बूंदें रह सकती हैं। उपरोक्त घटनाएं विसर्जन लिथोग्राफी के एक्सपोज़र प्रदर्शन को प्रभावित करेंगी, और समस्या को हल करने के लिए संबंधित प्रवाह व्यवहार नियंत्रण विधि की आवश्यकता है।

1, तरल शुद्धता और एकरूपता पर प्रवाह व्यवहार नियंत्रण का प्रभाव

1.1.तरल शुद्धता और एकरूपता पर प्रवाह व्यवहार का प्रभाव

1.1.1.कण और संदूषक

जलमग्न तरल पदार्थ में कण और संदूषक ठोस अशुद्धियों के मुख्य स्रोत हैं। वेफर सतह के पास या फोटोरेसिस्ट के शीर्ष पर डूबे हुए तरल में निलंबित कणों को अंतर्निहित फोटोरेसिस्ट में चित्रित किया जा सकता है या विकास के दौरान फोटोरेसिस्ट में स्थानांतरित किया जा सकता है।

कण तरल आपूर्ति में मौजूद हो सकते हैं या किसी भी सतह से आ सकते हैं जिसे तरल छूता है। सबसे पहले, विसर्जन के लिए उपयोग किए जाने वाले तरल में अनिवार्य रूप से कण और अशुद्धियाँ होती हैं, इसलिए साफ कमरे के विआयनीकृत पानी का उपयोग विसर्जन समाधान के रूप में किया जाता है और इसे विसर्जन सिर में इंजेक्शन से पहले उपचारित और फ़िल्टर किया जाता है। एक अन्य कण समस्या वेफर बेवल के चारों ओर फिल्म का छीलना है, जो बेवल सतह और सतह कोटिंग के बीच अपर्याप्त आसंजन के कारण होता है। एक्सपोज़र के दौरान, इन कणों को तरल मेनिस्कस के माध्यम से वेफर किनारे से वेफर केंद्र तक आगे और पीछे ले जाया जा सकता है। इस समस्या को हल करने के तरीकों में फोटोरेसिस्ट का चयन, ईबीआर फॉर्मूलेशन का अनुकूलन और वेफर प्रसंस्करण शामिल हैं। वेफ़र पैड भी कणों का एक संभावित स्रोत हैं। जैसे ही जलमग्न शीर्ष वेफर के पार जाता है, जलमग्न शीर्ष कणों को उठाता है और उन्हें पुनः जमा कर देता है। वेफर टेबल की पारंपरिक सफाई से कणों की संख्या कम हो जाएगी, और इन-सीटू सफाई तकनीक एक बहुत प्रभावी क्षेत्र सफाई विधि साबित हुई है। फोटोरेसिस्ट या टॉपकोट फिल्म (एंटी-बबल दोष के रूप में) की सतह पर जमा पारदर्शी फोटोरेसिस्ट/टॉपकोट कणों के कारण होने वाले अन्य दोषों को कोटिंग फॉर्मूलेशन को अनुकूलित करके कम किया जा सकता है।

लीचिंग समस्या को हल करने का प्रभावी तरीका प्रतिरोध या शीर्ष बाधा परत की कम लीचिंग दर का उपयोग करना है। लीचिंग समस्या के विकल्प के रूप में प्रतिरोधी फिल्मों को विआयनीकृत पानी से धोने की भी जांच की गई है। इसके अलावा, जलमग्न हेड क्षेत्र एक्सपोज़र फ़ील्ड क्षेत्र से बड़ा है, जिसका अर्थ है कि वेफ़र एक्सपोज़र से पहले और बाद में भिगोया जाता है, जैसा कि फ्लशिंग प्रक्रिया में होता है [38]। चूँकि एक्सपोज़र और विसर्जन के दौरान तरल जलमग्न सिर से बहता रहता है, जलमग्न तरल में मौजूद प्रदूषक काफी हद तक हटा दिए जाएंगे और इसलिए फ्लशिंग प्रक्रिया को प्रतिस्थापित किया जा सकता है।

बुलबुले आने वाली रोशनी को परावर्तित और अपवर्तित करते हैं। a) फोटोरेसिस्ट की सतह पर, और b) डूबे हुए घोल में तैरता हुआ।

विभिन्न आकार के बुलबुले के दोष. ए) 0.85μm, बी) 3μm।

1.1.2.बीउबल

बुलबुला विसर्जन लिथोग्राफी की मुख्य चुनौतियों में से एक यह आवश्यकता है कि एक्सपोज़र प्रक्रिया के दौरान विसर्जन समाधान में कोई बुलबुले दिखाई न दें। बुलबुले के कारण होने वाला घुमावदार गैस-तरल इंटरफ़ेस आपतित प्रकाश को परावर्तित और अपवर्तित करता है, जो अपवर्तक सूचकांक असंततता पैदा करता है और प्रकीर्णन प्रभाव को बढ़ाता है, जिसके परिणामस्वरूप अंततः पैटर्न में दोष होता है और उपज कम हो जाती है।

बुलबुले के प्रभाव को प्रभावित करने वाले मुख्य कारक एक्सपोज़र समय, बुलबुले का आकार और वेफर के ऊपर बुलबुले की ऊंचाई हैं, कम एक्सपोज़र समय बुलबुले के प्रभाव को बढ़ाता है, जिससे अधिक एक्सपोज़र समय के लिए अधिक भारी छाया वाले क्षेत्र में रहने की सुविधा मिलती है। . दूसरा, यदि बुलबुले का आकार एक्सपोज़र के लिए उपयोग किए जाने वाले प्रकाश की तरंग दैर्ध्य के समान है, तो प्रकाश बिखर जाता है और भटकती रोशनी बढ़ जाती है। यदि बुलबुले का आकार माइक्रोमीटर या बड़ा है, तो बुलबुला आंशिक रूप से अवरुद्ध हो जाएगा और प्रकाश की दिशा बदल देगा। अंत में, अध्ययन में यह भी पाया गया कि छवि पर बुलबुले का समग्र प्रभाव वेफर सतह से बुलबुले की दूरी पर निर्भर करता है - दूरी जितनी अधिक होगी, प्रभाव उतना ही कमजोर होगा, क्योंकि फोटोरेसिस्ट से दूर बुलबुले जल्दी से धुल सकते हैं एक तेज़ गति वाला तरल पदार्थ। यदि वेफर से बुलबुले की दूरी और बुलबुले के व्यास का अनुपात 4:10 है, तो एकल तैरते बुलबुले का प्रभाव नगण्य है। जैसे-जैसे बुलबुला वेफर के करीब आता है, वेफर सतह के पास धीमे तरल प्रवाह के कारण, छवि तल में बुलबुले की छाया मजबूत हो जाती है और वेफर पर एक निश्चित स्थान पर इसका जीवनकाल लंबा हो जाता है। परिणामस्वरूप, वेफर सतह से जुड़े बुलबुले दोष-मुक्त छवि के लिए बहुत बड़ा खतरा पैदा करते हैं। जलमग्न लिथोग्राफी में बुलबुला प्रकीर्णन प्रभाव के व्यवस्थित अध्ययन के माध्यम से, यह अनुमान लगाया गया है कि 60 एनएम अधिकतम बुलबुला आकार है जो फोटोरेसिस्ट की सतह से जुड़ा होने पर दोष पैदा नहीं करेगा। जलमग्न लिथोग्राफी में बुलबुले दबाव, तापमान, फोटोकैमिकल प्रतिक्रिया और द्रव गतिशीलता जैसे विभिन्न कारकों के हस्तक्षेप के कारण हो सकते हैं।

1.1.3.गरम करना

एक्सपोज़र के दौरान, डूबे हुए तरल को असमान रूप से गर्म किया जाता है, और तापमान वितरण कई तरीकों से छवि को प्रभावित कर सकता है, जबकि छोटी मात्रा में गोलाकार और उच्च-क्रम विपथन भी पैदा करता है, और मुख्य इमेजिंग दोष डिफोकस है। यदि हम केवल 1 नैनोमीटर की डीफोकसिंग मात्रा की अनुमति देते हैं, तो अपवर्तक सूचकांक परिवर्तन को बहुत छोटा रखना होगा। चूंकि पानी का तापमान गुणांक (dn/dτ=-10-4K-1) गैस की तुलना में बहुत बड़ा है, तरल तापमान को 10 mK के भीतर रखने की आवश्यकता होती है, जो तरल प्रबंधन और तापमान नियंत्रण प्रणालियों पर सख्त सीमाएं लगाता है।

1.1.4.तनाव

विसर्जन लिथोग्राफी के लिए, शुष्क लिथोग्राफी में हवा की तुलना में डूबे हुए तरल की उच्च चिपचिपाहट और उच्च घनत्व, लेंस और वेफर दोनों सतहों पर महत्वपूर्ण तनाव पैदा कर सकता है। ये सामान्य और कतरनी तनाव लेंस विरूपण और द्विअपवर्तन का कारण बन सकते हैं, जिससे समान प्रकाश पथ बाधित हो सकता है।

1.2.नियंत्रण के तरीके

उपरोक्त व्यवहारों को कम करने के तीन तरीके हैं जो एक्सपोज़र प्रदर्शन को प्रभावित करते हैं। एक्सपोज़र प्रक्रिया से अशुद्धियों और बुलबुले से बचने के लिए,

अनुभाग में

1.2.1 कम लीचिंग और कम गैस रिलीज फोटोरेसिस्ट का उपयोग किया जाता है। बुलबुले और कणों को वेफर पर छापने से रोकने के लिए, अनुभाग

1.2.2 विशिष्ट वायरिंग विधि और मोटी कोटिंग विधि का वर्णन करता है। अंत में, दूषित पदार्थों, कणों, बुलबुले और गर्मी को एक्सपोज़र क्षेत्र से दूर ले जाकर तापमान और तनाव वितरण को संतुलित करने के लिए,

अनुभाग

1.2.3तरल आपूर्ति और पुनर्प्राप्ति विधियों का उपयोग करता है।

Nikon उत्पादन के लिए ArF इमर्शन स्कैनर, NSR-S609B [75] विकसित करने वाली दुनिया की पहली कंपनी थी। इससे पहले, उन्होंने स्थानीय भरण विधि के आधार पर जलमग्न शीर्ष संरचनाओं पर कई प्रयास किए थे। उन्होंने तरल आपूर्ति और पुनर्प्राप्ति प्रणाली के साथ और उसके बिना स्थानीय भरने की विधि का अनुकरण किया [54,67] और पाया कि तरल आपूर्ति और पुनर्प्राप्ति प्रणाली तरल रोकथाम संरचना के रूप में भी काम करती है। आपूर्ति और पुनर्प्राप्ति प्रणाली की अनुपस्थिति में, कुछ तरल पदार्थ लेंस क्षेत्र के बाहर स्थित होता है, जिसमें लेंस क्षेत्र के नीचे कुछ खाली जगह होती है। फ़ीड और पुनर्प्राप्ति प्रणाली की उपस्थिति में, पुनर्प्राप्ति प्रवाह तरल गड्ढे के चारों ओर गैस-तरल इंटरफ़ेस पर सतह के तनाव को मजबूत करता है, जिससे तरल पदार्थ को लेंस के नीचे एक स्थानीय क्षेत्र तक सफलतापूर्वक सीमित कर दिया जाता है, जिससे बेहतर तरल रोकथाम दिखाई देती है।

दोषों को कम करने के लिए सामान्य वायरिंग और 2 विशेष वायरिंग

दो अलग-अलग नोजल व्यवस्थाएँ। क) पुरानी पीढ़ी का नोजल; बी) नए नोजल।

एलएलएफ विसर्जन प्रणाली की बुनियादी संरचना।

एक विशिष्ट मेनिस्कस आकार. ए)। फिल्म स्ट्रेचिंग, बी). जड़त्वीय अतिप्रवाह.

2. मेनिस्कस स्थिरता का प्रवाह व्यवहार नियंत्रण

2.1.विसर्जन लिथोग्राफी में मेनिस्कस अस्थिरता और अवशिष्ट बूंदें

पूरी प्रक्रिया के दौरान, द्रव को अंतिम ऑप्टिकल लेंस और वेफर के बीच के अंतर के भीतर रहना चाहिए। जैसे ही वेफर तरल के नीचे चलता है, चिपचिपा बल तरल को स्कैनिंग दिशा की ओर खींचने लगते हैं और मेनिस्कस को प्रभावित करते हैं। एक निश्चित गति से परे, घटते मेनिस्कस की स्थिरता बाधित हो जाती है, और तरल पदार्थ को उसकी तरल मात्रा से बाहर खींच लिया जाता है और बाद में बूंदों में तोड़ दिया जाता है। ये अवशिष्ट बूंदें वेफर पर रह सकती हैं और कई छवि दोषों का कारण बन सकती हैं। अब सेमीकंडक्टर उद्योग में, बड़े पैमाने पर विनिर्माण की स्कैनिंग गति 800 मिमी/सेकेंड है, और यह भविष्य में अधिक होगी। इसलिए, यह सुनिश्चित करना आवश्यक है कि जलमग्न क्षेत्र का मेनिस्कस इस वेग की आवश्यकता के भीतर स्थिरता न खोए।

2.2मेनिस्कस स्थिरता पर बुनियादी शोध

क्रिटिकल वेग से तात्पर्य अधिकतम वेग से है जिसे अवशिष्ट तरल जमा किए बिना प्राप्त किया जा सकता है, और यह विसर्जन लिथोग्राफी में एक बहुत ही महत्वपूर्ण प्रदर्शन पैरामीटर है। 41 अलग-अलग फोटोरेसिस्ट [80,87,88] पर "ड्रैग ड्रॉप" प्रयोगों के माध्यम से, परिणाम बताते हैं कि फिल्म ड्राइंग स्थिति और जड़त्वीय अतिप्रवाह स्थिति दोनों में, स्थैतिक पुनरावर्ती संपर्क कोण की वृद्धि के साथ महत्वपूर्ण वेग काफी बढ़ जाता है। .

2.3.नियंत्रण के तरीके

वेफर पर अवशिष्ट बूंदों को कम करने के तीन तरीके हैं। मेनिस्कस की स्थिरता में सुधार करने और एक्सपोज़र के दौरान अवशिष्ट बूंदों के निर्माण से बचने के लिए, विसर्जन लिथोग्राफी में अधिक हाइड्रोफोबिक फोटोरेसिस्ट का उपयोग किया जा सकता है। मेनिस्कस से अभी-अभी निकली अवशिष्ट बूंदों को हटाने के लिए, एक वायु पर्दे और एक छिद्रपूर्ण माध्यम का उपयोग किया जाता है। रिकवरी चैनल के पास तरल की प्रवाह दर को नियंत्रित करने और रिकवरी फ़ंक्शन को सुविधाजनक बनाने के लिए, वेटेबिलिटी कंट्रास्ट के साथ विषम सतहों पर आधारित सतह संशोधन को जलमग्न सिर पर लागू किया जा सकता है।

2.3.1. संशोधित गुंबद सतह की हाइड्रोफोबिसिटी वेफर स्कैनिंग और एक्सपोज़र की गति को नियंत्रित करती है। उच्च हाइड्रोफोबिसिटी का अर्थ है एक उच्च स्थैतिक आवर्ती संपर्क कोण, जो जलमग्न तरल के लिए अवशिष्ट बूंदों को पीछे छोड़े बिना वेफर के पार जाना आसान और तेज़ बनाता है। इसलिए उच्च हाइड्रोफोबिसिटी थ्रूपुट को अधिकतम करने की कुंजी है और, जब कम दोष दर के साथ जोड़ा जाता है, तो पैदावार भी बढ़ सकती है।

2.3.2.दूसरी तरल रोकथाम विधि

मेनिस्कस की स्थिरता को नियंत्रित करने का एक अन्य तरीका जलमग्न सिर का विशेष डिजाइन है। विभिन्न प्रतिरोध और फिनिश और जलमग्न तरल के बीच अलग-अलग संपर्क कोणों को ध्यान में रखते हुए, जलमग्न सिर संरचना को उच्च स्कैनिंग गति पर एक विस्तृत ऑपरेटिंग रेंज प्राप्त करने में सक्षम होना चाहिए। एएसएमएल की रिपोर्ट है कि स्कैन गति 600 मिमी/सेकेंड होने पर नए जलमग्न हेड का उपयोग करने से कुल दोष (3x से अधिक) कम हो जाते हैं।

जलमग्न शीर्षों के लिए सबसे आम अनुकूलन वायु पर्दा संरचना है। यह डिज़ाइन जलमग्न क्षेत्र के चारों ओर एक उच्च दबाव वाला वायु पर्दा बनाता है, जो तरल पदार्थ को अंतिम ऑप्टिकल तत्व के नीचे के अंतराल में रखता है।

2.3.3.जलमग्न सिर का सतही संशोधन

मेनिस्कस स्थिरता नियंत्रण के लिए उपरोक्त सतह संशोधन सभी वेफर्स पर लागू होते हैं और सजातीय सतहों पर आधारित होते हैं, लेकिन वेटेबिलिटी कंट्रास्ट वाली विषम सतहों का उपयोग अंतराल में तरल को समायोजित करने के लिए भी किया जा सकता है। यह ध्यान में रखते हुए कि वास्तविक लिथोग्राफी प्रक्रिया प्रतिरोधी सतह के विषम संशोधन की अनुमति नहीं दे सकती है, इस विधि को जलमग्न सिर पर लागू किया जा सकता है।

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