Technologia i sprzęt półprzewodnikowy: technologia i sprzęt litograficzny

Część pierwsza: proces litografii

Fotolitografia to technika przenoszenia wzoru, w której wzór na płytce maski jest przenoszony na płytkę krzemową pokrytą fotorezystem (lub fotorezystem), a określona część folii na powierzchni płytki krzemowej jest usuwana w drodze serii procesów produkcyjnych kroki.

Technologia litograficzna jest kluczową technologią półprzewodnikową rozwiniętą w oparciu o technologię fotograficzną i technologię druku płaskiego. Łatwo zrozumieć, że produkcja układów scalonych polega na wytwarzaniu setek milionów urządzeń w partiach o powierzchni kilku centymetrów kwadratowych, a konstrukcja każdego urządzenia jest również dość złożona, co pokazuje poniższy rysunek, jest pozornie trudnym zadaniem aby wyczyścić wewnętrzną strukturę chipa.

Ta gęstość produkcji odpowiada wytworzeniu dziesiątek milionów takich tranzystorów w polu przekroju poprzecznego ludzkiego włosa.

Część druga: sprzęt litograficzny

Maszyny litograficzne istnieją na rynku od lat 60. XX wieku. Wczesne techniki litograficzne nie były szczególnie trudne, wszak szerokość linii wymagana w tamtym czasie w litografii sięgała poziomu mikronów. Zatem maszyna litograficzna jest również bardzo prosta, nawet gdy Intel bezpośrednio usunie obiektyw aparatu 16 mm. Tylko kilka firm, jak GCA, K&S i Kasper, wyprodukowało garść takich urządzeń, a maszyny litograficzne wcale nie były supernowoczesne, niewiele bardziej skomplikowane niż aparaty fotograficzne.

Jednakże, ponieważ liczba tranzystorów stale się podwaja, dokładność naświetlania szybko od kilku mikronów do kilku dziesiątych mikrona, więc te proste maszyny litograficzne są trudne do zaspokojenia zapotrzebowania i stwarzają coraz więcej problemów. Gdy tranzystor jest większy, połączenia wzajemne znacznie wzrosły, potrzeba wielowarstwowego połączenia metalowego, warstwa metalu musi być ułożona na warstwie średniej, potrzeba różnych grafik ekspozycji na okablowaniu warstwy średniej, potrzeba różnych wielokrotna ekspozycja na lekką osłonę, więc powtarzająca się dokładność wyrównania stała się dużym problemem, podobnie jak w przypadku budowania, każda warstwa musi być wyrównana w górę i w dół, nie może zakrywać ukośnej osłony. W procesie układu scalonego dokładność ta musi być niezwykle dokładna, sięgająca poziomu nanometra...

W tym czasie maszyna litograficzna była od początku niezwykle prostym sprzętem, do aktualnej kolekcji precyzyjnej optyki, lasera, fizyki płynów, elektromagnetyki, precyzyjnego sterowania, obróbki skrawaniem, informacji elektronicznej, obwodów elektronicznych, chemii i innych dziesiątek dyscyplin cięcia najnowocześniejsza technologia w jednym, jest obecnie najbardziej wyrafinowanym i najdroższym sprzętem przemysłowym. Wysokiej klasy maszyny do litografii ASML kosztują ponad 100 milionów dolarów, co jest porównywalne z ceną samolotu. Wczesna maszyna litograficzna nazywała się Mask Aligner, co oznacza naświetlenie maski, a obecnie słowo litografia jest używane w odniesieniu do maszyny litograficznej i procesu litograficznego.

Poniżej przedstawiono niektóre z głównych typów maszyn litograficznych i kilka krótkich opisów głównych cech każdego typu. Sekwencja jest ułożona w sposób stopniowego doskonalenia technologii i pomocne jest zrozumienie technologii litografii od prostej do głębokiej.

1. Wyrównywarka maski
2. Kontakt Fotolitografia
3. Fotolitografia Steppera
4. Fotolitografia Sacnnera
5. Zanurzenie
6. DUV/EUV

Poniżej przedstawiamy szczegóły każdej maszyny litograficznej

Maska Aligera

Jest to najbardziej bezpośrednie zastosowanie litografii. Najprostszym naświetlaniem dopasowującym maskę może być „ręczne” urządzenie pokazane na poniższym obrazku, w którym wyrównanie maski uzyskuje się za pomocą mikroskopu i ręcznej regulacji, a fotolitografię wykonuje się poprzez naświetlanie.

Kontakt Fotolitografia

Litografia kontaktowa to litografia z użyciem kalibratora maski. Nakładka na maskę ma dwie główne konstrukcje narzędzi: uchwyt maski i uchwyt na opłatek. Uchwyt maski jest obrobiony maszynowo na bardzo płaską powierzchnię, na której fotomaska ​​jest mocowana próżniowo. Uchwyt na wafel, który również jest bardzo płaski, jest również odkurzany, aby utrzymać wafel na miejscu. Narzędzie to zapewnia, że ​​powierzchnie obu części pozostają równoległe do siebie podczas pracy. Uchwyt wafla można przesunąć w górę na uchwyt maski, aby zastosować zmienne siły w celu doprowadzenia wafla do kontaktu z maską. W celu uzyskania najlepszych rezultatów położenie powierzchni uchwytu na wióry można również wyregulować tak, aby było możliwie płaskie z maską; Nazywa się to kompensacją błędu klina. Po umieszczeniu płytki i maski można wykonać naświetlanie otwierając przesłonę na kloszu lampy. Wewnątrz klosza znajduje się lampa rtęciowa i związana z nią optyka, która pozwoli wybranemu kontrolowanemu pasmu UV naświetlić maskę i płytkę.

litografia stepperowa

Litografia krokowa przeznaczona jest do mniejszych i drobniejszych chipów, poprzez stopniowe dostosowywanie położenia płytki, wielokrotne naświetlanie pojedynczej płytki. Znany również jakoKrok i powtórz System.

sacnner Fotolitografia

Istnieją dwie szerokie kategorie narzędzi do litografii projekcyjnej – systemy skanujące oraz systemy krokowo-powtarzające.

Pionierem druku projekcyjnego ze skaningiem jest Perkin-Elmer [1.5], wykorzystuje on optykę odblaskową (tj. lustra zamiast soczewek) do rzutowania światła ze szczeliny w masce na płytkę, gdy zarówno maska, jak i płytka są przesuwane przez szczelinę w tym samym czasie . Dawkę napromieniania określa się na podstawie natężenia światła, szerokości szczeliny i prędkości skanowania płytki. Te wczesne systemy skanujące wykorzystywały wielokolorowe światło z lampy rtęciowej o współczynniku 1:1, co oznaczało, że maska ​​i obraz miały ten sam rozmiar.

Kamery krokowe i powtarzalne (w skrócie kamery krokowe) naświetlają jednocześnie prostokątną część płytki (zwaną polem obrazu) w skali 1:1 lub zmniejszonej. Systemy te wykorzystują optykę załamującą (tj. soczewki) i są zazwyczaj quasi-monochromatyczne. Obydwa typy systemów (ryc. 1-5) umożliwiają obrazowanie w wysokiej rozdzielczości, chociaż najwyższa rozdzielczość wymaga obrazowania odbudowy.

W połowie lat 70. skanery zastąpiły technologię niemal drukującą w przypadku urządzeń o rozmiarach mniejszych niż 4–5 μm. Na początku lat 80., gdy konstrukcje urządzeń zepchnięto poniżej 2 μm, zaczęły dominować steppery. Przy minimalnych rozmiarach elementów sięgających poziomu 250 nm, w latach 90. w litografii nadal dominowały steppery. Jednak na początku lat 90. następca firmy Perkin-Elmer, firma SVG Lithography, wprowadziła hybrydową metodę skanowania krokowego.

Metoda skanowania krokowego wykorzystuje niewielką część normalnego podejścia krokowego (np. 25 mm x 8 mm), a następnie skanuje to pole w jednym kierunku, aby odsłonić całą maskę redukcyjną 4x. Następnie przenieś płytkę w nowe miejsce i powtórz skanowanie. Mniejsze pola obrazowania upraszczają projektowanie i produkcję soczewek, ale kosztem bardziej złożonych apertur i podkładek waflowych. Technologia skanowania krokowego jest obecnie technologią pierwszego wyboru w przypadku produkcji poniżej 250 nm.

Litografia zanurzeniowa

Litografia zanurzeniowa to technika ulepszania litograficznego, która zastępuje zwykłą szczelinę powietrzną między końcowym elementem soczewki a powierzchnią fotorezystu płynnym ośrodkiem o współczynniku załamania światła większym niż 1. Mniejsze długości fal w cieczach umożliwiają obrazowanie mniejszych obiektów, obecnie przy użyciu wody jako cieczy . Technologia zanurzeniowa została po raz pierwszy wprowadzona przez Carla Zeissa w latach osiemdziesiątych XIX wieku w celu poprawy rozdzielczości mikroskopów optycznych. W latach 80. XX wieku do współczesnej litografii wprowadzono technologię zanurzeniową. Od 2002 roku Immersion rozwinęło się niesamowicie szybko.

DUV/EUV

Systemy litograficzne ewoluowały od długości fali niebieskiej (436 nm) przez ultrafiolet (UV:UtraViolet, 365 nm), głębokie ultrafiolet (DUV: Deep UltrViolet, 248 nm), aż do dzisiejszej fali o wysokiej rozdzielczości wynoszącej 193 nm. Wraz z rozwojem narzędzi projekcyjnych i różnych innych technologii, technologię DUV można wykorzystać do wytwarzania elementów o rozmiarze mniejszym niż 100 nanometrów. W ostatnich latach, dzięki zastosowaniu technologii offsetu zakładkowego, technologia DUV również stale się rozwija, a możliwości produkcyjne są stale zmniejszane do 50 nm, 28 nm, a nawet 7 nm. Litografia w ekstremalnym ultrafiolecie to technika rentgenowska o długości fali 13,5 nm. Dzisiejsze skanery EUV mogą osiągać rozdzielczości tak niskie, jak pół podziałka 22 nm. W systemie źródło światła EUV wykorzystuje laser dużej mocy do generowania plazmy. To z kolei pomaga emitować światło o krótkich falach w komorze próżniowej.

Fountyl Technologies PTE Ltd koncentruje się na przemyśle produkcji półprzewodników, a główne produkty to: uchwyt kołkowy, porowaty uchwyt ceramiczny, ceramiczny efektor końcowy, ceramiczna belka kwadratowa, wrzeciono ceramiczne, zapraszamy do kontaktu i negocjacji!