Полупроводниковые технологии и оборудование: технологии и оборудование для литографии

Часть первая: процесс литографии

Фотолитография — это метод переноса рисунка, при котором рисунок на пластине-шаблоне переносится на кремниевую пластину, покрытую фоторезистом (или фоторезистом), а определенная часть пленки на поверхности кремниевой пластины удаляется посредством серии производственных операций. шаги.

Технология литографии — ключевая полупроводниковая технология, разработанная на основе фототехники и технологии плоской печати. Легко понять, что производство интегральных схем заключается в изготовлении сотен миллионов устройств партиями на площади в несколько квадратных сантиметров, а структура каждого устройства также довольно сложна, как показано на следующем рисунке, и представляет собой, казалось бы, сложную задачу. очистить внутреннюю структуру чипа.

Такая плотность производства эквивалентна изготовлению десятков миллионов таких транзисторов на площади поперечного сечения человеческого волоса.

Часть вторая: литографическое оборудование

Литографические машины существуют с 1960-х годов. Ранние техники литографии не представляли собой особенно трудных вещей, ведь ширина линий, необходимая для литографии в то время, находилась на микронном уровне. Таким образом, литографическая машина также очень проста, даже если Intel напрямую удалила объектив камеры 16 мм. Всего несколько компаний, таких как GCA, K&S и Kasper, выпустили несколько таких устройств, а литографические машины вообще не были высокотехнологичными и ненамного сложнее фотоаппаратов.

Однако, поскольку количество транзисторов продолжает удваиваться, точность воздействия быстро увеличивается с нескольких микрон до нескольких десятых микрона, поэтому этим простым литографическим машинам становится трудно удовлетворить спрос, и возникает все больше и больше проблем. После того, как транзистор стал больше, взаимосвязь значительно увеличилась, возникла необходимость в многослойном металлическом соединении, металлический слой должен быть уложен на средний слой, необходимость в различной графике воздействия на проводке среднего слоя, необходимость в разных легкая обложка повторяется, поэтому точность повторного выравнивания стала большой проблемой, как и при строительстве, каждый слой должен быть выровнен вверх и вниз, не может покрывать косую обложку. В процессе создания интегральных схем эта точность должна быть чрезвычайно точной, достигая уровня нанометра...

В это время литографическая машина превратилась из раннего чрезвычайно простого оборудования в текущую коллекцию прецизионной оптики, лазера, физики жидкостей, электромагнетизма, прецизионного управления, механической обработки, электронной информации, электронных схем, химии и других десятков дисциплин резки. Передовые технологии в одном, в настоящее время являются самым сложным и дорогим промышленным оборудованием. Высококлассные литографические машины ASML продаются за более чем 100 миллионов долларов, что сопоставимо с ценой самолета. Ранняя литографическая машина называлась Mask Aligner, что означает экспонирование выравнивателя маски, а теперь слово «литография» используется для обозначения литографической машины и процесса литографии.

Ниже приведены некоторые основные типы литографических машин и некоторые краткие описания основных характеристик каждого типа. Последовательность выстроена таким образом, чтобы постепенно совершенствовать технологию, и полезно понять технологию литографии от простого к глубокому.

1. Маска-выравниватель
2. Контактная фотолитография
3. Степперная фотолитография
4. Фотолитография Сакнера
5. Погружение
6. ДУВ/ЭУВ

Ниже мы представляем подробную информацию о каждой литографической машине.

Маска Алигера

Это самое прямое применение литографии. Простейшим экспонированием с выравниванием маски может быть «ручное» устройство на изображении ниже, где выравнивание маски достигается с помощью микроскопа и ручной настройки, а фотолитография выполняется посредством экспонирования.

Контактная фотолитография

Контактная литография – это литография с использованием калибратора по маске. Устройство выравнивания масок имеет две основные конструкции: держатель маски и держатель пластины. Держатель маски имеет очень плоскую поверхность, на которой фотомаска фиксируется с помощью вакуума. Держатель пластины, который также обработан очень плоско, также пылесосится, чтобы удерживать пластину на месте. Этот инструмент гарантирует, что поверхности двух деталей остаются параллельными друг другу во время работы. Держатель пластины можно переместить вверх на держатель маски, чтобы использовать переменные силы для приведения пластины в контакт с маской. Положение поверхности патрона стружки также можно отрегулировать так, чтобы оно было как можно более плоским с помощью маски для достижения наилучших результатов; Это называется компенсацией клиновой ошибки. После установки пластины и маски экспонирование можно выполнить, открыв заслонку на абажуре. Внутри абажура находится ртутная дуговая лампа и связанная с ней оптика, которая позволяет выбранному контролируемому УФ-диапазону обнажать маску и пластину.

Степпер Литография

Степперная литография предназначена для более мелких и тонких чипов путем постепенной регулировки положения пластины и многократной экспозиции на одной пластине. Также известен какШаг и повтор System.

Закнер Фотолитография

Существует две широкие категории инструментов проекционной литографии — системы сканирования и пошаговые и повторяющиеся системы.

Сканирующая проекционная печать была впервые разработана компанией Perkin-Elmer [1.5] и использует отражающую оптику (т.е. зеркала, а не линзы) для проецирования света из щели в маске на подложку, когда и маска, и подложка перемещаются прорезью одновременно. . Доза облучения определяется интенсивностью света, шириной щели и скоростью сканирования пластины. В этих ранних системах сканирования использовался многоцветный свет ртутной дуговой лампы в соотношении 1:1, что означало, что маска и изображение были равны по размеру.

Шаговые и повторные камеры (сокращенно шаговые камеры) экспонируют прямоугольную часть пластины (называемую полем изображения) за один раз либо в соотношении 1:1, либо в уменьшенном размере. В этих системах используется преломляющая оптика (т. е. линзы) и обычно они являются квазимонохроматическими. Оба типа систем (рис. 1-5) способны создавать изображения с высоким разрешением, хотя самое высокое разрешение требует визуализации восстановления.

К середине 1970-х годов сканеры заменили почти печатные устройства размером менее 4–5 мкм. К началу 1980-х годов, когда размеры устройств стали меньше 2 мкм, шаговые двигатели стали доминировать. Поскольку минимальные размеры элементов достигали уровня 250 нм, степперы продолжали доминировать в литографии на протяжении 1990-х годов. Однако к началу 1990-х годов преемник Перкина-Элмера, компания SVG Lithography, представила гибридный метод пошагового сканирования.

Метод пошагового сканирования использует небольшую часть обычного пошагового подхода (например, 25 x 8 мм), а затем сканирует это поле в одном направлении, чтобы обнажить всю маску 4-кратного уменьшения. Затем переместите пластину в новое место и повторите сканирование. Меньшие поля изображения упрощают конструкцию и производство линз, но за счет более сложных апертур и пластинчатых площадок. Технология пошагового сканирования сегодня является технологией первого выбора для производства с длиной волны менее 250 нм.

Иммерсионная литография

Иммерсионная литография — это метод улучшения литографии, который заменяет обычный воздушный зазор между конечным элементом линзы и поверхностью фоторезиста жидкой средой с показателем преломления более 1. Меньшие длины волн в жидкостях позволяют отображать более мелкие детали, в настоящее время в качестве жидкости используется вода. . Иммерсионная технология была впервые представлена ​​компанией Carl Zeiss в 1880-х годах для улучшения разрешения оптических микроскопов. В 1980-х годах в современную литографию была внедрена иммерсионная технология. С 2002 года Immersion развивался невероятно быстро.

ДУВ/ЭУВ

Системы литографии эволюционировали от синего цвета (436 нм) к ультрафиолету (УФ: Утрафиолетовый, 365 нм), к глубокому ультрафиолету (DUV:Deep UltrViolet, 248 нм) и к сегодняшней основной длине волны высокого разрешения 193 нм. С развитием проекционных инструментов и различных других технологий технология DUV может использоваться для создания объектов размером менее 100 нанометров. В последние годы, благодаря использованию технологии смещения перекрытия, технология DUV также продолжала развиваться, а производственные мощности постоянно сокращались до 50 нм, 28 нм и даже 7 нм. Экстремальная ультрафиолетовая литография — это рентгеновский метод с длиной волны 13,5 нм. Сегодняшние EUV-сканеры могут достигать разрешения до полушага 22 нм. В системе источник света EUV использует мощный лазер для генерации плазмы. Это, в свою очередь, помогает излучать коротковолновый свет в вакуумной камере.

Fountyl Technologies PTE Ltd специализируется на производстве полупроводников, основная продукция включает в себя: штыревой патрон, пористый керамический патрон, керамический концевой эффектор, керамическую квадратную балку, керамический шпиндель, добро пожаловать к контакту и переговорам！