การควบคุมการไหลในการพิมพ์หินแบบจุ่ม

เป็นเวลากว่าสิบปีแล้วที่การพิมพ์หินแบบจุ่มเป็นเทคโนโลยีการสัมผัสหลักในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการพิมพ์หินแบบแห้งแบบดั้งเดิม เทคนิคนี้ปรับปรุงความละเอียดของการรับแสงได้อย่างมาก โดยการฉีดของเหลวที่มีดัชนีการหักเหของแสงสูงเข้าไปในช่องว่างระหว่างเลนส์และพื้นผิวแผ่นเวเฟอร์ การรักษาความบริสุทธิ์และความสม่ำเสมอของของเหลวที่จมอยู่ใต้น้ำ และการหลีกเลี่ยงการก่อตัวของหยดที่ตกค้างในกระบวนการสแกนความเร็วสูงเป็นความท้าทายหลักสองประการที่การพัฒนาเทคโนโลยีการพิมพ์หินใต้น้ำต้องเผชิญ สิ่งปนเปื้อน อนุภาค ฟองอากาศ ความร้อน และความเครียดในของเหลวสามารถรบกวนความต่อเนื่องของดัชนีการหักเหของแสงได้ การเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงของเวเฟอร์ในระหว่างการสแกนอาจทำให้วงเดือนที่จุดเชื่อมต่อระหว่างของเหลวกับก๊าซโดยรอบไม่เสถียร ส่งผลให้เกิดหยดที่ตกค้างบนเวเฟอร์ ปรากฏการณ์ข้างต้นจะส่งผลต่อประสิทธิภาพการเปิดรับแสงของการพิมพ์หินแบบจุ่ม และจำเป็นต้องใช้วิธีการควบคุมพฤติกรรมการไหลที่สอดคล้องกันเพื่อแก้ไขปัญหา

1 อิทธิพลของการควบคุมพฤติกรรมการไหลต่อความบริสุทธิ์และความสม่ำเสมอของของเหลว

1.1.อิทธิพลของพฤติกรรมการไหลต่อความบริสุทธิ์และความสม่ำเสมอของของเหลว

1.1.1.อนุภาคและสารปนเปื้อน

อนุภาคและสิ่งปนเปื้อนเป็นแหล่งหลักของสิ่งเจือปนที่เป็นของแข็งในของเหลวที่จมอยู่ใต้น้ำ อนุภาคที่แขวนลอยอยู่ในของเหลวที่แช่อยู่ใกล้กับพื้นผิวเวเฟอร์หรือด้านบนของโฟโตรีซิสต์สามารถถ่ายภาพลงในโฟโตรีซิสต์ที่อยู่ด้านล่างหรือถ่ายโอนไปยังโฟโตรีซิสต์ในระหว่างการพัฒนา

อนุภาคอาจมีอยู่ในแหล่งจ่ายของเหลวหรืออาจมาจากพื้นผิวใดๆ ที่ของเหลวสัมผัส ประการแรก ของเหลวที่ใช้สำหรับการแช่จะต้องมีอนุภาคและสิ่งเจือปนอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ดังนั้นน้ำปราศจากไอออนในห้องสะอาดจึงถูกนำมาใช้เป็นสารละลายสำหรับการแช่ และจะได้รับการบำบัดและกรองเพิ่มเติมก่อนฉีดเข้าไปในหัวของการแช่ ปัญหาอนุภาคอีกประการหนึ่งคือการลอกของฟิล์มรอบๆ มุมเอียงของแผ่นเวเฟอร์ ซึ่งเกิดจากการยึดเกาะที่ไม่เพียงพอระหว่างพื้นผิวเอียงกับการเคลือบพื้นผิว ในระหว่างการสัมผัส อนุภาคเหล่านี้สามารถเคลื่อนย้ายไปมาผ่านวงเดือนของเหลวจากขอบเวเฟอร์ไปยังศูนย์กลางของเวเฟอร์ วิธีการแก้ไขปัญหานี้ ได้แก่ การเลือกโฟโตรีซิสต์ การปรับสูตร EBR ให้เหมาะสม และการประมวลผลเวเฟอร์ แผ่นเวเฟอร์ยังเป็นแหล่งของอนุภาคอีกด้วย ในขณะที่หัวที่จมอยู่ใต้น้ำเคลื่อนที่ผ่านแผ่นเวเฟอร์ หัวที่จมอยู่ใต้น้ำจะหยิบอนุภาคและนำไปสะสมใหม่ การทำความสะอาดโต๊ะเวเฟอร์แบบทั่วไปจะช่วยลดจำนวนอนุภาค และเทคโนโลยีการทำความสะอาดในแหล่งกำเนิดได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นวิธีการทำความสะอาดภาคสนามที่มีประสิทธิภาพมาก ข้อบกพร่องอื่นๆ ที่เกิดจากอนุภาคของสารต้านทานแสง/สารเคลือบทับหน้าแบบโปร่งใสที่สะสมอยู่บนพื้นผิวของสารต้านทานแสงหรือฟิล์มเคลือบทับหน้า (เป็นข้อบกพร่องที่ป้องกันฟองอากาศ) สามารถลดลงได้โดยการปรับสูตรการเคลือบให้เหมาะสม

วิธีที่มีประสิทธิภาพในการแก้ปัญหาการชะล้างคือการใช้อัตราการชะล้างต่ำของชั้นต้านทานหรือชั้นกั้นด้านบน นอกจากนี้ ยังมีการตรวจสอบฟิล์มต้านทานการล้างด้วยน้ำปราศจากไอออนเพื่อเป็นทางเลือกแทนปัญหาการชะล้าง นอกจากนี้ พื้นที่ส่วนหัวที่จมอยู่ใต้น้ำยังมีขนาดใหญ่กว่าพื้นที่ช่องรับแสง ซึ่งหมายความว่าเวเฟอร์จะถูกแช่ทั้งก่อนและหลังรับแสง เช่นเดียวกับในกระบวนการชะล้าง [38] เนื่องจากของเหลวยังคงไหลผ่านส่วนหัวที่จมอยู่ใต้น้ำในระหว่างการสัมผัสและการแช่ สิ่งปนเปื้อนในของเหลวที่จมอยู่ใต้น้ำจะถูกกำจัดออกไปอย่างมาก จึงสามารถแทนที่กระบวนการชะล้างได้

ฟองอากาศสะท้อนและหักเหแสงที่เข้ามา ก) บนพื้นผิวของโฟโตรีซิสต์ และ ข) ลอยอยู่ในสารละลายที่แช่อยู่

ข้อบกพร่องของฟองอากาศขนาดต่างๆ ก) 0.85μm, b) 3μm

1.1.2.บีฟองสบู่

ความท้าทายหลักประการหนึ่งของการพิมพ์หินแบบแช่ฟองคือข้อกำหนดว่าจะต้องไม่มีฟองอากาศปรากฏในโซลูชันการแช่ในระหว่างกระบวนการรับแสง ส่วนต่อประสานก๊าซ-ของเหลวโค้งที่เกิดจากฟองจะสะท้อนและหักเหแสงที่ตกกระทบ ซึ่งสร้างความไม่ต่อเนื่องของดัชนีการหักเหของแสง และเพิ่มเอฟเฟกต์การกระเจิง ท้ายที่สุดส่งผลให้เกิดข้อบกพร่องในรูปแบบและผลผลิตลดลง

ปัจจัยหลักที่ส่งผลต่อผลกระทบของฟองอากาศคือเวลาเปิดรับแสง ขนาดของฟองอากาศ และความสูงของฟองอากาศเหนือแผ่นเวเฟอร์ โดยใช้เวลาเปิดรับแสงสั้นลงจะช่วยเพิ่มเอฟเฟกต์ของฟองอากาศ ทำให้คุณสมบัติต่างๆ อยู่ในพื้นที่ที่มีร่มเงามากขึ้นเพื่อให้มีเวลารับแสงมากขึ้น . ประการที่สอง หากฟองมีขนาดเท่ากับความยาวคลื่นของแสงที่ใช้เปิดรับแสง แสงจะกระจายและเพิ่มแสงที่เล็ดลอดออกไป หากฟองมีขนาดตั้งแต่ไมโครเมตรขึ้นไป ฟองนั้นจะบังบางส่วนและเปลี่ยนทิศทางของแสง ในที่สุด การศึกษายังพบว่าผลกระทบโดยรวมของฟองอากาศบนภาพขึ้นอยู่กับระยะห่างของฟองอากาศจากพื้นผิวเวเฟอร์ ยิ่งระยะห่างมากเท่าไร ผลกระทบก็จะยิ่งอ่อนลง เนื่องจากฟองอากาศที่อยู่ห่างจากตัวรับแสงสามารถถูกชะล้างออกไปได้อย่างรวดเร็วใน ของเหลวที่เคลื่อนที่เร็ว หากอัตราส่วนของระยะห่างของฟองจากแผ่นเวเฟอร์ต่อเส้นผ่านศูนย์กลางของฟองคือ 4:10 ผลกระทบของฟองที่ลอยอยู่ฟองเดียวนั้นน้อยมาก เมื่อฟองเข้าใกล้แผ่นเวเฟอร์มากขึ้น เนื่องจากของเหลวไหลช้าลงใกล้กับพื้นผิวเวเฟอร์ เงาของฟองในระนาบภาพจะเข้มขึ้น และอายุการใช้งาน ณ ตำแหน่งใดตำแหน่งหนึ่งบนเวเฟอร์จะนานขึ้น เป็นผลให้ฟองอากาศที่เกาะอยู่บนพื้นผิวเวเฟอร์ก่อให้เกิดภัยคุกคามต่อภาพที่ปราศจากข้อบกพร่องมากยิ่งขึ้น จากการศึกษาอย่างเป็นระบบเกี่ยวกับเอฟเฟกต์การกระเจิงของฟองในการพิมพ์หินใต้น้ำ คาดการณ์ว่า 60 นาโนเมตรคือขนาดฟองสูงสุดที่จะไม่ทำให้เกิดข้อบกพร่องเมื่อฟองติดอยู่กับพื้นผิวของโฟโตรีซิสต์ ฟองอากาศในการพิมพ์หินใต้น้ำอาจเกิดจากการรบกวนของปัจจัยต่างๆ เช่น ความดัน อุณหภูมิ ปฏิกิริยาโฟโตเคมีคอล และพลศาสตร์ของไหล

1.1.3.เครื่องทำความร้อน

ในระหว่างการเปิดรับแสง ของเหลวที่แช่อยู่จะถูกให้ความร้อนไม่สม่ำเสมอ และการกระจายของอุณหภูมิอาจส่งผลต่อภาพได้หลายวิธี ขณะเดียวกันก็ทำให้เกิดความคลาดเคลื่อนทรงกลมและลำดับที่สูงกว่าจำนวนเล็กน้อย และข้อบกพร่องหลักของการถ่ายภาพคือการพร่ามัว หากเราปล่อยให้มีระยะพร่ามัวเพียง 1 นาโนเมตร การเปลี่ยนแปลงดัชนีการหักเหของแสงจะต้องน้อยมาก เนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของน้ำ (dn/dτ=-10-4K-1) มีขนาดใหญ่มากเมื่อเทียบกับก๊าซ จึงจำเป็นต้องรักษาอุณหภูมิของของเหลวให้อยู่ภายใน 10 mK ซึ่งกำหนดข้อจำกัดที่เข้มงวดเกี่ยวกับการจัดการของเหลวและระบบควบคุมอุณหภูมิ

1.1.4.ความเครียด

สำหรับการพิมพ์หินแบบจุ่ม ความหนืดสูงและความหนาแน่นสูงของของเหลวที่แช่ไว้ เมื่อเปรียบเทียบกับอากาศในการพิมพ์หินแบบแห้ง สามารถทำให้เกิดความเครียดอย่างมากทั้งบนเลนส์และพื้นผิวเวเฟอร์ ความเค้นปกติและแรงเฉือนเหล่านี้สามารถนำไปสู่การบิดเบี้ยวของเลนส์และการหักเหของแสงได้ ซึ่งรบกวนเส้นทางแสงที่สม่ำเสมอ

1.2.วิธีการควบคุม

มีสามวิธีในการลดพฤติกรรมข้างต้นที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพการรับแสง เพื่อหลีกเลี่ยงสิ่งสกปรกและฟองอากาศจากกระบวนการสัมผัส

ในส่วน

1.2.1 ใช้โฟโตรีซิสต์ที่มีการชะล้างต่ำและปล่อยก๊าซต่ำ เพื่อป้องกันไม่ให้ฟองอากาศและอนุภาคประทับบนแผ่นเวเฟอร์ มาตรา

1.2.2 อธิบายวิธีการเดินสายไฟเฉพาะและวิธีการเคลือบหนา สุดท้ายนี้ เพื่อปรับสมดุลของอุณหภูมิและการกระจายความเครียดโดยการลำเลียงสิ่งปนเปื้อน อนุภาค ฟองอากาศ และความร้อนออกจากบริเวณที่สัมผัส

ส่วน

1.2.3ใช้วิธีการจัดหาและกู้คืนของเหลว

Nikon เป็นบริษัทแรกในโลกที่พัฒนาเครื่องสแกนแบบแช่ ArF สำหรับการผลิต NSR-S609B [75] ก่อนหน้านี้ พวกเขาได้พยายามหลายครั้งในโครงสร้างส่วนหัวที่จมอยู่ใต้น้ำโดยอาศัยวิธีการเติมเฉพาะที่ พวกเขาจำลองวิธีการบรรจุในท้องถิ่นโดยมีและไม่มีระบบจ่ายและนำของเหลวกลับมาใช้ใหม่ [54,67] และพบว่าระบบจ่ายและนำของเหลวกลับมายังทำหน้าที่เป็นโครงสร้างกักเก็บของเหลวด้วย ในกรณีที่ไม่มีระบบจ่ายและนำกลับมาใช้ใหม่ ของเหลวบางส่วนจะอยู่นอกบริเวณเลนส์ โดยมีพื้นที่ว่างบางส่วนอยู่ใต้บริเวณเลนส์ เมื่อมีระบบป้อนและนำกลับคืนมา กระแสนำกลับคืนจะเสริมแรงตึงผิวที่ส่วนต่อประสานระหว่างก๊าซและของเหลวรอบๆ หลุมของเหลว ส่งผลให้สามารถจำกัดของเหลวให้อยู่ในพื้นที่เฉพาะที่ด้านล่างเลนส์ได้สำเร็จ ซึ่งแสดงการกักเก็บของเหลวได้ดีขึ้น

สายไฟปกติและสายไฟพิเศษ 2 เส้นเพื่อลดข้อบกพร่อง

การจัดเรียงหัวฉีดสองแบบที่แตกต่างกัน ก) หัวฉีดรุ่นเก่า; b) หัวฉีดใหม่

โครงสร้างพื้นฐานของระบบแช่ LLF

รูปร่างวงเดือนทั่วไป ก) การยืดฟิล์ม b) เฉื่อยล้น

2. การควบคุมพฤติกรรมการไหลของเสถียรภาพวงเดือน

2.1.ความไม่แน่นอนของ Meniscus และหยดที่ตกค้างในการพิมพ์หินแบบจุ่ม

ตลอดกระบวนการ ของไหลจะต้องอยู่ภายในช่องว่างระหว่างเลนส์ออปติคอลสุดท้ายกับเวเฟอร์ ขณะที่แผ่นเวเฟอร์เคลื่อนที่อยู่ใต้ของเหลว แรงหนืดจะเริ่มดึงของเหลวไปในทิศทางการสแกนและส่งผลต่อวงเดือน เมื่อเกินความเร็วที่กำหนด ความเสถียรของวงเดือนถอยกลับจะหยุดชะงัก และของเหลวจะถูกดึงออกจากปริมาตรของเหลว และต่อมาแตกออกเป็นหยด หยดที่ตกค้างเหล่านี้สามารถคงอยู่บนแผ่นเวเฟอร์และทำให้เกิดข้อบกพร่องของภาพจำนวนมาก ขณะนี้ในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ ความเร็วในการสแกนของการผลิตจำนวนมากอยู่ที่ 800 มม./วินาที และจะสูงขึ้นในอนาคต ดังนั้นจึงจำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าวงเดือนของสนามใต้น้ำไม่สูญเสียเสถียรภาพภายในข้อกำหนดความเร็วนี้

2.2การวิจัยเบื้องต้นเกี่ยวกับความมั่นคงของวงเดือน

ความเร็ววิกฤตหมายถึงความเร็วสูงสุดที่สามารถทำได้โดยไม่ต้องสะสมของเหลวที่ตกค้าง และเป็นพารามิเตอร์ประสิทธิภาพที่สำคัญมากในการพิมพ์หินแบบจุ่ม จากการทดลองแบบ "ลากปล่อย" บนโฟโตรีซิสต์ที่แตกต่างกัน 41 ชนิด [80,87,88] ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าความเร็ววิกฤตเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเพิ่มมุมสัมผัสแบบถดถอยแบบคงที่ ทั้งในสถานะการวาดฟิล์มและในสถานะการไหลล้นเฉื่อย .

2.3.วิธีการควบคุม

มีสามวิธีในการลดหยดที่ตกค้างบนแผ่นเวเฟอร์ เพื่อปรับปรุงความเสถียรของวงเดือนและหลีกเลี่ยงการก่อตัวของหยดที่ตกค้างระหว่างการสัมผัส สามารถใช้โฟโตรีซิสต์ที่ไม่ชอบน้ำมากขึ้นในการพิมพ์หินแบบจุ่มได้ เพื่อกำจัดหยดที่ตกค้างซึ่งเพิ่งออกจากวงเดือน ต้องใช้ม่านอากาศและตัวกลางที่มีรูพรุน เพื่อควบคุมอัตราการไหลของของเหลวใกล้กับช่องนำกลับคืนและอำนวยความสะดวกในฟังก์ชันนำกลับคืน การปรับเปลี่ยนพื้นผิวโดยยึดตามพื้นผิวที่ต่างกันซึ่งมีคอนทราสต์ของความสามารถในการเปียกน้ำสามารถนำมาใช้กับส่วนหัวที่จมอยู่ใต้น้ำได้

2.3.1. การไม่ชอบน้ำของพื้นผิวโดมที่ได้รับการปรับเปลี่ยนจะควบคุมความเร็วของการสแกนและการสัมผัสแผ่นเวเฟอร์ ความไม่ชอบน้ำที่สูงขึ้นหมายถึงมุมสัมผัสคงที่ที่สูงขึ้น ซึ่งทำให้ของเหลวที่จมอยู่ใต้น้ำเคลื่อนที่ผ่านแผ่นเวเฟอร์ได้ง่ายขึ้นและเร็วขึ้นโดยไม่ทิ้งหยดน้ำที่หลงเหลือไว้ ดังนั้นความสามารถในการละลายน้ำที่สูงขึ้นจึงเป็นกุญแจสำคัญในการเพิ่มปริมาณงานสูงสุด และเมื่อรวมกับอัตราของเสียที่ลดลง ก็จะสามารถเพิ่มผลผลิตได้เช่นกัน

2.3.2.วิธีการบรรจุของเหลวที่สอง

อีกวิธีหนึ่งในการควบคุมความมั่นคงของวงเดือนคือการออกแบบพิเศษของศีรษะที่จมอยู่ใต้น้ำ เมื่อคำนึงถึงมุมสัมผัสที่แตกต่างกันระหว่างความต้านทานและการเคลือบที่แตกต่างกันกับของเหลวที่จมอยู่ใต้น้ำ โครงสร้างส่วนหัวที่จมอยู่ใต้น้ำจะต้องสามารถบรรลุช่วงการทำงานที่กว้างด้วยความเร็วในการสแกนสูง ASML รายงานว่าการใช้หัวพิมพ์ใต้น้ำแบบใหม่จะช่วยลดข้อบกพร่องทั้งหมดได้อย่างมาก (มากกว่า 3 เท่า) เมื่อความเร็วในการสแกนอยู่ที่ 600 มม./วินาที

การปรับให้เหมาะสมที่สุดสำหรับส่วนหัวที่จมอยู่ใต้น้ำคือโครงสร้างม่านอากาศ การออกแบบนี้สร้างม่านอากาศแรงดันสูงรอบๆ บริเวณที่จมอยู่ใต้น้ำ ทำให้ของเหลวอยู่ในช่องว่างด้านล่างองค์ประกอบออปติกสุดท้าย

2.3.3.การปรับเปลี่ยนพื้นผิวของศีรษะที่จมอยู่ใต้น้ำ

การปรับเปลี่ยนพื้นผิวข้างต้นสำหรับการควบคุมความเสถียรของวงเดือนทั้งหมดถูกนำไปใช้กับเวเฟอร์และขึ้นอยู่กับพื้นผิวที่เป็นเนื้อเดียวกัน แต่พื้นผิวที่ต่างกันซึ่งมีคอนทราสต์ของความสามารถในการเปียกก็สามารถใช้เพื่อรองรับของเหลวในช่องว่างได้ เมื่อพิจารณาว่ากระบวนการพิมพ์หินจริงอาจไม่อนุญาตให้มีการปรับเปลี่ยนพื้นผิวต้านทานต่างกัน วิธีการนี้สามารถนำไปใช้กับส่วนหัวที่จมอยู่ใต้น้ำได้

Fountyl Technologies PTE Ltd มุ่งเน้นไปที่อุตสาหกรรมการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ ผลิตภัณฑ์หลัก ได้แก่: Pin chuck, หัวจับเซรามิกที่มีรูพรุน, เอฟเฟกต์ปลายเซรามิก, คานสี่เหลี่ยมเซรามิก, แกนหมุนเซรามิก ยินดีต้อนรับสู่การติดต่อและการเจรจา！