1. Proceso de fotolitografía

Las máquinas de fotolitografía son equipos fundamentales en la industria de los semiconductores, utilizadas principalmente para fabricar microestructuras en los chips. Proyectan patrones en fotomáscaras sobre obleas de silicio e irradian la superficie de la oblea con luz ultravioleta para formar diminutas microestructuras.^[1].

Una máquina de litografía consta de tres módulos principales: sistema óptico, sistema mecánico y sistema de control. Equipado con fuentes de luz de exposición, lentes, reflectores y otros componentes ópticos, el sistema óptico proyecta micropatrones de fotomáscaras sobre la superficie de las obleas de silicio. El sistema mecánico incluye plataformas para las piezas, sistemas de control de movimiento, sistemas de alineación automática y otros dispositivos para ajustar con precisión la posición y la trayectoria de las obleas de silicio. El sistema de control se compone de ordenadores y software de control para programar de forma unificada el estado operativo general de la máquina y los procedimientos de exposición. De los tres módulos, el sistema óptico es el componente central de la máquina de litografía. La exposición y el revelado son los dos procesos más críticos en todo el flujo de trabajo de la litografía.

La exposición se refiere al proceso de proyectar patrones de fotomáscara sobre obleas de silicio mediante un sistema óptico. Las fotorresistencias se dividen en positivas y negativas (el esquema de la fotorresistencia negativa se muestra a la izquierda y el de la positiva a la derecha).^[1]Las fotorresistencias positivas experimentan reacciones fotoquímicas bajo irradiación ultravioleta; las áreas expuestas pueden disolverse con el revelador, y los patrones resultantes corresponden a las regiones de la fotomáscara que no reciben luz. Las fotorresistencias negativas se reticulan bajo irradiación UV, lo que hace que las áreas expuestas sean resistentes a la disolución por el revelador, y los patrones resultantes coinciden con las regiones transparentes de la fotomáscara.

El revelado es un proceso que disuelve selectivamente la fotorresina con un revelador para formar patrones específicos sobre la película. El revelador se aplica a la superficie de la fotorresina expuesta para disolver selectivamente las áreas correspondientes según las propiedades fotosensibles de la misma. Tras la limpieza y el secado, se forma una fotorresina con el patrón que coincide con la fotomáscara. En el proceso de grabado posterior, la fotorresina actúa como barrera para grabar la película base sin su protección, transfiriendo finalmente los patrones a la superficie de la oblea.

2. Métodos de recubrimiento con fotorresina y defectos resultantes

Tanto las fotorresistencias positivas como las negativas desempeñan un papel insustituible en la litografía, por lo que se requieren estándares extremadamente altos para el recubrimiento con fotorresistencia.

Existen cuatro métodos de recubrimiento fotorresistente: recubrimiento manual, recubrimiento por centrifugación, recubrimiento por pulverización y recubrimiento por rodillo. El recubrimiento por centrifugación es el método más utilizado actualmente, principalmente debido a las siguientes ventajas:

1. Alta uniformidad del recubrimiento; el líquido puede penetrar automáticamente en los poros capilares de los sustratos experimentales.

2. Tiempo de recubrimiento corto, lo que permite una rápida preparación en masa de las muestras.

3. Capaz de formar recubrimientos monocapa sobre materiales en láminas delgadas.

El recubrimiento por centrifugación de fotorresina es un proceso de pretratamiento clave antes de la exposición del patrón. La uniformidad de las películas recubiertas por centrifugación determina directamente el efecto de ejecución de los procesos de exposición posteriores y es un factor fundamental que afecta la calidad del moldeo de los patrones litográficos finales. El proceso estándar de formación de película por centrifugación se divide en tres etapas. Primero, la boquilla de recubrimiento rocía cuantitativamente la fotorresina en el centro de la oblea. Luego, la oblea gira a alta velocidad y la fuerza centrífuga extiende la fotorresina central hacia el borde de la oblea, causando una protuberancia de fotorresina acumulada en el borde. El espesor de la película de fotorresina se puede reducir aumentando la velocidad de centrifugación. Finalmente, la oblea continúa girando a alta velocidad, el disolvente dentro de la película se evapora continuamente y se forma una película de fotorresina uniforme y estable en la superficie de la oblea.

En los procesos convencionales de recubrimiento por centrifugación, el espesor de la fotorresina a lo largo del radio de la oblea presenta una distribución típica en forma de cuenco: la película en el centro de la oblea es ligeramente más gruesa, mientras que la película en la zona central es relativamente uniforme. Debido a la fuerza centrífuga y la tensión superficial, se forman protuberancias de fotorresina acumuladas (Edge Bead) en el borde exterior de la oblea, y el espesor de la película en el borde es mucho mayor que el espesor estándar. Esta fluctuación radial del espesor de la película interfiere directamente con la precisión del enfoque de la exposición litográfica posterior y afecta la estabilidad de los procesos litográficos. El aumento de espesor en el centro de la oblea es leve y prácticamente no tiene un impacto negativo en la formación de imágenes de exposición. Sin embargo, el problema de la acumulación de fotorresina en el borde de la oblea es notable, con un espesor varias veces mayor que el de la película del proceso estándar. El exceso de fotorresina residual en el borde se extiende fácilmente a la parte posterior de la oblea, la contamina y afecta el proceso general de la oblea, como se muestra en la figura siguiente.

El exceso de fotorresina en los bordes y la parte posterior de la oblea no solo daña los equipos de recubrimiento y revelado, sino que también interfiere con las máquinas de exposición e incluso contamina los equipos fuera del área de litografía. Debido a estos graves problemas, se requiere un proceso especial de eliminación de bordes (EBR, por sus siglas en inglés) para eliminar el exceso de fotorresina, completar la litografía y proteger los equipos de producción. La operación EBR se puede realizar una vez que la fotorresina de la oblea se haya curado formando una película estable.

3. Reparación de bordes de fotorresina

En la industria se utilizan dos soluciones EBR comunes para la reparación de bordes de fotorresina, cada una con sus respectivas ventajas e inconvenientes.

3.1 EBR químico

Tras el recubrimiento y el horneado suave, Chemical EBR rocía disolventes para la eliminación de bordes (PGMEA o EGMEA) en las regiones del borde frontal, biselado y posterior de la oblea. El rango de cobertura del disolvente debe controlarse estrictamente durante el proceso para evitar la infiltración en el área válida del patrón de fotorresina.^[2]Este método disuelve las películas de los bordes mediante solvente. Además de eliminar la fotorresina de los bordes, permite eliminar simultáneamente los residuos de recubrimiento antirreflectante, procesar la fotorresina acumulada en la cara frontal, el bisel y la cara posterior de la oblea, y es compatible con todo tipo de fotorresinas, independientemente de su fotosensibilidad. Sin embargo, el flujo del fluido genera perfiles de eliminación de bordes irregulares, con el riesgo latente de que el solvente penetre en el interior y dañe los patrones válidos. Los residuos de fotorresina disuelta pueden causar fácilmente contaminación por partículas. Asimismo, el consumo continuo de solventes orgánicos de alta pureza conlleva costos relativamente altos para los consumibles y el tratamiento de los líquidos residuales.

3.2 Exposición óptica del borde de la oblea (WEE)

La EBR óptica, también conocida como exposición del borde de la oblea (WEE), se realiza después del recubrimiento y el horneado suave, antes de la exposición del patrón principal, o después de la exposición del patrón principal. Los láseres irradian el área del borde de la oblea para desencadenar reacciones fotoquímicas en la fotorresina irradiada, que se disuelve sincrónicamente con los patrones expuestos en el proceso de revelado posterior.^[3]La técnica EBR óptica no requiere disolventes químicos, mantiene una alta limpieza de la superficie de la oblea, forma límites de exposición regulares, elimina el riesgo de erosión por fase líquida en la fotorresina intacta y reduce los costos de consumibles para el procesamiento de obleas individuales. Su limitación radica en que solo puede procesar fotorresinas fotosensibles y no puede eliminar recubrimientos antirreflectantes no fotosensibles.^[4].

4. Proceso de exposición del borde de la oblea óptica

La estabilidad del proceso EBR óptico impone requisitos estrictos para los sistemas láser, y la selección de la longitud de onda de la fuente de luz es crítica. Para los procesos de litografía de línea i (365 nm) convencionales, los esquemas WEE coincidentes generalmente adoptan láseres ultravioleta de 355 nm. Esta longitud de onda coincide bien con las características de absorción de luz de las fotorresistencias comerciales de línea i y puede desencadenar de forma estable las reacciones fotoquímicas objetivo. Además, los láseres de 355 nm se caracterizan por su industrialización madura, una potencia de salida estable, un bajo fotoenvejecimiento de los componentes ópticos y pueden reducir diversos defectos inducidos por la fotodegradación de la película delgada y la luz parásita. Los láseres ultravioleta profundo de 266 nm solo son compatibles con sistemas de fotorresistencia KrF (248 nm) y no se utilizan para procesos estándar de línea g/i. La coincidencia directa con fotorresistencias de línea i provocará una sobreexposición de la capa superficial y una fotosensibilidad insuficiente de la capa inferior, dejando fotorresistencia residual. Además, los láseres en esta longitud de onda tienen una baja eficiencia de conversión de duplicación de frecuencia, una vida útil limitada de los componentes ópticos y una ventana de proceso general estrecha.

Para satisfacer las demandas de fuente de luz de Optical EBR, Luz real desarrolló de forma independiente el Láseres de microchip de la serie MCC. El Láseres de microchip MCC RealSubns® Se caracterizan por un ancho de pulso ultradelgado ideal y una alta energía de pulso único. Como láseres de estado sólido bombeados por diodos con conmutación Q pasiva, ofrecen formas de onda de pulso limpias sin pulsos residuales, energía de pulso único estable y una excelente calidad de haz. El diagrama esquemático y las fotografías físicas se muestran a continuación.

El láser adopta un diseño de conmutación Q pasiva con cristales de Nd:YAG y Cr:YAG unidos, en consonancia con la patente. láser de microchip ruta técnica de Luz realContamos con una sólida experiencia técnica en procesos relevantes, lo que nos permite ofrecer una larga vida útil, alta estabilidad y un amplio rango de temperaturas de funcionamiento. El láser incorpora un sistema de refrigeración termoeléctrica para mantener una temperatura interna constante, adaptándose a entornos de alta y baja temperatura.

El Serie MCC Abarca cinco longitudes de onda: 1064 nm, 532 nm, 355 nm, 266 nm y 213 nm. láseres de microchips de Luz real Admite activación interna y externa. El control síncrono basado en el modo de activación externa facilita la vinculación con los sistemas de rotación y posicionamiento de obleas. Los láseres de 355 nm y 266 nm admiten frecuencias de repetición de 1 kHz, 5 kHz, 10 kHz y 20 kHz, con una energía máxima de pulso único de 20 μJ y un ancho de pulso de 650 ps. La tabla de parámetros técnicos de láseres de microchips Como se muestra a continuación, también ofrecemos láseres personalizados de alta frecuencia de repetición de 355 nm y 266 nm para aplicaciones de reparación de fotorresistencias, con frecuencias de repetición de hasta 20 kHz o 30 kHz.

Con el continuo avance de los nodos de proceso de semiconductores, la demanda del mercado de reparación de bordes de fotorresina de obleas (EBR) crece de manera constante. Con alta confiabilidad, tamaño compacto y bajo costo, Luz realLos productos de [nombre de la empresa] impulsarán continuamente la mejora técnica de la exposición de bordes de oblea (WEE). Se espera que la tecnología EBR óptica reduzca la contaminación y la presión sobre los consumibles causada por los disolventes químicos, optimice los defectos del proceso en los bordes de la oblea y mejore la calidad y reduzca los costos de los procesos de litografía. Esperamos con interés su desarrollo futuro.

Luz real es una empresa de alta tecnología centrada en la I+D, producción y venta de láseres semiconductores, láseres de microchipsLáseres de vidrio de erbio, láseres de estado sólido de alta potencia y componentes ópticos de soporte. Gracias a su innovación propia, la empresa ofrece fuentes de luz láser y soluciones de sistemas de alto rendimiento, alta fiabilidad y personalizables para los campos de medición de distancias por radar, instrumentos analíticos, biomedicina, investigación científica y procesamiento láser, y brinda servicios integrales de personalización y desarrollo OEM/ODM.

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Referencias

[1] icguide. Guía paso a paso del principio de funcionamiento de las máquinas de litografía [EB/OL]. 12 de abril de 2024.

[2] Laura Peters. El tratamiento de bordes es fundamental para las máscaras duras[J]. Aplicaciones de circuitos integrados, 2007(10):29.

[3] Explicación detallada del proceso de fotolitografía de semiconductores. Ventiladores electrónicos. 10 de noviembre de 2025.

[4] Wei Yiyi. Teoría y aplicaciones avanzadas de litografía para VLSI. Pekín: Science Press, 2016:35-36, 39-40.