1. Procédé de photolithographie

Les machines de photolithographie sont des équipements essentiels dans l'industrie des semi-conducteurs, principalement utilisées pour fabriquer des microstructures sur des puces. Elles projettent des motifs sur des photomasques sur des plaquettes de silicium et irradient la surface de la plaquette avec de la lumière ultraviolette pour former des microstructures minuscules.^[1].

Une machine de lithographie se compose de trois modules principaux : le système optique, le système mécanique et le système de contrôle. Équipé de sources lumineuses d'exposition, de lentilles, de réflecteurs et d'autres composants optiques, le système optique projette des micro-motifs sur des photomasques, puis les dépose sur les plaquettes de silicium. Le système mécanique comprend des platines porte-pièces, des systèmes de contrôle de mouvement, des systèmes d'alignement automatique et d'autres dispositifs permettant d'ajuster avec précision la position et la trajectoire des plaquettes de silicium. Le système de contrôle est composé d'ordinateurs et d'un logiciel de contrôle permettant la planification centralisée du fonctionnement de la machine et des procédures d'exposition. Parmi ces trois modules, le système optique est le composant central de la machine de lithographie. L'exposition et le développement sont quant à eux les deux étapes les plus critiques du processus de lithographie.

L'exposition désigne le procédé de projection des motifs du photomask sur les plaquettes de silicium à l'aide du système optique. Les résines photosensibles se divisent en deux catégories : positives et négatives (le schéma d'une résine photosensible négative est à gauche, celui d'une résine photosensible positive à droite).^[1]Les photorésines positives subissent des réactions photochimiques sous irradiation ultraviolette ; les zones exposées peuvent être dissoutes par le révélateur, et les motifs conservés correspondent aux régions opaques du photomask. Les photorésines négatives se réticulent sous irradiation UV, rendant les zones exposées résistantes à la dissolution par le révélateur, et les motifs conservés correspondent aux régions transparentes du photomask.

Le développement est un procédé qui dissout sélectivement la résine photosensible à l'aide d'un révélateur afin de former les motifs cibles sur le film de résine. Le révélateur est appliqué sur la surface de la résine exposée pour dissoudre sélectivement les zones correspondantes en fonction des propriétés photosensibles de la résine. Après nettoyage et séchage, on obtient une résine photosensible structurée, correspondant au masque de photolithographie. Lors de l'étape de gravure suivante, la résine photosensible sert de barrière de gravure, permettant de graver le film de base dépourvu de protection et de transférer ainsi les motifs sur la surface de la plaquette.

2. Méthodes de revêtement de photorésine et défauts résultants

Les photorésines positives et négatives jouent un rôle irremplaçable en lithographie, c'est pourquoi des normes extrêmement élevées sont requises pour le revêtement des photorésines.

Il existe quatre méthodes de revêtement de résine photosensible : le revêtement manuel, le revêtement par centrifugation, le revêtement par pulvérisation et le revêtement par rouleau. Le revêtement par centrifugation est actuellement la méthode la plus répandue, principalement en raison des avantages suivants :

1. Haute uniformité du revêtement ; le liquide peut pénétrer automatiquement dans les pores capillaires des substrats expérimentaux.

2. Temps de revêtement court, permettant une préparation rapide en masse des échantillons.

3. Capable de former des revêtements monocouches sur des matériaux en feuilles minces.

Le dépôt de résine photosensible par centrifugation est une étape de prétraitement essentielle avant l'exposition des motifs. L'uniformité des films déposés par centrifugation détermine directement le résultat des étapes d'exposition ultérieures et influence fortement la qualité de moulage des motifs lithographiques finaux. Le procédé standard de dépôt par centrifugation se divise en trois étapes. Premièrement, la buse de dépôt pulvérise quantitativement la résine photosensible au centre de la plaquette. Ensuite, la plaquette est mise en rotation à grande vitesse, et la force centrifuge étale la résine photosensible centrale vers les bords, créant ainsi un bourrelet de résine accumulée en périphérie. L'épaisseur du film de résine photosensible peut être réduite en augmentant la vitesse de rotation. Enfin, la plaquette continue de tourner à grande vitesse, le solvant contenu dans le film s'évapore progressivement, et un film de résine photosensible uniforme et stable se forme à la surface de la plaquette.

Lors des procédés de dépôt par centrifugation classiques, l'épaisseur de la résine photosensible le long du rayon de la plaquette présente une distribution typique en forme de bol : le film au centre de la plaquette est légèrement plus épais, tandis que celui dans la zone médiane est relativement uniforme. Sous l'effet de la force centrifuge et de la tension superficielle, des bourrelets de résine photosensible (bourrelets de bord) se forment nettement sur le bord extérieur de la plaquette, et l'épaisseur du film y est bien supérieure à l'épaisseur standard. Cette fluctuation radiale de l'épaisseur du film perturbe directement la précision de la mise au point lors de l'exposition lithographique ultérieure et affecte la stabilité des procédés de lithographie. L'augmentation d'épaisseur au centre de la plaquette est faible et n'a pratiquement aucun impact négatif sur l'imagerie. En revanche, le problème de l'accumulation de résine photosensible sur le bord de la plaquette est important, avec une épaisseur plusieurs fois supérieure à celle du film standard. L'excès de photorésine résiduelle sur le bord se propage facilement vers l'arrière de la plaquette, la contamine et affecte l'ensemble du processus de fabrication, comme le montre la figure ci-dessous.

L'excès de résine photosensible sur les bords et la face arrière de la plaquette risque d'endommager les équipements de revêtement et de développement, de perturber les machines d'exposition et même de contaminer les équipements situés hors de la zone de lithographie. Compte tenu de ces risques importants, un procédé spécifique d'élimination des bords (EBR) est nécessaire pour retirer cet excès de résine photosensible, finaliser la lithographie et protéger les équipements de production. L'opération EBR peut être effectuée une fois que la résine photosensible sur la plaquette a durci et formé un film stable.

3. Réparation des bords de la résine photosensible

Deux solutions EBR courantes sont adoptées dans l'industrie pour la réparation des bords de la résine photosensible, chacune présentant des avantages et des inconvénients.

3.1 EBR chimique

Après le dépôt et la cuisson douce, l'EBR chimique pulvérise des solvants d'élimination des bords (PGMEA ou EGMEA) sur les bords avant, chanfreiné et arrière de la plaquette. La zone de couverture du solvant doit être strictement contrôlée pendant l'opération afin d'éviter toute infiltration dans la zone photosensible.^[2]Cette méthode dissout les films de bord à l'aide d'un solvant. Outre le décapage de la résine photosensible en bordure, elle permet d'éliminer simultanément les résidus de revêtement antireflet, de traiter la résine photosensible accumulée sur la face avant, le chanfrein et la face arrière de la plaquette, et est compatible avec tous les types de résines photosensibles, quelle que soit leur photosensibilité. Cependant, l'écoulement du fluide engendre des profils de décapage irréguliers, avec un risque de pénétration du solvant vers l'intérieur pouvant endommager les motifs. Les débris de résine photosensible dissoute peuvent facilement contaminer les particules. Par ailleurs, la consommation continue de solvants organiques de haute pureté entraîne des coûts relativement élevés pour les consommables et le traitement des effluents.

3.2 EBR optique (exposition du bord de la plaquette, WEE)

L'EBR optique, également appelée exposition des bords de la plaquette (WEE), est réalisée soit après le dépôt et le précuisson avant l'exposition du motif principal, soit après cette exposition. Des lasers irradient le bord de la plaquette pour déclencher des réactions photochimiques sur la résine photosensible irradiée, qui se dissout simultanément avec les motifs exposés lors du développement ultérieur.^[3]L'EBR optique ne nécessite aucun solvant chimique, garantit une propreté élevée de la surface de la plaquette, forme des limites d'exposition régulières, élimine le risque d'érosion en phase liquide sur la résine photosensible intacte et réduit les coûts des consommables de traitement pour une plaquette unique. Sa limitation réside dans le fait qu'elle ne peut traiter que les résines photosensibles et ne peut pas éliminer les revêtements antireflets non photosensibles.^[4].

4. Procédé d'exposition des bords de la plaquette optique

La stabilité du procédé EBR optique impose des exigences strictes aux systèmes laser, et le choix de la longueur d'onde de la source lumineuse est crucial. Pour les procédés de lithographie i-line (365 nm) courants, les schémas WEE adaptés utilisent généralement des lasers ultraviolets de 355 nm. Cette longueur d'onde correspond bien aux caractéristiques d'absorption de la lumière des photorésines i-line commerciales et permet de déclencher de manière stable les réactions photochimiques cibles. Par ailleurs, les lasers à 355 nm présentent une industrialisation mature, une puissance de sortie stable, un faible photovieillissement des composants optiques et permettent de réduire divers défauts induits par la photodégradation des couches minces et la lumière parasite. Les lasers ultraviolets profonds à 266 nm sont uniquement compatibles avec les systèmes de photorésine KrF (248 nm) et ne sont pas utilisés pour les procédés g/i-line standard. Un appariement direct avec les photorésines i-line entraînerait une surexposition de la couche superficielle et une photosensibilité insuffisante de la couche inférieure, laissant des résidus de photorésine. De plus, les lasers à cette longueur d'onde présentent un faible rendement de conversion par doublage de fréquence, une durée de vie limitée des composants optiques et une plage de fonctionnement globale étroite.

Pour répondre aux exigences en matière de sources lumineuses de l'EBR optique, RealLight développé indépendamment le Lasers à microprocesseur de la série MCC. Le Lasers à micropuce MCC RealSubns® Ces lasers présentent une largeur d'impulsion ultra-étroite idéale et une énergie d'impulsion unique élevée. Lasers à semi-conducteurs pompés par diodes et commutés Q passivement, ils délivrent des impulsions nettes sans impulsions résiduelles, une énergie d'impulsion unique stable et une excellente qualité de faisceau. Le schéma et des photos sont présentés ci-dessous.

Le laser adopte une conception à commutation Q passive avec des cristaux Nd:YAG et Cr:YAG liés, conformément à la technologie propriétaire. laser à microprocesseur voie technique de RealLightNous bénéficions d'une solide expertise technique dans les procédés concernés, garantissant une longue durée de vie, une grande stabilité et un fonctionnement sur une large plage de températures. Un système de refroidissement thermoélectrique est intégré au laser afin de maintenir une température de fonctionnement interne constante, permettant ainsi une adaptation aux environnements à hautes et basses températures.

Le Série MCC couvre cinq longueurs d'onde : 1064 nm, 532 nm, 355 nm, 266 nm et 213 nm. Lasers à microprocesseur depuis RealLight Prise en charge du déclenchement interne et externe. La commande synchrone basée sur le mode de déclenchement externe facilite la liaison avec les systèmes de rotation et de positionnement des plaquettes. Les lasers à 355 nm et 266 nm prennent en charge des fréquences de répétition de 1 kHz, 5 kHz, 10 kHz et 20 kHz, avec une énergie maximale par impulsion de 20 μJ et une largeur d'impulsion de 650 ps. Le tableau des paramètres techniques de lasers à microprocesseur comme indiqué ci-dessous. Par ailleurs, nous proposons des lasers 355 nm et 266 nm à haute fréquence de répétition, personnalisés pour les applications de réparation de photorésine, avec des fréquences de répétition allant jusqu'à 20 kHz ou 30 kHz.

Avec les progrès constants des procédés de fabrication des semi-conducteurs, la demande du marché pour la réparation des bords de photorésine (EBR) des plaquettes croît régulièrement. Caractérisée par une fiabilité élevée, une taille compacte et un faible coût, RealLightLes produits de [Nom de l'entreprise] contribueront à l'amélioration continue de la technologie d'exposition des bords de plaquettes (WEE). La technologie EBR optique devrait permettre de réduire la pollution et la consommation de consommables liées aux solvants chimiques, d'optimiser les défauts de traitement en bordure de plaquette et d'améliorer la qualité tout en réduisant les coûts des procédés de lithographie. Nous suivrons avec intérêt son développement futur.

RealLight est une entreprise de haute technologie spécialisée dans la R&D, la production et la vente de lasers semi-conducteurs, lasers à microprocesseurL'entreprise propose des lasers à verre erbium, des lasers à semi-conducteurs haute puissance et les composants optiques associés. Forte de son esprit d'innovation, elle fournit des sources de lumière laser et des systèmes performants, fiables et personnalisables pour la télémétrie radar, l'instrumentation analytique, la biomédecine, la recherche scientifique et le traitement laser. Elle offre également des services de personnalisation et de développement OEM/ODM complets.

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Références

[1] icguide. Guide étape par étape du principe de fonctionnement des machines lithographiques [EB/OL]. 2024-04-12.

[2] Laura Peters. Le traitement des bords est essentiel pour les masques durs[J]. Applications des circuits intégrés, 2007(10):29.

[3] Explication détaillée du processus de photolithographie des semi-conducteurs. Ventilateurs électroniques. 10/11/2025.

[4] Wei Yiyi. Théorie et applications avancées de la lithographie pour VLSI. Pékin : Science Press, 2016 : 35-36, 39-40.