1. Processo di fotolitografia

Le macchine per fotolitografia sono apparecchiature fondamentali nell'industria dei semiconduttori, utilizzate principalmente per fabbricare microstrutture sui chip. Proiettano modelli su fotomaschere su wafer di silicio e irradiano la superficie del wafer con luce ultravioletta per formare minuscole microstrutture.^[1].

Una macchina per litografia è composta da tre moduli principali: sistema ottico, sistema meccanico e sistema di controllo. Dotato di sorgenti luminose di esposizione, lenti, riflettori e altri componenti ottici, il sistema ottico proietta micropattern su fotomaschere sulla superficie dei wafer di silicio. Il sistema meccanico comprende piattaforme di lavoro, sistemi di controllo del movimento, sistemi di allineamento automatico e altri dispositivi per regolare con precisione la posizione e la traiettoria di movimento dei wafer di silicio. Il sistema di controllo è composto da computer e software di controllo per realizzare una programmazione unificata dello stato operativo complessivo della macchina e delle procedure di esposizione. Tra i tre moduli, il sistema ottico è il componente centrale della macchina per litografia. Allo stesso tempo, l'esposizione e lo sviluppo sono i due processi più critici dell'intero flusso di lavoro litografico.

L'esposizione si riferisce al processo di proiezione di pattern di fotomaschere su wafer di silicio attraverso un sistema ottico. I fotoresist si dividono in positivi e negativi (lo schema del fotoresist negativo è a sinistra, quello del fotoresist positivo a destra).^[1]I fotoresist positivi subiscono reazioni fotochimiche sotto irradiazione ultravioletta; le aree esposte possono essere disciolte dal rivelatore e i motivi finali ottenuti corrispondono alle regioni schermate dalla luce della fotomaschera. I fotoresist negativi reticolano sotto irradiazione UV, rendendo le aree esposte resistenti alla dissoluzione da parte del rivelatore e i motivi ottenuti corrispondono alle regioni trasparenti della fotomaschera.

Lo sviluppo è un processo che dissolve selettivamente il fotoresist con un rivelatore per formare i motivi desiderati sulla pellicola di fotoresist. Il rivelatore viene applicato sulla superficie del fotoresist esposto per dissolvere selettivamente le aree corrispondenti in base alle proprietà fotosensibili del fotoresist. Dopo la pulizia e l'asciugatura, si forma il fotoresist con il motivo corrispondente alla fotomaschera. Nel successivo processo di incisione, il fotoresist funge da barriera per incidere la pellicola di base priva di protezione, trasferendo infine i motivi sulla superficie del wafer.

2. Metodi di rivestimento con fotoresist e difetti conseguenti

Sia i fotoresist positivi che quelli negativi svolgono un ruolo insostituibile nella litografia, pertanto sono richiesti standard estremamente elevati per il rivestimento con fotoresist.

Esistono quattro metodi di rivestimento con fotoresist: rivestimento manuale, rivestimento per centrifugazione, rivestimento a spruzzo e rivestimento a rullo. Il rivestimento per centrifugazione è attualmente il metodo di rivestimento più diffuso, principalmente grazie ai seguenti vantaggi:

1. Elevata uniformità del rivestimento; il liquido può penetrare automaticamente nei pori capillari dei substrati sperimentali.

2. Tempi di rivestimento brevi, che consentono una rapida preparazione in massa dei campioni.

3. In grado di formare rivestimenti monostrato su materiali in fogli sottili.

La deposizione di fotoresist tramite spin coating è un processo di pretrattamento fondamentale prima dell'esposizione del pattern. L'uniformità dei film depositati tramite spin coating determina direttamente l'efficacia dei successivi processi di esposizione ed è un fattore chiave che influenza la qualità di stampaggio dei pattern litografici finali. Il processo standard di deposizione di film tramite spin coating si articola in tre fasi. In primo luogo, l'ugello di deposizione spruzza quantitativamente il fotoresist al centro del wafer. Successivamente, il wafer ruota ad alta velocità e la forza centrifuga distribuisce il fotoresist centrale verso l'esterno, fino al bordo del wafer, creando un rigonfiamento di fotoresist accumulato sul bordo. Lo spessore del film di fotoresist può essere ridotto aumentando la velocità di rotazione. Infine, il wafer continua a ruotare ad alta velocità, il solvente all'interno del film evapora continuamente e si forma un film di fotoresist uniforme e stabile sulla superficie del wafer.

Nei processi di spin coating convenzionali, lo spessore del fotoresist lungo il raggio del wafer presenta una tipica distribuzione a forma di "ciotola": il film al centro del wafer è leggermente più spesso, mentre quello nella zona centrale è relativamente uniforme. A causa della forza centrifuga e della tensione superficiale, si formano evidenti accumuli di fotoresist (Edge Bead) sul bordo esterno del wafer, e lo spessore del film sul bordo è di gran lunga superiore allo spessore standard. Questa fluttuazione radiale dello spessore del film interferisce direttamente con la precisione di messa a fuoco della successiva esposizione litografica e influisce sulla stabilità dei processi di litografia. L'aumento di spessore al centro del wafer è lieve e sostanzialmente non ha un impatto negativo sull'imaging dell'esposizione. Tuttavia, il problema dell'accumulo di fotoresist sul bordo del wafer è rilevante, con uno spessore diverse volte superiore a quello del film di processo standard. L'eccesso di fotoresist residuo sul bordo si diffonde facilmente sul retro del wafer, contaminandolo e influenzando l'intero processo di lavorazione, come mostrato nella figura seguente.

L'eccesso di fotoresist sui bordi e sul retro del wafer non solo danneggia le apparecchiature di rivestimento e sviluppo, ma interferisce anche con le macchine di esposizione e può persino contaminare le apparecchiature al di fuori dell'area di litografia. In considerazione di questi gravi problemi, è necessario uno speciale processo di rimozione del bordo (Edge Bead Removal, EBR) per rimuovere il fotoresist in eccesso dai bordi, completare la litografia e proteggere le apparecchiature di produzione. L'operazione EBR può essere eseguita dopo che il fotoresist sul wafer si è polimerizzato formando una pellicola stabile.

3. Riparazione dei bordi con fotoresist

Nell'industria, per la riparazione dei bordi del fotoresist, si adottano due soluzioni EBR comuni, ognuna con i propri vantaggi e svantaggi.

3.1 EBR chimico

Dopo il rivestimento e la precottura, il processo Chemical EBR spruzza solventi per la rimozione dei bordi (PGMEA o EGMEA) sulle regioni del bordo anteriore, smussato e posteriore del wafer. L'area di copertura del solvente deve essere rigorosamente controllata durante l'operazione per evitare l'infiltrazione nell'area valida del fotoresist.^[2]Questo metodo dissolve i film sui bordi tramite solvente. Oltre a rimuovere il fotoresist dai bordi, può rimuovere simultaneamente i residui di rivestimento antiriflesso, processare il fotoresist accumulato sulla parte anteriore, smussata e posteriore del wafer ed è compatibile con tutti i tipi di fotoresist indipendentemente dalla fotosensibilità. Tuttavia, il flusso del fluido porta a profili di rimozione dei bordi non uniformi, con rischi nascosti di penetrazione del solvente verso l'interno che potrebbero danneggiare i pattern validi. I detriti di fotoresist disciolti possono facilmente causare contaminazione da particelle. Allo stesso tempo, il consumo continuo di solventi organici ad elevata purezza comporta costi relativamente elevati per i materiali di consumo e il trattamento dei liquidi di scarto.

3.2 Esposizione ottica dei bordi del wafer (WEE)

L'EBR ottico, noto anche come esposizione dei bordi del wafer (WEE), viene effettuato dopo il rivestimento e la precottura prima dell'esposizione del pattern principale, oppure dopo l'esposizione del pattern principale. I laser irradiano l'area del bordo del wafer per innescare reazioni fotochimiche sul fotoresist irradiato, che si dissolve in modo sincrono con i pattern esposti nel successivo processo di sviluppo.^[3]La litografia a riflettanza ottica (EBR) non richiede solventi chimici, mantiene un'elevata pulizia della superficie del wafer, forma confini di esposizione regolari, elimina il rischio di erosione in fase liquida sul fotoresist intatto e riduce i costi dei materiali di consumo per la lavorazione di un singolo wafer. Il suo limite risiede nel fatto che può processare solo fotoresist fotosensibili e non può rimuovere rivestimenti antiriflesso non fotosensibili.^[4].

4. Processo di esposizione del bordo del wafer ottico

La stabilità del processo EBR ottico impone requisiti rigorosi ai sistemi laser, e la scelta della lunghezza d'onda della sorgente luminosa è fondamentale. Per i processi di litografia i-line (365 nm) più diffusi, gli schemi WEE abbinati generalmente adottano laser ultravioletti a 355 nm. Questa lunghezza d'onda si adatta bene alle caratteristiche di assorbimento della luce dei fotoresist i-line commerciali e può innescare stabilmente le reazioni fotochimiche desiderate. Inoltre, i laser a 355 nm presentano una matura industrializzazione, una potenza di uscita stabile, un basso fotoinvecchiamento dei componenti ottici e possono ridurre vari difetti indotti dalla fotodegradazione del film sottile e dalla luce diffusa. I laser ultravioletti profondi a 266 nm sono compatibili solo con i sistemi di fotoresist KrF (248 nm) e non vengono utilizzati per i processi g/i-line standard. L'abbinamento diretto con i fotoresist i-line causerebbe una sovraesposizione dello strato superficiale e un'insufficiente fotosensibilità dello strato inferiore, lasciando residui di fotoresist. Inoltre, i laser a questa lunghezza d'onda presentano una bassa efficienza di conversione per raddoppio di frequenza, una durata limitata dei componenti ottici e una finestra di processo complessiva ristretta.

Per soddisfare le esigenze della sorgente luminosa dell'EBR ottico, Luce reale sviluppato in modo indipendente Laser a microchip della serie MCC. IL Laser a microchip MCC RealSubns® Questi laser presentano una larghezza di impulso ultra-stretta ideale e un'elevata energia per singolo impulso. Essendo laser a stato solido pompati a diodi con commutazione Q passiva, offrono forme d'onda di impulso pulite, prive di impulsi di scia, energia stabile per singolo impulso ed eccellente qualità del fascio. Lo schema elettrico e le foto fisiche sono mostrati di seguito.

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IL Serie MCC copre cinque lunghezze d'onda: 1064 nm, 532 nm, 355 nm, 266 nm e 213 nm. Laser a microchip da Luce reale Supportano l'attivazione interna ed esterna. Il controllo sincrono basato sulla modalità di attivazione esterna facilita il collegamento con i sistemi di rotazione e posizionamento del wafer. I laser a 355 nm e 266 nm supportano frequenze di ripetizione di 1 kHz, 5 kHz, 10 kHz e 20 kHz, con un'energia massima per singolo impulso di 20 μJ e una larghezza dell'impulso di 650 ps. La tabella dei parametri tecnici di laser a microchip è mostrato di seguito. Nel frattempo, forniamo laser personalizzati ad alta frequenza di ripetizione da 355 nm e 266 nm per applicazioni di riparazione di fotoresist, con frequenze di ripetizione fino a 20 kHz o 30 kHz.

Con il continuo progresso dei nodi di processo dei semiconduttori, la domanda di mercato per la riparazione dei bordi del fotoresist dei wafer (EBR) cresce costantemente. Caratterizzato da elevata affidabilità, dimensioni compatte e basso costo, Luce realeI prodotti di [Nome dell'azienda] potenzieranno costantemente l'evoluzione tecnologica della tecnologia Wafer Edge Exposure (WEE). Si prevede che la tecnologia EBR ottica ridurrà l'inquinamento e la pressione sui materiali di consumo causati dai solventi chimici, ottimizzerà i difetti di processo sui bordi dei wafer e migliorerà la qualità e ridurrà i costi dei processi di litografia. Attendiamo con interesse i suoi ulteriori sviluppi.

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Riferimenti

[1] icguide. Guida passo passo al principio di funzionamento delle macchine per litografia [EB/OL]. 2024-04-12.

[2] Laura Peters. Il trattamento dei bordi è fondamentale per le maschere rigide[J]. Applicazioni dei circuiti integrati, 2007(10):29.

[3] Spiegazione dettagliata del processo di fotolitografia dei semiconduttori. Ventilatori elettronici. 2025-11-10.

[4] Wei Yiyi. Teoria e applicazioni avanzate della litografia per VLSI. Pechino: Science Press, 2016:35-36, 39-40.