1. Processo de fotolitografia

As máquinas de fotolitografia são equipamentos essenciais na indústria de semicondutores, utilizadas principalmente para fabricar microestruturas em chips. Elas projetam padrões em fotomáscaras sobre wafers de silício e irradiam a superfície do wafer com luz ultravioleta para formar microestruturas minúsculas.^[1].

Uma máquina de litografia consiste em três módulos principais: sistema óptico, sistema mecânico e sistema de controle. Equipado com fontes de luz de exposição, lentes, refletores e outros componentes ópticos, o sistema óptico projeta micropadrões em fotomáscaras sobre a superfície de wafers de silício. O sistema mecânico inclui mesas de trabalho, sistemas de controle de movimento, sistemas de alinhamento automático e outros dispositivos para ajustar com precisão a posição e a trajetória de movimento dos wafers de silício. O sistema de controle é composto por computadores e software de controle que permitem o agendamento unificado do estado operacional geral da máquina e dos procedimentos de exposição. Dentre os três módulos, o sistema óptico é o componente central da máquina de litografia. Além disso, a exposição e a revelação são os dois processos mais críticos em todo o fluxo de trabalho da litografia.

A exposição refere-se ao processo de projeção de padrões de fotomáscara em wafers de silício através do sistema óptico. Os fotorresistores são divididos em tipos positivos e negativos (o esquema do fotorresistor negativo está à esquerda e o do fotorresistor positivo à direita).^[1]Os fotorresistores positivos sofrem reações fotoquímicas sob irradiação ultravioleta; as áreas expostas podem ser dissolvidas pelo revelador, e os padrões finalmente retidos correspondem às regiões da fotomáscara protegidas da luz. Os fotorresistores negativos reticulam sob irradiação UV, tornando as áreas expostas resistentes à dissolução pelo revelador, e os padrões retidos correspondem às regiões transparentes da fotomáscara.

A revelação é um processo que dissolve seletivamente o fotorresiste com um revelador para formar padrões específicos na película de fotorresiste. O revelador é aplicado na superfície do fotorresiste exposto para dissolver seletivamente as áreas correspondentes, de acordo com as propriedades fotossensíveis do material. Após a limpeza e secagem, forma-se um fotorresiste padronizado que corresponde à fotomáscara. No processo de corrosão subsequente, o fotorresiste atua como uma barreira de corrosão, permitindo a remoção da camada base sem a sua proteção, transferindo, por fim, os padrões para a superfície do wafer.

2. Métodos de revestimento com fotorresistente e defeitos resultantes

Tanto os fotorresistores positivos quanto os negativos desempenham um papel insubstituível na litografia, por isso são necessários padrões extremamente elevados para o revestimento de fotorresistores.

Existem quatro métodos de revestimento com fotorresistente: revestimento manual, revestimento por centrifugação, revestimento por pulverização e revestimento por rolo. O revestimento por centrifugação é o método mais utilizado atualmente, principalmente devido às seguintes vantagens:

1. Alta uniformidade de revestimento; o líquido pode penetrar automaticamente nos poros capilares dos substratos experimentais.

2. Tempo de revestimento curto, permitindo a preparação rápida em massa de amostras.

3. Capaz de formar revestimentos de camada única em materiais de lâmina fina.

A deposição de fotorresina por rotação é um processo de pré-tratamento fundamental antes da exposição do padrão. A uniformidade dos filmes depositados por rotação determina diretamente o efeito de execução dos processos de exposição subsequentes e é um fator essencial que afeta a qualidade da moldagem dos padrões litográficos finais. O processo padrão de formação de filme por rotação é dividido em três etapas. Primeiro, o bico de revestimento pulveriza quantitativamente a fotorresina no centro do wafer. Em seguida, o wafer gira em alta velocidade e a força centrífuga espalha a fotorresina central para fora, em direção à borda do wafer, causando uma protuberância de fotorresina acumulada na borda. A espessura do filme de fotorresina pode ser reduzida aumentando-se a velocidade de rotação. Finalmente, o wafer continua girando em alta velocidade, o solvente dentro do filme evapora continuamente e um filme de fotorresina uniforme e estável é formado na superfície do wafer.

Nos processos convencionais de revestimento por rotação, a espessura da fotorresistência ao longo do raio do wafer apresenta uma distribuição típica em forma de "tigela": a película no centro do wafer é ligeiramente mais espessa, enquanto a película na área central do wafer é relativamente uniforme. Devido à força centrífuga e à tensão superficial, formam-se protuberâncias de fotorresistência acumuladas (bordas de borda) na extremidade externa do wafer, e a espessura da película na borda é muito maior do que a espessura padrão. Essa flutuação radial da espessura da película interfere diretamente na precisão do foco da exposição litográfica subsequente e afeta a estabilidade dos processos de litografia. O aumento da espessura no centro do wafer é pequeno e basicamente não tem impacto negativo na imagem da exposição. No entanto, o problema do acúmulo de fotorresistência na borda do wafer é proeminente, com espessura várias vezes maior do que a da película do processo padrão. O excesso de fotorresistência residual na borda se espalha facilmente para a parte de trás do wafer, contaminando-o e afetando todo o processo, como mostrado na figura abaixo.

O excesso de fotorresistente nas bordas e no verso do wafer não só danifica os equipamentos de revestimento e revelação, como também interfere nas máquinas de exposição e pode até contaminar equipamentos fora da área de litografia. Em vista desses graves impactos, um processo especial de Remoção de Bordas (EBR, na sigla em inglês) é necessário para remover o excesso de fotorresistente das bordas, concluir a litografia e proteger os equipamentos de produção. A operação de EBR pode ser realizada após a cura do fotorresistente no wafer, formando uma película estável.

3. Reparo de bordas com fotorresistente

Duas soluções comuns de reparo de bordas por eletroresistência (EBR) são adotadas na indústria, cada uma com suas vantagens e desvantagens.

3.1 EBR Químico

Após a deposição e pré-cozimento, a tecnologia Chemical EBR pulveriza solventes de remoção de bordas (PGMEA ou EGMEA) nas regiões das bordas frontal, chanfrada e traseira do wafer. A área de cobertura do solvente deve ser rigorosamente controlada durante a operação para evitar a infiltração na área válida do fotorresiste.^[2]Este método dissolve as películas de borda por meio de solvente. Além de remover o fotorresiste da borda, ele pode remover simultaneamente resíduos de revestimento antirreflexo, processar o fotorresiste acumulado na frente, no chanfro e no verso do wafer, e é compatível com todos os tipos de fotorresiste, independentemente da fotossensibilidade. No entanto, o fluxo de fluido resulta em perfis de remoção de borda irregulares, com riscos ocultos de penetração do solvente no interior, danificando padrões válidos. Os detritos de fotorresiste dissolvidos causam facilmente contaminação por partículas. Além disso, o consumo contínuo de solventes orgânicos de alta pureza resulta em custos relativamente altos para consumíveis e tratamento de efluentes líquidos.

3.2 Exposição Óptica da Borda do Wafer (EBR, Wee)

A exposição óptica da borda do wafer (EBR, na sigla em inglês), também conhecida como exposição da borda do wafer (WEE, na sigla em inglês), é realizada após a deposição e pré-cozimento, antes da exposição do padrão principal, ou após a exposição do padrão principal. Lasers irradiam a área da borda do wafer para desencadear reações fotoquímicas no fotorresiste irradiado, que se dissolve simultaneamente com os padrões expostos no processo de revelação subsequente.^[3]O EBR óptico não requer solventes químicos, mantém um alto grau de limpeza da superfície do wafer, forma limites de exposição regulares, elimina o risco de erosão em fase líquida sobre o fotorresiste intacto e reduz os custos de consumíveis para processamento de wafers individuais. Sua limitação reside no fato de que ele só pode processar fotorresistes fotossensíveis e não consegue remover revestimentos antirreflexo não fotossensíveis.^[4].

4. Processo de exposição da borda do wafer óptico

A estabilidade do processo de litografia óptica por feixe de elétrons (EBR) impõe requisitos rigorosos aos sistemas a laser, sendo a seleção do comprimento de onda da fonte de luz crucial. Para os processos de litografia i-line (365 nm) convencionais, os esquemas WEE (Weighted Energy Equipment - Equipamentos de Energia Renovável) geralmente adotam lasers ultravioleta de 355 nm. Esse comprimento de onda corresponde bem às características de absorção de luz dos fotorresistores i-line comerciais e pode desencadear reações fotoquímicas alvo de forma estável. Além disso, os lasers de 355 nm apresentam industrialização consolidada, potência de saída estável, baixo fotoenvelhecimento dos componentes ópticos e podem reduzir diversos defeitos induzidos pela fotodegradação da película fina e luz espúria. Os lasers ultravioleta profundos de 266 nm são compatíveis apenas com sistemas de fotorresistores KrF (248 nm) e não são utilizados em processos g/i-line padrão. A compatibilidade direta com fotorresistores i-line causará superexposição da camada superficial e fotossensibilidade insuficiente da camada inferior, deixando resíduos de fotorresistor. Ademais, os lasers nesse comprimento de onda apresentam baixa eficiência de conversão de frequência, vida útil limitada dos componentes ópticos e uma janela de processo geral estreita.

Para atender às demandas de fonte de luz do EBR Óptico, RealLight desenvolvidos de forma independente lasers de microchip da série MCC. O Lasers de microchip MCC RealSubns® Caracterizam-se por uma largura de pulso ultranarrow ideal e alta energia de pulso único. Como lasers de estado sólido bombeados por diodo com comutação Q passiva, eles fornecem formas de onda de pulso limpas, sem pulsos residuais, energia de pulso único estável e excelente qualidade de feixe. O diagrama esquemático e as fotos físicas são mostrados abaixo.

O laser adota um design de comutação Q passiva com cristais de Nd:YAG e Cr:YAG ligados, em conformidade com a tecnologia proprietária. laser de microchip rota técnica de RealLightPossuímos profundo conhecimento técnico em processos relevantes, o que permite longa vida útil, alta estabilidade e operação em ampla faixa de temperatura. Um refrigerador termoelétrico é integrado ao laser para manter uma temperatura interna de operação constante, adaptando-se a ambientes de alta e baixa temperatura.

O Série MCC Abrange cinco comprimentos de onda: 1064 nm, 532 nm, 355 nm, 266 nm e 213 nm. Lasers de microchip de RealLight Suporta disparo interno e externo. O controle síncrono baseado no modo de disparo externo facilita a integração com sistemas de rotação e posicionamento de wafers. Os lasers de 355 nm e 266 nm suportam taxas de repetição de 1 kHz, 5 kHz, 10 kHz e 20 kHz, com energia máxima de pulso único de 20 μJ e largura de pulso de 650 ps. A tabela de parâmetros técnicos de lasers de microchip como mostrado abaixo. Enquanto isso, fornecemos lasers personalizados de alta taxa de repetição de 355 nm e 266 nm para aplicações de reparo de fotorresistente, com taxas de repetição de até 20 kHz ou 30 kHz.

Com o avanço contínuo dos nós de processo semicondutores, a demanda de mercado por reparo de borda de fotorresistente em wafers (EBR) cresce de forma constante. Caracterizando-se por alta confiabilidade, tamanho compacto e baixo custo, RealLightOs produtos da [Nome da Empresa] irão impulsionar continuamente a evolução técnica da Exposição da Borda do Wafer (WEE). Espera-se que a tecnologia óptica EBR alivie a poluição e a pressão sobre os consumíveis causadas por solventes químicos, otimize os defeitos de processo nas bordas do wafer e aumente a qualidade, reduzindo os custos dos processos de litografia. Aguardamos com expectativa o seu desenvolvimento futuro.

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Referências

[1] icguide. Guia passo a passo para o princípio de funcionamento das máquinas de litografia [EB/OL]. 2024-04-12.

[2] Laura Peters. O tratamento de borda é crítico para máscaras rígidas[J]. Aplicações de circuitos integrados, 2007(10):29.

[3] Explicação detalhada do processo de fotolitografia de semicondutores. Ventiladores eletrônicos. 10/11/2025.

[4] Wei Yiyi. Teoria e aplicações avançadas de litografia para VLSI. Pequim: Science Press, 2016:35-36, 39-40.