1. Процесс фотолитографии

Фотолитографические установки являются ключевым оборудованием в полупроводниковой промышленности и используются в основном для изготовления микроструктур на чипах. Они проецируют рисунки с фотошаблонов на кремниевые пластины и облучают поверхность пластины ультрафиолетовым светом для формирования крошечных микроструктур.^[1].

Литографическая машина состоит из трех основных модулей: оптической системы, механической системы и системы управления. Оптическая система, оснащенная источниками света для экспонирования, линзами, отражателями и другими оптическими компонентами, проецирует микрорисунки с фотошаблонов на поверхность кремниевых пластин. Механическая система включает в себя платформы для перемещения заготовок, системы управления движением, системы автоматической юстировки и другие устройства для точной регулировки положения и траектории движения кремниевых пластин. Система управления состоит из компьютеров и вспомогательного программного обеспечения для обеспечения единого планирования общего состояния работы машины и процедур экспонирования. Среди трех модулей оптическая система является основным компонентом литографической машины. В то же время экспонирование и проявление являются двумя наиболее важными процессами во всем литографическом процессе.

Экспонирование — это процесс проецирования рисунков фотошаблона на кремниевые пластины с помощью оптической системы. Фоторезисты делятся на позитивные и негативные (схема негативного фоторезиста показана слева, а позитивного — справа).^[1]Положительные фоторезисты подвергаются фотохимическим реакциям под воздействием ультрафиолетового излучения; облученные участки могут быть растворены проявителем, а сохранившиеся рисунки соответствуют светозащищенным областям фотошаблона. Отрицательные фоторезисты сшиваются под воздействием УФ-излучения, делая облученные участки устойчивыми к растворению проявителем, а сохранившиеся рисунки соответствуют прозрачным областям фотошаблона.

Проявление — это процесс, при котором фоторезист избирательно растворяется с помощью проявителя для формирования целевых рисунков на фоторезистной пленке. Проявитель наносится на поверхность экспонированного фоторезиста, избирательно растворяя соответствующие области в соответствии с фоточувствительными свойствами фоторезиста. После очистки и сушки формируется фоторезист с рисунком, соответствующим фотошаблону. В последующем процессе травления фоторезист действует как барьер для травления, протравляя базовую пленку без защиты фоторезиста, в конечном итоге перенося рисунки на поверхность подложки.

2. Методы нанесения фоторезистивного покрытия и возникающие в результате дефекты.

Как позитивные, так и негативные фоторезисты играют незаменимую роль в литографии, поэтому к нанесению фоторезистивного покрытия предъявляются чрезвычайно высокие требования.

Существует четыре метода нанесения фоторезиста: ручное нанесение, центрифужное нанесение, распыление и нанесение валиком. В настоящее время центрифужное нанесение является наиболее распространенным методом, главным образом благодаря следующим преимуществам:

1. Высокая однородность покрытия; жидкость может автоматически проникать в капиллярные поры экспериментальных подложек.

2. Короткое время нанесения покрытия, позволяющее быстро изготавливать образцы в больших количествах.

3. Способен формировать однослойные покрытия на тонких листовых материалах.

Центрифужное нанесение фоторезиста является ключевым процессом предварительной обработки перед экспонированием рисунка. Однородность нанесенных методом центрифугирования пленок напрямую определяет эффективность последующих процессов экспонирования и является ключевым фактором, влияющим на качество формирования конечных литографических рисунков. Стандартный процесс центрифужного нанесения пленки делится на три этапа. Сначала сопло распыляет фоторезист количественно в центр пластины. Затем пластина вращается с высокой скоростью, и центробежная сила разносит центральный фоторезист к краю пластины, вызывая образование выпуклости из скопившегося фоторезиста на краю. Толщину фоторезистивной пленки можно уменьшить, увеличив скорость вращения. Наконец, пластина продолжает вращаться с высокой скоростью, растворитель внутри пленки непрерывно испаряется, и на поверхности пластины формируется однородная и стабильная фоторезистивная пленка.

При традиционных процессах центрифужного нанесения толщина фоторезиста вдоль радиуса пластины имеет типичное «чашеобразное» распределение: пленка в центре пластины немного толще, в то время как пленка в средней части пластины относительно однородна. Под воздействием центробежной силы и поверхностного натяжения на самом внешнем крае пластины образуются заметные скопления фоторезиста (краевые выступы), и толщина краевой пленки значительно превышает стандартную толщину пленки. Это радиальное колебание толщины пленки напрямую влияет на точность фокусировки при последующем экспонировании литографии и влияет на стабильность литографических процессов. Увеличение толщины в центре пластины незначительно и в основном не оказывает негативного влияния на экспонирование. Однако проблема накопления фоторезиста на краю пластины является существенной, при этом его толщина в несколько раз превышает толщину пленки, полученной стандартным методом. Избыток остаточного фоторезиста по краям легко распространяется на обратную сторону пластины, загрязняет ее и влияет на весь технологический процесс, как показано на рисунке ниже.

Избыток фоторезиста на краях и обратной стороне пластины не только повредит оборудование для нанесения покрытия и проявления, но и создаст помехи для экспонирующих машин, а также может загрязнить оборудование за пределами зоны литографии. Ввиду этих серьезных последствий необходим специальный процесс удаления избытка фоторезиста с краев (EBR), позволяющий завершить литографию и защитить производственное оборудование. Операция EBR может быть проведена после того, как фоторезист на пластине затвердеет в стабильную пленку.

3. Ремонт краев фоторезиста

В промышленности для восстановления краев фоторезиста используются два распространенных решения EBR, каждое из которых имеет свои преимущества и недостатки.

3.1 Химический ЭБР

После нанесения покрытия и мягкого запекания компания Chemical EBR распыляет растворители для удаления кромок (PGMEA или EGMEA) на переднюю, скошенную и заднюю кромки пластины. Диапазон покрытия растворителем должен строго контролироваться во время работы, чтобы избежать проникновения в рабочую область фоторезиста.^[2]Этот метод растворяет краевые пленки с помощью растворителя. Помимо удаления краев фоторезиста, он позволяет одновременно удалять остатки антиотражающего покрытия, обрабатывать накопившийся фоторезист на лицевой, скошенной и обратной сторонах пластины и совместим со всеми типами фоторезистов независимо от их светочувствительности. Однако поток жидкости приводит к неравномерному удалению краев, что создает скрытый риск проникновения растворителя внутрь и повреждения корректных рисунков. Растворенные частицы фоторезиста легко вызывают загрязнение частицами. Кроме того, постоянное потребление высокочистых органических растворителей приводит к относительно высоким затратам на расходные материалы и обработку отработанных жидкостей.

3.2 Оптическая экспозиция края пластины (WEE)

Оптическая экспозиция края пластины (Wafer Edge Exposure, WEE) осуществляется либо после нанесения покрытия и мягкого запекания перед экспозицией основного рисунка, либо после экспозиции основного рисунка. Лазеры облучают область края пластины, чтобы инициировать фотохимические реакции на облученном фоторезисте, который растворяется синхронно с экспонированными рисунками в последующем процессе проявления.^[3]Оптическая электрорефракционная литография (ЭБР) не требует использования химических растворителей, обеспечивает высокую чистоту поверхности пластины, формирует регулярные границы экспозиции, исключает риск эрозии в жидкой фазе неповрежденного фоторезиста и снижает затраты на расходные материалы для обработки отдельных пластин. Ее ограничение заключается в том, что она может обрабатывать только фоточувствительные фоторезисты и не может удалять нефоточувствительные антиотражающие покрытия.^[4].

4. Процесс оптической экспозиции краев пластины

Стабильность процесса оптической электрорефракционной литографии предъявляет строгие требования к лазерным системам, и выбор длины волны источника света имеет решающее значение. Для основных процессов литографии i-линии (365 нм) в схемах согласованной электрорефракционной литографии обычно используются ультрафиолетовые лазеры с длиной волны 355 нм. Эта длина волны хорошо соответствует характеристикам поглощения света коммерческих фоторезистов i-линии и может стабильно запускать целевые фотохимические реакции. При этом лазеры с длиной волны 355 нм отличаются развитой промышленной практикой, стабильной выходной мощностью, низким уровнем фотостарения оптических компонентов и могут уменьшить количество различных дефектов, вызванных фотодеградацией тонких пленок и рассеянным светом. Глубокие ультрафиолетовые лазеры с длиной волны 266 нм совместимы только с системами фоторезистов KrF (248 нм) и не используются в стандартных процессах g/i-линии. Прямое согласование с фоторезистами i-линии приведет к переэкспозиции поверхностного слоя и недостаточной фоточувствительности нижнего слоя, оставляя остаточный фоторезист. Кроме того, лазеры на этой длине волны имеют низкую эффективность преобразования удвоения частоты, ограниченный срок службы оптических компонентов и узкий общий технологический диапазон.

Для удовлетворения требований к источнику света оптического EBR, Реальный свет самостоятельно разработал Микрочиповые лазеры серии MCC. The Микрочиповые лазеры MCC RealSubns® Они отличаются идеальной сверхмалой шириной импульса и высокой энергией одиночного импульса. Будучи твердотельными лазерами с пассивной модуляцией добротности и диодной накачкой, они обеспечивают чистые импульсные формы без затухания, стабильную энергию одиночного импульса и превосходное качество луча. Схема и фотографии показаны ниже.

Лазер имеет пассивную модуляцию добротности с использованием соединенных кристаллов Nd:YAG и Cr:YAG, что соответствует запатентованной технологии. микрочиповый лазер технический маршрут Реальный светМы обладаем глубоким техническим опытом в соответствующих процессах, что обеспечивает длительный срок службы, высокую стабильность и работу в широком диапазоне температур. Внутри лазера встроен термоэлектрический охладитель для поддержания постоянной внутренней рабочей температуры, адаптирующийся к условиям высоких и низких температур.

Он серия MCC охватывает пять длин волн: 1064 нм, 532 нм, 355 нм, 266 нм и 213 нм. Микрочиповые лазеры от Реальный свет Поддержка внутреннего и внешнего запуска. Синхронное управление на основе внешнего запуска облегчает связь с системами вращения и позиционирования пластин. Лазеры с длинами волн 355 нм и 266 нм поддерживают частоту повторения 1 кГц, 5 кГц, 10 кГц и 20 кГц, с максимальной энергией одиночного импульса 20 мкДж и длительностью импульса 650 пс. Таблица технических параметров микрочиповые лазеры Как показано ниже. Кроме того, мы предлагаем специализированные лазеры с высокой частотой повторения импульсов 355 нм и 266 нм для применения в ремонте фоторезистов, с частотой повторения до 20 кГц или 30 кГц.

Благодаря постоянному совершенствованию технологических процессов в полупроводниковой промышленности, рыночный спрос на восстановление краев фоторезистов на кремниевых пластинах (EBR) неуклонно растет. Обладая высокой надежностью, компактными размерами и низкой стоимостью, Реальный светПродукция компании будет постоянно способствовать техническому совершенствованию технологии экспонирования краев пластин (Wafer Edge Exposure, WEE). Ожидается, что оптическая технология EBR позволит снизить загрязнение и давление расходных материалов, вызванные химическими растворителями, оптимизировать дефекты процесса на краях пластин, а также повысить качество и снизить затраты на литографические процессы. Мы с нетерпением ждем дальнейшего развития этой технологии.

Реальный свет Это высокотехнологичное предприятие, специализирующееся на исследованиях и разработках, производстве и продаже полупроводниковых лазеров. микрочиповые лазерыКомпания производит эрбиевые лазеры на стекле, мощные твердотельные лазеры и сопутствующие оптические компоненты. Основываясь на собственных инновациях, компания предлагает высокопроизводительные, надежные и настраиваемые лазерные источники света и системные решения для радиолокационной локации, аналитических приборов, биомедицины, научных исследований и лазерной обработки, а также оказывает комплексные услуги по OEM/ODM-разработке и кастомизации.

Отказ от ответственности

Часть содержимого данного документа взята из интернета и предназначена исключительно для технических исследований и обмена информацией, в качестве справочного материала и для изучения. Пожалуйста, не стесняйтесь вносить предложения по поводу описательных или академических ошибок. В случае возникновения каких-либо проблем с авторскими правами, пожалуйста, свяжитесь с нами для проверки и удаления информации как можно скорее.

Ссылки

[1] icguide. Пошаговое руководство по принципу работы литографических машин [EB/OL]. 2024-04-12.

[2] Лаура Питерс. Обработка краев имеет решающее значение для жестких масок[J]. Применение интегральных схем, 2007(10):29.

[3] Подробное объяснение процесса полупроводниковой фотолитографии. Электронные вентиляторы. 2025-11-10.

[4] Вэй Ии. Передовая теория литографии и ее применение для СБИС. Пекин: Science Press, 2016:35-36, 39-40.