Principio del proceso y del equipo de litografía

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I. Introducción al proceso de litografía

El proceso de litografía ocupa una posición importante en el proceso de fabricación de semiconductores y la calidad de la litografía afecta directamente el rendimiento del dispositivo.

La siguiente figura muestra la estructura principal y la distribución de la máquina de litografía ASML, que incluye principalmente: fuente de luz, sistema de iluminación, mesa de máscara, sistema de transmisión de máscara, lente objetivo de litografía de proyección, mesa de piezas de trabajo, sistema de transferencia de obleas de silicio, sistema de alineación, sistema de nivelación y enfoque, sistema de control ambiental, marco de la máquina y sistema de reducción de vibraciones, sistema de control de la máquina y software de la máquina, etc., como se muestra en la siguiente figura:

Como se muestra en la figura siguiente, los pasos principales del proceso de litografía incluyen: limpieza de la oblea epitaxial, homogeneización, prehorneado, fotolitografía, posthorneado, revelado y reafirmado de la película.

Durante el transporte de las obleas epitaxiales, estas pueden contaminarse por el medio ambiente, lo que da como resultado contaminantes en la superficie de las obleas epitaxiales. Por lo tanto, la oblea epitaxial debe enjuagarse antes de la homogeneización para eliminar los contaminantes en la superficie de la oblea epitaxial, a fin de evitar la introducción de impurezas en el proceso de fabricación, lo que afectará el rendimiento del dispositivo. Después de la limpieza, la oblea epitaxial se seca con una pistola de gas nitrógeno o se coloca en una placa caliente para secar, y luego la oblea epitaxial se coloca en un homogeneizador para homogeneizar.

Para aumentar la adhesión entre la fotorresistencia y la oblea epitaxial y hacer que la fotorresistencia se adhiera mejor a la oblea epitaxial, generalmente se aplica una capa de adhesivo a la oblea epitaxial antes de recubrir uniformemente la fotorresistencia. El homogeneizador adsorbe la oblea epitaxial a través del vacío y luego la hace girar a alta velocidad para que la fotorresistencia se adhiera uniformemente a la oblea epitaxial. El espesor de la fotorresistencia se cambia ajustando la velocidad de rotación y el tiempo de homogeneización.

El prehorneado consiste en colocar la oblea epitaxial sobre la placa caliente para hornearla y volatilizar el exceso de solvente en la fotorresistencia para solidificarla, de modo que la fotorresistencia pueda adherirse mejor a la oblea epitaxial.

La litografía consiste en colocar la oblea epitaxial después de la precocción en la máquina de litografía y utilizar el método de exposición para transferir el patrón en la placa de máscara a la fotorresistencia en la superficie de la oblea epitaxial para realizar la transferencia del patrón.

Para obtener un buen efecto litográfico, es necesario explorar la dosis de exposición (tiempo de exposición) y el enfoque de exposición (enfoque) correspondientes a diferentes gráficos.

Generalmente, después de la fotolitografía, es necesario determinar si se debe hornear posteriormente la oblea epitaxial expuesta de acuerdo con las condiciones experimentales; si la fotorresistencia es gruesa, la cocción posterior provocará burbujas en la fotorresistencia, lo que eventualmente provocará una falla en la litografía.

El poshorneado difunde el material activo en la fotorresistencia, eliminando el efecto de onda estacionaria introducido por la interferencia durante el proceso de litografía y mejorando el efecto de litografía. El revelado es la reacción química del revelador y la fotorresistencia para disolver la parte expuesta. En general, tanto las partes expuestas como las no expuestas reaccionan con el revelador, por lo que es necesario explorar el tiempo de revelado. Inmediatamente después de que se complete el revelado, la oblea epitaxial debe colocarse en un fregadero y enjuagarse con agua desionizada corriente para eliminar el revelador que queda en la fotorresistencia.

La película firme es la oblea epitaxial después del horneado y revelado, de modo que el solvente en la fotorresistencia se volatiliza y aumenta la adhesión de la fotorresistencia y la oblea epitaxial. Después de que la película se solidifica, se utiliza un microscopio para inspeccionar visualmente el patrón de fotolitografía para determinar el efecto de la litografía y para determinar si se debe grabar o volver a litografíar después del desgomado.

segundo.Cómo funciona la máquina de litografía

De acuerdo con los diferentes métodos de exposición de la máquina de litografía, la máquina de litografía se divide en máquina de litografía de contacto, máquina de litografía de proximidad, máquina de litografía de proyección y máquina de litografía por pasos, y a continuación se presentará el principio de los diferentes tipos de litografía.

Como se muestra en la Figura (a) anterior, la máquina de litografía de contacto se expone a través del contacto directo entre la máscara y la fotorresistencia, y la estructura es relativamente simple, la fuente de luz está ubicada en el foco de la lente y la luz emitida se convierte en una luz paralela después de pasar a través de la lente, y todos los gráficos en toda la máscara se transfieren a la fotorresistencia. Esta máquina de litografía tiene una resolución en el rango de micrones, pero la vida útil de la máscara se reduce en gran medida debido al contacto directo entre la máscara y la fotorresistencia.

La diferencia entre la máquina de litografía de proximidad y la máquina de litografía de contacto es que la máscara y la fotorresistencia no están en contacto directo, la máscara se encuentra a una distancia de 10 μm de la fotorresistencia, pero el disolvente volatilizado por la fotorresistencia se adherirá a la máscara, lo que afectará la vida útil de la máscara. Además, la litografía de proximidad tiene una resolución menor que la litografía de contacto y la resolución de exposición es generalmente mayor a 3 μm.

Según el modo de movimiento de la mesa de la máquina de litografía, la máquina de litografía de proyección se divide en dos tipos: tipo de proyección escalonada y tipo de escaneo escalonado.

Como se muestra en la Figura (c), se agrega una lente entre la máscara de la máquina de litografía de proyección y la oblea epitaxial que se va a exponer, de modo que la máscara no se contamine con fotorresistencia y la repetibilidad de la litografía sea mejor.

El tamaño del patrón expuesto por la máquina de litografía de proyección paso a paso es el mismo que el de la máscara, la relación es 1:1 y la resolución de la exposición es de aproximadamente 1 μm.

El principio de funcionamiento de la máquina de litografía por proyección paso a paso se muestra en la siguiente figura:

El método de funcionamiento de la máquina de litografía por proyección paso a paso se muestra en la siguiente figura:

La diferencia entre la máquina de litografía por proyección de escaneo paso a paso y la máquina de litografía por proyección paso a paso es que la relación del patrón en la máscara y el tamaño del patrón expuesto en la oblea epitaxial es de 5:1 o 10:1, es decir, la longitud y el ancho del patrón se reducen de acuerdo con la relación de 5:1 o 10:1, en la que la relación de 10:1 se utiliza para la exposición tiene una resolución más alta, pero el tiempo de exposición es 4 veces mayor que la relación 5:1, por lo que la mayor parte de la relación 5:1 comprometida se utiliza para la exposición. La máquina de litografía de este esquema tiene la ventaja de una alta resolución, que generalmente es inferior a 0,25 μm, que es la máquina de litografía más utilizada en la actualidad.

Así es como funciona una máquina de litografía por escaneo paso a paso:

En comparación con la litografía por proyección paso a paso, la máquina de litografía por escaneo se mueve de una manera más compleja y la placa de litografía se mueve en la dirección opuesta mientras se mueve la mesa.

Este tipo de movimiento aumenta el área de litografía.

¿Cómo puedo obtener más información sobre las diferencias entre los movimientos de proyección por pasos y de escaneo por pasos? La siguiente figura muestra la diferencia entre los dos métodos de trabajo y el área de escaneo; el modo de movimiento de escaneo por pasos tiene un área de trabajo más grande y una localización más precisa.

Si se toman como ejemplo los dos métodos de trabajo, la proyección escalonada se parece más a un embudo rectangular; en la litografía, la luz en el embudo rectangular se expulsa al mismo tiempo y el trabajo de litografía se completa de una sola vez. Una máquina de litografía de escaneo paso a paso es como un embudo cónico y, mientras se trabaja en la litografía, la luz se filtra hacia abajo y la mesa se mueve. La luz en el banco de trabajo es más uniforme y delicada.

III.Pegamentos positivos y negativos para fotorresistencias

La tecnología de litografía transfiere principalmente el patrón de la máscara a la fotorresistencia a través de la exposición de la máquina de litografía y el revelado de la oblea epitaxial expuesta. Los componentes principales de la fotorresistencia son resinas, fotoiniciadores y disolventes. Después de la exposición, las propiedades químicas del fotoiniciador en la composición de la fotorresistencia se modifican y la transferencia del patrón se completa después del revelado. Las fotorresistencias se dividen en fotorresistencias positivas y fotorresistencias negativas según sus propiedades después del revelado de la exposición. Como se muestra en la Figura (a) a continuación, la fotorresistencia positiva se retira del área expuesta después del revelado, y la fotorresistencia positiva comúnmente utilizada es SPR200 producida por DuPont; A diferencia de las fotorresistencias positivas, como se muestra en la Figura (b), las fotorresistencias negativas son las fotorresistencias en el área expuesta que se retienen después del revelado, y las fotorresistencias negativas comúnmente utilizadas son N244, etc.

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