Erfahren Sie mehr über Lithographie-Bildgebungssysteme und optische Beschichtungstechnologien

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Die Forschung und Entwicklung von High-End-Lithographiemaschinen ist ein systematisches Projekt, das die kontinuierliche Verbesserung und den Durchbruch aller Aspekte der Technologie beinhaltet, einschließlich der Entwicklung von Quarzmaterialien mit geringem Absorptionsverlust und hochreinen Dünnschichtmaterialien in der Materialwissenschaft und Präzisionsoptik Verarbeitungstechnik, Beschichtungstechnik, optische integrierte Montagetechnik im Bereich der Präzisionsoptik und nanopräzise Wegregelungstechnik im Präzisionsmaschinenbau. Eine der fortschrittlichsten Maschinen in der Geschichte der Menschheit.

DerDEntwicklungHGeschichte vonLIthographieMMaschine

Der Prozessablauf bei der Herstellung integrierter Halbleiterschaltkreise wird durch die von Fairchild, einem bekannten Halbleiterhersteller in den USA, entwickelte Vorbereitungsmethode für Arbeitsplattentransistoren festgelegt: Der gesamte Prozess besteht darin, eine Maske entsprechend der Struktur herzustellen, die auf dem Silizium hergestellt werden muss Anschließend wird die Struktur auf der Oberfläche des Siliziumwafers durch das Verfahren der Fotoplattenherstellung reduziert und entwickelt, um die Übertragung der Gerätestruktur von der Maske auf den Siliziumwafer zu realisieren (Photolithographie).
Mit der Entwicklung integrierter Halbleiterschaltkreise wird die Größe von Halbleiterbauelementen immer kleiner, und die Anzahl der Bauelemente, die auf der Siliziumwaferoberfläche endlicher Größe untergebracht werden können, nimmt zu, und auch die Anforderungen an die Linsenauflösung der Lithographiemaschine steigen .

Die kontinuierliche Verbesserung der Auflösung des Lithografiegeräts ist der Schlüssel zur Förderung der Entwicklung integrierter Halbleiterschaltkreise gemäß dem Mooreschen Gesetz. Daher ist die Forschung und Entwicklung von Lithografiegeräten mit höherer Auflösung zum kontinuierlichen Streben aller Anbieter von Lithografiegeräten geworden. Auflösung der Lithographiemaschine und Bestimmung der Betriebswellenlänge und numerischen Apertur des Systems:

Dabei ist k1 der Prozessfaktor, λ die Belichtungswellenlänge und NA die numerische Apertur des Objektivs. Der Formel zufolge ist die Reduzierung der Belichtungswellenlänge des Lithografiegeräts ein wichtiger Weg, um die Auflösung des Lithografiegeräts zu verbessern.
Bisher haben Lithografiemaschinen insgesamt 5 Produktgenerationen durchlaufen, basierend auf der Belichtungswellenlänge der Lithografiemaschine. Unter ihnen verwenden die Lithographiemaschinen der ersten und zweiten Generation 436-nm-G-Linien und 365-nm-I-Linien, die von Quecksilberlampen als Lithographielichtquellen erzeugt werden und die Chipproduktion von 0,8 μm bis {{7 erreichen können }}.35μm Prozess. Diese beiden Generationen von Lithographiemaschinen verwenden im Allgemeinen die Kontakt-/Näherungsbelichtungsmethode, die einfach im Aufbau und günstig im Preis ist.
Die Lithographie der Generationen 3 bis 5 nutzt die Projektionslithographie, um den Schaltplan auf der Maske mithilfe der Projektionsbildgebung genau auf einen Siliziumwafer zu verkleinern. Projektionslithographiegeräte verwenden typischerweise eine um 4:1 oder 5:1 reduzierte Bildbelichtung, und ihre Auflösung hängt von der numerischen Apertur und der Wellenlänge des Objektivs ab. Die Lithografiemaschine der fünften Generation nutzt EUV-Licht als Lichtquelle und der Preis einer einzelnen Lithografiemaschine beträgt bis zu 100 Millionen US-Dollar.

Der Prozess der 193-nm-Trockenlithographiemaschine erreicht 65 nm. Unter Verwendung der Immersionslithographiemethode wird flüssiges H2O mit hohem Brechungsindex anstelle von Luft als Austrittsmedium verwendet. Der Prozess der 193-nm-Lithographiemaschine kann auf 22 nm erhöht werden, sodass die 193-nm-Lithographiemaschine das sein wird Kernausrüstung der High-End-IC-Verarbeitung heute und für lange Zeit in der Zukunft.


Die Kernstruktur des 193-nm-Lithographiegeräts ist in der Abbildung dargestellt. Das darin enthaltene Beleuchtungsmodus-Einstellsystem und das Projektionsbildgebungssystem enthalten jeweils mehr als 20 optische Linsen, und die Leistung der Antireflexionsbeschichtung ist ernsthaft Beeinflusst beispielsweise die Gesamtdurchlässigkeit des optischen Systems der Lithographiemaschine. Unter der Annahme, dass der Lichtreflexions- und Absorptionsverlust jeder Oberfläche 0,5 % beträgt, kann der Lichtenergieverlust durch Spiegelreflexion und Dünnfilmabsorption des Systems verursacht werden erreichen 40 %, daher ist die Verbesserung der Leistung der Linsen-Antireflexionsbeschichtung der Lithografiemaschine eine Schlüsseltechnologie im Forschungs- und Entwicklungsprozess von hochpräzisen Lithografiemaschinen. Allerdings weisen 193-nm-Lithographiebeschichtungen im Vergleich zu herkömmlichen Bildgebungssystemen einige einzigartige technische Schwierigkeiten auf.

Abbildungsoptiken verwenden eine große Anzahl sphärischer Optiken, um die Richtung der Strahlausbreitung anzupassen. Da das System immer höhere Anforderungen an die Abbildungsqualität stellt, erzeugt die Lichtreflexion auf der Oberfläche des Elements eine große Menge Streulicht, was die Abbildungsqualität erheblich verringert, weshalb optische Filme mit unterschiedlichen Eigenschaften auf der Oberfläche aufgetragen werden des Objektivs ist zu einer technischen Möglichkeit geworden, die Leistung hochpräziser Bildgebungssysteme sicherzustellen.

Optische Beschichtungstechnologie und Klassifizierung

Die drei Hauptmethoden der physikalischen Gasphasenabscheidung, der chemischen Gasphasenabscheidung und der Flüssigkeitsabscheidung sind derzeit die wichtigsten Methoden zur Herstellung dünner Schichten, und jede Art von Herstellungsverfahren kann unterteilt werden.
Physikalische Gasphasenabscheidungist eine Technologie, die physikalische Methoden nutzt, um Materialien unter Vakuumbedingungen in gasförmige Atome oder Moleküle zu verdampfen und dann dünne Filme auf der Oberfläche des Substrats abzuscheiden.
Chemische Gasphasenabscheidungist die Herstellung dünner Filme durch chemische Reaktionen auf der Oberfläche von Substraten in Hochtemperaturumgebungen, die hauptsächlich in der integrierten Halbleiterelektroniktechnologie verwendet werden, beispielsweise bei der epitaktischen Abscheidung dielektrischer Filme in integrierten Schaltkreisen auf Siliziumsubstraten.
Flüssigkeitsabscheidungist eine Technologie, die chemische Methoden wie eine chemische Lösungsreaktion oder eine elektrochemische Reaktion verwendet, um dünne Filme auf der Oberfläche des Substrats abzuscheiden. Sie erfordert keine Vakuumumgebung und verfügt über eine einfache Ausrüstung. Ihre Anwendungen umfassen elektronische Komponenten, Oberflächenbeschichtung und Dekoration.
Optische dünne Filmewerden hauptsächlich durch physikalische Gasphasenabscheidungsverfahren hergestellt, und derzeit werden häufig thermische Verdampfungs-, Sputter- und Ionenplattierungsverfahren verwendet.
Die thermische Verdampfung ist die am frühesten entwickelte Methode zur physikalischen Gasphasenabscheidung und wird häufig eingesetzt.
Die thermische Verdampfung wird im Vakuum in einer Vakuumkammer durchgeführt. Wenn das Membranmaterial erhitzt wird, entweichen seine Atome von der Oberfläche und kondensieren dann auf dem Substrat, um einen dünnen Film zu bilden. Dies ist der einfache Prozess der thermischen Verdampfung.
Zu den häufig verwendeten thermischen Verdampfungsverfahren gehören die Widerstandsverdampfung, die Elektronenstrahlverdampfung und die ionenstrahlunterstützte Verdampfung.
Für die Verdampfung von Metallen mit niedrigen Schmelzpunkten wie Gold, Silber und Aluminium, Schwefelseleniden wie Zinksulfid und Zinkselenid und Fluoriden wie Magnesiumfluorid und Ytterbiumfluorid wird im Allgemeinen die thermische Widerstandsverdampfung verwendet, da diese Materialien niedrige Schmelzpunkte haben Schmelzpunkte und sind leicht zu verdampfen. Bei der Auswahl eines Verdunstungsquellenmaterials muss dessen Benetzbarkeit mit dem Filmmaterial berücksichtigt werden und ob es eine chemische Reaktion mit dem Filmmaterial eingeht. Für die Verdampfung von Oxiden wie Siliziumoxid und Refraktärmetallen wie Wolfram wird im Allgemeinen die Elektronenstrahlverdampfung eingesetzt. Der Elektronenstrahl bombardiert direkt das Filmmaterial, das eine hohe Energiedichte (bis zu 10E9 W/cm2) aufweist, was eine gute Möglichkeit zum Verdampfen von hochschmelzenden Metallen und hochschmelzenden dielektrischen Materialien darstellt.
Die ionenstrahlunterstützte Abscheidung (IAD) ist eine unterstützte Abscheidungsmethode, bei der die Ionenquelle im Prozess der Widerstandsverdampfung oder Elektronenstrahlverdampfung der Membran geladene Ionen erzeugt und die abgeschiedenen Partikel durch Kollision mit diesen geladenen Ionen eine größere kinetische Energie erhalten. Dadurch wird der Prozess des Filmwachstums verändert. Der Einsatz der ionenstrahlunterstützten Abscheidungstechnologie kann die Eigenschaften optischer Filme verbessern und die Kristallinität, Ausrichtung, Haftfestigkeit, Kompaktheit und Oberflächenmorphologie dünner Filme verbessern.

Magnetron-Sputter-Beschichtungstechnologie

Die Magnetron-Sputterbeschichtung ist eine Vakuumbeschichtungstechnologie, bei der geladene Ionen die Oberfläche des Targets bombardieren, sodass die Targetatome abstoßende Energie erhalten, die Oberfläche des Targets verlassen und schließlich auf der Oberfläche des Substrats abgeschieden werden. Das Funktionsprinzip des Magnetronsputterns ist im Diagramm dargestellt. An das Magnetron-Kathodentarget wird ein negativer Vordruck angelegt, so dass das Sputtergas zersetzt wird und eine Glimmentladung entsteht. Die beim Entladungsprozess erzeugten Sputtergasionen (im Allgemeinen Ar-Ionen) beschleunigen den Beschuss der Targetoberfläche unter Einwirkung eines hochenergetischen elektrischen Feldes in der Plasmamantelschicht auf der Oberfläche des Kathodentargets. Einerseits führt der Beschuss der Targetoberfläche mit hochenergetischen Sputtergasionen dazu, dass einige Atome auf der Targetoberfläche Rückstoßenergie erhalten, sich von der Targetoberfläche lösen, zu gesputterten Atomen werden und sich schließlich auf der Substratoberfläche ablagern. Andererseits werden die Sekundärelektronen von der Oberfläche des Targets emittiert und unter der Wirkung der Mantelschicht der Kathodentargetoberfläche in den Glimmentladungsplasmabereich beschleunigt. Die in den Plasmabereich eintretenden Sekundärelektronen bewegen sich unter der Bindungswirkung des Magnetfelds der Targetoberfläche und kollidieren mit den Sputtergasatomen, um diese zu ionisieren. Daher sind die Sekundärelektronen eine wichtige Energiequelle für die Aufrechterhaltung der Magnetronentladung.

Der Bindungseffekt des Magnetfelds auf der Oberfläche des Targets auf die Sekundärelektronen erhöht die Plasmakonzentration in der Nähe der Targetoberfläche erheblich, wodurch das Problem der niedrigen Abscheidungsrate beim gewöhnlichen Diodensputtern wirksam gelöst wird. Daher ist die Bewegung von Elektronen unter der Bindungswirkung des Magnetfelds der Targetoberfläche der Schlüssel zum Verständnis des Prinzips des Magnetronsputterns. Die folgende Abbildung zeigt die Verteilung elektrischer und magnetischer Felder in der Nähe der Magnetron-Sputtertargetoberfläche.