Lithographieprozess und Geräteprinzip

LithografiePProzess undEAusstattungPPrinzip

I. Einführung in den Lithographieprozess

Der Lithografieprozess nimmt im Halbleiterherstellungsprozess eine wichtige Position ein und die Qualität der Lithografie wirkt sich direkt auf die Leistung des Geräts aus.

Die folgende Abbildung zeigt die Hauptstruktur und Verteilung der Lithografiemaschine von ASML. Sie umfasst im Wesentlichen: Lichtquelle, Beleuchtungssystem, Maskentisch, Maskenübertragungssystem, Objektivlinse für die Projektionslithografie, Werkstücktisch, Silizium-Wafer-Transfersystem, Ausrichtungssystem, Nivellier- und Fokussierungssystem, Umweltkontrollsystem, Maschinenrahmen und Vibrationsreduzierungssystem, Maschinensteuerungssystem und Maschinensoftware usw., wie in der folgenden Abbildung dargestellt:

Wie in der folgenden Abbildung dargestellt, umfassen die Hauptschritte des Lithografieprozesses: Reinigen des epitaktischen Wafers, Homogenisieren, Vorbacken, Photolithografie, Nachbacken, Entwickeln und Festigen des Films.

Während des Transports von epitaktischen Wafern können diese durch die Umgebung verschmutzt werden, was zu Verunreinigungen auf der Oberfläche der epitaktischen Wafer führt. Daher sollten die epitaktischen Wafer vor der Homogenisierung gespült werden, um die Verunreinigungen auf der Oberfläche der epitaktischen Wafer zu entfernen, um die Einführung von Verunreinigungen im Herstellungsprozess zu vermeiden, die die Leistung des Geräts beeinträchtigen. Nach der Reinigung wird der epitaktische Wafer mit einer Stickstoffgaspistole trockengeblasen oder zum Trocknen auf eine Heizplatte gelegt, und dann wird der epitaktische Wafer zur Homogenisierung in einen Homogenisator gelegt.

Um die Haftung zwischen dem Fotolack und dem epitaktischen Wafer zu erhöhen und den Fotolack besser am epitaktischen Wafer zu befestigen, wird im Allgemeinen eine Schicht Haftvermittler auf den epitaktischen Wafer aufgetragen, bevor der Fotolack gleichmäßig beschichtet wird. Der Homogenisator absorbiert den epitaktischen Wafer durch ein Vakuum und dreht ihn dann mit hoher Geschwindigkeit, sodass der Fotolack gleichmäßig am epitaktischen Wafer haftet. Die Dicke des Fotolacks wird durch Anpassen der Rotationsgeschwindigkeit und der Homogenisierungszeit verändert.

Beim Vorbacken wird der epitaktische Wafer zum Backen auf die Heizplatte gelegt und der überschüssige Lösemittelanteil im Fotolack verflüchtigt, um ihn zu verfestigen, sodass der Fotolack besser am epitaktischen Wafer haften kann.

Bei der Lithografie wird der epitaktische Wafer nach dem Vorbacken in die Lithografiemaschine gelegt und mithilfe der Belichtungsmethode das Muster auf der Maskenplatte auf den Fotolack auf der Oberfläche des epitaktischen Wafers übertragen, um die Übertragung des Musters zu realisieren.

Um einen guten Lithografieeffekt zu erzielen, ist es notwendig, die Belichtungsdosis (Belichtungszeit) und den Belichtungsfokus (Fokus) entsprechend unterschiedlicher Grafiken zu untersuchen.

Im Allgemeinen muss nach der Fotolithografie entsprechend den Versuchsbedingungen entschieden werden, ob der freigelegte epitaktische Wafer nachgebacken werden muss. Wenn der Fotolack dick ist, führt das Nachbacken zu Blasen auf dem Fotolack, was letztendlich zu einem Fehler bei der Lithografie führt.

Durch das Nachbacken diffundiert das aktive Material im Fotolack, wodurch der durch Interferenzen während des Lithografieprozesses verursachte stehende Welleneffekt eliminiert und der Lithografieeffekt verbessert wird. Entwicklung ist die chemische Reaktion des Entwicklers und des Fotolacks, um den belichteten Teil aufzulösen. Im Allgemeinen reagieren sowohl belichtete als auch unbelichtete Teile mit dem Entwickler, daher ist es notwendig, die Entwicklungszeit zu untersuchen. Unmittelbar nach Abschluss der Entwicklung muss der epitaktische Wafer in ein Waschbecken gelegt und mit fließendem deionisiertem Wasser gespült werden, um den auf dem Fotolack verbleibenden Entwickler zu entfernen.

Der feste Film ist der epitaktische Wafer nach dem Backen und Entwickeln, sodass das Lösungsmittel im Fotolack verdunstet und die Haftung des Fotolacks und des epitaktischen Wafers erhöht. Nachdem der Film verfestigt ist, wird das fotolithografische Muster mithilfe eines Mikroskops visuell untersucht, um den lithografischen Effekt zu bestimmen und zu entscheiden, ob nach dem Entschleimen geätzt oder erneut lithografiert werden soll.

II.So funktioniert die Lithografiemaschine

Entsprechend der unterschiedlichen Belichtungsmethoden der Lithografiemaschine werden Lithografiemaschinen in Kontaktlithografiemaschinen, Proximity-Lithografiemaschinen, Projektionslithografiemaschinen und Schrittlithografiemaschinen unterteilt. Im Folgenden werden die Prinzipien der unterschiedlichen Lithografiearten vorgestellt.

Wie in Abbildung (a) oben gezeigt, wird die Kontaktlithografiemaschine durch direkten Kontakt zwischen der Maske und dem Fotolack belichtet. Die Struktur ist relativ einfach. Die Lichtquelle befindet sich im Brennpunkt der Linse, und das emittierte Licht wird nach dem Durchgang durch die Linse zu parallelem Licht, und alle Grafiken auf der gesamten Maske werden auf den Fotolack übertragen. Diese Lithografiemaschine hat eine Auflösung im Mikronbereich, aber die Lebensdauer der Maske wird aufgrund des direkten Kontakts zwischen der Maske und dem Fotolack stark verkürzt.

Der Unterschied zwischen der Proximity-Lithographiemaschine und der Kontaktlithographiemaschine besteht darin, dass die Maske und der Fotolack nicht in direktem Kontakt stehen. Die Maske befindet sich in einem Abstand von 10 μm vom Fotolack, aber das vom Fotolack verflüchtigte Lösungsmittel bleibt an der Maske haften, was sich auf die Lebensdauer der Maske auswirkt. Darüber hinaus hat die Proximity-Lithographie eine geringere Auflösung als die Kontaktlithographie und die Belichtungsauflösung ist im Allgemeinen größer als 3 μm.

Je nach Bewegungsmodus des Lithografiemaschinentisches werden Projektionslithografiemaschinen in zwei Typen unterteilt: Schrittprojektionstyp und Schrittscantyp.

Wie in Abbildung (c) gezeigt, wird zwischen der Maske der Projektionslithografiemaschine und dem zu belichtenden epitaktischen Wafer eine Linse eingefügt, damit die Maske nicht durch Fotolack verunreinigt wird und die Wiederholbarkeit der Lithografie besser ist.

Die Größe des von der schrittweisen Projektionslithografiemaschine belichteten Musters ist die gleiche wie die auf der Maske, das Verhältnis beträgt 1:1 und die Auflösung der Belichtung liegt bei etwa 1 μm.

Das Funktionsprinzip der schrittweisen Projektionslithografiemaschine ist in der folgenden Abbildung dargestellt:

Die Arbeitsweise der Stepper-Projektionslithographiemaschine ist in der folgenden Abbildung dargestellt:

Der Unterschied zwischen der schrittweisen Scan-Projektionslithografiemaschine und der schrittweisen Projektionslithografiemaschine besteht darin, dass das Verhältnis des Musters auf der Maske und der Größe des auf dem epitaktischen Wafer freigelegten Musters 5:1 oder 10:1 beträgt, d. h. die Länge und Breite des Musters werden entsprechend dem Verhältnis 5:1 oder 10:1 reduziert, wobei das Verhältnis 10:1 zur Belichtung verwendet wird und eine höhere Auflösung aufweist, die Belichtungszeit jedoch 4-mal so lang ist wie beim Verhältnis 5:1, sodass der größte Teil des beeinträchtigten Verhältnisses 5:1 zur Belichtung verwendet wird. Die Lithografiemaschine dieses Schemas hat den Vorteil einer hohen Auflösung, die im Allgemeinen weniger als 0,25 μm beträgt, was derzeit die am weitesten verbreitete Lithografiemaschine ist.

So funktioniert eine Scan-Lithografiemaschine Schritt für Schritt:

Im Vergleich zur Stepper-Projektionslithografie bewegt sich die Scan-Lithografiemaschine auf komplexere Weise und die Lithografieplatte bewegt sich in die entgegengesetzte Richtung, während sich der Tisch bewegt.

Durch diese Bewegungsart wird die Lithografiefläche vergrößert.

Wie kann ich mehr über die Unterschiede zwischen Schrittprojektions- und Schrittscanbewegungen erfahren? Die folgende Abbildung zeigt den Unterschied zwischen den beiden Arbeitsmethoden und dem Scanbereich. Der Schrittscanbewegungsmodus verfügt über einen größeren Arbeitsbereich und eine präzisere Lokalität.

Wenn man die beiden Arbeitsmethoden als Beispiel nimmt, ähnelt die Stufenprojektion eher einem rechteckigen Trichter. Bei der Lithografie wird das Licht im rechteckigen Trichter gleichzeitig ausgestoßen und die Lithografiearbeit wird in einem Durchgang abgeschlossen. Eine schrittweise Scan-Lithografiemaschine ähnelt einem konischen Trichter. Während die Lithografie arbeitet, füllt sich das Licht nach unten und der Tisch bewegt sich. Das Licht auf der Werkbank ist gleichmäßiger und feiner.

III.Positiv- und Negativklebstoffe für Fotolacke

Bei der Lithografietechnologie wird das Muster auf der Maske hauptsächlich durch die Belichtung der Lithografiemaschine und die Entwicklung des freigelegten epitaktischen Wafers auf den Fotolack übertragen. Die Hauptbestandteile des Fotolacks sind Harze, Fotoinitiatoren und Lösungsmittel. Nach der Belichtung ändern sich die chemischen Eigenschaften des Fotoinitiators in der Fotolackzusammensetzung, und die Musterübertragung ist nach der Entwicklung abgeschlossen. Fotolacke werden entsprechend ihren Eigenschaften nach der Belichtungsentwicklung in positive und negative Fotolacke unterteilt. Wie in Abbildung (a) unten gezeigt, wird der positive Fotolack nach der Entwicklung vom freigelegten Bereich entfernt, und der üblicherweise verwendete positive Fotolack ist SPR200 von DuPont; Im Gegensatz zu positiven Fotolacken sind negative Fotolacke, wie in Abbildung (b) gezeigt, die Fotolacke im freigelegten Bereich, die nach der Entwicklung erhalten bleiben, und die üblicherweise verwendeten negativen Fotolacke sind N244 usw.

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