ליטוגרפיה משולבת של-מעגלים שיתופי פעולה

ליטוגרפיה ותחריט הם שני תהליכי הליבה של העברת דפוסים ננומטריים, והרזולוציה, הדיוק והעקביות שלהם קובעים יחד את הגבול העליון של ביצועי המכשיר והתפוקה.

מאמר זה ממיין באופן שיטתי את מנגנוני המפתח, פרמטרי הבקרה וההתפתחות הטכנולוגית העדכנית ביותר של כל התהליך של ציפוי פוטו-רזיסט, חשיפה, פיתוח ותחריט.

הפרטים הם כדלקמן:

תהליך ליטוגרפיה

תהליך תחריט

תהליך ליטוגרפיה

בייצור שבבי מעגלים משולבים, תהליך הליטוגרפיה, כטכנולוגיית הליבה של העברת דפוסים, משכפל את עיצוב המעגל על ​​המסכה שכבה אחר שכבה אל משטח הפרוסות באמצעות תהליכים אופטיים וכימיים מדויקים, וההתפתחות הטכנולוגית שלו תמיד נסבה סביב שיפור רזולוציה ואופטימיזציה של יציבות התהליך.

יישום Photoresist

התהליך מתחיל בשלב ציפוי הספין של הפוטו-רזיסט - לאחר שהרקיק נספג בוואקום- ומקובע על שולחן התמיכה של ציפוי הספין, הפוטו-רזיסט המטפטף יוצר סרט אחיד בעזרת כוח צנטריפוגלי במהירות גבוהה של אלפי סיבובים לשנייה, ועובי הסרט נשלט במדויק על ידי הפרמטרים הקולואידים והצמיגיות הסיבוביות של הממס.

מכיוון שהפוטו-רזיסט רגיש מאוד לטמפרטורה ולחות כחומר שרף רגיש לאור, יש להאיר את אזור הפוטו-רזיסט בתאורה צהובה ולשמור בקפדנות על סביבת טמפרטורה ולחות קבועה כדי למנוע תנודות בתכונות החומר.

סוגי פוטו-רזיסטים

פוטו-רזיסטים מחולקים לשתי קטגוריות לפי מאפייני הפיתוח שלהם: לאחר החשיפה, האזור החשוף מתמוסס במפתח והאזור הלא חשוף נשמר; הדבק השלילי הוא הפוך, והאזור הלא חשוף מוסר. הבחירה הספציפית תלויה בדרישות הטופולוגיות של תבנית המעגל, כגון מבני קו צפופים המעדיפים דבקים חיוביים כדי למנוע פגמים בגישור קצוות.

אפוי- מראש

לאחר ציפוי הספין, מחממים את הרקיק לכ-80 מעלות באווירת חנקן על מנת לקדם את הנידוף של הממס שיורי בסרט, לשפר את ההיצמדות בין שכבת הדבק למצע והיכולת להתנגד להפרעות חשיפה.

Exposure

שלב החשיפה הוא חלק קריטי בהעברת דפוסים, כאשר הפרוסה נטען לתוך מכונת חשיפה מדורגת או סורק. סטפרים מסורתיים מקרינים את תבנית המסכה על משטח הוופל בקנה מידה מרובע באמצעות מערכת עדשות זום, עם רזולוציה לפי נוסחה

R=kλ/NA

כאשר λ הוא אורך הגל של מקור האור, NA הוא הצמצם המספרי של העדשה, ו-k הוא מקדם התהליך. נכון לעכשיו, מקור האור המיינסטרים משתמש בלייזר ArF excimer עם אורך גל של 193nm, ועדשת NA גבוהה כדי להשיג רזולוציה של תת--אורך גל. כדי לפרוץ את מגבלות העקיפה הפיזיקלית, נעשה שימוש נרחב בטכניקות רזולוציה על- כגון חשיפה כפולה, מסיכות פאזה- ותיקון אפקט קרבה אופטי. כצורת סטפר משודרגת, הסורק מחליף חשיפה ברוחב מלא- באמצעות חשיפה לסריקת חריצים, מרחיב ביעילות את שדה הראייה ומצמצם את השפעת סטיות העדשה, והפך לציוד סטנדרטי בתהליכים מתקדמים.

נדרשת אפייה לאחר-חשיפה (PEB) לאחר החשיפה, אשר מפעילה את החומר המייצר את החומצה-בפוטו-רזיסט באמצעות טיפול בחום קל, מעודדת תגובות קטליטיות-חומציות, הפחתת השפעות גל עומד וחידדת קווי המתאר של הקצוות של התבנית.

הִתפַּתְחוּת

בתהליך הפיתוח, אזור החשיפה של הדבק החיובי מומס במפתח האלקליני, ויוצר תבנית הקלה התואמת את המסכה. דבק שלילי מוגדר על ידי המסת האזור הלא חשוף. לאחר הפיתוח, יש לאפות אותו קשה ולרפא אותו כדי לשפר את עמידות החריטה של ​​הפוטורסיסט ולספק מסיכת הגנה לחריטה או השתלת יונים.

בשנים האחרונות, טכנולוגיית ליטוגרפיה אולטרה-סגולה קיצונית (EUV) פרצה את מגבלת הרזולוציה של ליתוגרפיה אופטית מסורתית עם מקור אור באורך גל קצר של 13.5 ננומטר- והפכה לפתרון החשיפה המרכזי לתהליכים של 7 ננומטר ומטה. בשילוב עם טכנולוגיות מרובות של דפוסים כגון -יישור הדמיה כפולה (SADP) ו--יישור עצמי של הדמיה מרובעת (SAQP), ליטוגרפיית EUV משיגה אינטגרציה גבוהה יותר תוך שליטה יעילה בעלויות התהליך והתשואות.

בנוסף, ליטוגרפיה ננו-אימפינט (NIL), כטכנולוגיה משלימה, מיישמת הכנת דפוס תת--10 ננומטר עם הטבעה דיוק גבוהה בתרחישים ספציפיים, תוך הפגנת פוטנציאל יישום ייחודי. הפיתוח המתואם של טכנולוגיות אלו ממשיך לקדם את האבולוציה של תהליכי ליטוגרפיה בכיוון של דיוק גבוה יותר ושיעורי פגמים נמוכים יותר, תמיכה בחדשנות טכנולוגית ואיטרציה של מוצרים בתעשיית המוליכים למחצה.

תהליך תחריט

בתהליך התחריט של ייצור מעגלים משולבים, תחריט יבש ורטוב משיג יצירת דפוסי סרט דק על ידי שליטה מדויקת בתהליך הסרת החומר, והשניים משלימים זה את זה מבחינת נתיבים טכניים ותרחישים ישימים.

תחריט יבש

תחריט יבש משתמש בחריטת יונים תגובתיים (RIE) בתור הליבה, והציוד שלו מאמץ מבנה לוח מקביל: הפרוסה מונחת באלקטרודה התחתונה בתא הוואקום, האלקטרודה העליונה מקורקעת, והגז המוזרק מתרגש על ידי הפעלת מתח-תדירות גבוה ליצירת פלזמה, וייצור חלקיקים חיוביים ויונים רדיקלים חופשיים אחרים.

חלקיקים אלה מפציצים את פני החומר בצורה אנכית תחת האצה של השדה החשמלי, ומגיבים כימית עם שכבת המטרה כדי לייצר מוצרים נדיפים, הנפלטים דרך מערכת הוואקום כדי להשיג אפקט תחריט אנזוטרופי. המפתח לתהליך זה הוא יחס בחירה גבוה, כלומר, ההבדל בקצב הצריבה בין הפוטו-רזיסט לשכבת החומר צריך להיות גדול מספיק כדי להבטיח את נאמנות העברת הדפוס. במקביל, יש צורך לעכב את אפקט המיקרו-טעינה כדי למנוע את התנודות בקצב הצריבה הנגרמת על ידי הבדלי צפיפות הדפוס המקומיים, ולהפחית נזק אלקטרוסטטי והכנסת טומאה. כדי לשפר את הדיוק, טכנולוגיית RIE המודרנית משתמשת לעתים קרובות במקורות פלזמה (ICP) בשילוב אינדוקטיבי או במקורות פלזמה מקושרים קיבוליים (CCP), בשילוב עם אספקת חשמל פועמת וטכנולוגיית שיפור השדה המגנטי כדי להשיג שליטה בקנה מידה ננו.

תחריט רטוב

תחריט רטוב מסתמך על התגובה הישירה בין נוזל כימי לחומר, ומתחלק לשני מצבים: טבילה וסיבוב. סוג הטבילה טובל את הפרוסה בתמיסה הכימית במיכל התחריט, ושולט בקצב התגובה באמצעות דיפוזיה. הסוג הסיבובי משתמש במכניקת נוזלים כדי לשפר את יעילות העברת המסה על ידי סיבוב הפרוסה וריסוס נוזל כימי.

מכיוון שחריטה רטובה היא איזוטרופית בטבעה, מאפייני הקידוח לרוחב שלה מגבילים את יכולת המיקרו-ייצור, ומסכת הפוטו-רזיסט נשחקת בקלות על ידי נוזלים כימיים, ולכן היא משמשת בעיקר לעיבוד של מבנים גדולים בגודל- או חומרים ספציפיים (כגון מתכת, אלומיניום, תחמוצת). לאחר התחריט, יש להסיר את השאריות של הפוטורסיסט על ידי פירוק פלזמה או קילוף כימי, שבו פירוק פלזמה משתמש בפלזמת חמצן לפירוק שכבת הדבק, וקילוף כימי מומס באופן סלקטיבי עם ממס מיוחד.

בשנים האחרונות, טכנולוגיית התחריט התפתחה לקראת דיוק גבוה יותר והגנה על הסביבה. בשדה היבש, תחריט שכבה אטומית (ALE) משיגה הסרה מדויקת ברמה האטומית הבודדת באמצעות תגובות מגבילות- עצמיות מתחלפות, תוך שילוב של חומרים בררניים גבוהים עם פרמטרי פלזמה אופטימליים כדי לדחוף את גבולות הרזולוציה של RIE מסורתי. יחד עם זאת, מבנה הערימה התלת-ממדית והביקוש המתקדם לאריזה מקדמים את הפיתוח של תחריט סיליקון עמוק, תחריט של שכבה דיאלקטרית ביחס גובה-רוחב גבוה וטכנולוגיות אחרות, ושימוש באסטרטגיות ערבוב פלזמה וגז בטמפרטורה- נמוכה להפחתת נזקי דופן הצד. במונחים של תהליך רטוב, המחקר והפיתוח של פתרונות כימיים ידידותיים לסביבה (כגון נוסחאות -ללא-פלואור רעילות) הפכו למגמה, עם ניטור מקוון ומערכות בקרה-סגורות במעגל סגור כדי להשיג שליטה מדויקת על קצב החריטה וטיפול לא מזיק בפסולת נוזלים.

0040-09094 CHAMBER 200mm

בנוסף, טכניקות תחריט היברידיות, כגון התהליך המשולב רטוב-יבש, מציעות יתרונות בתרחישים ספציפיים, כגון הפחתת מתח החומר באמצעות טיפול מקדים רטוב ולאחר מכן ייבוש דפוס דפוס עדין. חידושים אלה ממשיכים להניע את תהליך התחריט לעבר כיוונים יעילים יותר, ירוקים יותר ומדויקים יותר, ותומכים בשיפור מתמיד של ביצועים ואינטגרציה של התקן מוליכים למחצה.