למד על מערכות הדמיה ליטוגרפיות וטכנולוגיות ציפוי אופטי

0040-09963 PEDESTAL,150MM FLAT,IS,NI LIFT2,HVCEN

0021-02395 REV.B INSERT RING,ALUMINIUM DxZ SACVD

 

המחקר והפיתוח של מכונת ליטוגרפיה מתקדמת הוא פרויקט שיטתי, הכולל שיפור מתמיד ופריצת דרך של כל היבטי הטכנולוגיה, הכולל פיתוח של חומרי קוורץ עם אובדן ספיגה נמוכה וחומרי סרט דק בטוהר גבוה במדעי החומר, אופטיים מדויקים. טכנולוגיית עיבוד, טכנולוגיית ציפוי, טכנולוגיית הרכבה משולבת אופטית בתחום האופטיקה המדויקת, וטכנולוגיית בקרת תזוזה ננו-דיוק במכונות דיוק. אחת המכונות המתוחכמות ביותר בהיסטוריה של האנושות.

הDהתפתחותHהיסטוריה שלLאתוגרפיהMכאב

זרימת התהליך של ייצור מעגלים משולבים מוליכים למחצה מבוססת על שיטת ההכנה של טרנזיסטור משטח שפותח על ידי Fairchild, יצרנית מוליכים למחצה מפורסמת בארצות הברית: כל התהליך הוא יצירת מסכה לפי המבנה שצריך לעשות על הסיליקון מצע, ולאחר מכן המבנה מצטמצם ומפותח על פני השטח של פרוסת הסיליקון בשיטת ייצור פוטופלט, כדי לממש את העברת מבנה המכשיר מהמסכה אל פרוסות סיליקון (פוטוליתוגרפיה).
עם הפיתוח של מעגלים משולבים מוליכים למחצה, גודלם של התקני מוליכים למחצה הולך וקטן, ומספר ההתקנים המתאימים על משטח פרוסות סיליקון בקנה מידה סופי גדל, והדרישות לרזולוציית העדשה של מכונת הליטוגרפיה גדלות אף הן. .

השיפור המתמיד של הרזולוציה של מכונת הליטוגרפיה הוא המפתח לקידום הפיתוח של מעגלים משולבים מוליכים למחצה בהתאם לחוק מור, ולכן המחקר והפיתוח של מכונות ליתוגרפיה ברזולוציה גבוהה יותר הפכו למרדף המתמשך של כל ספקי מכונות הליתוגרפיה. רזולוציית מכונת ליטוגרפיה ואורך גל פעולה וקביעת צמצם מספרי של המערכת:

כאשר k1 הוא גורם התהליך, λ הוא אורך גל החשיפה, ו-NA הוא הצמצם המספרי של המטרה. על פי הנוסחה, הקטנת אורך הגל של מכונת הליטוגרפיה היא דרך חשובה לשיפור הרזולוציה של מכונת הליטוגרפיה.
עד כה, מכונות ליטוגרפיה עברו בסך הכל 5 דורות של מוצרים המבוססים על אורך הגל של מכונת הליטוגרפיה. ביניהם, מכונות הליטוגרפיה של הדור הראשון והדור השני משתמשים בקווי 436nm G ו-365nm I שנוצרו על ידי מנורות כספית כמקורות אור ליתוגרפיה, בהתאמה, שיכולים לעמוד בייצור שבב של 0.8μm עד {{7 }} תהליך .35μm. שני דורות אלה של מכונות ליתוגרפיה משתמשים בדרך כלל בשיטת חשיפה למגע/קרבה, שהיא פשוטה במבנה וזולה במחיר.
ליטוגרפיה של דורות 3 עד 5 משתמשים בליטוגרפיה הקרנה כדי להקטין במדויק את דיאגרמת המעגלים על המסכה על גבי פרוסת סיליקון באמצעות הדמיית הקרנה. מכונות ליטוגרפיה הקרנה משתמשות בדרך כלל בחשיפה מופחתת להדמיה של 4:1 או 5:1, והרזולוציה שלהן קשורה לצמצם המספרי ולאורך הגל של העדשה. מכונת הליטוגרפיה מהדור החמישי משתמשת באור EUV כמקור האור, ומחירה של מכונת ליטוגרפיה בודדת מגיע ל-100 מיליון דולר ארה"ב.

התהליך של מכונת ליתוגרפיה יבשה של 193 ננומטר מגיע ל-65 ננומטר, תוך שימוש בשיטת ליטוגרפיה טבילה, תוך שימוש ב-H2O נוזלי עם אינדקס שבירה גבוה במקום באוויר כמדיום היציאה, ניתן להגדיל את התהליך של מכונת ליתוגרפיה 193nm ל-22 ננומטר, כך שמכונת ליתוגרפיה 193nm תהיה ציוד ליבה של עיבוד IC מתקדם בהווה ובמשך זמן רב בעתיד.


מבנה הליבה של מכונת הליטוגרפיה 193nm מוצג באיור, ומערכת הגדרת מצבי תאורה ומערכת הדמיית ההקרנה הכלולה בה מכילות יותר מ-20 עדשות אופטיות בהתאמה, והביצועים של ציפוי אנטי-השתקפות ברצינות משפיע על השידור הכולל של המערכת האופטית של מכונת הליטוגרפיה, למשל, בהנחה שהחזר האור ואובדן הקליטה של ​​כל משטח הם 0.5%, אובדן אנרגיית האור הנגרם מהשתקפות אספקלריה וספיגת סרט דק של המערכת יכול להגיע ל-40%, כך ששיפור הביצועים של ציפוי אנטי-השתקפות העדשה של מכונת הליטוגרפיה היא טכנולוגיית מפתח בתהליך המחקר והפיתוח של גבוה -מכונת ליטוגרפיה מדויקת. עם זאת, ציפוי ליתוגרפיה 193nm מציג כמה קשיים טכניים ייחודיים בהשוואה למערכות הדמיה קונבנציונליות.

אופטיקה הדמיה משתמשת במספר רב של אופטיקה כדורית כדי להתאים את כיוון התפשטות האלומה. מכיוון שלמערכת יש דרישות גבוהות יותר ויותר לאיכות הדמיה, השתקפות האור על פני האלמנט תייצר כמות גדולה של אור תועה, מה שמפחית משמעותית את איכות ההדמיה, ולכן ציפוי סרטים אופטיים בעלי תכונות שונות על פני השטח של העדשה הפכה לדרך טכנית להבטיח את הביצועים של מערכות הדמיה ברמת דיוק גבוהה.

טכנולוגיה וסיווג ציפוי אופטי

שלוש השיטות העיקריות של שקיעת אדים פיזית, שקיעת אדים כימית ותצהיר נוזלי הן כיום שיטות הכנת הסרט הדק העיקריות, וניתן לחלק כל סוג של שיטת הכנה.
שקיעת אדים פיזיתהיא טכנולוגיה המשתמשת בשיטות פיזיקליות לאידוי חומרים לאטומים או מולקולות גזים בתנאי ואקום, ולאחר מכן מטביעה סרטים דקים על פני המצע.
שקיעת אדים כימיתהוא הכנת סרטים דקים על ידי תגובות כימיות על פני מצעים בסביבות בטמפרטורה גבוהה, המשמשות בעיקר בטכנולוגיה אלקטרונית משולבת מוליכים למחצה, כגון השקה אפיטקסיאלית של סרטים דיאלקטריים במעגלים משולבים על מצעי סיליקון.
שקיעה נוזליתהינה טכנולוגיה המשתמשת בשיטות כימיות כגון תגובה כימית לתמיסה או תגובה אלקטרוכימית להנחת סרטים דקים על פני המצע, אשר אינה דורשת סביבת ואקום ויש לה ציוד פשוט, והיישומים שלה כוללים רכיבים אלקטרוניים, ציפוי פני השטח וקישוט.
סרטים דקים אופטייםמוכנים בעיקר על ידי שיטת שקיעת אדים פיזית, ושיטות אידוי תרמי, קיצוץ וציפוי יונים משמשות כיום לעתים קרובות.
אידוי תרמי הוא המוקדם ביותר שפותח בציפויי אדים פיזיים ונמצא בשימוש נרחב.
אידוי תרמי מתבצע בוואקום, בתא ואקום, כאשר חומר הממברנה מחומם, האטומים שלו יברחו מפני השטח ולאחר מכן יתעבו על המצע ליצירת סרט דק, שהוא התהליך הפשוט של אידוי תרמי.
שיטות אידוי תרמי נפוצות כוללות אידוי התנגדות, אידוי קרן אלקטרונים ואידוי בעזרת קרן יונים.
לאידוי מתכות בעלות נקודות התכה נמוכות כגון זהב, כסף ואלומיניום, סלנידים גופרית כגון אבץ גופרתי ואבץ סלניד, ופלואוריד כגון מגנזיום פלואוריד ואיטרביום פלואוריד, נעשה בדרך כלל שימוש באידוי תרמי עמיד, מכיוון שלחומרים אלו יש נמוך נקודות התכה וקל לאידוי. בעת בחירת חומר מקור אידוי, יש צורך לשקול את יכולת ההרטבה שלו עם חומר הסרט והאם תהיה לו תגובה כימית עם חומר הסרט. עבור אידוי של תחמוצות כגון תחמוצת סיליקון ומתכות עקשן כגון טונגסטן, נעשה שימוש בדרך כלל באידוי קרן אלקטרונים. אלומת האלקטרונים מפגיזה ישירות את חומר הסרט, בעל צפיפות אנרגיה גבוהה (עד 10E9 W/cm2), שהיא דרך טובה לאידוי מתכות עקשנות וחומרים דיאלקטריים בעלי התכה גבוהה.
קרן יונים בסיוע (IAD) היא שיטת שיקוע מסייעת שבה מקור היונים מייצר יונים טעונים בתהליך של אידוי התנגדות או אידוי קרן אלקטרונים של הממברנה, והחלקיקים המושקעים מקבלים אנרגיה קינטית גדולה יותר על ידי התנגשות עם יונים טעונים אלו. ובכך לשנות את תהליך צמיחת הסרט. השימוש בטכנולוגיית שיקוע בעזרת קרן יונים יכול לשפר את המאפיינים של סרטים אופטיים, לשפר את הגבישיות, הכיווניות, חוזק ההידבקות, הקומפקטיות והמורפולוגיה של פני השטח של סרטים דקים.

טכנולוגיית ציפוי מקרטעת מגנטרון

ציפוי מקרטעת מגנטרון הוא טכנולוגיית ציפוי ואקום המשתמשת ביונים טעונים כדי להפציץ את פני המטרה כך שאטומי המטרה מקבלים אנרגיה דוחה ועוזבים את פני המטרה ולבסוף מופקדים על פני המצע. עקרון העבודה של קיצוץ מגנטרון מוצג בתרשים. לחץ הטיה שלילי מופעל על מטרת קתודית המגנטרון כך שהגז המקרטע מתפרק ומתרחשת פריקת זוהר. יוני הגז המקרטעים (בדרך כלל יוני Ar) הנוצרים במהלך תהליך הפריקה מאיצים את הפצצת משטח המטרה תחת פעולת שדה חשמלי בעל אנרגיה גבוהה בשכבת מעטפת הפלזמה על פני המטרה הקתודה. מצד אחד, הפצצת יוני גזים מקרזים באנרגיה גבוהה על פני המטרה גורמת לחלק מהאטומים על פני המטרה להשיג אנרגיית רתיעה ולהתנתק ממשטח המטרה כדי להפוך לאטומים מקרטעים ולבסוף מושקעים על פני המצע. מצד שני, האלקטרונים המשניים נפלטים מפני השטח של המטרה ומואצים לתוך אזור הפלזמה של פריקת זוהר תחת פעולת שכבת הנדן של משטח המטרה הקתודה. האלקטרונים המשניים הנכנסים לאזור הפלזמה נעים תחת פעולת הקישור של השדה המגנטי של משטח המטרה ומתנגשים באטומי הגז המקרטעים כדי ליינן אותם, כך שהאלקטרונים המשניים הם מקור אנרגיה חשוב לפריקת מגנטרונים כדי לקיים את עצמו.

השפעת הקישור של השדה המגנטי על פני המטרה על האלקטרונים המשניים מגדילה באופן משמעותי את ריכוז הפלזמה ליד פני המטרה, מה שפותר ביעילות את הבעיה של קצב השקיעה הנמוך של קפיצת דיודה רגילה. לכן, תנועת האלקטרונים תחת פעולת הכריכה של השדה המגנטי של משטח המטרה היא המפתח להבנת העיקרון של קפיצת מגנטרון. האיור שלהלן מציג את התפלגות השדות החשמליים והמגנטיים ליד משטח המטרה המקרטעת מגנטורון.