Integrated Circuit Lithography-etsen Samenwerkingsproces

Lithografie en etsen zijn de twee kernprocessen van patroonoverdracht op nanoschaal, en hun resolutie, nauwkeurigheid en consistentie bepalen samen de bovengrens van de prestaties en opbrengst van het apparaat.

Dit artikel sorteert systematisch de belangrijkste mechanismen, controleparameters en de nieuwste technologische evolutie van het hele proces van fotoresistcoating, belichting, ontwikkeling en etsen.

De details zijn als volgt:

Lithografisch proces

Etsproces

Lithografisch proces

Bij de productie van chips met geïntegreerde schakelingen repliceert het lithografieproces, als de kerntechnologie van patroonoverdracht, het circuitontwerp op het masker laag voor laag naar het waferoppervlak door middel van nauwkeurige optische en chemische processen, en de technologische evolutie ervan heeft altijd gedraaid om resolutieverbetering en processtabiliteitsoptimalisatie.

Fotoresist-toepassing

Het proces begint met de fase van het spincoaten van de fotoresist - nadat de wafer vacuüm- is geadsorbeerd en gefixeerd op de steuntafel van de spincoater. De druipende fotoresist vormt een uniforme film met behulp van centrifugaalkracht met een hoge snelheid van duizenden omwentelingen per seconde, en de filmdikte wordt nauwkeurig geregeld door de colloïdale viscositeit, oplosmiddeleigenschappen en rotatie parameters.

Omdat fotoresist als lichtgevoelig harsmateriaal zeer gevoelig is voor temperatuur en vochtigheid, moet het fotoresistgebied worden verlicht met gele verlichting en een strikte temperatuur- en vochtigheidsomgeving handhaven om schommelingen in de materiaaleigenschappen te voorkomen.

Soorten fotoresisten

Fotoresisten worden op basis van hun ontwikkelingskenmerken in twee categorieën verdeeld: na belichting lost het belichte gebied op in de ontwikkelaar en blijft het onbelichte gebied behouden; De negatieve lijm is het tegenovergestelde en het niet-blootgestelde gebied wordt verwijderd. De specifieke keuze hangt af van de topologische vereisten van het circuitpatroon, zoals dichte lijnstructuren die de voorkeur geven aan positieve lijmen om randoverbruggingsdefecten te voorkomen.

Voor-gebakken

Na het spincoaten wordt de wafel in een stikstofatmosfeer tot ongeveer 80 graden verwarmd om de vervluchtiging van het resterende oplosmiddel in de film te bevorderen, de hechting tussen de kleeflaag en het substraat te verbeteren en het vermogen om blootstellingsinterferentie te weerstaan.

Eblootstelling

De belichtingsfase is een cruciaal onderdeel van de patroonoverdracht, waarbij de wafer in een stepper-belichtingsmachine of scanner wordt geladen. Traditionele steppers projecteren het maskerpatroon op viervoudige schaal op het waferoppervlak via een zoomlenssysteem, waarbij de resolutie een formule volgt

R=kλ/NA

waarbij λ de golflengte van de lichtbron is, NA de numerieke opening van de lens en k de procescoëfficiënt is. Momenteel maakt de reguliere lichtbron gebruik van een ArF-excimerlaser met een golflengte van 193 nm en een hoge NA-lens om een ​​resolutie onder de golflengte te bereiken. Om de fysieke diffractielimieten te doorbreken, worden super-resolutietechnieken zoals dubbele belichting, fase-shift-maskers en optische nabijheidseffectcorrectie op grote schaal gebruikt. Als verbeterde vorm van stepper vervangt de scanner de belichting over de volledige- breedte door spleetscanbelichting, waardoor het gezichtsveld effectief wordt vergroot en de invloed van lensafwijkingen wordt verminderd, en is het een standaarduitrusting geworden bij geavanceerde processen.

Na de belichting is bakproces na-belichting (PEB) vereist. Dit activeert het zuur-producerende middel in de fotoresist door middel van een lichte warmtebehandeling, waardoor zuur-katalytische reacties worden bevorderd, staande golfeffecten worden verminderd en de contouren van de patroonrand worden verscherpt.

Ontwikkeling

Tijdens het ontwikkelingsproces wordt het belichtingsgebied van de positieve lijm opgelost in de alkalische ontwikkelaar, waardoor een reliëfpatroon ontstaat dat consistent is met het masker. Negatieve lijm wordt gedefinieerd door het niet-blootgestelde gebied op te lossen. Na ontwikkeling moet het hard worden gebakken en uitgehard om de etsweerstand van de fotoresist te vergroten en een beschermend masker te bieden voor daaropvolgend etsen of ionenimplantatie.

De afgelopen jaren heeft de extreem-ultraviolette lithografie (EUV)-technologie de resolutielimiet van traditionele optische lithografie met een lichtbron met een korte- golflengte van 13,5 nm doorbroken en is het de kernbelichtingsoplossing geworden voor processen op 7 nm en lager. Gecombineerd met meerdere patroontechnologieën zoals selfaligning dual imaging (SADP) en selfaligning quadruple imaging (SAQP), bereikt EUV-lithografie een hogere integratie terwijl de proceskosten en opbrengsten effectief worden beheerst.

Bovendien realiseert nanoimprint-lithografie (NIL), als aanvullende technologie, sub-10nm-patroonvoorbereiding met zeer nauwkeurige imprinting in specifieke scenario's, wat een uniek toepassingspotentieel aantoont. De gecoördineerde ontwikkeling van deze technologieën blijft de evolutie van lithografieprocessen in de richting van hogere precisie en lagere defectpercentages bevorderen, waardoor technologische innovatie en productiteratie in de halfgeleiderindustrie worden ondersteund.

Etsproces

In het etsproces van de productie van geïntegreerde schakelingen bereiken droog en nat etsen de vorming van dunne-filmpatronen door het materiaalverwijderingsproces nauwkeurig te controleren, en de twee vullen elkaar aan in termen van technische paden en toepasselijke scenario's.

Droog etsen

Bij droog etsen wordt reactief ionenetsen (RIE) als kern gebruikt, en de apparatuur ervan gebruikt een parallelle plaatstructuur: de wafer wordt in de onderste elektrode in de vacuümkamer geplaatst, de bovenste elektrode wordt geaard en het geïnjecteerde gas wordt geëxciteerd door hoogfrequente spanning aan te leggen om een ​​plasma te vormen, waarbij positieve ionen, vrije radicalen en andere actieve deeltjes worden geproduceerd.

Deze deeltjes bombarderen het oppervlak van het materiaal verticaal onder de versnelling van het elektrische veld, en reageren chemisch met de doellaag om vluchtige producten te produceren, die via het vacuümsysteem worden afgevoerd om een ​​anisotroop etseffect te bereiken. De sleutel tot dit proces is een hoge selectieverhouding, dat wil zeggen dat het verschil in etssnelheid tussen de fotoresist en de materiaallaag groot genoeg moet zijn om de betrouwbaarheid van de patroonoverdracht te garanderen. Tegelijkertijd is het noodzakelijk om het microbelastingseffect te remmen om de fluctuatie van de etssnelheid veroorzaakt door lokale patroondichtheidsverschillen te vermijden, en om elektrostatische schade en de introductie van onzuiverheden te verminderen. Om de nauwkeurigheid te verbeteren, maakt de moderne RIE-technologie vaak gebruik van inductief gekoppelde plasmabronnen (ICP) of capacitief gekoppelde plasmabronnen (CCP), gecombineerd met gepulseerde voeding en magnetische veldverbeteringstechnologie om controle op nanoschaal te bereiken.

Nat etsen

Nat etsen is afhankelijk van de directe reactie tussen chemische vloeistof en materiaal, en is verdeeld in twee modi: onderdompeling en rotatie. Het onderdompelingstype dompelt de wafer onder in de chemische oplossing in de etstank en regelt de reactiesnelheid door diffusie. Het roterende type maakt gebruik van vloeistofmechanica om de efficiëntie van de massaoverdracht te verbeteren door de wafel te roteren en chemische vloeistof te spuiten.

Omdat nat etsen isotroop van aard is, beperken de laterale booreigenschappen het microfabricagevermogen en wordt het fotoresistmasker gemakkelijk geërodeerd door chemische vloeistoffen. Daarom wordt het meestal gebruikt voor de verwerking van grote- structuren of specifieke materialen (zoals metaal, aluminium, oxide). Na het etsen moet de resterende fotoresist worden verwijderd door plasma-ontvormen of chemisch afpellen, waarbij plasma-ontvormen gebruik maakt van zuurstofplasma om de kleeflaag af te breken, en chemisch afpellen selectief wordt opgelost met een speciaal oplosmiddel.

De afgelopen jaren is de etstechnologie geëvolueerd naar hogere precisie en milieubescherming. In het droge veld bereikt atomaire laagetsen (ALE) een nauwkeurige verwijdering op atomair niveau door middel van afwisselende zelf-beperkende reacties, waarbij materialen met een hoge selectiviteit worden gecombineerd met geoptimaliseerde plasmaparameters om de resolutielimieten van traditionele RIE te verleggen. Tegelijkertijd bevorderen de drie-stapelstructuur en de vraag naar geavanceerde verpakkingen de ontwikkeling van diep siliciumetsen, etsen met hoge aspectverhoudingen van diëlektrische lagen en andere technologieën, en het gebruik van plasma- en gasmengstrategieën bij lage- temperatuur om schade aan de zijwanden te verminderen. Op het gebied van natte processen is het onderzoek en de ontwikkeling van milieuvriendelijke chemische oplossingen (zoals fluor-vrije en lage- formules) een trend geworden, met online monitoring en gesloten-loopcontrolesystemen om een ​​nauwkeurige controle van de etssnelheid en een onschadelijke behandeling van afvalvloeistoffen te bereiken.

0040-09094 KAMER 200mm

Bovendien bieden hybride etstechnieken, zoals het gecombineerde natte-droge proces, voordelen in specifieke scenario's, zoals het verminderen van materiaalspanning door natte voorbehandeling en het vervolgens drogen van fijne patroonvorming. Deze innovaties blijven het etsproces in de richting van efficiëntere, groenere en nauwkeurigere richtingen sturen, waardoor de voortdurende verbetering van de prestaties en integratie van halfgeleiderapparaten wordt ondersteund.