ภาพรวมหนึ่งรายการ
ในกระบวนการผลิตวงจรรวม การพิมพ์หินด้วยแสงเป็นกระบวนการหลักที่กำหนดระดับการรวมวงจรรวม หน้าที่ของกระบวนการนี้คือการส่งและถ่ายโอนข้อมูลกราฟิกวงจรจากมาสก์ (หรือที่เรียกว่ามาสก์) ไปยังซับสเตรตของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์อย่างซื่อสัตย์
หลักการพื้นฐานของกระบวนการโฟโตลิโทกราฟีคือการใช้ปฏิกิริยาโฟโตเคมีคอลของโฟโตรีซิสต์ที่เคลือบบนพื้นผิวของซับสเตรตเพื่อบันทึกรูปแบบวงจรบนมาสก์ ดังนั้นจึงบรรลุวัตถุประสงค์ในการถ่ายโอนรูปแบบวงจรรวมจากการออกแบบไปยังซับสเตรต
กระบวนการพื้นฐานของการพิมพ์หินด้วยแสง:
ขั้นแรก ให้ใช้โฟโตรีซิสต์บนพื้นผิวของวัสดุพิมพ์โดยใช้เครื่องเคลือบ
จากนั้น เครื่องถ่ายภาพหินจะถูกใช้เพื่อแสดงพื้นผิวที่เคลือบด้วยโฟโตรีซิสต์ และใช้กลไกปฏิกิริยาโฟโตเคมีเพื่อบันทึกข้อมูลรูปแบบหน้ากากที่ส่งโดยเครื่องถ่ายภาพหิน เสร็จสิ้นการส่งผ่านความเที่ยงตรง การถ่ายโอน และการจำลองรูปแบบหน้ากากไปยังวัสดุพิมพ์
สุดท้ายนี้ นักพัฒนาจะถูกนำมาใช้ในการพัฒนาซับสเตรตที่เปลือยเปล่าเพื่อกำจัด (หรือคงไว้) ตัวต้านทานแสงที่ผ่านปฏิกิริยาโฟโตเคมีคอลหลังการสัมผัส
กระบวนการถ่ายภาพหินครั้งที่สอง
ในการถ่ายโอนรูปแบบวงจรที่ออกแบบบนมาส์กไปยังเวเฟอร์ซิลิคอน จะต้องถ่ายโอนผ่านกระบวนการสัมผัสก่อน จากนั้นจึงได้รูปแบบซิลิกอนผ่านกระบวนการแกะสลัก
เนื่องจากการส่องสว่างของพื้นที่กระบวนการโฟโตลิโทกราฟีใช้แหล่งกำเนิดแสงสีเหลืองซึ่งวัสดุไวแสงไม่มีความไว จึงเรียกว่าพื้นที่แสงสีเหลือง
Photolithography ถูกนำมาใช้ครั้งแรกในอุตสาหกรรมการพิมพ์และเป็นเทคโนโลยีหลักสำหรับการผลิต PCB ในยุคแรกๆ นับตั้งแต่ทศวรรษ 1950 เป็นต้นมา การพิมพ์หินด้วยแสงได้ค่อยๆ กลายเป็นเทคโนโลยีกระแสหลักสำหรับการถ่ายโอนรูปแบบในการผลิต IC
ตัวบ่งชี้สำคัญของกระบวนการพิมพ์หิน ได้แก่ ความละเอียด ความไว ความแม่นยำของการซ้อนทับ อัตราข้อบกพร่อง ฯลฯ
วัสดุที่สำคัญที่สุดในกระบวนการถ่ายภาพหินคือสารต้านทานแสง ซึ่งเป็นวัสดุที่ไวต่อแสง เนื่องจากความไวของโฟโตรีซิสต์ขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นของแหล่งกำเนิดแสง จึงจำเป็นต้องใช้วัสดุโฟโตรีซิสต์ที่แตกต่างกันสำหรับกระบวนการโฟโตลิโธกราฟี เช่น g/i line, 248nm KrF และ 193nm ArF
กระบวนการหลักของกระบวนการถ่ายภาพพิมพ์หินทั่วไปประกอบด้วยห้าขั้นตอน:
-การเตรียมฟิล์มพื้นฐาน
- ใช้โฟโตรีซีสต์และอบแบบนุ่มนวล
-การจัดตำแหน่ง การเปิดรับแสง และการอบหลังการสัมผัส
-พัฒนาฟิล์มแข็ง
- การตรวจจับการพัฒนา
(1)การเตรียมฟิล์มฐาน: ทำความสะอาดและขจัดน้ำเป็นหลัก เนื่องจากสารปนเปื้อนใดๆ จะทำให้การยึดเกาะระหว่างโฟโตรีซิสต์กับเวเฟอร์ลดลง การทำความสะอาดอย่างละเอียดจึงสามารถปรับปรุงการยึดเกาะระหว่างเวเฟอร์กับโฟโตรีซิสต์ได้
(2)การเคลือบสารไวแสง: ทำได้โดยการหมุนเวเฟอร์ซิลิคอน โฟโตรีซีสต์แต่ละชนิดต้องการพารามิเตอร์กระบวนการเคลือบที่แตกต่างกัน รวมถึงความเร็วการหมุน ความหนาของโฟโตรีซีสต์ และอุณหภูมิ
การอบแบบนุ่มนวล: การอบสามารถปรับปรุงการยึดเกาะระหว่างตัวต้านทานแสงและเวเฟอร์ซิลิคอนได้ เช่นเดียวกับความสม่ำเสมอของความหนาของตัวต้านทานแสง ซึ่งเป็นประโยชน์สำหรับการควบคุมมิติทางเรขาคณิตของกระบวนการกัดในภายหลังอย่างแม่นยำ
(3)การจัดตำแหน่งและการเปิดรับแสง: การจัดแนวและการเปิดรับแสงเป็นขั้นตอนที่สำคัญที่สุดในกระบวนการถ่ายภาพหิน หมายถึงการจัดแนวรูปแบบหน้ากากให้ตรงกับรูปแบบที่มีอยู่บนแผ่นเวเฟอร์ (หรือรูปแบบเลเยอร์ด้านหน้า) จากนั้นจึงฉายรังสีด้วยแสงเฉพาะ พลังงานแสงจะกระตุ้นส่วนประกอบที่ไวต่อแสงในตัวต้านทานแสง ดังนั้นจึงถ่ายโอนรูปแบบหน้ากากไปยังตัวต้านทานแสง
อุปกรณ์ที่ใช้ในการจัดแนวและการรับแสงคือเครื่องถ่ายภาพหินซึ่งเป็นอุปกรณ์กระบวนการชิ้นเดียวที่มีราคาแพงที่สุดในกระบวนการผลิตวงจรรวมทั้งหมด ระดับเทคนิคของเครื่องถ่ายภาพหินแสดงถึงระดับความก้าวหน้าของสายการผลิตทั้งหมด
การอบหลังการสัมผัส: หมายถึงกระบวนการอบสั้นๆ หลังจากการสัมผัส ซึ่งให้ผลที่แตกต่างจากในโฟโตรีซิสต์อัลตราไวโอเลตระดับลึกและโฟโตรีซิสต์ i-line ทั่วไป
สำหรับสารต้านทานแสงอัลตราไวโอเลตระดับลึก การอบหลังการสัมผัสจะกำจัดส่วนประกอบป้องกันในสารต้านทานแสง และทำให้สารต้านทานแสงละลายในดีเวลลอปเปอร์ ดังนั้น จึงจำเป็นต้องอบหลังจากการสัมผัสแสง
สำหรับโฟโตรีซิสต์แบบ i-line ทั่วไป การอบหลังการสัมผัสสามารถปรับปรุงการยึดเกาะของโฟโตรีซิสต์และลดคลื่นนิ่ง (คลื่นนิ่งจะส่งผลเสียต่อสัณฐานวิทยาของขอบของโฟโตรีซิสต์)
(4)พัฒนาหนังแข็ง: ใช้ดีเวลลอปเปอร์เพื่อละลายส่วนที่ละลายได้ของโฟโตรีซิสต์ (โฟโตรีซิสต์) หลังจากสัมผัส และแสดงรูปแบบมาส์กด้วยรูปแบบโฟโตรีซิสต์อย่างแม่นยำ
พารามิเตอร์หลักของกระบวนการพัฒนา ได้แก่ อุณหภูมิและเวลาในการพัฒนา ปริมาณและความเข้มข้นของนักพัฒนา การทำความสะอาด ฯลฯ ด้วยการปรับพารามิเตอร์ที่เกี่ยวข้องในการพัฒนา จึงสามารถเพิ่มความแตกต่างของอัตราการละลายระหว่างส่วนที่สัมผัสและส่วนที่ยังไม่ได้สัมผัสของโฟโตรีซิสต์ได้ ด้วยเหตุนี้ บรรลุผลการพัฒนาตามที่ต้องการ
การชุบแข็งเรียกอีกอย่างว่าการอบให้แข็ง ซึ่งเป็นกระบวนการกำจัดตัวทำละลาย ดีเวลลอปเปอร์ น้ำ และส่วนประกอบอื่นๆ ที่ไม่จำเป็นในโฟโตรีซิสต์ที่พัฒนาขึ้นโดยการให้ความร้อนและระเหยออกไป เพื่อปรับปรุงการยึดเกาะของโฟโตรีซิสต์กับซับสเตรตซิลิคอน และ ความต้านทานการกัดเซาะของโฟโตรีซิสต์
อุณหภูมิของกระบวนการชุบแข็งจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับตัวต้านทานแสงที่แตกต่างกันและวิธีการชุบแข็ง หลักฐานก็คือรูปแบบของโฟโตรีซิสต์ไม่ทำให้เสียรูป และโฟโตรีซิสต์ควรทำให้แข็งพอ
(5)การตรวจสอบการพัฒนา: เป็นการตรวจสอบข้อบกพร่องในรูปแบบโฟโตรีซิสต์หลังการพัฒนา โดยปกติแล้ว เทคโนโลยีการจดจำรูปภาพจะใช้ในการสแกนรูปแบบชิปโดยอัตโนมัติหลังการพัฒนา และเปรียบเทียบกับรูปแบบมาตรฐานที่ปราศจากข้อบกพร่องที่เก็บไว้ล่วงหน้า หากพบความแตกต่างใด ๆ ถือว่าชำรุด
หากจำนวนข้อบกพร่องเกินค่าที่กำหนด จะถือว่าเวเฟอร์ซิลิคอนไม่ผ่านการทดสอบการพัฒนา และอาจถูกทิ้งหรือนำกลับมาทำใหม่ตามความเหมาะสม
ในกระบวนการผลิตวงจรรวม กระบวนการส่วนใหญ่ไม่สามารถย้อนกลับได้ และการพิมพ์หินด้วยแสงเป็นหนึ่งในกระบวนการไม่กี่กระบวนการที่สามารถนำกลับมาทำใหม่ได้
โฟโตมาสก์สามอันและวัสดุไวแสง
3.1 โฟโต้มาสก์
โฟโตมาสก์หรือที่รู้จักในชื่อโฟโตลิโทกราฟีมาสก์ เป็นต้นแบบที่ใช้ในกระบวนการโฟโตลิโทกราฟีของการผลิตแผ่นเวเฟอร์วงจรรวม
กระบวนการผลิตโฟโตมาสก์คือการแปลงข้อมูลเค้าโครงเดิมที่จำเป็นสำหรับการผลิตแผ่นเวเฟอร์ที่ออกแบบโดยวิศวกรออกแบบวงจรรวมให้เป็นรูปแบบข้อมูลที่เครื่องกำเนิดรูปแบบเลเซอร์หรืออุปกรณ์รับแสงลำแสงอิเล็กตรอนสามารถรับรู้ได้ ผ่านการประมวลผลข้อมูลหน้ากาก เพื่อให้สามารถเปิดเผยได้โดย อุปกรณ์ข้างต้นบนวัสดุพื้นผิวโฟโตมาสก์ที่เคลือบด้วยวัสดุไวแสง จากนั้นจะถูกประมวลผลผ่านกระบวนการต่างๆ เช่น การพัฒนาและการแกะสลักเพื่อแก้ไขลวดลายบนวัสดุพื้นผิว สุดท้ายจะมีการตรวจสอบ ซ่อมแซม ทำความสะอาด และเคลือบฟิล์มให้เป็นผลิตภัณฑ์มาส์กและส่งให้ผู้ผลิตวงจรรวมนำไปใช้งาน
3.2 ตัวต้านทานแสง
โฟโตรีซิสต์หรือที่เรียกว่าโฟโตรีซิสต์เป็นวัสดุที่ไวต่อแสง ส่วนประกอบที่ไวต่อแสงในนั้นจะมีการเปลี่ยนแปลงทางเคมีภายใต้การฉายรังสีของแสง ส่งผลให้อัตราการละลายเปลี่ยนแปลงไป หน้าที่หลักคือการถ่ายโอนลวดลายบนมาส์กไปยังซับสเตรต เช่น เวเฟอร์
หลักการทำงานของโฟโตรีซิสต์: ขั้นแรก โฟโตรีซิสต์จะถูกเคลือบบนพื้นผิวและอบล่วงหน้าเพื่อเอาตัวทำละลายออก
ประการที่สอง หน้ากากสัมผัสกับแสง ทำให้ส่วนประกอบที่ไวต่อแสงในส่วนที่ถูกสัมผัสเกิดปฏิกิริยาทางเคมี
จากนั้นจึงทำการอบภายหลังการอบ
ในที่สุด โฟโตรีซิสต์จะถูกละลายบางส่วนผ่านการพัฒนา (สำหรับโฟโตรีซิสต์เชิงบวก พื้นที่สัมผัสจะถูกละลาย ส่วนสำหรับโฟโตรีซิสต์เชิงลบ พื้นที่ที่ไม่ได้รับแสงจะถูกละลาย) ดังนั้นจึงทำให้เกิดการถ่ายโอนรูปแบบวงจรรวมจากมาสก์ไปยังซับสเตรต
ส่วนประกอบของโฟโตรีซิสต์ส่วนใหญ่ประกอบด้วยเรซินที่สร้างฟิล์ม ส่วนประกอบที่ไวต่อแสง สารเติมแต่งติดตาม และตัวทำละลาย
เรซินที่ขึ้นรูปฟิล์มถูกนำมาใช้เพื่อให้มีคุณสมบัติทางกลและต้านทานการกัดกร่อน ส่วนประกอบที่ไวต่อแสงจะมีการเปลี่ยนแปลงทางเคมีภายใต้แสง ส่งผลให้อัตราการละลายเปลี่ยนแปลง
สารเติมแต่งติดตามรวมถึงสีย้อม สารเพิ่มความหนืด ฯลฯ ซึ่งใช้เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของโฟโตรีซิสต์ ตัวทำละลายใช้ในการละลายส่วนประกอบและผสมให้เข้ากัน
โฟโตรีซิสต์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบันสามารถแบ่งออกเป็นโฟโตรีซิสต์แบบดั้งเดิมและโฟโตรีซิสต์ที่ขยายทางเคมีตามกลไกปฏิกิริยาโฟโตเคมีเคมี และยังสามารถแบ่งออกเป็นอัลตราไวโอเลต อัลตราไวโอเลตลึก อัลตราไวโอเลตที่รุนแรง ลำแสงอิเล็กตรอน ลำแสงไอออน และโฟโตรีซิสต์รังสีเอกซ์ตาม ความยาวคลื่นแสง
อุปกรณ์ถ่ายภาพหินสี่ชิ้น
เทคโนโลยีการพิมพ์หินด้วยแสงได้ผ่านกระบวนการพัฒนาการพิมพ์หินแบบสัมผัส/ใกล้เคียง การพิมพ์หินแบบฉายภาพด้วยแสง การพิมพ์หินแบบขั้นตอนและซ้ำ การพิมพ์หินสแกน การพิมพ์หินแบบจุ่ม และการพิมพ์หิน EUV
4.1 เครื่องพิมพ์หินแบบสัมผัส/ใกล้เคียง
เทคโนโลยีการพิมพ์หินแบบสัมผัสปรากฏในปี 1960 และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในปี 1970 เป็นวิธีการพิมพ์หินหลักในยุคของวงจรรวมขนาดเล็ก และส่วนใหญ่ใช้ในการผลิตวงจรรวมที่มีขนาดคุณลักษณะมากกว่า 5μm
ในเครื่องพิมพ์หินแบบสัมผัส/ใกล้เคียง โดยปกติแล้วแผ่นเวเฟอร์จะถูกวางในตำแหน่งแนวนอนที่ควบคุมด้วยตนเองและโต๊ะทำงานแบบหมุน ผู้ปฏิบัติงานใช้กล้องจุลทรรศน์ภาคสนามแยกเพื่อสังเกตตำแหน่งของมาสก์และเวเฟอร์ไปพร้อมๆ กัน และควบคุมตำแหน่งของโต๊ะทำงานด้วยตนเองเพื่อจัดแนวมาสก์และเวเฟอร์ หลังจากที่เวเฟอร์และมาส์กอยู่ในแนวเดียวกันแล้ว ทั้งสองจะถูกกดเข้าด้วยกันเพื่อให้มาส์กสัมผัสโดยตรงกับสารต้านทานแสงบนพื้นผิวของเวเฟอร์
หลังจากถอดวัตถุประสงค์ของกล้องจุลทรรศน์ออก แผ่นเวเฟอร์และมาส์กที่ถูกกดจะถูกย้ายไปยังตารางการเปิดรับแสงเพื่อรับแสง แสงที่ปล่อยออกมาจากหลอดปรอทจะถูกปรับให้ขนานกับหน้ากากผ่านเลนส์ เนื่องจากหน้ากากสัมผัสโดยตรงกับชั้นโฟโตรีซิสบนแผ่นเวเฟอร์ รูปแบบหน้ากากจึงถูกถ่ายโอนไปยังชั้นโฟโตรีซิสในอัตราส่วน 1:1 หลังจากสัมผัส
อุปกรณ์การพิมพ์หินแบบสัมผัสเป็นอุปกรณ์การพิมพ์หินแบบใช้แสงที่ง่ายที่สุดและประหยัดที่สุด และสามารถบรรลุกราฟิกที่มีขนาดต่ำกว่าไมครอนได้ ดังนั้นจึงยังคงใช้ในการผลิตผลิตภัณฑ์จำนวนน้อยและการวิจัยในห้องปฏิบัติการ ในการผลิตวงจรรวมขนาดใหญ่ มีการนำเทคโนโลยีการพิมพ์หินใกล้เคียงมาใช้เพื่อหลีกเลี่ยงการเพิ่มขึ้นของต้นทุนการพิมพ์หินที่เกิดจากการสัมผัสโดยตรงระหว่างหน้ากากกับแผ่นเวเฟอร์
การพิมพ์หินใกล้เคียงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในทศวรรษ 1970 ในยุคของวงจรรวมขนาดเล็กและยุคต้นของวงจรรวมขนาดกลาง ต่างจากการพิมพ์หินแบบสัมผัส หน้ากากในการพิมพ์หินแบบใกล้เคียงกันไม่ได้สัมผัสโดยตรงกับโฟโตรีซีสต์บนแผ่นเวเฟอร์ แต่จะเหลือช่องว่างที่เต็มไปด้วยไนโตรเจน หน้ากากลอยอยู่บนไนโตรเจน และขนาดของช่องว่างระหว่างหน้ากากกับแผ่นเวเฟอร์จะถูกกำหนดโดยแรงดันไนโตรเจน
เนื่องจากไม่มีการสัมผัสโดยตรงระหว่างเวเฟอร์และมาส์กในการพิมพ์หินแบบใกล้เคียง ข้อบกพร่องที่เกิดขึ้นในระหว่างกระบวนการพิมพ์หินจึงลดลง จึงช่วยลดการสูญเสียมาส์กและปรับปรุงผลผลิตเวเฟอร์ ในการพิมพ์หินใกล้เคียง ช่องว่างระหว่างเวเฟอร์และมาส์กจะทำให้เวเฟอร์อยู่ในขอบเขตการเลี้ยวเบนของเฟรสเนล การมีอยู่ของการเลี้ยวเบนจะจำกัดการปรับปรุงเพิ่มเติมของความละเอียดของอุปกรณ์การพิมพ์หินใกล้เคียง ดังนั้นเทคโนโลยีนี้จึงเหมาะสำหรับการผลิตวงจรรวมที่มีขนาดคุณลักษณะมากกว่า 3μm เป็นหลัก
4.2 สเต็ปเปอร์และทวนสัญญาณ
สเต็ปเปอร์เป็นหนึ่งในอุปกรณ์ที่สำคัญที่สุดในประวัติศาสตร์ของการพิมพ์หินเวเฟอร์ ซึ่งได้ส่งเสริมกระบวนการพิมพ์หินขนาดต่ำกว่าไมครอนไปสู่การผลิตจำนวนมาก สเต็ปเปอร์ใช้ช่องรับแสงคงที่ทั่วไปที่ 22 มม. × 22 มม. และเลนส์ฉายแสงที่มีอัตราส่วนการลด 5:1 หรือ 4:1 เพื่อถ่ายโอนรูปแบบบนหน้ากากไปยังเวเฟอร์
โดยทั่วไปเครื่องสแกนหินแบบขั้นตอนและทำซ้ำจะประกอบด้วยระบบย่อยการสัมผัส ระบบย่อยระยะชิ้นงาน ระบบย่อยระยะมาสก์ ระบบย่อยโฟกัส/ปรับระดับ ระบบย่อยการจัดตำแหน่ง ระบบย่อยเฟรมหลัก ระบบย่อยการถ่ายโอนเวเฟอร์ ระบบย่อยการถ่ายโอนมาสก์ ระบบย่อยอิเล็กทรอนิกส์ และระบบย่อยซอฟต์แวร์
ขั้นตอนการทำงานโดยทั่วไปของเครื่องพิมพ์หินแบบขั้นตอนและซ้ำมีดังนี้:
ขั้นแรก เวเฟอร์ที่เคลือบด้วยโฟโตรีซิสต์จะถูกถ่ายโอนไปยังโต๊ะชิ้นงานโดยใช้ระบบย่อยการถ่ายโอนเวเฟอร์ และหน้ากากที่จะสัมผัสจะถูกถ่ายโอนไปยังโต๊ะมาสก์โดยใช้ระบบย่อยการถ่ายโอนมาสก์
จากนั้น ระบบจะใช้ระบบย่อยการโฟกัส/การปรับระดับเพื่อทำการวัดความสูงแบบหลายจุดบนแผ่นเวเฟอร์บนเวทีชิ้นงาน เพื่อให้ได้ข้อมูล เช่น ความสูงและมุมเอียงของพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ที่จะเปิดเผย เพื่อให้พื้นที่รับแสงของ สามารถควบคุมเวเฟอร์ได้เสมอภายในความลึกโฟกัสของวัตถุประสงค์การฉายภาพในระหว่างกระบวนการเปิดรับแสงต่อจากนั้น ระบบจะใช้ระบบย่อยการจัดตำแหน่งเพื่อจัดตำแหน่งมาสก์และเวเฟอร์ เพื่อให้ในระหว่างกระบวนการรับแสง ความแม่นยำของตำแหน่งของภาพมาส์กและการถ่ายโอนรูปแบบเวเฟอร์จะอยู่ภายในข้อกำหนดการซ้อนทับเสมอ
ในที่สุด การดำเนินการแบบขั้นตอนและการสัมผัสของพื้นผิวเวเฟอร์ทั้งหมดจะเสร็จสมบูรณ์ตามเส้นทางที่กำหนดเพื่อให้ทราบถึงฟังก์ชันการถ่ายโอนรูปแบบ
สเต็ปเปอร์และเครื่องสแกนการพิมพ์หินที่ตามมานั้นใช้กระบวนการทำงานพื้นฐานข้างต้น ปรับปรุงการสเต็ป → การเปิดรับแสงในการสแกน → การเปิดรับแสง และการโฟกัส/การปรับระดับ → การจัดตำแหน่ง → การเปิดรับแสงในแบบจำลองสองขั้นตอนเป็นการวัด (การโฟกัส/การปรับระดับ → การจัดตำแหน่ง) และการสแกน การเปิดรับแบบคู่ขนาน
เมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องพิมพ์หินแบบขั้นตอนและสแกน เครื่องพิมพ์หินแบบขั้นตอนและซ้ำไม่จำเป็นต้องสแกนมาสก์และเวเฟอร์แบบย้อนกลับแบบซิงโครนัส และไม่ต้องใช้ตารางมาสก์การสแกนและระบบควบคุมการสแกนแบบซิงโครนัส ดังนั้นโครงสร้างจึงค่อนข้างง่าย ต้นทุนค่อนข้างต่ำ และการดำเนินงานมีความน่าเชื่อถือ
หลังจากที่เทคโนโลยี IC เข้าสู่ระดับ 0.25μm การใช้งานการพิมพ์หินแบบขั้นตอนและทำซ้ำเริ่มลดลง เนื่องจากข้อดีของการพิมพ์หินแบบขั้นตอนและสแกนในการสแกนขนาดช่องรับแสงและความสม่ำเสมอของช่องรับแสง ในปัจจุบัน ภาพพิมพ์หินแบบขั้นตอนและทำซ้ำล่าสุดที่ Nikon มอบให้มีขอบเขตการมองเห็นแบบคงที่ที่มีขนาดใหญ่เท่ากับภาพพิมพ์หินแบบขั้นตอนและสแกน และสามารถประมวลผลเวเฟอร์ได้มากกว่า 200 แผ่นต่อชั่วโมง ด้วยประสิทธิภาพการผลิตที่สูงมาก ปัจจุบันเครื่องพิมพ์หินชนิดนี้ใช้สำหรับการผลิตชั้น IC ที่ไม่สำคัญเป็นหลัก
4.3 เครื่องสแกนสเต็ปเปอร์
การประยุกต์ใช้การพิมพ์หินแบบ step-and-scan เริ่มขึ้นในปี 1990 ด้วยการกำหนดค่าแหล่งกำเนิดแสงที่แตกต่างกัน เทคโนโลยี step-and-scan สามารถรองรับโหนดเทคโนโลยีกระบวนการที่แตกต่างกันได้ ตั้งแต่ 365nm, 248nm, 193nm immersion ไปจนถึง EUV lithography ซึ่งแตกต่างจากการพิมพ์หินแบบขั้นตอนและซ้ำ การเปิดรับแสงฟิลด์เดียวของการพิมพ์หินแบบขั้นตอนและสแกนใช้การสแกนแบบไดนามิก กล่าวคือ แผ่นมาส์กจะทำให้การเคลื่อนที่ของการสแกนเสร็จสมบูรณ์โดยสัมพันธ์กับเวเฟอร์ หลังจากการเปิดรับแสงฟิลด์ปัจจุบันเสร็จสิ้น เวเฟอร์จะถูกลำเลียงไปตามขั้นตอนชิ้นงาน และก้าวไปยังตำแหน่งฟิลด์การสแกนถัดไป และการเปิดรับแสงซ้ำจะดำเนินต่อไป ทำซ้ำขั้นตอนและสแกนการเปิดรับแสงหลาย ๆ ครั้งจนกระทั่งทุกช่องของเวเฟอร์ทั้งหมดถูกเปิดเผย
ด้วยการกำหนดค่าแหล่งกำเนิดแสงประเภทต่างๆ (เช่น i-line, KrF, ArF) สเต็ปเปอร์สแกนเนอร์สามารถรองรับโหนดเทคโนโลยีเกือบทั้งหมดของกระบวนการส่วนหน้าของเซมิคอนดักเตอร์ กระบวนการ CMOS ที่ใช้ซิลิคอนโดยทั่วไปได้นำสเต็ปเปอร์สแกนเนอร์มาใช้ในปริมาณมากตั้งแต่โหนด0.18μm; เครื่องพิมพ์หินอัลตราไวโอเลตขั้นรุนแรง (EUV) ที่ใช้ในโหนดกระบวนการที่ต่ำกว่า 7 นาโนเมตรก็ใช้การสแกนแบบสเต็ปเปอร์เช่นกัน หลังจากการปรับเปลี่ยนแบบปรับตัวบางส่วนแล้ว สเต็ปเปอร์สแกนเนอร์ยังสามารถรองรับการวิจัย การพัฒนา และการผลิตกระบวนการที่ไม่ใช่ซิลิคอนจำนวนมาก เช่น MEMS อุปกรณ์ไฟฟ้า และอุปกรณ์ RF
ผู้ผลิตหลักของเครื่องฉายภาพพิมพ์หินแบบ step-and-scan ได้แก่ ASML (เนเธอร์แลนด์), Nikon (ญี่ปุ่น), Canon (ญี่ปุ่น) และ SMEE (จีน) ASML เปิดตัวซีรีส์ TWINSCAN ของเครื่องสแกนหินแบบ step-and-scan ในปี 2544 โดยใช้สถาปัตยกรรมระบบแบบสองขั้นตอน ซึ่งสามารถปรับปรุงอัตราเอาต์พุตของอุปกรณ์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ และกลายเป็นเครื่องพิมพ์หินระดับไฮเอนด์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด
4.4 การพิมพ์หินแช่
จะเห็นได้จากสูตรของ Rayleigh ว่า เมื่อความยาวคลื่นการรับแสงยังคงไม่เปลี่ยนแปลง วิธีที่มีประสิทธิภาพในการปรับปรุงความละเอียดของภาพเพิ่มเติมคือการเพิ่มรูรับแสงที่เป็นตัวเลขของระบบภาพ สำหรับความละเอียดในการถ่ายภาพที่ต่ำกว่า 45 นาโนเมตรและสูงกว่านั้น วิธีการรับแสงแบบ ArF แบบแห้งไม่สามารถตอบสนองความต้องการได้อีกต่อไป (เนื่องจากรองรับความละเอียดในการถ่ายภาพสูงสุดที่ 65 นาโนเมตร) ดังนั้นจึงจำเป็นต้องแนะนำวิธีการพิมพ์หินแบบจุ่ม ในเทคโนโลยีการพิมพ์หินแบบดั้งเดิม ตัวกลางระหว่างเลนส์และตัวต้านทานแสงคืออากาศ ในขณะที่เทคโนโลยีการพิมพ์หินแบบแช่จะแทนที่ตัวกลางในอากาศด้วยของเหลว (โดยปกติจะเป็นน้ำบริสุทธิ์พิเศษที่มีดัชนีการหักเหของแสง 1.44)
ในความเป็นจริง เทคโนโลยีการพิมพ์หินแบบจุ่มใช้การลดความยาวคลื่นของแหล่งกำเนิดแสงหลังจากที่แสงผ่านตัวกลางของเหลวเพื่อปรับปรุงความละเอียด และอัตราส่วนการทำให้สั้นลงคือดัชนีการหักเหของแสงของตัวกลางของเหลว แม้ว่าเครื่องพิมพ์หินแบบจุ่มจะเป็นเครื่องพิมพ์หินแบบ step-and-scan ชนิดหนึ่ง และโซลูชันระบบอุปกรณ์ของมันไม่มีการเปลี่ยนแปลง แต่เป็นการปรับเปลี่ยนและขยายของเครื่องพิมพ์หินแบบ step-and-scan ArF เนื่องจากการแนะนำเทคโนโลยีที่สำคัญที่เกี่ยวข้อง ที่จะแช่
ข้อดีของการพิมพ์หินแบบจุ่มคือ เนื่องจากช่องรับแสงตัวเลขของระบบเพิ่มขึ้น ความสามารถด้านความละเอียดในการถ่ายภาพของเครื่องสแกนหินแบบ stepper-scanner จึงได้รับการปรับปรุง ซึ่งสามารถตอบสนองความต้องการของกระบวนการที่มีความละเอียดในการถ่ายภาพต่ำกว่า 45 นาโนเมตร
เนื่องจากเครื่องพิมพ์หินแบบแช่ยังคงใช้แหล่งกำเนิดแสง ArF จึงรับประกันความต่อเนื่องของกระบวนการ ซึ่งช่วยประหยัดต้นทุนด้านการวิจัยและพัฒนาของแหล่งกำเนิดแสง อุปกรณ์ และกระบวนการ บนพื้นฐานนี้ เมื่อรวมกับกราฟิกหลายตัวและเทคโนโลยีการพิมพ์หินเชิงคำนวณ ทำให้เครื่องพิมพ์หินแบบจุ่มสามารถใช้งานได้ที่โหนดกระบวนการขนาด 22 นาโนเมตรและต่ำกว่า ก่อนที่เครื่องพิมพ์หิน EUV จะเข้าสู่การผลิตจำนวนมากอย่างเป็นทางการ เครื่องพิมพ์หินแบบแช่ได้ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย และสามารถตอบสนองข้อกำหนดกระบวนการของโหนด 7 นาโนเมตร อย่างไรก็ตาม เนื่องจากมีการนำของเหลวแช่มาใช้ ความยากด้านวิศวกรรมของอุปกรณ์จึงเพิ่มขึ้นอย่างมาก
เทคโนโลยีหลักของบริษัท ได้แก่ เทคโนโลยีการจัดหาและการกู้คืนของเหลวแบบแช่ เทคโนโลยีการบำรุงรักษาสนามของเหลวแบบแช่ เทคโนโลยีมลพิษและการควบคุมข้อบกพร่องของการพิมพ์หินแบบแช่ การพัฒนาและการบำรุงรักษาเลนส์ฉายภาพแช่ช่องตัวเลขขนาดใหญ่พิเศษ และเทคโนโลยีการตรวจจับคุณภาพการถ่ายภาพภายใต้สภาวะการแช่
ปัจจุบัน เครื่องพิมพ์หินแบบขั้นตอนและสแกน ArFi เชิงพาณิชย์ส่วนใหญ่ให้บริการโดยบริษัทสองแห่ง ได้แก่ ASML ของเนเธอร์แลนด์และ Nikon ของญี่ปุ่น ในหมู่พวกเขาราคาของ ASML NXT1980 Di หนึ่งตัวอยู่ที่ประมาณ 80 ล้านยูโร
4.4 เครื่องพิมพ์หินอัลตราไวโอเลตสุดขีด
เพื่อปรับปรุงความละเอียดของการพิมพ์หินด้วยแสง ความยาวคลื่นในการรับแสงจะลดลงอีกหลังจากที่ใช้แหล่งกำเนิดแสงแบบเอ็กไซเมอร์ และแสงอัลตราไวโอเลตสุดขีดที่มีความยาวคลื่น 10 ถึง 14 นาโนเมตรถูกนำมาใช้เป็นแหล่งกำเนิดแสงในการเปิดรับแสง ความยาวคลื่นของแสงอัลตราไวโอเลตที่รุนแรงนั้นสั้นมาก และระบบแสงสะท้อนแสงที่สามารถใช้ได้มักจะประกอบด้วยตัวสะท้อนแสงแบบฟิล์มหลายชั้น เช่น Mo/Si หรือ Mo/Be
ค่าการสะท้อนแสงสูงสุดทางทฤษฎีของฟิล์มหลายชั้น Mo/Si ในช่วงความยาวคลื่น 13.0 ถึง 13.5 นาโนเมตรคือประมาณ 70% และการสะท้อนแสงสูงสุดทางทฤษฎีของฟิล์มหลายชั้น Mo/Be ที่ความยาวคลื่นสั้นกว่า 11.1 นาโนเมตรคือประมาณ 80% แม้ว่าค่าการสะท้อนแสงของตัวสะท้อนแสงแบบฟิล์มหลายชั้น Mo/Be จะสูงกว่า แต่ Be ก็มีความเป็นพิษสูง ดังนั้น การวิจัยเกี่ยวกับวัสดุดังกล่าวจึงถูกยกเลิกไปเมื่อพัฒนาเทคโนโลยีการพิมพ์หิน EUVเทคโนโลยีการพิมพ์หิน EUV ในปัจจุบันใช้ฟิล์มหลายชั้น Mo/Si และความยาวคลื่นแสงถูกกำหนดไว้ที่ 13.5 นาโนเมตรเช่นกัน
แหล่งกำเนิดแสงอัลตราไวโอเลตสุดขีดกระแสหลักใช้เทคโนโลยีพลาสมาที่ผลิตด้วยเลเซอร์ (LPP) ซึ่งใช้เลเซอร์ความเข้มสูงเพื่อกระตุ้นพลาสมา Sn ที่ละลายด้วยความร้อนให้เปล่งแสง เป็นเวลานานแล้วที่พลังงานและความพร้อมใช้งานของแหล่งกำเนิดแสงเป็นปัญหาคอขวดที่จำกัดประสิทธิภาพของเครื่องพิมพ์หิน EUV ด้วยเพาเวอร์แอมป์ออสซิลเลเตอร์หลัก เทคโนโลยีพลาสมาคาดการณ์ (PP) และเทคโนโลยีการทำความสะอาดกระจกคอลเลกชันในแหล่งกำเนิด ทำให้กำลังและความเสถียรของแหล่งกำเนิดแสง EUV ได้รับการปรับปรุงอย่างมาก
เครื่องจักร EUV lithography ส่วนใหญ่ประกอบด้วยระบบย่อย เช่น แหล่งกำเนิดแสง แสง เลนส์ใกล้วัตถุ ระยะชิ้นงาน ระยะมาส์ก การจัดตำแหน่งเวเฟอร์ การโฟกัส/การปรับระดับ การส่งผ่านหน้ากาก การส่งผ่านเวเฟอร์ และเฟรมสุญญากาศ หลังจากผ่านระบบการส่องสว่างที่ประกอบด้วยตัวสะท้อนแสงที่เคลือบหลายชั้น แสงอัลตราไวโอเลตที่รุนแรงจะถูกฉายรังสีบนหน้ากากสะท้อนแสง แสงที่สะท้อนจากหน้ากากจะเข้าสู่ระบบการถ่ายภาพการสะท้อนโดยรวมด้วยแสงที่ประกอบด้วยชุดตัวสะท้อนแสง และสุดท้ายภาพที่สะท้อนของหน้ากากจะถูกฉายลงบนพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ในสภาพแวดล้อมสุญญากาศ
ช่องรับแสงและช่องรับภาพของเครื่องพิมพ์หิน EUV มีทั้งรูปทรงส่วนโค้ง และใช้วิธีสแกนทีละขั้นตอนเพื่อให้ได้ช่องรับแสงเต็มเวเฟอร์เพื่อปรับปรุงอัตราเอาท์พุต เครื่องพิมพ์หิน EUV ซีรีส์ NXE ที่ทันสมัยที่สุดของ ASML ใช้แหล่งกำเนิดแสงที่มีความยาวคลื่น 13.5 นาโนเมตร หน้ากากสะท้อนแสง (อุบัติการณ์เฉียง 6°) ระบบวัตถุประสงค์การฉายภาพสะท้อนแสงลดลง 4 เท่า พร้อมโครงสร้างกระจก 6 ชิ้น (NA=0.33) มุมมองการสแกน 26 มม. × 33 มม. และสภาพแวดล้อมการสัมผัสแบบสุญญากาศ
เมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องพิมพ์หินแบบจุ่ม ความละเอียดการรับแสงครั้งเดียวของเครื่องพิมพ์หิน EUV ที่ใช้แหล่งกำเนิดแสงอัลตราไวโอเลตระดับรุนแรงได้รับการปรับปรุงอย่างมาก ซึ่งสามารถหลีกเลี่ยงกระบวนการที่ซับซ้อนที่จำเป็นสำหรับการพิมพ์หินหลายภาพเพื่อสร้างกราฟิกที่มีความละเอียดสูงได้อย่างมีประสิทธิภาพ ปัจจุบัน ความละเอียดการรับแสงครั้งเดียวของเครื่องพิมพ์หิน NXE 3400B ที่มีรูรับแสงตัวเลข 0.33 สูงถึง 13 นาโนเมตร และอัตราเอาต์พุตสูงถึง 125 ชิ้น/ชม.
เพื่อตอบสนองความต้องการในการขยายกฎของมัวร์ต่อไป ในอนาคต เครื่องพิมพ์หิน EUV ที่มีรูรับแสงตัวเลข 0.5 จะนำระบบวัตถุประสงค์ในการฉายภาพที่มีการปิดกั้นแสงจากส่วนกลาง โดยใช้กำลังขยายแบบไม่สมมาตร 0.25 เท่า/0.125 เท่า และ ขอบเขตการมองเห็นการสแกนจะลดลงจาก 26 ม. × 33 มม. เป็น 26 มม. × 16.5 มม. และความละเอียดการรับแสงเดี่ยวสามารถเข้าถึงได้ด้านล่าง 8 นาโนเมตร
-
เซมิเซร่าสามารถให้ได้ชิ้นส่วนกราไฟท์, รู้สึกนุ่ม/แข็ง, ชิ้นส่วนซิลิกอนคาร์ไบด์, ชิ้นส่วนซิลิกอนคาร์ไบด์ CVD, และชิ้นส่วนเคลือบ SiC/TaCด้วยกระบวนการเซมิคอนดักเตอร์เต็มรูปแบบภายใน 30 วัน
หากคุณสนใจผลิตภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์ข้างต้นโปรดอย่าลังเลที่จะติดต่อเราในครั้งแรก
โทร: +86-13373889683
WhatsApp: +86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
เวลาโพสต์: 31 ส.ค.-2024