Nguyên lý quá trình và thiết bị in thạch bản

In thạch bảnPquá trình vàEthiết bịPnguyên lý

I. Giới thiệu về quá trình in thạch bản

Quá trình quang khắc chiếm vị trí quan trọng trong quá trình sản xuất chất bán dẫn và chất lượng quang khắc ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của thiết bị.

Hình sau đây cho thấy cấu trúc chính và phân phối của máy quang khắc ASML, chủ yếu bao gồm: nguồn sáng, hệ thống chiếu sáng, bàn mặt nạ, hệ thống truyền mặt nạ, vật kính quang khắc chiếu, bàn phôi, hệ thống chuyển wafer silicon, hệ thống căn chỉnh, hệ thống cân bằng và lấy nét, hệ thống kiểm soát môi trường, khung máy và hệ thống giảm rung, hệ thống điều khiển máy và phần mềm máy, v.v., như thể hiện trong hình sau:

Như thể hiện trong hình bên dưới, các bước chính của quy trình quang khắc bao gồm: làm sạch tấm epitaxial, đồng nhất hóa, nung trước, quang khắc, nung sau, tráng và làm cứng màng.

Trong quá trình vận chuyển wafer epitaxial, chúng có thể bị ô nhiễm bởi môi trường, dẫn đến các chất gây ô nhiễm trên bề mặt wafer epitaxial. Do đó, wafer epitaxial phải được rửa sạch trước khi đồng nhất hóa để loại bỏ các chất gây ô nhiễm trên bề mặt wafer epitaxial, để tránh việc đưa tạp chất vào trong quá trình sản xuất, điều này sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất của thiết bị. Sau khi làm sạch, wafer epitaxial được thổi khô bằng súng khí nitơ hoặc đặt trên một tấm nóng để làm khô, sau đó wafer epitaxial được đặt trong máy đồng nhất hóa để đồng nhất hóa.

Để tăng độ bám dính giữa lớp phủ quang và wafer epitaxial và làm cho lớp phủ quang bám dính tốt hơn vào wafer epitaxial, một lớp chất bám dính thường được phủ lên wafer epitaxial trước khi lớp phủ quang được phủ đều. Máy đồng nhất hấp thụ wafer epitaxial thông qua chân không, sau đó quay nó ở tốc độ cao để lớp phủ quang bám dính đều vào wafer epitaxial. Độ dày của lớp phủ quang được thay đổi bằng cách điều chỉnh tốc độ quay và thời gian đồng nhất.

Nung trước là đặt tấm epitaxial lên đĩa nung nóng để nung, đồng thời làm bay hơi dung môi dư thừa trong chất cản quang để đông đặc lại, giúp chất cản quang bám dính tốt hơn vào tấm epitaxial.

In thạch bản là đưa tấm wafer epitaxial sau khi nung sơ bộ vào máy in thạch bản và sử dụng phương pháp phơi sáng để chuyển hoa văn trên tấm mặt nạ sang chất cản quang trên bề mặt tấm wafer epitaxial để thực hiện việc chuyển hoa văn.

Để có được hiệu ứng quang khắc tốt, cần phải tìm hiểu liều lượng phơi sáng (thời gian phơi sáng) và tiêu điểm phơi sáng (tiêu điểm) tương ứng với các đồ họa khác nhau.

Nói chung, sau khi quang khắc, cần xác định xem có nên nung lại lớp wafer epitaxial đã phơi sáng hay không theo điều kiện thực nghiệm, nếu lớp cản quang dày, việc nung lại sẽ gây ra bọt khí trên lớp cản quang, cuối cùng sẽ dẫn đến hỏng quá trình quang khắc.

Quá trình nung sau sẽ khuếch tán vật liệu hoạt động trong chất cản quang, loại bỏ hiệu ứng sóng đứng do sự can thiệp trong quá trình quang khắc và cải thiện hiệu ứng quang khắc. Quá trình phát triển là phản ứng hóa học của chất hiện hình và chất cản quang để hòa tan phần đã phơi sáng. Nhìn chung, cả phần đã phơi sáng và chưa phơi sáng đều phản ứng với chất hiện hình, do đó cần phải tìm hiểu thời gian phát triển. Ngay sau khi quá trình phát triển hoàn tất, cần đặt tấm wafer epitaxial vào bồn rửa và rửa sạch bằng nước khử ion đang chảy để loại bỏ chất hiện hình còn sót lại trên chất cản quang.

Màng cứng là lớp phủ epitaxial sau khi nung và tráng, do đó dung môi trong chất cản quang bay hơi và tăng độ bám dính của chất cản quang và lớp phủ epitaxial. Sau khi màng đông lại, sử dụng kính hiển vi để kiểm tra trực quan hoa văn quang khắc để xác định hiệu ứng quang khắc và xác định có nên khắc hay quang khắc lại sau khi khử keo.

II.Máy in thạch bản hoạt động như thế nào

Theo các phương pháp phơi sáng khác nhau của máy quang khắc, máy quang khắc được chia thành máy quang khắc tiếp xúc, máy quang khắc tiệm cận, máy quang khắc chiếu và máy quang khắc bước, và nguyên lý của các loại quang khắc khác nhau sẽ được giới thiệu dưới đây.

Như thể hiện trong Hình (a) ở trên, máy in thạch bản tiếp xúc được phơi sáng thông qua tiếp xúc trực tiếp giữa mặt nạ và chất cản quang, và cấu trúc tương đối đơn giản, nguồn sáng nằm ở tiêu điểm của thấu kính và ánh sáng phát ra trở thành ánh sáng song song sau khi đi qua thấu kính và tất cả đồ họa trên toàn bộ mặt nạ được chuyển đến chất cản quang. Máy in thạch bản này có độ phân giải trong phạm vi micron, nhưng tuổi thọ của mặt nạ bị giảm đáng kể do tiếp xúc trực tiếp giữa mặt nạ và chất cản quang.

Sự khác biệt giữa máy quang khắc tiếp xúc và máy quang khắc tiếp xúc là mặt nạ và chất cản quang không tiếp xúc trực tiếp, mặt nạ nằm cách chất cản quang 10 μm, nhưng dung môi bay hơi của chất cản quang sẽ bám vào mặt nạ, ảnh hưởng đến tuổi thọ của mặt nạ. Ngoài ra, quang khắc tiếp xúc có độ phân giải thấp hơn so với quang khắc tiếp xúc và độ phân giải phơi sáng thường lớn hơn 3 μm.

Theo chế độ chuyển động của bàn máy in thạch bản, máy in thạch bản chiếu được chia thành hai loại: loại chiếu bước và loại quét bước.

Như thể hiện trong Hình (c), một thấu kính được thêm vào giữa mặt nạ của máy quang khắc chiếu và tấm wafer epitaxial cần được phơi sáng, do đó mặt nạ không bị nhiễm chất cản quang và khả năng lặp lại quang khắc tốt hơn.

Kích thước của hoa văn được phơi sáng bởi máy quang khắc chiếu từng bước giống như trên mặt nạ, tỷ lệ là 1:1 và độ phân giải phơi sáng khoảng 1 μm.

Nguyên lý hoạt động của máy in thạch bản chiếu từng bước được thể hiện ở hình dưới đây:

Phương pháp hoạt động của máy in thạch bản chiếu bước được thể hiện ở hình sau:

Sự khác biệt giữa máy quang khắc chiếu quét từng bước và máy quang khắc chiếu từng bước là tỷ lệ giữa hoa văn trên mặt nạ và kích thước hoa văn được phơi sáng trên tấm wafer epitaxial là 5:1 hoặc 10:1, tức là chiều dài và chiều rộng của hoa văn được giảm theo tỷ lệ 5:1 hoặc 10:1, trong đó tỷ lệ 10:1 được sử dụng để phơi sáng có độ phân giải cao hơn, nhưng thời gian phơi sáng gấp 4 lần tỷ lệ 5:1, do đó phần lớn tỷ lệ 5:1 bị thỏa hiệp được sử dụng để phơi sáng. Máy quang khắc của sơ đồ này có ưu điểm là độ phân giải cao, thường nhỏ hơn 0,25 μm, là máy quang khắc được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay.

Sau đây là cách hoạt động từng bước của máy quét quang khắc:

So với phương pháp quang khắc chiếu bước, máy quang khắc quét di chuyển theo cách phức tạp hơn và tấm quang khắc di chuyển theo hướng ngược lại trong khi bàn máy di chuyển.

Loại chuyển động này làm tăng diện tích in thạch bản.

Làm sao tôi có thể tìm hiểu thêm về sự khác biệt giữa chuyển động quét bước và chuyển động chiếu bước? Hình bên dưới cho thấy sự khác biệt giữa hai phương pháp làm việc và khu vực quét, chế độ chuyển động quét bước có khu vực làm việc lớn hơn và vị trí chính xác hơn.

Nếu lấy hai phương pháp làm ví dụ, phép chiếu bậc giống như một cái phễu hình chữ nhật, trong quá trình in thạch bản, ánh sáng trong phễu hình chữ nhật được đẩy ra cùng một lúc và công việc in thạch bản được hoàn thành trong một lần. Máy in thạch bản quét từng bước giống như một cái phễu hình nón và trong khi in thạch bản đang hoạt động, ánh sáng sẽ tràn xuống và bàn di chuyển. Ánh sáng trên bàn làm việc đồng đều và tinh tế hơn.

III.Keo dương và keo âm cho chất cản quang

Công nghệ in thạch bản chủ yếu chuyển hoa văn trên mặt nạ sang chất cản quang thông qua quá trình phơi sáng của máy in thạch bản và quá trình phát triển của tấm epitaxial đã phơi sáng. Các thành phần chính của chất cản quang là nhựa, chất khởi tạo quang và dung môi. Sau khi phơi sáng, các tính chất hóa học của chất khởi tạo quang trong thành phần chất cản quang bị thay đổi và quá trình chuyển hoa văn được hoàn thành sau khi phát triển. Chất cản quang được chia thành chất cản quang dương và chất cản quang âm theo các tính chất của chúng sau khi phát triển phơi sáng. Như thể hiện trong Hình (a) bên dưới, chất cản quang dương được loại bỏ khỏi vùng phơi sáng sau khi phát triển và chất cản quang dương thường được sử dụng là SPR200 do DuPont sản xuất; Ngược lại với chất cản quang dương, như thể hiện trong Hình (b), chất cản quang âm là chất cản quang trong vùng phơi sáng được giữ lại sau khi phát triển và chất cản quang âm thường được sử dụng là N244, v.v.

Chuyển từ: https://mp.weixin.qq.com/s?{{{0}}biz=MzI1OTExNzkzNw==&mid=2650473231&idx=2&sn=ebb73ac560d71c99c19970fb7ce704ec&chksm=f3c18d4d0f72e5cb7cc1d37c41e7caae0ac9d7c4e6052871c02a34087bccf5c4f29af00bc3a0&scene=27