Фотолитография

Сентябрь 2, 2022

Главная
Алгебра
Фотолитография

Содержание

5. FEOL (front-end-of-line). Означает первую часть производственного цикла изготовления ИС, в котором отдельные элементы (транзисторы, емкости, резисторы
6. Литография - технологический метод, предназначенный для формирования на подложке топологического рисунка микросхемы с помощью чувствительных к
7. Задача фотолитографии — обеспечить качественное формирование топологических решений на всем поле кремниевой пластины с соблюдением допускаемых
10. Материалы, чувствительные к излучению, называют соответственно фото-, рентгено- и электронорезистами. Это в основном полимерные материалы, устойчивые
11. Фоторезисты - сложные полимерные композиции, в состав которых входят светочувствительные и пленкообразующие компоненты, растворители, некоторые добавки,
12. Операции фотолитографии Нанесение слоя резиста. Наиболее распространенным методом нанесения фоторезиста на подложки является центрифугирование: при включении
16. «Lift –off» процесс, основанный на применении двухслойного резиста. используется для получения металлических линий нанометрового масштаба.
20. Основные свойства фоторезистов Светочувствительность S = 1/H - величина, обратная экспозиции (Выражается в лквеличина, обратная экспозиции
21. Необходимо различать разрешающую способность фоторезиста и процесса фотолитографии в целом. Так, при разрешающей способности резиста до
23. Кривые на рисунке показывают сколько ф/р остается на подложке после экспонирования и проявления в зависисмости от
25. Для больших θ NA ≡ n ・ sin θ, где n — коэффициент преломления среды между
27. В идеальном линейном литографическом процессе любое изменение параметров маски должно приводить к идентичным изменениям размеров на
32. Сдвиг фазы зависит от толщины и типа используемого материала, необходимую толщину материала для сдвига по фазе
35. Схематическое изображение безхромного PSM (слева) и тонкие линии, которые он формирует на поверхности фоторезиста (справа).
36. Поскольку все фазосдвигающие границы формируют узкие темные линии на фоторезисте, только замкнутые области могут обрабатываться с
37. Варианты коррекции оптического эффекта близости. (a) — без OPC; (b) — простое OPC (коррекция размеров элементов);
40. Перед нанесением фоточувствительного резистивного слоя на подложку наносится тем или иным способом специальное антиотражающее покрытие. Этот
41. Схемы литографического процесса с двойным резистом разной полярности. На первом этапе на подложку с ранее организованным
43. Hexamethyldisilazane
45. Для получения структур с разрешением знгачительно ниже 100 нм становится обоснованным использование принципильно новых способов экспонирования.
46. ЭУФ-литография Преимущества: - ЭУФЛ является оптической и проекционной, используются стеклянные заготовки для шаблонов; - может быть
61. Эффект близости
63. Расчетные данные объема обрабатываемой информации при проектировании фотошаблонов для уровня технологии 130-65 нм.
65. трековая линия нанесения ФР
66. Установки контактной печати
67. Модуль нанесения центрифугированием
68. оборудование для ультрафиолетовой вакуумной фотолитографии (Extreme Ultraviolet Light Photolithography Tool).
69. Схема линейного кластерного производственного участка с технологическим оборудованием.
71. Скачать презентацию

Слайд 2

Слайд 3

Слайд 4

Слайд 5

FEOL (front-end-of-line). Означает первую часть производственного цикла изготовления ИС, в котором

отдельные элементы (транзисторы, емкости, резисторы и т.д.) формируются на полупроводниковой пластине. FEOL по сути включает весь комплекс операций до начала формирования металлических слоев разводки.
FEOL включает все процессы изготовления КМОП, необходимые для изготовления полностью изолированных элементов КМОП:
1. Выбор типа пластин; 2. Химико-механическая полировка и очистка. 3. Формирование мелкозалегающей канавочной изоляции (Shallow trench isolation (STI)) (or LOCOS in early processes, with feature size > 0.25 μm)
4. Формирование карманов, 5. Формирование затворов, 6. Формирование истоков и стоков.
BEOL (Back-end-of-line) означает вторую часть процесса изготовления ИС, когда отдельные элементы соединяются между собой. BEOL начинается когда первый слой металла осаждают на пластину. Этот этап включает формирование контактов, изолирующих слоев, металлических слоев и контактных площадок для внешних соединений (bonding sites for chip-to-package connections).
Этапы BEOL:
1. Силидизация областей стоков и истоков, а также поликремниевых областей, 2. Осаждение диэлектрика (первый, нижний слой диэлектрика,) (first, lower layer is Pre-Metal dielectric, PMD - to isolate metal from silicon and polysilicon), Химико механическая полировка (CMP processing it), 3. Формирование контактных отверстий в PMD и создание в них контактов, 4. Формирование первого слоя металла, 5. Формирование второго слоя межслойного диэлектрика (this time it is Intra-Metal dielectric), 6. Создание контактных окон для соединения первого и второго металла. Заполнение контактных отверстий металлом CVD process.
7. Повторение пп. 4-6 для всех металлических слоев.
8. Формирование конечного слоя пассивации для защиты ИС.

Слайд 6

Литография - технологический метод, предназначенный для формирования на подложке топологического рисунка

микросхемы с помощью чувствительных к излучению покрытий. По типу излучения литографию делят на оптическую (фотолитографию), рентгеновскую и электронную.

Слайд 7

Задача фотолитографии — обеспечить качественное формирование топологических решений на всем поле

кремниевой пластины с соблюдением допускаемых отклонений размеров элементов и их расположения относительно нижележащих структур, сформированных в предыдущем цикле.

Слайд 8

Слайд 9

Слайд 10

Материалы, чувствительные к излучению, называют соответственно фото-, рентгено- и электронорезистами. Это

в основном полимерные материалы, устойчивые к воздействию жидкостных травителей, плазмы и другим. Резисты делят на два класса - негативные и позитивные

Слайд 11

Фоторезисты - сложные полимерные композиции, в состав которых входят светочувствительные и

пленкообразующие компоненты, растворители, некоторые добавки, улучшающие адгезию слоя резиста к подложке, повышающие светочувствительность и кислотостойкость или щелочестойкость или плазмостойкость.
Светочувствительные компоненты, как правило, содержат ненасыщенные двойные связи, рвущиеся при поглощении энергии фотонов.

Слайд 12

Операции фотолитографии
Нанесение слоя резиста. Наиболее распространенным методом нанесения фоторезиста на подложки

является центрифугирование: при включении центрифуги жидкий фоторезист растекается под действием центробежных сил.
Первая сушка при температурах 80 - 90 °С заканчивает формирование слоя фоторезиста. При удалении растворителя объем полимера уменьшается, слой стремится сжаться, но жестко скрепленная с ним подложка препятствует этому. Обычно используют ИК сушку.
Экспонирование (совмещение) и проявление неразрывно связаны между собой. В силу этого для выбора режимов, обеспечивающих точную передачу размеров, необходимо одновременно изменять время проявления и время экспонирования. На практике, однако, часто пользуются методом подбора оптимального значения одного параметра при фиксации другого.
Проявление. Для проявления позитивных резистов используют водные щелочные растворы: 0,3 - 0,5%-ный раствор едкого кали, 1 - 2%-ный раствор тринатрийфосфата, органические щелочи - этаноламины. При проявлении очень важно контролировать температуру и величину pH проявителя.
Сушка проявленного слоя проводится при температурах 110 - 180 °С. От характера изменения температуры во время сушки зависит точность передачи размеров изображений. Резкий нагрев вызывает оплывание краев, поэтому для точной передачи малых (1 - 2 мкм) размеров следует применять плавное или ступенчатое повышение температуры.
Травление слоя.
Удаление с подложки фоторезиста завершает фотолитографический процесс, для чего используются в основном химические и термические способы. В последнее время применяется обработка в ВЧ плазме кислорода.

Слайд 13

Слайд 14

Слайд 15

Слайд 16

«Lift –off» процесс, основанный на применении двухслойного резиста.
используется для получения металлических

линий нанометрового масштаба.

Слайд 17

Слайд 18

Слайд 19

Слайд 20

Основные свойства фоторезистов
Светочувствительность S = 1/H - величина, обратная экспозиции (Выражается

в лквеличина, обратная экспозиции (Выражается в лк×с (люксах на секунды) H, требуемой для перевода фоторезиста в растворимое или нерастворимое состояние (в зависимости от того, позитивный резист или негативный). Светочувствительностью определяются производительность процесса фотолитографии и выбор оборудования. Например, необходимость использования ртутных ламп вызвана тем, что максимум спектральной чувствительности резистов лежит в области ближнего ультрафиолета. Светочувствительность измеряется в единицах эрг–1⋅см2.
Разрешающая способность R = N/2l - умещающееся на 1 мм число N полос фоторезиста, разделенных промежутками такой же ширины l.

Слайд 21

Необходимо различать разрешающую способность фоторезиста и процесса фотолитографии в целом. Так,

при разрешающей способности резиста до 1000 лин/мм разрешающая способность процесса не будет превышать 500 - 600 лин/мм из-за искажения рисунка вследствие различных физических эффектов, возникающих при экспонировании.

Слайд 22

Слайд 23

Кривые на рисунке показывают сколько ф/р остается на подложке после экспонирования

и проявления в зависисмости от энергии экспонирования.
При этом следует отметить, что ф/р имеет некоторую ограниченную растворимость в проявителе даже в отсутствии экспонирования. При проведении экспонирования растворимость ф/р (позитивного) возрастает до момента его полной растворимости, наступающего при E=ET – пороговой энергии. Чувствительность фоторезиста определяется как энергия, необходимая для полного растворения экспонированной области ф/р. Т.Е. – ET
Другим параметром характеризующим ф/р является параметр γ =

Этот параметр называется контрастом. Здесь E1 – значения энергии, получаемое пролонгацией касательной к ET до достижения 100% толщины фоторезиста.

Слайд 24

Слайд 25

Для больших θ
NA ≡ n ・ sin θ, где n —

коэффициент преломления среды
между объектом и объективом.

Так, при использовании 65-нм технологического процесса производства глубина резкости составляет порядка 0,2 мкм.

Слайд 26

Слайд 27

В идеальном линейном литографическом процессе любое изменение параметров маски должно приводить

к идентичным изменениям размеров на пластине (с учетом, конечно коэффициента уменьшения размеров).
С другой стороны в нелинейном процессе небольшие колебания размеров элементов в маске приводят к существенному увеличению колебаний размеров на подложке. Этот эффект оказывает негативное влияние на процесс производства поскольку любая ошибка в маске приводит к значительному увеличению величины ошибки размеров на пластине.
Фактор описывающий такое увеличение известен, как
Mask error enhancement factor (MEEF) (фактор увеличения ошибки) и определяется следующим отношением:
MEEF = Δ(wafer linewidth)/ (Δmask linewidth), где
Δ Означает изменение ширины линии на максе или на пластине.
В идеальном случае MEEF =1.0. Очевидно, что при значении этого фактора больше 1, серьезно влияет на требования спецификации фотомаски. С другой стороны, если фактор меньше 1, то это смягчает требования спецификации.

Слайд 28

Слайд 29

Слайд 30

Слайд 31

Слайд 32

Сдвиг фазы зависит от толщины и типа используемого материала,
необходимую толщину материала

для сдвига по фазе на π можно рассчитать по формуле: d = λ/2(n — 1), где λ — длина волны излучения.

Слайд 33

Слайд 34

Слайд 35

Схематическое изображение безхромного PSM (слева) и тонкие линии, которые он формирует

на поверхности фоторезиста (справа).

Слайд 36

Поскольку все фазосдвигающие границы формируют узкие темные линии на фоторезисте, только

замкнутые области могут обрабатываться с помощью фазосдвигающего фотошаблона. Обычно требуются две экспозиции: вторая экспозиция дополняет первую

Схематическое изображение фотолитографического процесса с двойной экспозицией. Фазосдвигающий фотошаблон (слева) и корректирующий фотошаблон (в середине) последовательно экспонируются на одну и ту же область кристалла. Окончательный
рисунок на кристалле (справа) является результатом этих двух экспозиций.

Слайд 37

Варианты коррекции оптического эффекта близости.
(a) — без OPC; (b) — простое

OPC (коррекция размеров элементов);
(c) — умеренное OPC (введение дополнительных линий);
(d) — агрессивное OPC (введение дополнительных фигур).

Слайд 38

Слайд 39

Слайд 40

Перед нанесением фоточувствительного резистивного слоя на подложку наносится тем или иным

способом специальное антиотражающее покрытие. Этот дополнительный слой выполняет различные функции. В первую очередь его можно рассматривать как дополнительный планаризирующий слой, который сглаживает сложную топологию уже организованного на поверхности пластины рельефа. Кроме того, он поглощает отраженные от поверхности подложки обратно рассеянные лучи, которые могут существенно исказить получаемую картину. Высокочувствительный слой верхнего резиста может иметь малую толщину, что положительно влияет на допустимую глубину фокуса процесса. Обычно в качестве АОП используются различные низкочувствительные органические композиции. Они должны пропускать свет в том же спектральном диапазоне, что и резист, обладать хорошей адгезией к подложке и резисту и удаляться тем же процессом, что и резист.

Слайд 41

Схемы литографического процесса с двойным резистом разной полярности.
На первом этапе на

подложку с ранее организованным сложным рельефом наносится толстый слой положительного резита. Его толщина выбирается из условия достижения максимальной планаризации поверхности пластины. Затем наносится тонкий слой резиста другой полярности. Его толщина выбирается из условия получения оптимальной глубины фокуса и достижения наивысшего разрешения для данной оптической системы. После экспонирования и проявления тонкого верхнего резистивного слоя он играет роль маски при глубоком экспонировании толстого нижележащего резиста.

Слайд 42

Слайд 43

Hexamethyldisilazane

Слайд 44

Слайд 45

Для получения структур с разрешением знгачительно ниже 100 нм становится обоснованным

использование принципильно новых способов экспонирования. Принимая во внимание необходимость разработки высокопроизводительных литографических систем можно выделить следующие 4 основные направления: предельный или экстремальный ультрафиолет (extrimt UV lithography – EUVL), электронная проекционная литография (SCALPEL), рентгеновская литография (Х- ray lithography), ионная литография (ion beam lithography).

50 >λ > 10 nm

Слайд 46

ЭУФ-литография
Преимущества:
- ЭУФЛ является оптической и проекционной, используются стеклянные заготовки для шаблонов;
-

может быть использована для нескольких поколений ИС;
- работоспособность уже продемонстрирована на прототипах литографов,
- возможность создать источник света с меньшей длиной волны.
NA=0,25 – 0,40; k1=0,6 – 0,4; R = 32 – 12 нм

Все отражательные оптические системы должны быть асферическими с размером неоднородностей ~10 Å. Эти зеркала представляют собой сложные пленочные покрытия: от 40 до 80 двухслойных пленок с толщиной каждого слоя ~ λ /4. Такое же сложное строение имеет маска для EUV литографии,

Слайд 47

Слайд 48

Слайд 49

Слайд 50

Слайд 51

Слайд 52

Слайд 53

Слайд 54

Слайд 55

Слайд 56

Слайд 57

Слайд 58

Слайд 59

Слайд 60

Слайд 61

Эффект близости

Слайд 62

Слайд 63

Расчетные данные объема обрабатываемой информации
при проектировании фотошаблонов для уровня технологии 130-65

нм.

Слайд 64

Слайд 65

трековая линия нанесения ФР

Слайд 66

Установки контактной печати

Слайд 67

Модуль нанесения центрифугированием

Слайд 68

оборудование для ультрафиолетовой вакуумной фотолитографии (Extreme Ultraviolet Light Photolithography Tool).

Слайд 69