Διαδικασία κατασκευής ολοκληρωμένων κυκλωμάτων νανοκλίμακας - (Φωτολιθογραφία)

Εισαγωγή στην Τεχνολογία της Φωτολιθογραφίας

Ιστορία Ανάπτυξης Τεχνολογίας Φωτολιθογραφίας

Από τότε που ο Jack S. Kilby εφηύρε το πρώτο ολοκληρωμένο κύκλωμα στον κόσμο στις 12 Σεπτεμβρίου 1958, τα ολοκληρωμένα κυκλώματα γνώρισαν ταχεία ανάπτυξη για περισσότερα από 50 χρόνια. Το ελάχιστο πλάτος γραμμής είναι τώρα μεταξύ 20 και 30 nm. χρόνο, μπαίνοντας στο εύρος βαθέων υπομικρών. Η τεχνολογία φωτολιθογραφίας, μια από τις βασικές τεχνολογίες, έχει επίσης εξελιχθεί από την αρχική χρήση μεγεθυντικών φακών παρόμοιων με αυτούς του φωτογραφικού εξοπλισμού μέχρι το σημερινό διάφραγμα υψηλού αριθμητικού διαφράγματος τύπου immersion 1.35, το οποίο έχει τη δυνατότητα να ελέγχει και να προσαρμόζει αυτόματα την ποιότητα εικόνας, με διάμετρο άνω του μισού μέτρου και βάρους μισού τόνου. σετ γιγαντιαίο φακό. Η λειτουργία της φωτολιθογραφίας είναι να εκτυπώνει σχέδια κυκλωμάτων ημιαγωγών σε γκοφρέτες πυριτίου στρώμα προς στρώμα. Η ιδέα του προέρχεται από τη μακροχρόνια τεχνολογία εκτύπωσης. Η διαφορά είναι ότι η εκτύπωση καταγράφει πληροφορίες χρησιμοποιώντας μελάνι για να παράγει αλλαγές στην ανακλαστικότητα του φωτός στο χαρτί. , ενώ η φωτολιθογραφία χρησιμοποιεί τη φωτοχημική αντίδραση φωτός και φωτοευαίσθητων ουσιών για να επιτύχει αλλαγές στην αντίθεση.

Η τεχνολογία εκτύπωσης εμφανίστηκε για πρώτη φορά στα τέλη της δυναστείας των Χαν στην Κίνα. Περισσότερα από 800 χρόνια αργότερα, ο Bi Sheng της δυναστείας των Σονγκ έκανε επαναστατικές βελτιώσεις και μετέτρεψε την εκτύπωση σταθερού μπλοκ σε εκτύπωση κινητού τύπου, η οποία στη συνέχεια αναπτύχθηκε γρήγορα. Σήμερα, έχει αναπτυχθεί η τεχνολογία φωτοτυποποίησης λέιζερ. Η "φωτολιθογραφία" με τη σημερινή έννοια ξεκίνησε με τις προσπάθειες του Alois Senefedler το 1798. Όταν προσπάθησε να δημοσιεύσει το βιβλίο του στο Μόναχο της Γερμανίας, ανακάλυψε ότι αν χρησιμοποιούσε μολύβι λαδιού για να σχεδιάσει εικονογραφήσεις σε πορώδη ασβεστόλιθο και έβρεχε τις άσυρτες περιοχές με νερό , το μελάνι θα ήταν μόνο κόλλα εκεί που σχεδίαζες με μολύβι. Αυτή η τεχνική ονομάζεται Λιθογραφία, ή σχέδιο σε πέτρα. Η λιθογραφία ήταν ο πρόδρομος της σύγχρονης πολυεγγραφής.

Βασικές μέθοδοι φωτολιθογραφίας

Αν και υπάρχουν κάποιες ομοιότητες, η φωτολιθογραφία στα ολοκληρωμένα κυκλώματα χρησιμοποιεί φως αντί για μελάνι, και οι περιοχές με μελάνι και χωρίς μελάνι γίνονται περιοχές με φως και χωρίς φως στη μάσκα. Στη βιομηχανία κατασκευής ολοκληρωμένων κυκλωμάτων, η λιθογραφία ονομάζεται επίσης φωτολιθογραφία ή λιθογραφία. Ακριβώς όπως το μελάνι με βάση το λάδι εναποτίθεται επιλεκτικά στον ασβεστόλιθο, το φως μπορεί να περάσει μόνο από τις διαφανείς περιοχές της μάσκας και το προβαλλόμενο φως καταγράφεται σε ένα φωτοευαίσθητο υλικό που ονομάζεται φωτοανθεκτικό. Ένα απλό σχηματικό διάγραμμα της διαδικασίας φωτολιθογραφίας φαίνεται στο σχήμα 7.1.

Επειδή το φωτοανθεκτικό υφίσταται μια αλλαγή στον ρυθμό διάλυσης στον προγραμματιστή μετά την έκθεση στο υπεριώδες φως (UV), το μοτίβο στη μάσκα μεταφέρεται στο στρώμα φωτοανθεκτικού στο επάνω μέρος του πλακιδίου πυριτίου. Οι περιοχές που καλύπτονται από το φωτοανθεκτικό μπορούν να επιτύχουν περαιτέρω μεταφορά του σχεδίου μάσκας αποτρέποντας περαιτέρω επεξεργασία (όπως χάραξη ή εμφύτευση ιόντων).

Από το 1960, η τεχνολογία φωτολιθογραφίας μπορεί να χωριστεί στους ακόλουθους τρεις τύπους: έκθεση επαφής, έκθεση εγγύτητας και έκθεση προβολής. Η παλαιότερη ήταν η έκθεση επαφής ή εγγύτητας, η οποία ήταν το κύριο ρεύμα της παραγωγής μέχρι τα μέσα-20ου αιώνα. Για την έκθεση σε επαφή, καθώς θεωρητικά δεν υπάρχει κενό μεταξύ της μάσκας και της κορυφής της γκοφρέτας πυριτίου, η ανάλυση δεν αποτελεί πρόβλημα. Ωστόσο, δεδομένου ότι η επαφή θα προκαλέσει ελαττώματα λόγω της χρήσης της μάσκας και του φωτοανθεκτικού, οι άνθρωποι τελικά επέλεξαν την έκθεση σε κοντινή απόσταση. Φυσικά, στην έκθεση εγγύτητας, αν και αποφεύγονται ελαττώματα, η ανάλυση της έκθεσης εγγύτητας περιορίζεται σε 3μm ή μεγαλύτερη λόγω της παρουσίας κενών και σκέδασης φωτός. Το θεωρητικό όριο ανάλυσης της έκθεσης εγγύτητας είναι

Ανάμεσά τους,

Το k αντιπροσωπεύει τις παραμέτρους του φωτοανθεκτικού, συνήθως μεταξύ 1 και 2.

Το CD αντιπροσωπεύει το ελάχιστο μέγεθος, δηλαδή την κρίσιμη διάσταση, η οποία συνήθως αντιστοιχεί στο ελάχιστο εύχρηστο πλάτος γραμμής χωρικής περιόδου.

Το λ αναφέρεται στο μήκος κύματος έκθεσης.

Το g αντιπροσωπεύει την απόσταση από τη μάσκα έως το κενό στην επιφάνεια του φωτοανθεκτικού (g=0 αντιστοιχεί στην έκθεση επαφής)

Δεδομένου ότι το g είναι συνήθως μεγαλύτερο από 10μm (περιορίζεται από την επιπεδότητα της επιφάνειας της μάσκας και του πλακιδίου πυριτίου), η ανάλυση είναι πολύ περιορισμένη, όπως 3μm για μήκος κύματος φωτισμού 450nm. Η έκθεση σε επαφή μπορεί να φτάσει τα 0,7μm.

Προκειμένου να ξεπεραστούν οι διπλές δυσκολίες των ελαττωμάτων και της επίλυσης, προτάθηκε ένα σχέδιο έκθεσης προβολής, στο οποίο η μάσκα και η γκοφρέτα πυριτίου απέχουν περισσότερο από αρκετά εκατοστά. Οι οπτικοί φακοί χρησιμοποιούνται για την απεικόνιση του φακού μοτίβου στη μάσκα πάνω στη γκοφρέτα πυριτίου. Καθώς η αγορά απαιτεί μεγαλύτερα μεγέθη τσιπ και αυστηρότερο έλεγχο ομοιομορφίας πλάτους γραμμής, η έκθεση προβολής έχει επίσης εξελιχθεί σταδιακά από την αρχική

έκθεση πλήρους πλακέτας πυριτίου σε πλήρη έκθεση σάρωσης γκοφρέτας πυριτίου (βλ. Εικόνα 7.2 (α))

έκθεση με βήμα και επανάληψη (βλ. Εικόνα 7.2 (β))

έκθεση βήμα-και-σάρωση (βλ. Εικόνα 7.2 (γ))

Η μέθοδος έκθεσης πλήρους γκοφρέτας πυριτίου 1:1 έχει απλή δομή και δεν απαιτεί υψηλή μονοχρωματικότητα του φωτός. Ωστόσο, καθώς το μέγεθος του τσιπ και το μέγεθος του πλακιδίου πυριτίου γίνονται όλο και μεγαλύτερα και το πλάτος της γραμμής γίνεται πιο λεπτό και λεπτότερο, το οπτικό σύστημα δεν μπορεί να προβάλει το μοτίβο σε ολόκληρη τη γκοφρέτα πυριτίου ταυτόχρονα χωρίς να επηρεάσει την ποιότητα απεικόνισης και η έκθεση στο μπλοκ γίνεται αναπόφευκτη .

Μία από τις μεθόδους έκθεσης σε μπλοκ είναι η μέθοδος σάρωσης πλήρους πλακέτας πυριτίου, όπως φαίνεται στην Εικόνα 7.2 (α). Αυτή η μέθοδος σαρώνει συνεχώς και εκθέτει το σχέδιο στη μάσκα στη γκοφρέτα πυριτίου μέσω ενός οπτικού πεδίου σε σχήμα τόξου. Το σύστημα χρησιμοποιεί δύο σφαιρικά κάτοπτρα με τον ίδιο οπτικό άξονα και η ακτίνα καμπυλότητας και η απόσταση εγκατάστασης καθορίζονται από την απαίτηση μη εκτροπής.

Ωστόσο, καθώς το μέγεθος του τσιπ και το μέγεθος της γκοφρέτας πυριτίου γίνονται όλο και μεγαλύτερα και το πλάτος της γραμμής γίνεται πιο λεπτό και λεπτότερο, η 1x έκθεση καθιστά ολοένα και πιο δύσκολη την κατασκευή της μάσκας με υψηλή ακρίβεια παραγωγής σχεδίου και ακρίβεια τοποθέτησης.

Ως εκ τούτου, στα τέλη της δεκαετίας του 1970, δημιουργήθηκε μια μηχανή έκθεσης με μειωμένη μεγέθυνση, μπλοκ. Το μοτίβο του τσιπ εκτίθεται στη γκοφρέτα πυριτίου ένα προς ένα, όπως φαίνεται στο Σχήμα 7.2 (β). Επομένως, αυτό το σύστημα έκθεσης με μειωμένη μεγέθυνση ονομάζεται σύστημα βήμα και επανάληψη ή stepper.

Ωστόσο, καθώς το μέγεθος του τσιπ και το μέγεθος της γκοφρέτας πυριτίου γίνονται μεγαλύτερα και ο έλεγχος πλάτους γραμμής γίνεται πιο αυστηρός, ακόμη και οι τεχνικές δυνατότητες του stepper δεν μπορούν να καλύψουν τις ανάγκες. Η επίλυση της αντίφασης μεταξύ αυτής της ζήτησης και της τρέχουσας τεχνολογίας οδήγησε άμεσα στη γέννηση της μηχανής έκθεσης step-and-scan, όπως φαίνεται στο Σχήμα 7.2 (γ). Αυτή η συσκευή είναι ένα υβρίδιο που συνδυάζει τα πλεονεκτήματα της πρώιμης μηχανής έκθεσης σάρωσης πλήρους πλακέτας και της μεταγενέστερης μηχανής έκθεσης step-and-repeat: η μάσκα σαρώνεται και προβάλλεται αντί να προβάλλεται αμέσως και ολόκληρη η γκοφρέτα πυριτίου εκτίθεται επίσης σε μπλοκ. Αυτή η συσκευή μεταφέρει τις οπτικές δυσκολίες σε υψηλή μηχανική τοποθέτηση και έλεγχο. Αυτή η συσκευή έχει χρησιμοποιηθεί από τη βιομηχανία μέχρι σήμερα, ειδικά στην παραγωγή τσιπ ημιαγωγών στα 65nm και κάτω από κόμβους τεχνολογίας.

Οι κύριοι κατασκευαστές λιθογραφικών μηχανών στον κόσμο είναι η ASML στην Ολλανδία, η Nikon και η Canon στην Ιαπωνία και άλλοι κατασκευαστές μηχανών λιθογραφίας μη πλήρους μεγέθους, όπως η Ultrastepper.

Η κατασκευή εγχώριων προηγμένων μηχανημάτων λιθογραφίας σάρωσης ξεκίνησε αργά. Μετά τις 2002, αναπτύχθηκε κυρίως από τη Shanghai Microelectronics Equipment Co., Ltd. (SMEE). Οι εγχώριες μηχανές λιθογραφίας έχουν εξελιχθεί από την επισκευή μεταχειρισμένων μηχανών λιθογραφίας έως την ανεξάρτητη ανάπτυξη και κατασκευή λιθογραφικών μηχανών. Το πιο προηγμένο μηχάνημα λιθογραφίας που αναπτύσσεται αυτή τη στιγμή είναι το 193nm SSA600/20 (βλ. Εικόνα 7.3). Αν και υπάρχει ακόμη μεγάλο χάσμα με το προηγμένο επίπεδο του κόσμου, πρέπει να πούμε ότι έχει σημειωθεί ικανοποιητική πρόοδος. Το αριθμητικό του διάφραγμα είναι 0,75, το τυπικό πεδίο έκθεσης είναι 26×33mm, η ανάλυση είναι 90nm, η ακρίβεια επικάλυψης είναι 20nm και η ικανότητα παραγωγής 300mm είναι 80 τεμάχια ανά ώρα.

Άλλες μέθοδοι μεταφοράς εικόνας

Είναι γνωστό ότι μια κατεύθυνση για τη συνεχή ανάπτυξη της φωτολιθογραφίας είναι η μείωση του μήκους κύματος. Ωστόσο, αυτή η προσπάθεια παρεμποδίστηκε από παράγοντες όπως η ανάπτυξη κατάλληλων φωτοανθεκτικών ουσιών 157 nm, προστατευτικών μεμβρανών μάσκας (πελίκια) και ο όγκος παραγωγής υλικών φακών όπως το φθοριούχο ασβέστιο (
). Ωστόσο, τα τελευταία 20 χρόνια, οι άνθρωποι έχουν επενδύσει πολλή έρευνα στη φωτολιθογραφία μήκους κύματος ακραίου υπεριώδους (EUV). Αυτή η τεχνολογία χρησιμοποιεί ακραίο υπεριώδες φως 13,5 nm που εκπέμπεται από ξένον ή πλάσμα κασσίτερου που παράγεται από ισχυρά λέιζερ ή εκκενώσεις υψηλής τάσης. Αν και η υψηλή ανάλυση που προσφέρει η τεχνολογία EUV είναι πολύ ελκυστική, αυτή η τεχνολογία έχει επίσης πολλές τεχνικές δυσκολίες, όπως ο καθρέφτης μολύνεται εύκολα από το υλικό πιτσιλίσματος που δημιουργείται από τον παλμό, το ακραίο υπεριώδες φως απορροφάται εύκολα (απαιτεί το σύστημα να έχει εξαιρετικά υψηλό κενό και ο ελάχιστος αριθμός ανακλαστικών φακών), οι αυστηρές απαιτήσεις για τη μάσκα (χωρίς ελαττώματα και υψηλή ανακλαστικότητα), η έκλαμψη που προκαλείται από το μικρό μήκος κύματος, η ταχύτητα αντίδρασης του φωτοανθεκτικού και η ανάλυση κ.λπ.

Εκτός από τη χρήση του παραδοσιακού φωτός για τη μεταφορά του σχεδίου μάσκας, οι άνθρωποι αναζητούν και άλλες μεθόδους μικρολιθογραφίας, όπως ακτίνες Χ, νανοαποτύπωμα, άμεση γραφή δέσμης πολλών ηλεκτρονίων, δέσμη ηλεκτρονίων, προβολή δέσμης ιόντων κ.λπ.

Παράμετροι συστήματος φωτολιθογραφίας

Μήκος κύματος, αριθμητικό διάφραγμα, δείκτης διάθλασης μέσου χώρου εικόνας

Αναφέρθηκε προηγουμένως ότι η ανάλυση της έκθεσης εγγύτητας επιδεινώνεται γρήγορα καθώς αυξάνεται η απόσταση μεταξύ της μάσκας και της γκοφρέτας πυριτίου. Στη μέθοδο έκθεσης προβολής, η οπτική ανάλυση καθορίζεται από τον ακόλουθο τύπο, δηλαδή:

Ανάμεσά τους,
αντιπροσωπεύει έναν αναλογικό συντελεστή που χαρακτηρίζει τη δυσκολία της διαδικασίας φωτολιθογραφίας. Σε γενικές γραμμές,
είναι μεταξύ {{0}}.25 και 1.0. Αυτή είναι στην πραγματικότητα η περίφημη φόρμουλα Rayleigh. Σύμφωνα με αυτόν τον τύπο, η οπτική ανάλυση καθορίζεται από το μήκος κύματος λ, το αριθμητικό άνοιγμα NA και τη σχετική με τη διαδικασία
. Εάν χρειάζεται να εκτυπώσετε ένα μικρότερο μοτίβο, η μέθοδος που χρησιμοποιείται μπορεί να είναι η ταυτόχρονη μείωση του μήκους κύματος έκθεσης, η αύξηση του αριθμητικού διαφράγματος, η μείωση του
τιμή ή αλλαγή ενός από τους παράγοντες. Σε αυτή την ενότητα, θα παρουσιάσουμε πρώτα τα υπάρχοντα αποτελέσματα βελτίωσης της ανάλυσης με τη μείωση του μήκους κύματος και την αύξηση του αριθμητικού διαφράγματος. Πώς να βελτιώσετε την ανάλυση μειώνοντας το
παράγοντας υπό την προϋπόθεση του σταθερού μήκους κύματος και του αριθμητικού ανοίγματος θα συζητηθεί αργότερα.

Αν και το μικρό μήκος κύματος μπορεί να επιτύχει υψηλή ανάλυση, πολλές άλλες σημαντικές παράμετροι που σχετίζονται με την πηγή φωτός πρέπει επίσης να ληφθούν υπόψη, όπως η φωτεινή ένταση (φωτεινότητα), το εύρος ζώνης συχνότητας και η συνοχή (η συνοχή θα περιγραφεί λεπτομερώς αργότερα). Μετά από ολοκληρωμένο έλεγχο, ο λαμπτήρας υδραργύρου υψηλής πίεσης επιλέχθηκε ως αξιόπιστη πηγή φωτός λόγω της φωτεινότητάς του και των πολλών ευκρινών φασματικών γραμμών. Μπορούν να επιλεγούν διαφορετικά μήκη κύματος έκθεσης χρησιμοποιώντας φίλτρα διαφορετικών μηκών κύματος. Η δυνατότητα επιλογής ενός μόνο μήκους κύματος φωτός είναι ζωτικής σημασίας για τη φωτολιθογραφία, επειδή ένα γενικό βήμα θα προκαλέσει χρωματική εκτροπή για μη μονόχρωμο φως, με αποτέλεσμα τη μείωση της ποιότητας της εικόνας. Η γραμμή G, η γραμμή H και η γραμμή I που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία αναφέρονται στα φάσματα λαμπτήρων υδραργύρου 436nm, 405nm και 365nm που χρησιμοποιούνται από τη μηχανή έκθεσης, αντίστοιχα (βλ. Εικόνα 7.4).

Δεδομένου ότι η οπτική ανάλυση του βηματικού I-line μπορεί να φτάσει μόνο τα 0,25μm, η ζήτηση για υψηλότερη ανάλυση έχει ωθήσει το μήκος κύματος έκθεσης σε μικρότερο μήκος κύματος, όπως το φάσμα Deep Ultraviolet (DUV) του {{3} }nm. Ωστόσο, η επέκταση των λαμπτήρων υδραργύρου υψηλής πίεσης στο βαθύ υπεριώδες δεν είναι ιδανική, όχι μόνο λόγω ανεπαρκούς έντασης, αλλά και επειδή η ακτινοβολία στη ζώνη μεγάλου μήκους κύματος θα παράγει θερμότητα και παραμόρφωση. Τα κοινά υπεριώδη λέιζερ δεν είναι επίσης ιδανικά, όπως τα λέιζερ ιόντων αργού, επειδή η υπερβολική χωρική συνοχή θα προκαλέσει κηλίδες και θα επηρεάσει την ομοιομορφία του φωτισμού. Αντίθετα, τα λέιζερ excimer έχουν επιλεγεί ως ιδανικές πηγές φωτός για βαθιά υπεριώδη ακτινοβολία λόγω των ακόλουθων πλεονεκτημάτων τους.

(1) Η υψηλή απόδοση ισχύος τους μεγιστοποιεί την παραγωγικότητα της μηχανής λιθογραφίας.

(2) Η χωρική ασυνέπειά τους, σε αντίθεση με άλλα λέιζερ, εξαλείφει τα στίγματα.

(3) Η υψηλή απόδοση ισχύος καθιστά εύκολη την ανάπτυξη κατάλληλων φωτοανθεκτικών.

(4) Οπτικά, η ικανότητα παραγωγής βαθιάς υπεριώδους εξόδου με στενή συχνότητα (τόσο στενή όσο λίγα μ.μ.) καθιστά δυνατή τη σχεδίαση υψηλής ποιότητας φακών μηχανής λιθογραφίας από χαλαζία.

Επομένως, τα λέιζερ excimer έχουν γίνει η κύρια πηγή φωτός φωτισμού σε γραμμές παραγωγής ολοκληρωμένων κυκλωμάτων από 0,5μm και κάτω, και η παλαιότερη αναφορά δημοσιεύτηκε από τους Jain et al. Συγκεκριμένα, τα δύο excimer laser, το φθοριούχο κρυπτόν (KrF) με μήκος κύματος 248 nm και το φθοριούχο αργό (ArF) με μήκος κύματος 193 nm, έχουν επιδείξει εξαιρετική απόδοση όσον αφορά την ενέργεια έκθεσης, το εύρος ζώνης, το σχήμα δέσμης, τη διάρκεια ζωής και την αξιοπιστία. Ως εκ τούτου, χρησιμοποιούνται ευρέως σε προηγμένες μηχανές λιθογραφίας step-and-scan, όπως το Twinscan XT διπλής πλατφόρμας της ASML: 1000H (KrF), Twinscan XT: 1450G (ArF) και το NSR-S210D (KrF), NSR της Nikon{11 }}F (ArF).

Φυσικά, οι άνθρωποι εξακολουθούν να αναζητούν πηγές φωτός μικρότερου μήκους κύματος, όπως το λέιζερ 157 nm που παράγεται από μόρια φθορίου
Ωστόσο, λόγω της δυσκολίας ανάπτυξης κατάλληλων φωτοανθεκτικών, προστατευτικών μεμβρανών μάσκας (πελίκια) και του όγκου παραγωγής του υλικού φακών, φθοριούχο ασβέστιο (
), η τεχνολογία λιθογραφίας 157 nm μπορεί να επεκτείνει τη διαδικασία ημιαγωγών μόνο κατά έναν κόμβο, δηλαδή από 65 nm σε 45 nm. ενώ η προηγούμενη ανάπτυξη της τεχνολογίας λιθογραφίας 193nm επέκτεινε τον κόμβο κατασκευής από τα 130nm σε δύο κόμβους: 90nm και 65nm, με αποτέλεσμα την οριστική εγκατάλειψη των προσπαθειών για εμπορευματοποίηση της μαζικής παραγωγής τεχνολογίας λιθογραφίας 157nm. Η ανάπτυξη του μήκους κύματος έκθεσης με τους κόμβους διεργασίας φαίνεται στο Σχήμα 7.5.

Εκτός από τη συντόμευση του μήκους κύματος έκθεσης, ένας άλλος τρόπος βελτίωσης της ανάλυσης είναι να αυξηθεί το αριθμητικό διάφραγμα (NA) της συσκευής προβολής/σάρωσης.

Όπου το n αντιπροσωπεύει τον δείκτη διάθλασης στο χώρο της εικόνας και το θ αντιπροσωπεύει τη μέγιστη μισή γωνία του αντικειμενικού φακού στο χώρο της εικόνας, όπως φαίνεται στην Εικόνα 7.6.

Εάν το μέσο του χώρου της εικόνας είναι αέρας ή κενό, ο δείκτης διάθλασής του είναι κοντά στο 1.0 ή στο 1.0 και το αριθμητικό διάφραγμα είναι sinθ. Όσο μεγαλύτερη είναι η γωνία του αντικειμενικού φακού στο χώρο της εικόνας, τόσο μεγαλύτερη είναι η ανάλυση του οπτικού συστήματος. Φυσικά, εάν η απόσταση μεταξύ του φακού και της γκοφρέτας πυριτίου παραμένει αμετάβλητη, όσο μεγαλύτερο είναι το αριθμητικό διάφραγμα, τόσο μεγαλύτερη είναι η διάμετρος του φακού. Όσο μεγαλύτερο είναι το μέγεθος του φακού, τόσο μεγαλύτερη είναι η δυσκολία κατασκευής και τόσο πιο περίπλοκη είναι η δομή.

Συνήθως, το μέγιστο δυνατό αριθμητικό διάφραγμα καθορίζεται από τη δυνατότητα κατασκευής και το κόστος κατασκευής της τεχνολογίας των φακών. Προς το παρόν, το τυπικό μηχάνημα λιθογραφίας σάρωσης I-line (ASML's Twinscan XT: 450G) είναι εξοπλισμένο με φακό με μέγιστο NA 0.65, ο οποίος μπορεί να διακρίνει πυκνές γραμμές 22{ {11}}nm και χωρική περίοδος 440 nm. Το υψηλότερο αριθμητικό άνοιγμα μήκους κύματος φθοριούχου κρυπτόν (KrF) είναι 0,93 (ASML's Twinscan XT: 1000H), το οποίο μπορεί να διακρίνει πυκνές γραμμές 80 nm (160 nm χωρική περίοδος). Το πιο προηγμένο μηχάνημα λιθογραφίας ArF έχει αριθμητικό διάφραγμα 0,93 (ASML's Twinscan XT: 1450G), το οποίο μπορεί να εκτυπώσει πυκνές γραμμές 65 nm (χωρική περίοδος 120 nm).

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, το αριθμητικό διάφραγμα μπορεί να αυξηθεί όχι μόνο αυξάνοντας τη γωνία διαφράγματος του φακού στο χώρο της εικόνας, αλλά και αυξάνοντας τον δείκτη διάθλασης του χώρου της εικόνας. Εάν χρησιμοποιείται νερό αντί για αέρα για την πλήρωση του χώρου της εικόνας, ο δείκτης διάθλασης του χώρου της εικόνας θα αυξηθεί στο 1,44 σε μήκος κύματος 193 nm. Αυτό ισοδυναμεί με την αύξηση του 0.93 NA στον αέρα σε 1,34 NA ταυτόχρονα. Η ανάλυση είναι βελτιωμένη κατά 30% έως 40%. Επομένως, μια νέα εποχή εμβαπτιζόμενης λιθογραφίας ξεκίνησε το 2001. Οι πιο προηγμένες εμπορικές μηχανές λιθογραφίας σάρωσης εμβάπτισης είναι το Twinscan NXT: 1950i της ASML και το NSR-S610C της Nikon, όπως φαίνεται στα Σχήματα 7.7 (α) και 7.7 (β). Η κατάσταση της λιθογραφίας εμβάπτισης θα περιγραφεί λεπτομερώς στη συνέχεια.

Αναπαράσταση ανάλυσης φωτολιθογραφίας

Αναφέρθηκε προηγουμένως ότι η ανάλυση φωτολιθογραφίας καθορίζεται από το αριθμητικό άνοιγμα και το μήκος κύματος του συστήματος και φυσικά σχετίζεται με τη μέθοδο ενίσχυσης ανάλυσης φωτολιθογραφίας που σχετίζεται με τον παράγοντα
. Αυτή η ενότητα εισάγει κυρίως πώς να κρίνουμε την ανάλυση της διαδικασίας φωτολιθογραφίας. Γνωρίζουμε ότι η ανάλυση του οπτικού συστήματος δίνεται από το περίφημο κριτήριο Rayleigh. Όταν δύο σημειακές πηγές φωτός του ίδιου μεγέθους βρίσκονται κοντά η μία στην άλλη, η απόσταση από το κέντρο τους στο κέντρο είναι ίση με την απόσταση από τη μέγιστη τιμή έως την πρώτη ελάχιστη τιμή της έντασης φωτός κάθε πηγής φωτός που απεικονίζεται από το οπτικό όργανο, το οπτικό σύστημα δεν μπορεί να διακρίνει εάν πρόκειται για δύο ή μία φωτεινή πηγή, όπως φαίνεται στο σχήμα 7.8. Ωστόσο, ακόμη και αν πληροί το κριτήριο Rayleigh, η ένταση φωτός στην περιοχή μεταξύ των δύο σημειακών πηγών φωτός εξακολουθεί να είναι χαμηλότερη από την τιμή κορυφής, με αντίθεση περίπου 20%. Για μια πηγή φωτός γραμμής, όταν το πλάτος της πηγής φωτός είναι απείρως μικρό, για ένα οπτικό σύστημα με αριθμητικό άνοιγμα NA και μήκος κύματος της φωτεινής πηγής φωτισμού λ, η κατανομή της έντασης φωτός στο επίπεδο εικόνας είναι

Δηλαδή, η ένταση του φωτός φτάνει στο πρώτο ελάχιστο σημείο σε σχέση με την κεντρική θέση της εικόνας (2NA). Το I0 αντιπροσωπεύει την ένταση του φωτός στο κέντρο της εικόνας. Μπορεί να θεωρηθεί ότι η ελάχιστη απόσταση που μπορεί να επιλύσει αυτό το οπτικό σύστημα είναι λ/(2NA). Για παράδειγμα, όταν το μήκος κύματος είναι 193 nm και το NA είναι 1,35 (εμβύθιση), η ελάχιστη απόσταση ανάλυσης του οπτικού συστήματος είναι 71,5 nm.

Φυσικά, για τη διαδικασία της φωτολιθογραφίας, σημαίνει ότι μπορεί να εκτυπωθεί μοτίβο με χωρική περίοδο 71,5 nm; Η απάντηση είναι όχι. Υπάρχουν δύο λόγοι:

① Μια διαδικασία απαιτεί ένα συγκεκριμένο περιθώριο και δείκτες διαδικασίας για να παραχθούν μαζικά.

② Η εμπορική ακρίβεια κατασκευής όλων των μηχανημάτων και του εξοπλισμού και η πληρότητα της απόδοσης του μηχανήματος, έτσι ώστε το μηχάνημα να μπορεί να εκτυπώνει πυκνές γραμμές στο όριο ανάλυσης και μεμονωμένα μοτίβα, και πρέπει επίσης να ελαχιστοποιεί τον αντίκτυπο των υπολειπόμενων εκτροπών στη διαδικασία.

Για μια μηχανή λιθογραφίας 1,35 NA, η ASML υπόσχεται ότι η ελάχιστη χωρική περίοδος του σχεδίου που μπορεί να παραχθεί είναι 76 nm, δηλαδή γραμμές πυκνότητας 38 nm με ίση απόσταση. Στη διαδικασία της φωτολιθογραφίας, η οριακή ανάλυση είναι μόνο τιμής αναφοράς. Στην πραγματική εργασία, μιλάμε μόνο για το πόσο μεγάλο είναι το παράθυρο διεργασίας σε μια συγκεκριμένη χωρική περίοδο και ένα ορισμένο πλάτος γραμμής και αν επαρκεί για μαζική παραγωγή. Οι παράμετροι που χαρακτηρίζουν το παράθυρο διεργασίας θα συζητηθούν λεπτομερώς στην Ενότητα 7.4. Εδώ είναι μια σύντομη εισαγωγή. Συνήθως, οι παράμετροι που χαρακτηρίζουν το παράθυρο διεργασίας περιλαμβάνουν γεωγραφικό πλάτος ενέργειας έκθεσης (EL), βάθος εστίασης ή βάθος εστίασης (DOF), παράγοντα σφάλματος μάσκας (MEF), ακρίβεια επικάλυψης, ομοιομορφία εύρους γραμμής κ.λπ.

Το γεωγραφικό πλάτος ενέργειας έκθεσης αναφέρεται στη μέγιστη επιτρεπόμενη απόκλιση της ενέργειας έκθεσης εντός του επιτρεπόμενου εύρους διακύμανσης του πλάτους γραμμής. Για παράδειγμα, για μια γραμμή με πλάτος γραμμής 90 nm, το πλάτος γραμμής αλλάζει ανάλογα με την ενέργεια κατά 3 nm/mJ και το επιτρεπόμενο εύρος διακύμανσης του πλάτους γραμμής είναι ± 9 nm, τότε το επιτρεπόμενο εύρος διακύμανσης της ενέργειας έκθεσης είναι 9×2/{ {5}}mJ. Εάν η ενέργεια έκθεσης είναι 30 mJ, το γεωγραφικό πλάτος ενέργειας είναι 20% σε σχέση με την ενέργεια έκθεσης.

Το βάθος εστίασης σχετίζεται γενικά με την απόδοση του ελέγχου εστίασης της μηχανής λιθογραφίας. Για παράδειγμα, η ακρίβεια ελέγχου εστίασης μιας μηχανής λιθογραφίας 193 nm, συμπεριλαμβανομένης της σταθερότητας του εστιακού επιπέδου της μηχανής, της καμπυλότητας πεδίου του φακού, του αστιγματισμού, της ακρίβειας ισοπέδωσης και της επιπεδότητας της πλατφόρμας πλακιδίων πυριτίου, είναι 120 nm. Τότε το ελάχιστο βάθος εστίασης μιας διαδικασίας που μπορεί να παραχθεί μαζικά θα πρέπει να είναι πάνω από 120 nm. Εάν προστεθεί η επίδραση άλλων διεργασιών, όπως η χημική-μηχανική επιπεδοποίηση, πρέπει να βελτιωθεί το ελάχιστο βάθος εστίασης, όπως τα 200 nm. Φυσικά, όπως θα συζητηθεί αργότερα, η βελτίωση του βάθους εστίασης μπορεί να είναι εις βάρος του ενεργειακού περιθωρίου.

Ο συντελεστής σφάλματος μάσκας (MEF) ορίζεται ως ο λόγος της απόκλισης του πλάτους της γραμμής του πλακιδίου πυριτίου λόγω της απόκλισης του πλάτους της γραμμής στη μάσκα προς την απόκλιση στη μάσκα, όπως φαίνεται στον τύπο (7-5).

Κανονικά, το MEF είναι κοντά ή ίσο με 1.0. Ωστόσο, όταν η χωρική περίοδος του σχεδίου πλησιάζει το όριο περίθλασης, το MEF θα αυξηθεί γρήγορα. Ένας πολύ μεγάλος παράγοντας σφάλματος θα προκαλέσει την επιδείνωση της ομοιομορφίας του πλάτους της γραμμής στη γκοφρέτα πυριτίου. Ή, ανάλογα με τη δεδομένη απαίτηση ομοιομορφίας πλάτους γραμμής, η ομοιομορφία πλάτους γραμμής μάσκας είναι πολύ υψηλή.

Η ακρίβεια επικάλυψης καθορίζεται γενικά από το βήμα, την ακρίβεια συγχρονισμού σάρωσης, τον έλεγχο θερμοκρασίας, την εκτροπή φακού και τη σταθερότητα εκτροπής της κινούμενης πλατφόρμας στη μηχανή λιθογραφίας. Φυσικά, η ακρίβεια επικάλυψης εξαρτάται επίσης από την ακρίβεια αναγνώρισης και ανάγνωσης του σημάδι επικάλυψης, την επίδραση της διαδικασίας στο σημάδι επικάλυψης, την παραμόρφωση της διαδικασίας στη γκοφρέτα πυριτίου (όπως διάφορες διαδικασίες θέρμανσης, διαδικασίες ανόπτησης) κ.λπ. Το σύγχρονο stepping μηχανής λιθογραφίας μπορεί να αντισταθμίσει την ομοιόμορφη διαστολή του πλακιδίου πυριτίου και μπορεί επίσης να αντισταθμίσει την ανομοιόμορφη παραμόρφωση του πλακιδίου πυριτίου, όπως το λογισμικό GridMapper «χαρτογράφησης πλέγματος» που κυκλοφόρησε από την ASML. Μπορεί να διορθώσει την παραμόρφωση του μη γραμμικού πλέγματος έκθεσης πλακιδίων πυριτίου.

Η ομοιομορφία πλάτους γραμμής χωρίζεται σε δύο κατηγορίες: ομοιομορφία εντός της περιοχής έκθεσης (εντός πεδίου) και ομοιομορφία μεταξύ περιοχών έκθεσης (inter-field).

Η ομοιομορφία πλάτους γραμμής εντός της περιοχής έκθεσης καθορίζεται κυρίως από την ομοιομορφία εύρους γραμμής μάσκας (μεταδίδεται μέσω του παράγοντα σφάλματος μάσκας), ενεργειακή σταθερότητα (κατά τη σάρωση), ομοιομορφία φωτισμού εντός της σχισμής σάρωσης, ομοιομορφία εστίασης/επιπέδωσης για κάθε σημείο της περιοχής έκθεσης, φακός εκτροπή (όπως κώμα, αστιγματισμός), σφάλμα ακρίβειας συγχρονισμού σάρωσης (Moving Standard Deviation, MSD) κ.λπ.

Η ομοιομορφία του πλάτους της γραμμής μεταξύ των περιοχών έκθεσης καθορίζεται κυρίως από την ενεργειακή σταθερότητα του φωτισμού, την ομοιομορφία της κατανομής πάχους μεμβράνης υποστρώματος πλακών πυριτίου στην επιφάνεια της πλακέτας πυριτίου (κυρίως λόγω της ομοιομορφίας της επίστρωσης κόλλας και της ομοιομορφίας του πάχους της μεμβράνης που προκαλείται από άλλες διαδικασίες), της επιπεδότητας της γκοφρέτας πυριτίου επιφάνεια, ομοιομορφία ψησίματος που σχετίζεται με τον προγραμματιστή, ομοιομορφία ψεκασμού προγραμματιστή κ.λπ.

Ροή διαδικασίας φωτολιθογραφίας

Η βασική ροή της διαδικασίας φωτολιθογραφίας 8-βήματος φαίνεται στο Σχήμα 7.9.

βήμα01-Επεξεργασία επιφάνειας HMDS

βήμα02-Κόλληση

βήμα03-Ψήσιμο πριν από την έκθεση

βήμα04-Ευθυγράμμιση και έκθεση

βήμα05-Ψήσιμο μετά την έκθεση

βήμα06-Ανάπτυξη

βήμα07-Ψήσιμο μετά την ανάπτυξη

βήμα08-Μέτρηση

1. Προεπεξεργασία επιφάνειας γκοφρέτας πυριτίου αερίου

Πριν από τη φωτολιθογραφία, η γκοφρέτα πυριτίου θα υποβληθεί σε υγρό καθαρισμό και θα ξεπλυθεί με απιονισμένο νερό για την απομάκρυνση των ρύπων. Μετά τον καθαρισμό, η επιφάνεια του πλακιδίου πυριτίου πρέπει να υδροφοβηθεί για να ενισχυθεί η πρόσφυση μεταξύ της επιφάνειας του πλακιδίου πυριτίου και του φωτοανθεκτικού (συνήθως υδρόφοβο). Η υδρόφοβη επεξεργασία χρησιμοποιεί ένα υλικό που ονομάζεται εξαμεθυλδισιλαζάνιο, με μοριακό τύπο (CH3)3SiNHSi(CH3)3, Παράγεται ο ατμός εξαμεθυλδισιλαζάνης (HMDS). Αυτή η προεπεξεργασία αερίου είναι παρόμοια με τη χρήση ασταριού σε ξύλο και πλαστικό πριν από τη βαφή. Ο ρόλος του εξαμεθυλδισιλαζανίου είναι να αντικαταστήσει το υδρόφιλο υδροξύλιο (ΟΗ) στην επιφάνεια της γκοφρέτας πυριτίου με υδρόφοβο υδροξύλιο (ΟΗ) μέσω χημικής αντίδρασης. OSi(CH3)3. Για να επιτευχθεί ο σκοπός της προκατεργασίας

Η θερμοκρασία της προεπεξεργασίας αερίου ελέγχεται σε 200-250 βαθμούς και ο χρόνος είναι γενικά 30 δευτερόλεπτα. Η συσκευή προεπεξεργασίας αερίου είναι συνδεδεμένη με τη ράγα πλακιδίων για επεξεργασία φωτοανθεκτικού και η βασική της δομή φαίνεται στο Σχήμα 7.10.

2. Φωτοανθεκτικό, αντιανακλαστικό στρώμα με επίστρωση περιστροφής

Μετά την προεπεξεργασία αερίου, το φωτοανθεκτικό πρέπει να επικαλυφθεί στην επιφάνεια της γκοφρέτας πυριτίου. Η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη μέθοδος επίστρωσης είναι η μέθοδος επίστρωσης με περιδίνηση. Το φωτοανθεκτικό (περίπου μερικά χιλιοστά του λίτρου) μεταφέρεται πρώτα στο κέντρο της γκοφρέτας πυριτίου μέσω ενός αγωγού και στη συνέχεια η γκοφρέτα πυριτίου θα περιστραφεί και θα επιταχυνθεί σταδιακά μέχρι να σταθεροποιηθεί σε μια ορισμένη ταχύτητα (η ταχύτητα καθορίζει το πάχος της κόλλας, και το πάχος είναι αντιστρόφως ανάλογο της τετραγωνικής ρίζας της ταχύτητας). Όταν η γκοφρέτα πυριτίου σταματά, η επιφάνειά της είναι βασικά στεγνή και το πάχος είναι σταθερό σε ένα προκαθορισμένο μέγεθος. Η ομοιομορφία του πάχους της επικάλυψης πρέπει να είναι εντός ±20Å ("Å, προφέρεται "angstrom", είναι μονάδα μήκους στη φυσική των σωματιδίων. 1Α είναι ίσο με
m, που είναι το ένα δέκατο του νανομέτρου) σε κόμβους προηγμένης τεχνολογίας 45nm ή περισσότερο. Συνήθως, υπάρχουν τρία κύρια συστατικά φωτοανθεκτικό, οργανική ρητίνη, χημικός διαλύτης και φωτοευαίσθητη ένωση (PAC).

Το λεπτομερές φωτοανθεκτικό θα συζητηθεί στο κεφάλαιο για το φωτοανθεκτικό. Αυτή η ενότητα εξετάζει μόνο τη βασική δυναμική των ρευστών. Η διαδικασία επίστρωσης χωρίζεται σε τρία στάδια:

① Μεταφορά φωτοανθεκτικού.
② Επιταχύνετε την περιστροφή της γκοφρέτας πυριτίου στην τελική ταχύτητα.
③ Περιστρέψτε με σταθερή ταχύτητα μέχρι να σταθεροποιηθεί το πάχος στην προκαθορισμένη τιμή.
Το τελικό πάχος του φωτοανθεκτικού είναι άμεσα συνδεδεμένο με το ιξώδες του φωτοανθεκτικού και την τελική ταχύτητα περιστροφής. Το ιξώδες του φωτοανθεκτικού μπορεί να ρυθμιστεί αυξάνοντας ή μειώνοντας τον χημικό διαλύτη. Η μηχανική του ρευστού επίστρωσης σπιν έχει μελετηθεί προσεκτικά.

Οι υψηλές απαιτήσεις για ομοιομορφία πάχους φωτοανθεκτικού μπορούν να επιτευχθούν ελέγχοντας πλήρως τις ακόλουθες παραμέτρους:

① Θερμοκρασία φωτοανθεκτικού.
② Θερμοκρασία περιβάλλοντος.
③ Θερμοκρασία γκοφρέτας πυριτίου.
④ Ροή καυσαερίων και πίεση της μονάδας επίστρωσης.

Ο τρόπος μείωσης των ελαττωμάτων που σχετίζονται με την επίστρωση είναι μια άλλη πρόκληση. Η πρακτική δείχνει ότι η χρήση της ακόλουθης διαδικασίας μπορεί να μειώσει σημαντικά την εμφάνιση ελαττωμάτων.

(1) Το ίδιο το φωτοανθεκτικό πρέπει να είναι καθαρό και απαλλαγμένο από σωματίδια. Πριν από την επίστρωση, πρέπει να χρησιμοποιείται μια διαδικασία φιλτραρίσματος και το μέγεθος πόρων του φίλτρου πρέπει να πληροί τις απαιτήσεις του τεχνολογικού κόμβου.

(2) Το ίδιο το φωτοανθεκτικό δεν πρέπει να περιέχει ανάμεικτο αέρα, γιατί οι φυσαλίδες θα προκαλέσουν ελαττώματα απεικόνισης. Οι φυσαλίδες συμπεριφέρονται παρόμοια με τα σωματίδια.

(3) Ο σχεδιασμός του μπολ επίστρωσης πρέπει δομικά να αποτρέπει το πιτσίλισμα του φωτοανθεκτικού που εκτοξεύεται.

(4) Το σύστημα άντλησης για την παροχή φωτοανθεκτικού πρέπει να είναι σχεδιασμένο έτσι ώστε να μπορεί να αναρροφά μετά από κάθε παράδοση φωτοανθεκτικού. Η λειτουργία της αναρρόφησης πίσω είναι να αναρροφά το πλεονάζον φωτοανθεκτικό υλικό από το ακροφύσιο πίσω στη σωλήνωση για να αποφευχθεί η στάλαξη υπερβολικού φωτοανθεκτικού στη γκοφρέτα πυριτίου ή η περίσσεια φωτοανθεκτικού να στεγνώσει και να προκαλέσει κοκκώδη ελαττώματα κατά την επόμενη παράδοση. Η δράση αναρρόφησης πρέπει να είναι ρυθμιζόμενη για να αποτρέπεται η είσοδος υπερβολικού αέρα στον αγωγό.

(5) Αποκόλληση άκρων γκοφρέτας (Edge Ο διαλύτης που χρησιμοποιείται στη διαδικασία αφαίρεσης σφαιριδίων (EBR) πρέπει να ελέγχεται καλά. Η γκοφρέτα πυριτίου στο πίσω μέρος της γκοφρέτας πυριτίου λόγω της φυγόκεντρης δύναμης Θα σχηματιστεί ένας κύκλος από φωτοανθεκτικό υπόλειμμα στο άκρο της γκοφρέτας πυριτίου, όπως φαίνεται στο σχήμα 7.11 Εάν δεν αφαιρεθεί, αυτός ο κύκλος σφαιριδίων θα αποκολληθεί και θα σχηματίσει σωματίδια μετά την ξήρανση και θα πέσει πάνω στη γκοφρέτα πυριτίου, στο εργαλείο μεταφοράς γκοφρέτας πυριτίου και στον εξοπλισμό επεξεργασίας γκοφρέτας πυριτίου, προκαλώντας επιπλέον αύξηση του ρυθμού ελαττώματος. τα υπολείμματα φωτοανθεκτικού στο πίσω μέρος της γκοφρέτας πυριτίου θα κολλήσουν στην πλατφόρμα της γκοφρέτας πυριτίου (τσοκ), προκαλώντας κακή προσρόφηση της γκοφρέτας πυριτίου, προκαλώντας αποεστίαση της έκθεσης και αυξάνοντας τα σφάλματα επικάλυψης Συνήθως, εγκαθίσταται μια συσκευή αφαίρεσης άκρων στο φωτοανθεκτικό εξοπλισμός επίστρωσης. Η λειτουργία της αφαίρεσης του φωτοανθεκτικού σε μια ορισμένη απόσταση από την άκρη της πλακέτας πυριτίου επιτυγχάνεται περιστρέφοντας τη γκοφρέτα πυριτίου στην άκρη της πλακέτας πυριτίου (ένα ακροφύσιο στην κορυφή και ένα στο κάτω μέρος και η θέση του ακροφυσίου από η άκρη της γκοφρέτας πυριτίου είναι ρυθμιζόμενη).

(6) Μετά από προσεκτικούς υπολογισμούς, διαπιστώθηκε ότι περίπου το 90% έως 99% του φωτοανθεκτικού υλικού ξεδιπλώθηκε από τη γκοφρέτα πυριτίου και χάθηκε. Οι άνθρωποι προσπάθησαν να προεπεξεργαστούν τη γκοφρέτα πυριτίου πριν στροβιλίσουν το φωτοανθεκτικό στη γκοφρέτα πυριτίου χρησιμοποιώντας έναν χημικό διαλύτη που ονομάζεται οξικός μεθυλαιθέρας προπυλενογλυκόλης (μοριακός τύπος CH3COOCH(CH3)CH3OCH3), PGMEA). Αυτή η μέθοδος ονομάζεται επίστρωση μείωσης αντίστασης (RRC). Ωστόσο, εάν αυτή η μέθοδος χρησιμοποιηθεί ακατάλληλα, θα προκύψουν ελαττώματα. Τα ελαττώματα μπορεί να σχετίζονται με χημική πρόσκρουση στη διεπιφάνεια RRC-φωτοανθεκτικό και μόλυνση του διαλύτη RRC από αμμωνία στον αέρα.

(7) Διατηρήστε την πίεση εξάτμισης της μονάδας προγραμματιστή ή προγραμματιστή για να αποτρέψετε το πιτσίλισμα των μικροσκοπικών σταγονιδίων του προγραμματιστή κατά τη διαδικασία ανάπτυξης όταν περιστρέφεται η γκοφρέτα πυριτίου.

Δεδομένου ότι το ιξώδες του φωτοανθεκτικού αλλάζει με τη θερμοκρασία, μπορούν να ληφθούν διαφορετικά πάχη αλλάζοντας σκόπιμα τη θερμοκρασία του πλακιδίου πυριτίου ή του φωτοανθεκτικού. Εάν ρυθμιστούν διαφορετικές θερμοκρασίες σε διαφορετικές περιοχές της γκοφρέτας πυριτίου, μπορούν να ληφθούν διαφορετικά πάχη φωτοανθεκτικού σε μια γκοφρέτα πυριτίου. Το βέλτιστο πάχος φωτοανθεκτικού μπορεί να προσδιοριστεί από το νόμο του πλάτους γραμμής και του πάχους φωτοανθεκτικού (καμπύλη ταλάντευσης) για εξοικονόμηση γκοφρετών πυριτίου, χρόνου μηχανής και υλικών. Η συζήτηση των καμπυλών αιώρησης θα συζητηθεί σε επόμενα κεφάλαια. Η μέθοδος και η αρχή της επίστρωσης περιστροφής της αντιανακλαστικής στρώσης είναι η ίδια.

3. Ψήσιμο πριν από την έκθεση
Αφού το φωτοανθεκτικό επικαλυφθεί με περιστροφή στην επιφάνεια της γκοφρέτας πυριτίου, πρέπει να ψηθεί. Ο σκοπός του ψησίματος είναι να διώξει σχεδόν όλους τους διαλύτες. Αυτό το ψήσιμο ονομάζεται «ψήσιμο πριν από την έκθεση» ή «προψήσιμο» επειδή εκτελείται πριν από την έκθεση. Το προψήσιμο βελτιώνει την πρόσφυση του φωτοανθεκτικού, βελτιώνει την ομοιομορφία του φωτοανθεκτικού και ελέγχει την ομοιομορφία του πλάτους της γραμμής κατά τη διαδικασία χάραξης. Στο χημικά ενισχυμένο φωτοανθεκτικό που αναφέρεται στην Ενότητα 6.3, το προψήσιμο μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την αλλαγή του μήκους διάχυσης του φωτοξέος σε κάποιο βαθμό για την προσαρμογή των παραμέτρων του παραθύρου διεργασίας. Η τυπική θερμοκρασία και ο χρόνος πριν το ψήσιμο είναι 90-100 βαθμοί , περίπου 30 δευτερόλεπτα. Μετά το προψήσιμο, η γκοφρέτα πυριτίου θα μετακινηθεί από την εστία που χρησιμοποιείται για το ψήσιμο σε μια κρύα πλάκα για να επανέλθει σε θερμοκρασία δωματίου κατά την προετοιμασία για το βήμα έκθεσης.

4. Ευθυγράμμιση και έκθεση
Τα βήματα μετά το προ-ψήσιμο είναι η ευθυγράμμιση και η έκθεση. Στη μέθοδο έκθεσης προβολής, η μάσκα μετακινείται σε μια προκαθορισμένη κατά προσέγγιση θέση στη γκοφρέτα πυριτίου ή σε μια κατάλληλη θέση σε σχέση με το υπάρχον σχέδιο στη γκοφρέτα πυριτίου και στη συνέχεια ο φακός μεταφέρει το μοτίβο της στη γκοφρέτα πυριτίου μέσω φωτολιθογραφίας. Για έκθεση εγγύτητας ή επαφής, το σχέδιο στη μάσκα θα εκτεθεί απευθείας στη γκοφρέτα πυριτίου από την πηγή υπεριώδους φωτός.

Για το πρώτο στρώμα μοτίβων, μπορεί να μην υπάρχει σχέδιο στη γκοφρέτα πυριτίου και η μηχανή φωτολιθογραφίας μετακινεί τη μάσκα σχετικά στην προκαθορισμένη (μέθοδος διαφοροποίησης τσιπ) κατά προσέγγιση θέση στη γκοφρέτα πυριτίου (ανάλογα με την ακρίβεια πλευρικής τοποθέτησης της γκοφρέτας πυριτίου στην πλατφόρμα της φωτολιθογραφίας, γενικά περίπου 10 έως 30 μm).

Για το δεύτερο στρώμα και τα επόμενα μοτίβα, το μηχάνημα φωτολιθογραφίας πρέπει να ευθυγραμμίσει το σημάδι ευθυγράμμισης που άφησε η προηγούμενη έκθεση στο στρώμα για να επιτυπώσει τη μάσκα αυτού του στρώματος στο υπάρχον σχέδιο του προηγούμενου στρώματος. Αυτή η ακρίβεια επικάλυψης είναι συνήθως 25% έως 30% του ελάχιστου μεγέθους μοτίβου. Για παράδειγμα, στην τεχνολογία 90 nm, η ακρίβεια επικάλυψης είναι συνήθως 22 έως 28 nm (3 φορές την τυπική απόκλιση). Μόλις η ακρίβεια ευθυγράμμισης πληροί τις απαιτήσεις, αρχίζει η έκθεση. Η φωτεινή ενέργεια ενεργοποιεί τα φωτοευαίσθητα συστατικά στο φωτοανθεκτικό και ξεκινά τη φωτοχημική αντίδραση. Οι κύριοι δείκτες για τη μέτρηση της ποιότητας της φωτολιθογραφίας είναι γενικά η ανάλυση και η ομοιομορφία της κρίσιμης διάστασης (CD), η ακρίβεια επικάλυψης και ο αριθμός των σωματιδίων και των ελαττωμάτων.

Η βασική έννοια της ακρίβειας επικάλυψης αναφέρεται στην ακρίβεια ευθυγράμμισης (3σ) των γραφικών μεταξύ των δύο διαδικασιών φωτολιθογραφίας. Εάν η απόκλιση ευθυγράμμισης είναι πολύ μεγάλη, θα επηρεάσει άμεσα την απόδοση του προϊόντος. Για μηχανήματα φωτολιθογραφίας υψηλής τεχνολογίας, οι προμηθευτές γενικού εξοπλισμού θα παρέχουν δύο τιμές για την ακρίβεια επικάλυψης, η μία είναι το σφάλμα επικάλυψης δύο φορές ενός ίδιου του μηχανήματος και η άλλη είναι το σφάλμα επικάλυψης μεταξύ δύο συσκευών (διαφορετικές συσκευές).

5. Ψήσιμο μετά την έκθεση
Αφού ολοκληρωθεί η έκθεση, το φωτοανθεκτικό πρέπει να ψηθεί ξανά. Επειδή αυτό το ψήσιμο είναι μετά την έκθεση, ονομάζεται "ψήσιμο μετά την έκθεση", που συντομεύεται ως ψήσιμο μετά την έκθεση (PEB). Ο σκοπός του μετά το ψήσιμο είναι να ολοκληρωθεί πλήρως η φωτοχημική αντίδραση με θέρμανση. Τα φωτοευαίσθητα συστατικά που δημιουργούνται κατά τη διαδικασία έκθεσης θα διαχέονται υπό την επίδραση της θέρμανσης και θα αντιδρούν χημικά με το φωτοανθεκτικό, αλλάζοντας το φωτοανθεκτικό υλικό που ήταν σχεδόν αδιάλυτο στο υγρό ανάπτυξης σε ένα υλικό που είναι διαλυτό στο υγρό ανάπτυξης, σχηματίζοντας μοτίβα που είναι διαλυτά στο υγρό ανάπτυξης και αδιάλυτο στο υγρό ανάπτυξης στο φωτοανθεκτικό φιλμ.

Δεδομένου ότι αυτά τα μοτίβα είναι συνεπή με τα μοτίβα στη μάσκα, αλλά δεν εμφανίζονται, ονομάζονται επίσης "λανθάνουσες εικόνες". Για χημικά ενισχυμένα φωτοανθεκτικά, οι υπερβολικές θερμοκρασίες ψησίματος ή οι υπερβολικοί χρόνοι ψησίματος θα οδηγήσουν σε υπερβολική διάχυση φωτοξέων (καταλύτες φωτοχημικών αντιδράσεων), καταστρέφοντας την αρχική αντίθεση της εικόνας, μειώνοντας έτσι την ομοιομορφία του παραθύρου της διαδικασίας και του πλάτους της γραμμής. Λεπτομερής συζήτηση θα γίνει σε επόμενα κεφάλαια. Για να εμφανιστεί πραγματικά η λανθάνουσα εικόνα, απαιτείται ανάπτυξη.

6. Ανάπτυξη
Αφού ολοκληρωθεί το μετά το ψήσιμο, η γκοφρέτα πυριτίου θα μπει στο βήμα ανάπτυξης. Δεδομένου ότι το φωτοανθεκτικό μετά τη φωτοχημική αντίδραση είναι όξινο, χρησιμοποιείται ένα ισχυρό αλκαλικό διάλυμα ως παράγοντας ανάπτυξης. Γενικά, χρησιμοποιείται ένα υδατικό διάλυμα υδροξειδίου του τετραμεθυλαμμωνίου 2,38% (TMAH) με μοριακό τύπο (CH3)4NOH. Αφού το φιλμ φωτοανθεκτικό έχει περάσει από τη διαδικασία ανάπτυξης, οι εκτεθειμένες περιοχές ξεπλένονται από τον προγραμματιστή και το σχέδιο της μάσκας εμφανίζεται στο φιλμ φωτοανθεκτικό στη γκοφρέτα πυριτίου με τη μορφή κοίλων και κυρτών σχημάτων με ή χωρίς φωτοανθεκτικό. Η διαδικασία ανάπτυξης έχει γενικά τα ακόλουθα βήματα:

(1) Προ-ψεκασμός (προ-βρεγμένο): ψεκάστε λίγο απιονισμένο νερό (DI water) στην επιφάνεια της γκοφρέτας πυριτίου για να βελτιώσετε την πρόσφυση του προγραμματιστή στην επιφάνεια της γκοφρέτας πυριτίου.

(2) Developer dispense (developer dispense): παραδώστε τον προγραμματιστή στην επιφάνεια της γκοφρέτας πυριτίου. Για να έρθουν σε επαφή όλα τα μέρη της επιφάνειας της γκοφρέτας πυριτίου με την ίδια ποσότητα προγραμματιστή όσο το δυνατόν περισσότερο, η διανομή προγραμματιστή έχει αναπτύξει τις ακόλουθες μεθόδους. Για παράδειγμα, χρησιμοποιήστε ακροφύσια E2, ακροφύσια LD κ.λπ.

(3) Παραμονή επιφάνειας προγραμματιστή (λακκούβα): Αφού ο προγραμματιστής ψεκαστεί, πρέπει να παραμείνει στην επιφάνεια της γκοφρέτας πυριτίου για ένα χρονικό διάστημα, γενικά από δεκάδες δευτερόλεπτα έως ένα ή δύο λεπτά, προκειμένου να επιτρέψει στον προγραμματιστή να αντιδράσει πλήρως με το φωτοανθεκτικό.

(4) Αφαίρεση και ξέπλυμα του προγραμματιστή: Αφού σταματήσει ο προγραμματιστής, ο προγραμματιστής θα πεταχτεί έξω και θα ψεκαστεί απιονισμένο νερό στην επιφάνεια της γκοφρέτας πυριτίου για να αφαιρεθεί ο υπολειπόμενος σχηματιστής και τα υπολειμματικά θραύσματα φωτοανθεκτικού.

(5) Στεγνό στύψιμο: Η γκοφρέτα πυριτίου περιστρέφεται σε υψηλή ταχύτητα για να απομακρύνει το απιονισμένο νερό στην επιφάνεια.

7. Ψήσιμο μετά την ανάπτυξη, ψήσιμο σκληρού φιλμ
Μετά την ανάπτυξη, καθώς η γκοφρέτα πυριτίου εκτίθεται σε νερό, το φωτοανθεκτικό θα απορροφήσει λίγο νερό, κάτι που δεν είναι καλό για επακόλουθες διεργασίες όπως η υγρή χάραξη. Επομένως, απαιτείται ψήσιμο σκληρού φιλμ για να αποβληθεί η περίσσεια νερού από το φωτοανθεκτικό. Δεδομένου ότι η περισσότερη χάραξη χρησιμοποιεί τώρα χάραξη πλάσματος, γνωστή και ως "ξηρή χάραξη", το ψήσιμο σκληρού φιλμ έχει παραληφθεί σε πολλές διαδικασίες.

8. Μέτρηση
Αφού ολοκληρωθεί η έκθεση, πρέπει να μετρηθεί η κρίσιμη διάσταση (Κρίσιμη Διάσταση, CD για συντομία) που σχηματίζεται από τη λιθογραφία και η ακρίβεια επικάλυψης (μετρολογία). Η κρίσιμη διάσταση μετριέται συνήθως χρησιμοποιώντας ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης, ενώ η ακρίβεια επικάλυψης μετριέται από ένα οπτικό μικροσκόπιο και έναν ανιχνευτή απεικόνισης συζευγμένου φορτίου (CCD). Ο λόγος για τη χρήση ενός ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σάρωσης είναι ότι το πλάτος γραμμής στη διαδικασία ημιαγωγών είναι γενικά μικρότερο από το μήκος κύματος του ορατού φωτός, όπως 400 έως 700 nm, και το ηλεκτρονιακό μήκος κύματος του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου καθορίζεται από την επιταχυνόμενη τάση του ηλεκτρόνιο. Σύμφωνα με τις αρχές της κβαντικής μηχανικής, το μήκος κύματος De Broglie ενός ηλεκτρονίου είναι

Όπου h (6.626×10^-³⁴Js) είναι η σταθερά του Planck, m (9,1×10^-³¹kg) είναι η μάζα του ηλεκτρονίου στο κενό και v είναι η ταχύτητα του ηλεκτρονίου. Εάν η τάση επιτάχυνσης είναι V, το μήκος κύματος de Broglie του ηλεκτρονίου μπορεί να γραφεί ως

Όπου q (1,609×10^-19γ) είναι το φορτίο του ηλεκτρονίου. Αντικαθιστώντας τις αριθμητικές τιμές, η εξίσωση (7-7) μπορεί να γραφτεί περίπου ως

Εάν η τάση επιτάχυνσης είναι 300V, το μήκος κύματος του ηλεκτρονίου είναι 0,07 nm, το οποίο είναι αρκετό για τη μέτρηση του πλάτους της γραμμής. Στην πραγματική εργασία, η ανάλυση του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου καθορίζεται από την πολλαπλή σκέδαση της δέσμης ηλεκτρονίων στο υλικό και την εκτροπή του ηλεκτρονιακού φακού. Συνήθως, η ανάλυση του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου είναι δεκάδες νανόμετρα και το σφάλμα μέτρησης της διάστασης της γραμμής είναι περίπου 1 έως 3 nm. Αν και η ακρίβεια επικάλυψης έχει φτάσει στο επίπεδο νανομέτρων, καθώς η μέτρηση της επικάλυψης απαιτεί μόνο τη δυνατότητα προσδιορισμού της κεντρικής θέσης της παχύτερης γραμμής, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα οπτικό μικροσκόπιο για τη μέτρηση της ακρίβειας επικάλυψης.

Το σχήμα 7.12 (α) είναι ένα στιγμιότυπο οθόνης της μέτρησης μεγέθους που λαμβάνεται από ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης. Οι λευκές διπλές γραμμές και τα σχετικά βέλη στο σχήμα αντιπροσωπεύουν το μέγεθος στόχου. Η αντίθεση εικόνας του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σάρωσης σχηματίζεται από την εκπομπή και τη συλλογή δευτερευόντων ηλεκτρονίων που παράγονται από ηλεκτρονιακό βομβαρδισμό. Μπορεί να φανεί ότι περισσότερα δευτερεύοντα ηλεκτρόνια μπορούν να συλλεχθούν στην άκρη της γραμμής. Καταρχήν, όσο περισσότερα ηλεκτρόνια συλλέγονται, τόσο πιο ακριβής είναι η μέτρηση. Ωστόσο, δεδομένου ότι η πρόσκρουση της δέσμης ηλεκτρονίων στο φωτοανθεκτικό δεν μπορεί να αγνοηθεί, το φωτοανθεκτικό θα συρρικνωθεί μετά την ακτινοβολία δέσμης ηλεκτρονίων, ειδικά το φωτοανθεκτικό 193 nm. Επομένως, είναι πολύ σημαντικό να δημιουργηθεί μια ισορροπία μεταξύ της μετρήσιμης ικανότητας και της ελάχιστης διαταραχής.

Το σχήμα 7.12 (β) είναι ένα τυπικό σχηματικό διάγραμμα μέτρησης επικάλυψης, στο οποίο το πάχος της γραμμής είναι γενικά 1 έως 3 μm, το μήκος πλευράς του εξωτερικού πλαισίου είναι γενικά 20 έως 30 μm και το μήκος της πλευράς του εσωτερικού πλαισίου είναι γενικά 10 έως 20 μm . Σε αυτό το σχήμα, τα διαφορετικά χρώματα ή οι αντιθέσεις που εμφανίζονται στο εσωτερικό και το εξωτερικό πλαίσιο οφείλονται στις διαφορές στο χρώμα και την αντίθεση του ανακλώμενου φωτός που προκαλούνται από τα διαφορετικά πάχη των διαφορετικών στρωμάτων λεπτών μεμβρανών. Η μέτρηση της επικάλυψης επιτυγχάνεται με τον προσδιορισμό της χωρικής διαφοράς μεταξύ του κεντρικού σημείου του εσωτερικού πλαισίου και του κεντρικού σημείου του εξωτερικού πλαισίου. Η πρακτική έχει αποδείξει ότι εφόσον παρέχεται επαρκής ένταση σήματος, ακόμη και ένα οπτικό μικροσκόπιο μπορεί να επιτύχει ακρίβεια μέτρησης περίπου 1 nm.

Παράθυρο διαδικασίας λιθογραφίας και μέθοδος αξιολόγησης ακεραιότητας σχεδίου

Περιθώριο ενέργειας έκθεσης, κανονικοποιημένη λογαριθμική κλίση εικόνας (NILS)

Στην Ενότητα 2, αναφέρθηκε ότι το ενεργειακό περιθώριο έκθεσης (EL) αναφέρεται στη μέγιστη επιτρεπόμενη απόκλιση της ενέργειας έκθεσης εντός του επιτρεπόμενου εύρους διακύμανσης εύρους γραμμής. Είναι βασική παράμετρος για τη μέτρηση της λιθογραφικής διαδικασίας.

Το σχήμα 7.13 (α) δείχνει τη διακύμανση του σχεδίου λιθογραφίας με την ενέργεια έκθεσης και την εστιακή απόσταση.

Το σχήμα 7.13 (β) δείχνει ένα δισδιάστατο μοτίβο δοκιμής κατανομής με διαφορετικές ενέργειες και εστιακές αποστάσεις εκτεθειμένες σε ένα πλακίδιο πυριτίου. Είναι σαν μια μήτρα και ονομάζεται επίσης Μήτρα εστίασης-έκθεσης (FEM).

Αυτή η μήτρα χρησιμοποιείται για τη μέτρηση του παραθύρου διεργασίας της διαδικασίας φωτολιθογραφίας σε ένα ή περισσότερα μοτίβα, όπως το ενεργειακό περιθώριο και το βάθος εστίασης. Εάν προστεθούν ειδικά μοτίβα δοκιμής στη μάσκα, το Focus-Energy Matrix μπορεί επίσης να μετρήσει άλλες παραμέτρους απόδοσης που σχετίζονται με τη διαδικασία και τον εξοπλισμό, όπως διάφορες εκτροπές του φακού της μηχανής λιθογραφίας, το αδέσποτο φως (έκλαμψη), ο συντελεστής σφάλματος μάσκας, η διάχυση φωτοξέος μήκος του φωτοανθεκτικού, ευαισθησία του φωτοανθεκτικού, ακρίβεια κατασκευής της μάσκας κ.λπ.

Στο Σχήμα 7.13 (α), το γκρίζο γράφημα αντιπροσωπεύει τη μορφολογία διατομής του φωτοανθεκτικού (θετικό φωτοανθεκτικό) μετά την έκθεση και την ανάπτυξη. Καθώς η ενέργεια έκθεσης συνεχίζει να αυξάνεται, το πλάτος της γραμμής γίνεται όλο και μικρότερο. Καθώς αλλάζει η εστιακή απόσταση, αλλάζει και η κατακόρυφη μορφολογία του φωτοανθεκτικού. Ας συζητήσουμε πρώτα την αλλαγή με ενέργεια. Εάν η εστιακή απόσταση επιλεγεί ως -0.1μm, δηλαδή, το προβαλλόμενο εστιακό επίπεδο είναι 0.1μm κάτω από την κορυφή του φωτοανθεκτικού. Εάν το πλάτος της γραμμής μετρηθεί καθώς αλλάζει με την ενέργεια, μπορεί να ληφθεί μια καμπύλη όπως φαίνεται στο Σχήμα 7.14.

Εάν επιλέξουμε τη συνολική ανοχή CD του πλάτους γραμμής ως ±10% του πλάτους γραμμής των 90 nm, δηλαδή 18 nm, και η κλίση του πλάτους γραμμής που αλλάζει με την ενέργεια έκθεσης είναι 6,5 nm/(mJ/cm²), και η βέλτιστη ενέργεια έκθεσης είναι 20 (mJ/cm²), τότε το ενεργειακό περιθώριο EL είναι 18/6,5/20=13,8%.

Είναι αρκετό; Αυτή η ερώτηση σχετίζεται με παράγοντες όπως η αντοχή της μηχανής λιθογραφίας, η ικανότητα ελέγχου της παραγωγής της διαδικασίας και οι απαιτήσεις της συσκευής για πλάτος γραμμής. Το ενεργειακό περιθώριο σχετίζεται επίσης με την ικανότητα του φωτοανθεκτικού να διατηρεί τη χωρική εικόνα. Σε γενικές γραμμές, στους κόμβους 90nm, 65nm, 45nm και 32nm, η απαίτηση EL για λιθογραφία στρώματος πύλης είναι 15% έως 20%, και η απαίτηση EL για μεταλλική στρώση καλωδίωσης είναι περίπου 13% έως 15%.

Το ενεργειακό περιθώριο σχετίζεται επίσης άμεσα με την αντίθεση της εικόνας, αλλά η εικόνα εδώ δεν είναι η χωρική εικόνα από τον φακό, αλλά η "λανθάνουσα εικόνα" μετά τη φωτοχημική αντίδραση του φωτοανθεκτικού. Η απορρόφηση φωτός από το φωτοανθεκτικό και η εμφάνιση φωτοχημικών αντιδράσεων απαιτούν τη διάχυση φωτοευαίσθητων συστατικών στο φωτοανθεκτικό φιλμ. Η διάχυση που απαιτείται για αυτή τη φωτοχημική αντίδραση θα μειώσει την αντίθεση της εικόνας. Η αντίθεση ορίζεται ως

Μεταξύ αυτών, το U είναι η ισοδύναμη ένταση φωτός της «λανθάνουσας εικόνας» (στην πραγματικότητα η πυκνότητα του φωτοευαίσθητου στοιχείου).

Για πυκνές γραμμές, εάν η χωρική περίοδος P είναι μικρότερη από λ /NA, τότε η αντίστοιχη χωρική εικόνα της έντασης φωτός U(x) πρέπει να είναι ένα ημιτονοειδές κύμα, όπως φαίνεται στο Σχήμα 7.15, το οποίο μπορεί να γραφτεί ως

Σύμφωνα με τον ορισμό του EL, σε συνδυασμό με τον τύπο (7-10), όπως φαίνεται στο σχήμα 7.16, το EL μπορεί να γραφτεί ως η ακόλουθη έκφραση, δηλαδή

Για ίσες γραμμές και χώρο, CD=P/2. Υπάρχει μια πιο συνοπτική και διαισθητική έκφραση, δηλαδή

Δηλαδή, εάν το dCD χρησιμοποιεί το γενικό 10% CD, τότε η αντίθεση είναι περίπου ίση με 3,2 φορές το EL. Η κλίση στον τύπο (7-11) είναι

Ονομάζεται επίσης κλίση καταγραφής εικόνας (ILS). Λόγω της άμεσης σχέσης του με την αντίθεση εικόνας και το EL, χρησιμοποιείται επίσης ως σημαντική παράμετρος για τη μέτρηση του παραθύρου διαδικασίας λιθογραφίας. Εάν είναι κανονικοποιημένη, δηλαδή πολλαπλασιάζεται με το πλάτος γραμμής, μπορεί να ληφθεί η κανονικοποιημένη κλίση καταγραφής εικόνας (NILS), όπως ορίζεται στον τύπο (7-15), δηλαδή,

Γενικά, το U (x) αναφέρεται στη χωρική εικόνα που προβάλλεται από τον φακό στο φωτοανθεκτικό, το οποίο εδώ αναφέρεται στην "λανθάνουσα εικόνα" μετά τη φωτοχημική αντίδραση του φωτοανθεκτικού. Για πυκνές γραμμές με ίσο διάστημα, το CD=P/2 και η χωρική περίοδος P είναι μικρότερη από λ/NA, το NILS μπορεί να γραφτεί ως

Για παράδειγμα, για μια διαδικασία μνήμης 90nm, το CD πλάτους γραμμής είναι ίσο με 0,09μm, εάν η αντίθεση είναι 50% και η χωρική περίοδος είναι 0,18μm, τότε το NILS είναι 1,57.

Βάθος εστίασης (Μέθοδος ισοπέδωσης)

Το Βάθος Εστίασης (DOF) αναφέρεται στο μέγιστο εύρος διακύμανσης της εστιακής απόστασης εντός του επιτρεπόμενου εύρους διακύμανσης του πλάτους γραμμής. Όπως φαίνεται στο Σχήμα 7.13, το φωτοανθεκτικό όχι μόνο θα αλλάξει στο πλάτος της γραμμής αλλά και στη μορφολογία καθώς αλλάζει η εστιακή απόσταση. Γενικά, για φωτοανθεκτικά με υψηλή διαφάνεια, όπως φωτοανθεκτικά 193 nm και φωτοανθεκτικά 248 nm με υψηλή ανάλυση, όταν το εστιακό επίπεδο της μηχανής φωτολιθογραφίας είναι σε αρνητική τιμή, το εστιακό επίπεδο είναι κοντά στην κορυφή του φωτοανθεκτικού. όταν ο λόγος διαστάσεων είναι μεγαλύτερος από 2.5-3, λόγω του μεγάλου πλάτους γραμμής στο κάτω μέρος του φωτοανθεκτικού, μπορεί να εμφανιστεί ακόμη και "υπό κοπή", το οποίο μπορεί να προκαλέσει μηχανική αστάθεια και ανατροπή. Όταν το εστιακό επίπεδο είναι σε θετική τιμή, λόγω του μεγάλου πλάτους γραμμής στο επάνω μέρος της αυλάκωσης φωτοανθεκτικού, οι τετράγωνες γωνίες στο επάνω μέρος θα γίνουν στρογγυλεμένες (πάνω στρογγυλοποίηση). Αυτή η "κορυφαία στρογγυλοποίηση" μπορεί να μεταφερθεί στη μορφολογία του υλικού μετά τη χάραξη, επομένως πρέπει να αποφεύγονται τόσο το "υπό κοπή" και το "στρογγυλοποίηση".

Εάν τα δεδομένα πλάτους γραμμής στο Σχήμα 7.13 απεικονιστούν, θα ληφθεί μια καμπύλη πλάτους γραμμής σε σχέση με την εστιακή απόσταση σε διαφορετικές ενέργειες έκθεσης, όπως φαίνεται στο Σχήμα 7.17.

Η διακύμανση του πλάτους γραμμής με εστιακή απόσταση υπό ενέργεια έκθεσης 16, 18, 20, 22, 24 ονομάζεται επίσης διάγραμμα Poisson.

Εάν το επιτρεπόμενο εύρος διακύμανσης του πλάτους γραμμής περιορίζεται στα ±9nm, η μέγιστη επιτρεπόμενη διακύμανση εστιακού μήκους στη βέλτιστη ενέργεια έκθεσης μπορεί να βρεθεί από το Σχήμα 7.17. Όχι μόνο αυτό, επειδή στην πραγματική εργασία, τόσο η ενέργεια όσο και η εστιακή απόσταση αλλάζουν ταυτόχρονα, όπως η μετατόπιση της μηχανής λιθογραφίας, είναι απαραίτητο να ληφθεί το μέγιστο επιτρεπόμενο εύρος μεταβολής της εστιακής απόστασης υπό την προϋπόθεση της μετατόπισης ενέργειας. Όπως φαίνεται στο Σχήμα 7.17, ένα ορισμένο επιτρεπόμενο εύρος διακύμανσης του πλάτους γραμμής EL, όπως το ±5% ως πρότυπο (EL=10%), μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό του μέγιστου επιτρεπόμενου εύρους διακύμανσης εστιακής απόστασης, το οποίο είναι μεταξύ 19 και 21 mJ/cm2. Τα δεδομένα EL μπορούν να απεικονιστούν με βάση το εύρος επιτρεπόμενης εστιακής απόστασης, όπως φαίνεται στο Σχήμα 7.18. Μπορεί να βρεθεί ότι στη διαδικασία των 90nm, κάτω από το εύρος διακύμανσης του 10% EL, το μέγιστο εύρος βάθους εστίασης είναι περίπου 0,30μm.

Είναι αρκετό; Σε γενικές γραμμές, το βάθος εστίασης σχετίζεται με τη μηχανή φωτολιθογραφίας, όπως η ακρίβεια ελέγχου εστίασης, συμπεριλαμβανομένης της σταθερότητας του εστιακού επιπέδου της μηχανής, της καμπυλότητας πεδίου του φακού, του αστιγματισμού, της ακρίβειας ισοπέδωσης και της επιπεδότητας της πλατφόρμας πλακιδίων πυριτίου . Φυσικά, σχετίζεται επίσης με την επιπεδότητα της ίδιας της γκοφρέτας πυριτίου και τον βαθμό μείωσης της επιπεδότητας που προκαλεί η διαδικασία χημικο-μηχανικής ισοπέδωσης. Για διαφορετικούς κόμβους τεχνολογίας, οι τυπικές απαιτήσεις βάθους εστίασης παρατίθενται στον Πίνακα 7.1.

Δεδομένου ότι το βάθος εστίασης είναι τόσο σημαντικό, η ισοπέδωση, ένα σημαντικό μέρος της μηχανής λιθογραφίας, είναι πολύ κρίσιμη. Η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη μέθοδος ισοπέδωσης στη βιομηχανία σήμερα είναι ο προσδιορισμός της κατακόρυφης θέσης z του πλακιδίου πυριτίου και των γωνιών κλίσης R_xκαι Ρ_y
στην οριζόντια κατεύθυνση μετρώντας τη θέση του φωτεινού σημείου που ανακλάται από το λοξό προσπίπτον φως στην επιφάνεια του πλακιδίου πυριτίου, όπως φαίνεται στο σχήμα 7.19.

Το πραγματικό σύστημα είναι πολύ πιο περίπλοκο, συμπεριλαμβανομένου του τρόπου διαχωρισμού των ανεξάρτητων z, R_xκαι ο Ράι. Δεδομένου ότι αυτές οι τρεις ανεξάρτητες παράμετροι πρέπει να μετρηθούν ταυτόχρονα, μια δέσμη φωτός δεν είναι αρκετή (υπάρχουν μόνο δύο βαθμοί ελευθερίας για πλευρική μετατόπιση) και απαιτούνται τουλάχιστον δύο δέσμες φωτός.

Επιπλέον, εάν είναι απαραίτητο να ανιχνευθεί το z, το R_x, και R_yσε διαφορετικά σημεία της περιοχής έκθεσης ή της σχισμής, ο αριθμός των φωτεινών σημείων πρέπει να αυξηθεί. Γενικά, για μια περιοχή έκθεσης, μπορεί να υπάρχουν έως και 8 έως 10 σημεία μέτρησης. Ωστόσο, αυτή η μέθοδος ισοπέδωσης έχει τους περιορισμούς της. Επειδή χρησιμοποιείται λοξό προσπίπτον φως, όπως γωνία πρόσπτωσης 15 μοιρών έως 20 μοιρών (ή γωνία πρόσπτωσης 70 μοιρών έως 75 μοιρών σε σχέση με την κατακόρυφη κατεύθυνση της επιφάνειας του πλακιδίου πυριτίου), για επιφάνειες όπως φωτοανθεκτικό και διοξείδιο του πυριτίου με ένας δείκτης διάθλασης λευκού φωτός περίπου 1,5, μόνο περίπου το 18% έως 25% του φωτός ανακλάται πίσω, όπως φαίνεται στο σχήμα 7.20, και το άλλο περίπου 75% έως 82% του φωτός που εισέρχεται στον ανιχνευτή θα διεισδύσει στη διαφανή επιφάνεια του μέσου . Αυτό το μέρος του εκπεμπόμενου φωτός θα συνεχίσει να διαδίδεται μέχρι να συναντήσει ένα αδιαφανές μέσο ή ένα ανακλαστικό μέσο, ​​όπως πυρίτιο, πολυπυρίτιο, μέταλλο ή ένα μέσο υψηλού δείκτη διάθλασης, όπως το νιτρίδιο του πυριτίου, και στη συνέχεια να ανακλαστεί.

Ως εκ τούτου, η «επιφάνεια» που πραγματικά ανιχνεύεται από το σύστημα ισοπέδωσης θα βρίσκεται κάπου κάτω από την άνω επιφάνεια του φωτοανθεκτικού. Δεδομένου ότι το back-end-of-the-line (BEOL) έχει κυρίως ένα σχετικά παχύ στρώμα οξειδίου, όπως διάφορα διοξείδια του πυριτίου, θα υπάρχει μια ορισμένη απόκλιση εστιακής απόστασης μεταξύ του μπροστινού άκρου της γραμμής (FEOL) και το πίσω άκρο, γενικά μεταξύ 0.05 και 0,20 μm, ανάλογα με το πάχος του διαφανούς μέσου και την ανακλαστικότητα του αδιαφανούς μέσου. Επομένως, στο back-end, το σχέδιο σχεδίασης του τσιπ πρέπει να είναι όσο το δυνατόν πιο ομοιόμορφο. Διαφορετικά, λόγω της ανομοιόμορφης κατανομής της πυκνότητας του σχεδίου, θα προκαλέσει σφάλματα ισοπέδωσης, τα οποία θα εισαγάγουν λανθασμένη αντιστάθμιση κλίσης και θα προκαλέσουν αποεστίαση.

Υπάρχουν γενικά δύο τρόποι για την ισοπέδωση των μηχανών φωτολιθογραφίας:

(1) Επίπεδη λειτουργία: μετρήστε το ύψος πολλών σημείων στην περιοχή έκθεσης ή ολόκληρης της γκοφρέτας πυριτίου και, στη συνέχεια, βρείτε το επίπεδο σύμφωνα με τη μέθοδο των ελαχίστων τετραγώνων.

(2) Δυναμική λειτουργία (αποκλειστικά για μηχανήματα φωτολιθογραφίας σάρωσης): μετρήστε δυναμικά το ύψος πολλών σημείων στην περιοχή της σαρωμένης σχισμής και, στη συνέχεια, αντισταθμίστε συνεχώς κατά μήκος της κατεύθυνσης σάρωσης. Φυσικά, είναι σημαντικό να γνωρίζουμε ότι η ανάδραση της ισοπέδωσης επιτυγχάνεται μετακινώντας την πλατφόρμα πλακιδίων πυριτίου πάνω-κάτω και γέρνοντας κατά μήκος της κατεύθυνσης μη σάρωσης. Η αντιστάθμισή του μπορεί να είναι μόνο μακροσκοπική, γενικά σε επίπεδο χιλιοστών. Επιπλέον, στην κατεύθυνση μη σάρωσης (κατεύθυνση Χ), μπορεί να υποβληθεί σε επεξεργασία μόνο σύμφωνα με την κλίση πρώτης τάξης και οποιαδήποτε μη γραμμική καμπυλότητα (όπως η καμπυλότητα του πεδίου του φακού και η στρέβλωση του πλακιδίου πυριτίου) δεν μπορεί να αντισταθμιστεί, όπως φαίνεται στο Σχήμα 7.21 .

Στη δυναμική λειτουργία, ορισμένες μηχανές λιθογραφίας μπορούν επίσης να σταματήσουν τη μέτρηση ισοπέδωσης για περιοχές ατελούς έκθεσης (λήψεις) ή περιοχές τσιπ στην άκρη της πλακέτας πυριτίου (μια περιοχή έκθεσης με μέγιστο
μπορεί να περιέχει πολλές περιοχές τσιπ, που ονομάζονται μήτρα) και χρησιμοποιήστε τα δεδομένα της έκθεσης ή της ισοπέδωσης της περιοχής τσιπ γύρω από αυτό για επιταξία για να αποφύγετε σφάλματα μέτρησης που προκαλούνται από υπερβολική απόκλιση ύψους και ατελές στρώμα μεμβράνης στην άκρη του πλακιδίου πυριτίου. Στις μηχανές λιθογραφίας ASML, αυτή η λειτουργία ονομάζεται "Circuit Dependent Focus Edge Clearance" (CDFEC).

Υπάρχουν διάφοροι κύριοι παράγοντες που επηρεάζουν το βάθος εστίασης: αριθμητικό διάφραγμα του συστήματος, συνθήκη φωτισμού, πλάτος γραμμής του σχεδίου, πυκνότητα σχεδίου, θερμοκρασία ψησίματος του φωτοαντιστάτη κ.λπ. Όπως φαίνεται στο Σχήμα 7.22, σύμφωνα με την οπτική κύματος , στην καλύτερη εστιακή απόσταση, όλες οι ακτίνες φωτός που συγκλίνουν στην εστίαση έχουν την ίδια φάση.

Ωστόσο, στη θέση αποεστίασης, οι ακτίνες φωτός που διέρχονται από την άκρη του φακού και οι φωτεινές ακτίνες που περνούν από το κέντρο του φακού διανύουν διαφορετικές οπτικές διαδρομές και η διαφορά τους είναι (FF′- OF′). Όταν το αριθμητικό διάφραγμα αυξάνεται, η διαφορά οπτικής διαδρομής αυξάνεται επίσης και η πραγματική εστιακή ένταση φωτός στο σημείο αποεστίασης γίνεται μικρότερη ή το βάθος εστίασης γίνεται μικρότερο. Σε συνθήκες παράλληλου φωτισμού, το βάθος εστίασης (Rayleigh) δίνεται γενικά από τον ακόλουθο τύπο, δηλαδή:

Όπου θ είναι η μέγιστη γωνία ανοίγματος του φακού, που αντιστοιχεί στο αριθμητικό διάφραγμα NA. Όταν το NA είναι σχετικά μικρό, μπορεί να γραφτεί περίπου ως

Μπορεί να φανεί ότι όταν το NA είναι μεγαλύτερο, το βάθος εστίασης είναι μικρότερο και το βάθος εστίασης είναι αντιστρόφως ανάλογο με το τετράγωνο του αριθμητικού διαφράγματος.

Όχι μόνο το αριθμητικό διάφραγμα επηρεάζει το βάθος εστίασης, αλλά και τις συνθήκες φωτισμού. Για παράδειγμα, για πυκνά γραφικά και η χωρική περίοδος είναι μικρότερη από λ /NA, ο φωτισμός εκτός άξονα θα αυξήσει το βάθος εστίασης. Αυτό το μέρος θα συζητηθεί ξανά στην Ενότητα 7.1 της Ενότητας 7 με φωτισμό εκτός άξονα. Επιπλέον, το πλάτος γραμμής των γραφικών θα επηρεάσει επίσης το βάθος εστίασης. Για παράδειγμα, το βάθος εστίασης των μικρών γραφικών είναι γενικά μικρότερο από αυτό των χονδροειδών γραφικών. Αυτό συμβαίνει επειδή η γωνία κύματος περίθλασης των μικρών γραφικών είναι σχετικά μεγάλη και η γωνία μεταξύ της σύγκλισής τους στο εστιακό επίπεδο είναι σχετικά μεγάλη. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, το βάθος εστίασης θα είναι μικρότερο. Επιπλέον, η θερμοκρασία ψησίματος του φωτοανθεκτικού θα επηρεάσει επίσης το βάθος εστίασης σε κάποιο βαθμό. Ένα υψηλότερο ψήσιμο μετά την έκθεση (PEB) θα προκαλέσει τον μέσο όρο της αντίθεσης της χωρικής εικόνας στην κατακόρυφη κατεύθυνση (Z) εντός του πάχους του φωτοαντίστασης, με αποτέλεσμα αυξημένο βάθος εστίασης. Ωστόσο, αυτό είναι σε βάρος της μείωσης της μέγιστης αντίθεσης εικόνας.

Συντελεστής σφάλματος μάσκας

Ο παράγοντας σφάλματος μάσκας (MEF) ή ο συντελεστής ενίσχυσης σφαλμάτων μάσκας (MEEF) ορίζεται ως η μερική παράγωγος του πλάτους γραμμής που εκτίθεται στη γκοφρέτα πυριτίου σε σχέση με το πλάτος της γραμμής μάσκας. Ο παράγοντας σφάλματος μάσκας προκαλείται κυρίως από τη διάθλαση του οπτικού συστήματος και θα γίνει μεγαλύτερος λόγω της περιορισμένης πιστότητας του φωτοαντίστατου στη χωρική εικόνα. Οι παράγοντες που επηρεάζουν τον παράγοντα σφάλματος της μάσκας περιλαμβάνουν τις συνθήκες φωτισμού, τις ιδιότητες φωτοανθεκτικότητας, τις εκτροπές του φακού της μηχανής λιθογραφίας, τη θερμοκρασία μετά το ψήσιμο (PEB) κ.λπ. Την τελευταία δεκαετία, έχουν υπάρξει πολλές αναφορές για την έρευνα των παραγόντων σφάλματος μάσκας στη βιβλιογραφία. Από αυτές τις μελέτες, μπορεί να φανεί ότι όσο μικρότερη είναι η χωρική περίοδος ή όσο μικρότερη η αντίθεση της εικόνας, τόσο μεγαλύτερος είναι ο παράγοντας σφάλματος μάσκας. Για μοτίβα που είναι πολύ μεγαλύτερα από το μήκος κύματος έκθεσης ή στο λεγόμενο γραμμικό εύρος, ο συντελεστής σφάλματος μάσκας είναι συνήθως πολύ κοντά στο 1. Για μοτίβα που είναι κοντά ή μικρότερα από το μήκος κύματος, ο παράγοντας σφάλματος μάσκας θα αυξηθεί σημαντικά . Ωστόσο, εκτός από τις ακόλουθες ειδικές περιπτώσεις, ο συντελεστής σφάλματος μάσκας δεν είναι γενικά μικρότερος από 1:

(1) Η γραμμική λιθογραφία χρησιμοποιώντας μια εναλλασσόμενη μάσκα μετατόπισης φάσης μπορεί να παράγει έναν παράγοντα σφάλματος μάσκας σημαντικά μικρότερο από 1. Αυτό συμβαίνει επειδή η ελάχιστη ένταση φωτός στην κατανομή του πεδίου της χωρικής εικόνας προκαλείται κυρίως από τη μετάλλαξη φάσης 180 μοιρών που δημιουργείται από τη γειτονική ζώνη φάσης . Η αλλαγή του πλάτους της μεταλλικής γραμμής στη μάσκα στη μετάλλαξη φάσης έχει μικρή επίδραση στο πλάτος της γραμμής.

(2) Ο συντελεστής σφάλματος μάσκας θα είναι σημαντικά μικρότερος από 1 κοντά στη μικρή δομή αντιστάθμισης στη διόρθωση του φαινομένου οπτικής εγγύτητας. Αυτό συμβαίνει επειδή μικρές αλλαγές στο κύριο σχέδιο δεν μπορούν να αναγνωριστούν με ευαισθησία από το σύστημα απεικόνισης με περιορισμένη ανάλυση που προκαλείται από περίθλαση.

Συνήθως, για χωρικά εκτεταμένα μοτίβα όπως γραμμές ή αυλακώσεις και οπές επαφής, ο συντελεστής σφάλματος μάσκας είναι ίσος ή μεγαλύτερος από 1. Επειδή η σημασία του παράγοντα σφάλματος μάσκας έγκειται στη σχέση του με το πλάτος γραμμής και το κόστος της μάσκας, γίνεται πολύ σημαντικό να το περιορίσετε σε ένα μικρό εύρος. Για παράδειγμα, για το στρώμα πύλης με εξαιρετικά υψηλές απαιτήσεις ομοιομορφίας πλάτους γραμμής, ο συντελεστής σφάλματος μάσκας συνήθως απαιτείται να ελέγχεται κάτω από 1,5 (για διεργασίες 90 nm και ευρύτερες).

Μέχρι πρόσφατα, η απόκτηση δεδομένων σχετικά με τους παράγοντες σφάλματος κάλυψης απαιτούσε αριθμητική προσομοίωση ή πειραματική μέτρηση. Για την αριθμητική προσομοίωση, η επίτευξη ενός συγκεκριμένου βαθμού ακρίβειας απαιτεί να βασίζεστε στην εμπειρία στον καθορισμό παραμέτρων προσομοίωσης. Εάν απαιτούνται πληροφορίες σχετικά με την κατανομή των παραγόντων σφάλματος μάσκας σε ολόκληρο τον χώρο παραμέτρων λιθογραφίας, αυτές οι μέθοδοι θα χρειαστούν πολύ χρόνο για να χρησιμοποιηθούν. Στην πραγματικότητα, για την απεικόνιση πυκνών γραμμών ή αυλακώσεων, ο παράγοντας σφάλματος μάσκας έχει μια αναλυτική κατά προσέγγιση έκφραση στη θεωρία. Υπό τις ειδικές συνθήκες ότι η χωρική περίοδος p είναι μικρότερη από λ /NA και το πλάτος της γραμμής είναι ίσο με το πλάτος της αυλάκωσης, υπό συνθήκες δακτυλιοειδούς φωτισμού, η αναλυτική έκφραση μπορεί να απλοποιηθεί και να γραφεί με την ακόλουθη μορφή, δηλαδή ,

Τα +, - ισχύουν για αυλακώσεις και γραμμές, αντίστοιχα. Μεταξύ αυτών, το σ είναι η παράμετρος μερικής συνοχής (0＜σ ＜1), είναι ο παράγοντας μετάδοσης πλάτους στην εξασθενημένη μάσκα μετατόπισης φάσης (π.χ. για μια εξασθενημένη μάσκα 6%, είναι 0.25 ), n είναι ο δείκτης διάθλασης φωτοανθεκτικού (συνήθως μεταξύ 1,7 και 1,8) και a είναι το ισοδύναμο μήκος διάχυσης φωτοξέος κάτω από το μοντέλο κατωφλίου (ανάλογα με τους διαφορετικούς κόμβους τεχνολογίας, συνήθως από 5 έως 10 nm για 32 έως Κόμβοι 45 nm έως 70 nm για κόμβους 0,18 έως 0,25 μm).

Για την εναλλασσόμενη μάσκα μετατόπισης φάσης (Alt-PSM), το MEF έχει μια απλούστερη έκφραση, δηλαδή

Μεταξύ αυτών, η χωρική περίοδος σελ<3λ / (2NA), CD refers to the line width on the silicon wafer, and δ refers to the line width on the mask. If we plot equation (7-21), we can get the result in Figure 7.23. It can be seen that MEF increases rapidly as the spatial period decreases, and increases as the photoacid diffusion length increases.

Εάν είναι γνωστές όλες οι παράμετροι εκτός από το μήκος διάχυσης φωτοξέος στον τύπο (7-21), το μήκος διάχυσης του φωτοξέος μπορεί να ληφθεί προσαρμόζοντας τα πειραματικά δεδομένα. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι μετά από 40 δευτερόλεπτα μετά το ψήσιμο, το μήκος διάχυσης φωτοξέος ενός συγκεκριμένου τύπου φωτοανθεκτικού υλικού 193 nm είναι 27 nm. μετά από 60 δευτερόλεπτα μετά το ψήσιμο, το μήκος διάχυσης γίνεται 33 nm. Και λόγω της ακρίβειας των δεδομένων, η ακρίβεια μέτρησης του μήκους διάχυσης του φωτοξέος είναι ±2nm. Αυτή είναι μια τάξη μεγέθους υψηλότερη από την ακρίβεια των προηγούμενων μεθόδων μέτρησης, όπως φαίνεται στο Σχήμα 7.24. Ο παράγοντας σφάλματος μάσκας μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό των απαιτήσεων του πλάτους γραμμής μάσκας για ομοιομορφία πλάτους γραμμής, καθώς και για τη ρύθμιση των κανόνων απόστασης των δισδιάστατων γραφικών στη διόρθωση του φαινομένου οπτικής εγγύτητας. Για ένα δισδιάστατο γραφικό με συντομευμένα άκρα γραμμής, όπως φαίνεται στο Σχήμα 7.25, μέσω του υπολογισμού μιας απλής συνάρτησης εξάπλωσης σημείου και ενός ορισμένου βαθμού προσέγγισης της διάχυσης του φωτοξέος, μπορεί να βρεθεί ένας σχεδόν αναλυτικός τύπος για το φαινόμενο οπτικής εγγύτητας του τέλους γραμμής. αποκτήθηκε, δηλαδή,

Όπου PSF είναι η συνάρτηση διασποράς σημείου, ο δείκτης "D" αντιπροσωπεύει τη διάχυση του φωτοξέος, το a αντιπροσωπεύει το μήκος διάχυσης του φωτοξέος, n=1, το 2 αντιστοιχεί σε συνεκτικές και ασυνάρτητες συνθήκες φωτισμού και

Ομοιομορφία πλάτους γραμμής

Η ομοιομορφία πλάτους γραμμής στις διεργασίες ημιαγωγών γενικά χωρίζεται σε: περιοχή τσιπ, περιοχή βολής, περιοχή πλακιδίων, περιοχή παρτίδας και περιοχή από παρτίδα σε παρτίδα. Οι παράγοντες που επηρεάζουν την ομοιομορφία του πλάτους γραμμής και η γενική ανάλυση του εύρους κρούσης παρατίθενται στον Πίνακα 7.2. Από τον Πίνακα 7.2, μπορούμε να βρούμε ότι:

1) Γενικά, τα προβλήματα που προκαλούνται από μηχανές λιθογραφίας και παράθυρα επεξεργασίας έχουν μεγάλο αντίκτυπο.

(2) Τα προβλήματα που προκαλούνται από σφάλματα κατασκευής μάσκας ή οπτικά εφέ εγγύτητας περιορίζονται γενικά στην περιοχή έκθεσης.

(3) Τα προβλήματα που προκαλούνται από την επίστρωση ή το υπόστρωμα περιορίζονται γενικά στη γκοφρέτα πυριτίου.

Οι συσκευές CMOS γενικά απαιτούν ομοιομορφία πλάτους γραμμής περίπου ±10% του πλάτους γραμμής. Για τις πύλες, η γενική ακρίβεια ελέγχου είναι ±7%. Αυτό συμβαίνει επειδή σε διεργασίες κάτω από τον κόμβο 0,18μm, υπάρχει γενικά μια διαδικασία χάραξης πλάτους γραμμής "trim" μετά τη λιθογραφία και πριν από τη χάραξη, η οποία μειώνει περαιτέρω το πλάτος της γραμμής λιθογραφίας στο πλάτος γραμμής της συσκευής ή κοντά στο πλάτος της γραμμής της συσκευής, η οποία είναι γενικά το 70% του πλάτους της γραμμής λιθογραφίας. Εφόσον ο έλεγχος του πλάτους γραμμής της συσκευής είναι ±10%, το πλάτος της γραμμής λιθογραφίας γίνεται ±7%.

Υπάρχουν πολλοί τρόποι για τη βελτίωση της ομοιομορφίας του πλάτους της γραμμής λιθογραφίας, όπως αντιστάθμιση της κατανομής ενέργειας έκθεσης στην κατανομή φωτισμού της μηχανής λιθογραφίας με βάση τα αποτελέσματα της μέτρησης της ομοιομορφίας έκθεσης στην περιοχή έκθεσης. Αυτή η αποζημίωση μπορεί να επιτευχθεί σε δύο επίπεδα. Μπορεί να αντισταθμιστεί στις σταθερές του μηχανήματος, κάτι που ισχύει για όλες τις συνθήκες φωτισμού, ή μπορεί να αντισταθμιστεί στην υπορουτίνα έκθεσης (ακολουθώντας ένα συγκεκριμένο πρόγραμμα έκθεσης). Με αυτόν τον τρόπο, μπορεί να στοχεύσει με ακρίβεια ένα συγκεκριμένο επίπεδο με αυστηρές απαιτήσεις ομοιομορφίας. Μπορεί επίσης να βελτιωθεί αναλύοντας τη βασική αιτία του ανομοιόμορφου πλάτους της γραμμής λιθογραφίας. Για παράδειγμα, ένα τυπικό πρόβλημα είναι η επίδραση της διαφοράς ύψους που προκαλείται από τη δομή της διεργασίας στο υπόστρωμα του πλακιδίου πυριτίου στην ομοιομορφία του πλάτους της γραμμής πύλης. Για παράδειγμα, η τοπική ομοιομορφία πλάτους γραμμής (Τοπική παραλλαγή CD, LCDV) του στρώματος πύλης που συζητήθηκε στο [6] θα επιδεινωθεί λόγω της διακύμανσης του ύψους του υποστρώματος. Αυτή η διακύμανση φαίνεται στο Σχήμα 7.28.

Οι αλλαγές πλάτους γραμμής που προκαλούνται από τη διαφορά ύψους φαίνονται στο Σχήμα 7.29 και στο Σχήμα 7.30. Μπορεί να φανεί ότι καθώς η διαφορά ύψους μειώνεται σταδιακά, το πλάτος της γραμμής σταδιακά μειώνεται σε μια σταθερή τιμή.

1. Βελτίωση της ομοιομορφίας του πλάτους γραμμής στην περιοχή του τσιπ ή στην περιοχή γραφικών
Δεδομένου ότι υπάρχουν πολλοί παράγοντες που επηρεάζουν αυτό το εύρος, συζητούνται μόνο μερικές κύριες μέθοδοι.

(1) Βελτιώστε το παράθυρο διεργασίας και βελτιστοποιήστε το παράθυρο διεργασίας.

Για πυκνά γραφικά, ο φωτισμός εκτός άξονα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη βελτίωση της αντίθεσης και του βάθους εστίασης και οι μάσκες μετατόπισης φάσης μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη βελτίωση της αντίθεσης.

Για μεμονωμένα γραφικά, μπορούν να χρησιμοποιηθούν λωρίδες υποδιάθλασης σκέδασης (SRAF) για τη βελτίωση του βάθους εστίασης των απομονωμένων γραφικών.

Για ημι-απομονωμένα γραφικά, δηλαδή, η χωρική περίοδος είναι μικρότερη από το διπλάσιο της ελάχιστης χωρικής περιόδου και ελαφρώς μεγαλύτερη από την ελάχιστη χωρική περίοδο, το παράθυρο διεργασίας εδώ θα φτάσει σε μια σχεδόν δύσκολη κατάσταση, γνωστή και ως "απαγορευμένο βήμα", όπως φαίνεται στην Εικόνα 7.31

Όπως φαίνεται από το Σχήμα 7.31, σε σχέση με την ελάχιστη χωρική περίοδο των 310 nm, το πλάτος γραμμής πέφτει από 130 nm σε περίπου 90 nm κοντά στην περίοδο των 500 nm. Αυτό (δεν εμφανίζεται εδώ) συνεπάγεται επίσης σημαντική πτώση στην αντίθεση και το βάθος εστίασης. Η απαγόρευση της χωρικής περιόδου προκαλείται από την ανάγκη διατήρησης ενός σταθερού ελάχιστου πλάτους γραμμής στη λιθογραφία των λογικών κυκλωμάτων, που έχει ως αποτέλεσμα σοβαρή έλλειψη αντίθεσης στην απεικόνιση μη ίσης απόστασης σε διαφορετικές χωρικές περιόδους ή παρακείμενα μοτίβα. Προκαλείται κυρίως από φωτισμό εκτός άξονα και επιβάλλει περιορισμούς στα ημι-πυκνά γραφικά. Συνήθως, ο φωτισμός εκτός άξονα έχει ισχυρή βοήθεια μόνο για την ελάχιστη χρονική περίοδο, αλλά έχει έναν ορισμένο αρνητικό αντίκτυπο στα λεγόμενα "ημι-πυκνά" γραφικά στην ελάχιστη περίοδο χώρου και 2 φορές την ελάχιστη περίοδο χώρου. Προκειμένου να βελτιωθεί το παράθυρο διεργασίας κατά τη λεγόμενη απαγορευμένη περίοδο, η γωνία εκτός άξονα του φωτισμού εκτός άξονα θα πρέπει να μειωθεί κατάλληλα για να επιτευχθεί ισορροπημένη απόδοση ομοιομορφίας πλάτους γραμμής.

(2) Βελτιώστε την ακρίβεια και την αξιοπιστία της διόρθωσης του φαινομένου οπτικής εγγύτητας.

Η βασική διαδικασία διόρθωσης του φαινομένου οπτικής εγγύτητας είναι: κατά την καθιέρωση του μοντέλου, σχεδιάστε πρώτα μερικά γραφικά βαθμονόμησης στη μάσκα δοκιμής όπως φαίνεται στην Εικόνα 7.32. Στη συνέχεια, λαμβάνεται το μέγεθος σχεδίου του φωτοανθεκτικού στη γκοφρέτα πυριτίου με την έκθεση του πλακιδίου πυριτίου και, στη συνέχεια, το μοντέλο βαθμονομείται (προσδιορίζονται οι σχετικές παράμετροι του μοντέλου) και υπολογίζεται ταυτόχρονα το ποσό διόρθωσης. Στη συνέχεια, με βάση την ομοιότητα μεταξύ του πραγματικού γραφήματος και του γραφήματος βαθμονόμησης, διορθώνεται σύμφωνα με το μοντέλο.

Η ακρίβεια της διόρθωσης του φαινομένου οπτικής εγγύτητας εξαρτάται από τους ακόλουθους παράγοντες: ακρίβεια μέτρησης δεδομένων πλάτους γραμμής πλακιδίων πυριτίου, ακρίβεια προσαρμογής μοντέλου και ορθολογικότητα και αξιοπιστία του αλγόριθμου διόρθωσης σχεδίου κυκλώματος του μοντέλου, όπως μέθοδος δειγματοληψίας (κατακερματισμός), πυκνότητα σημείου δειγματοληψίας Επιλέξτε, σωστό μέγεθος βήματος, κ.λπ. Για μοντέλα φωτοανθεκτικού, υπάρχουν γενικά απλά μοντέλα κατωφλίου, όπως η διάχυση Gauss (μοντέλο κατωφλίου με γκαουσιανή διάχυση) και τα μοντέλα μεταβλητής αντίστασης κατωφλίου. Ο πρώτος υποθέτει ότι το φωτοαντίσταση είναι ένας διακόπτης φωτός. Όταν η ένταση του φωτός φτάσει σε ένα ορισμένο όριο, ο ρυθμός διάλυσης του φωτοανθεκτικού στον προγραμματιστή αλλάζει ξαφνικά. Το τελευταίο οφείλεται στην απόκλιση του πρώτου από τα πειραματικά δεδομένα. Ο τελευταίος πιστεύει ότι το φωτοανθεκτικό είναι ένα πολύπλοκο σύστημα και το κατώφλι αντίδρασής του σχετίζεται με τη μέγιστη ένταση φωτός και τη διαβάθμιση της μέγιστης έντασης φωτός (που θα προκαλέσει κατευθυντική διάχυση του φωτοευαίσθητου παράγοντα) και μπορεί να είναι μια μη γραμμική σχέση. Και το τελευταίο μπορεί επίσης να περιγράψει ορισμένες αποκλίσεις στο πλάτος της γραμμής χάραξης σε πυκνά έως μεμονωμένα μοτίβα. Φυσικά, αυτού του είδους το μοντέλο δεν μπορεί να δείξει φυσικά τη φυσική εικόνα πολύ καθαρά. Σε γενικές γραμμές, η φυσική εικόνα του μοντέλου κατωφλίου συν τη διάχυση Gauss είναι πολύ σαφής και οι άνθρωποι τη χρησιμοποιούν περισσότερο, ειδικά στην ανάπτυξη διεργασιών και στη βελτιστοποίηση της διαδικασίας. Όσον αφορά τη διόρθωση του φαινομένου οπτικής εγγύτητας, καθώς είναι απαραίτητο να κατασκευαστεί ένα μοντέλο με ακρίβεια μερικών νανόμετρων σε πολύ σύντομο χρονικό διάστημα, η προσθήκη ορισμένων πρόσθετων παραμέτρων των οποίων η φυσική σημασία δεν μπορεί να εξηγηθεί με σαφήνεια είναι αναπόφευκτη και είναι επίσης ένα προσωρινό μέτρο.

Φυσικά, καθώς η διαδικασία φωτολιθογραφίας συνεχίζει να αναπτύσσεται, το μοντέλο διόρθωσης φαινομένου εγγύτητας φωτολιθογραφίας θα συνεχίσει να εξελίσσεται και να απορροφά παραμέτρους με φυσικές έννοιες. Για να αυξήσετε την ακρίβεια του μοντέλου, μπορείτε να επεκτείνετε την αντιπροσωπευτικότητα των γραφικών μέτρησης αυξάνοντας τον αριθμό των σημείων μέτρησης (όπως 3 έως 5 φορές), δηλαδή βελτιώνοντας τα γραφικά βαθμονόμησης (μετρητή), όπως φαίνεται στο σχήμα 7.32. Τα ίδια γραφικά σχεδίασης κυκλώματος είναι σε Συσχετίσεις και ομοιότητες σε γεωμετρικά σχήματα. Κατά τη διαδικασία προσαρμογής του μοντέλου, προσπαθήστε να χρησιμοποιήσετε φυσικές παραμέτρους και ανατροφοδοτήστε τα σφάλματα προσαρμογής στον μηχανικό λιθογραφίας για ανάλυση για την εξάλειψη πιθανών σφαλμάτων. Η διόρθωση του φαινομένου οπτικής εγγύτητας θα συζητηθεί σε βάθος σε άλλο κεφάλαιο.

(3) Βελτιστοποιήστε το πάχος του αντιανακλαστικού στρώματος.

Λόγω της διαφοράς στον δείκτη διάθλασης (τιμές n και k) μεταξύ του φωτοανθεκτικού και του υποστρώματος, μέρος του φωτός φωτισμού θα ανακλάται πίσω από τη διεπαφή μεταξύ του φωτοανθεκτικού και του υποστρώματος, προκαλώντας παρεμβολές στο προσπίπτον φως απεικόνισης. Όταν αυτή η παρεμβολή είναι σοβαρή, μπορεί να προκαλέσει ακόμη και ένα φαινόμενο στάσιμου κύματος, όπως φαίνεται στο Σχήμα 7.33 (γ). Το σχήμα 7.33 (γ) δείχνει τη διατομή του φωτοανθεκτικού i-line 365nm ή 248nm. Επειδή η απόσταση μεταξύ των κορυφών στο στάσιμο κύμα είναι το μισό μήκος κύματος και ο δείκτης διάθλασης n του φωτοανθεκτικού είναι γενικά περίπου 1,6 έως 1,7, σύμφωνα με τον αριθμό των κορυφών (~10), μπορεί να συναχθεί ότι το πάχος του φωτοανθεκτικού είναι περίπου 0,7 έως 1,2 μm. Το πάχος του φωτοανθεκτικού 193nm είναι συνήθως μικρότερο από 300nm. Για την εξάλειψη του ανακλώμενου φωτός στο κάτω μέρος του φωτοανθεκτικού, χρησιμοποιείται γενικά μια αντιανακλαστική επίστρωση πυθμένα (BARC), όπως φαίνεται στο Σχήμα 7.34 (α). Στο Σχήμα 7.34 (α), προστίθεται μια διεπαφή μετά την προσθήκη του κάτω αντιανακλαστικού στρώματος. Η φάση του ανακλώμενου φωτός μεταξύ του αντιανακλαστικού στρώματος και του υποστρώματος μπορεί να ρυθμιστεί ρυθμίζοντας το πάχος του αντιανακλαστικού στρώματος για να αντισταθμίσει το ανακλώμενο φως μεταξύ του φωτοανθεκτικού και του αντιανακλαστικού στρώματος, εξαλείφοντας έτσι το ανακλώμενο φως στο κάτω μέρος του φωτοαντίστατου. Για το αντιανακλαστικό στρώμα, εάν πρόκειται να επιτευχθεί αυστηρή αντιανακλαστική σε πάχος περίπου 1/4 μήκους κύματος, ο δείκτης διάθλασης n του αντιανακλαστικού στρώματος πρέπει να ρυθμιστεί με ακρίβεια έτσι ώστε να είναι μεταξύ n_{Υπόστρωμα}και ν_{Φωτοανθεκτικό}του υποστρώματος, δηλαδή,

(4) Βελτιστοποιήστε το πάχος και την καμπύλη αιώρησης του φωτοανθεκτικού

Ακόμη και με το κάτω αντιανακλαστικό στρώμα, θα εξακολουθεί να υπάρχει μια ορισμένη ποσότητα υπολειπόμενου φωτός που ανακλάται από το κάτω μέρος του φωτοανθεκτικού. Αυτό το τμήμα του φωτός θα παρεμβαίνει στο ανακλώμενο φως από το πάνω μέρος του φωτοανθεκτικού, όπως φαίνεται στο Σχήμα 7.35 (α) και στο Σχήμα 7.35 (β). Καθώς αλλάζει το πάχος του φωτοανθεκτικού, η φάση του "ανακλώμενου φωτός 0" και του "ανακλώμενου φωτός 1" αλλάζει περιοδικά, προκαλώντας έτσι παρεμβολές. Η ανακατανομή της ενέργειας μέσω παρεμβολής θα κάνει την ενέργεια που εισέρχεται στο φωτοανθεκτικό να αλλάζει περιοδικά καθώς αλλάζει το πάχος του φωτοανθεκτικού, έτσι το πλάτος της γραμμής θα αλλάζει περιοδικά καθώς αλλάζει το πάχος του φωτοανθεκτικού, όπως φαίνεται στο Σχήμα 7.35 (β). Υπάρχουν γενικά διάφοροι τρόποι επίλυσης του προβλήματος της διακύμανσης του πλάτους γραμμής με το πάχος του φωτοανθεκτικού:

Βελτιστοποιήστε το πάχος και τον δείκτη διάθλασης του αντιανακλαστικού στρώματος (επιλέξτε ένα κατάλληλο αντιανακλαστικό στρώμα)
Επιλέξτε δύο αντιανακλαστικά στρώματα (γενικά ένα από αυτά είναι ένα ανόργανο αντιανακλαστικό στρώμα, όπως το οξυνιτρίδιο του πυριτίου SiON)
Προσθέστε μια επάνω αντιανακλαστική επίστρωση (Top ARC, TARC) για να αφαιρέσετε το ανακλώμενο φως στο επάνω μέρος του φωτοανθεκτικού
Ωστόσο, η προσθήκη ενός αντιανακλαστικού στρώματος θα κάνει τη διαδικασία πιο περίπλοκη και δαπανηρή. Όταν το παράθυρο διεργασίας εξακολουθεί να είναι αποδεκτό, επιλέγεται γενικά το πάχος με το μικρότερο πλάτος γραμμής. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι όταν το πάχος του φωτοανθεκτικού μετατοπίζεται, το πλάτος της γραμμής θα γίνει μεγαλύτερο, όχι μικρότερο, έτσι ώστε το παράθυρο διεργασίας να γίνει αισθητά μικρότερο.

2. Άλλες μέθοδοι για τη βελτίωση της ομοιομορφίας του πλάτους γραμμής
Βελτιώστε την ομοιομορφία του φωτισμού σχισμής, της εκτροπής, του εστιακού μήκους και του ελέγχου ισοπέδωσης, της ακρίβειας συγχρονισμού πλατφόρμας και της ακρίβειας ελέγχου θερμοκρασίας της μηχανής λιθογραφίας. βελτίωση της ομοιομορφίας του πλάτους της γραμμής μάσκας. βελτιώστε το υπόστρωμα και μειώστε την επίδραση του υποστρώματος στη λιθογραφία (συμπεριλαμβανομένης της αύξησης του βάθους εστίασης και της βελτίωσης του αντιανακλαστικού στρώματος). Μεταξύ αυτών, η Ενότητα 4.2 ανέφερε ότι η αύξηση της ομοιομορφίας του σχεδίου σχεδίασης συμβάλλει στη βελτίωση της ακρίβειας της ισοπέδωσης και στην πραγματικότητα στην αύξηση του βάθους εστίασης. Η τραχύτητα των άκρων του σχεδίου προκαλείται γενικά από τους ακόλουθους παράγοντες:

(1) Η εγγενής τραχύτητα του φωτοανθεκτικού: Σχετίζεται με το μοριακό βάρος του φωτοανθεκτικού, την κατανομή μεγέθους του μοριακού βάρους και τη συγκέντρωση της γεννήτριας φωτοξέος (PAG).

(2) Η αντίθεση του ρυθμού διάλυσης ανάπτυξης φωτοανθεκτικού με την αύξηση της έντασης φωτός: Όσο πιο απότομη είναι η αλλαγή του ρυθμού διάλυσης με την ένταση φωτός κοντά στην ενέργεια κατωφλίου, τόσο μικρότερη είναι η τραχύτητα που προκαλείται από τη μερική ανάπτυξη.

(3) Ευαισθησία φωτοανθεκτικού: Όσο λιγότερο το φωτοανθεκτικό στηρίζεται στο ψήσιμο μετά την έκθεση (PEB), τόσο μεγαλύτερη είναι πιθανό να είναι η τραχύτητα του πλάτους της γραμμής. Το ψήσιμο μετά την έκθεση μπορεί να αφαιρέσει κάποια ανομοιομορφία.

(4) Αντίθεση ή ενεργειακό περιθώριο της φωτολιθογραφικής εικόνας: Όσο μεγαλύτερη είναι η αντίθεση, τόσο στενότερη είναι η περιοχή όπου αναπτύσσεται η άκρη του σχεδίου και τόσο μικρότερη είναι η τραχύτητα. Εκφράζεται γενικά από τη σχέση μεταξύ της τραχύτητας του πλάτους γραμμής και της κλίσης καταγραφής εικόνας (ILS).

Για χημικά ενισχυμένα φωτοανθεκτικά, κάθε μόριο φωτοξέος που δημιουργείται από τη φωτοχημική αντίδραση θα υποβληθεί σε καταλυτική αντίδραση αποπροστασίας εντός ενός εύρους μήκους διάχυσης με το σημείο παραγωγής ως κέντρο του κύκλου και την ακτίνα ως ακτίνα. Σε γενικές γραμμές, για φωτοανθεκτικά 193 nm, το μήκος διάχυσης κυμαίνεται από 5 έως 30 nm. Όσο μεγαλύτερο είναι το μήκος διάχυσης, τόσο καλύτερη είναι η τραχύτητα του σχεδίου όταν η αντίθεση της εικόνας παραμένει αμετάβλητη. Ωστόσο, κοντά στο όριο ανάλυσης, όπως κοντά στο μισό βήμα των 45 nm, μια αύξηση του μήκους διάχυσης θα οδηγήσει σε μείωση της αντίθεσης της χωρικής εικόνας και μια μείωση στην αντίθεση χωρικής εικόνας θα οδηγήσει επίσης σε αύξηση της τραχύτητας του σχεδίου.

Ο ρυθμός διάλυσης του φωτοανθεκτικού γενικά αλλάζει από ένα πολύ χαμηλό επίπεδο σε ένα πολύ υψηλό επίπεδο με τρόπο που μοιάζει με βήμα καθώς αλλάζει η ένταση του φωτός. Εάν αυτή η αλλαγή που μοιάζει με βήμα είναι πιο απότομη, η λεγόμενη περιοχή "μερικής ανάπτυξης", δηλαδή η περιοχή μετάβασης στο μέσο της αλλαγής βήματος, θα μειωθεί, μειώνοντας έτσι την τραχύτητα του σχεδίου. Φυσικά, η υπερβολική αντίθεση διάλυσης θα επηρεάσει επίσης το βάθος εστίασης. Για ορισμένα φωτοανθεκτικά 248 nm και 365 nm, μια ελαφρώς μικρότερη αντίθεση ανάπτυξης μπορεί να επεκτείνει το βάθος της εστίασης σε κάποιο βαθμό, όπως φαίνεται στην Εικόνα 7.36.

Όσο υψηλότερη είναι η ευαισθησία του φωτοανθεκτικού, τόσο μικρότερο είναι το μήκος διάχυσης του φωτοξέος (τόσο υψηλότερη είναι η πιστότητα της αεροφωτογραφίας και τόσο μεγαλύτερη είναι η ανάλυση), επειδή τέτοια φωτοανθεκτικά εξαρτώνται γενικά λιγότερο από το ψήσιμο μετά την έκθεση, το οποίο μπορεί να οδηγήσει σε κάποιο βαθμό της τραχύτητας του σχεδίου. Ωστόσο, εάν η συγκέντρωση της γεννήτριας φωτοξέος αυξηθεί ταυτόχρονα, αυτή η κατάσταση μπορεί να βελτιωθεί. Η βελτίωση της αντίθεσης της εικόνας φωτοανθεκτικού μπορεί να μειώσει την τραχύτητα του μοτίβου, όπως φαίνεται στην Εικόνα 7.37.

Η στρογγυλότητα των οπών επαφής και των αυλακώσεων είναι παρόμοια με την τραχύτητα του σχεδίου. Σχετίζεται επίσης με τη διάχυση του φωτοξέος, τη συγκέντρωση φωτοξέος, την αντίθεση της χωρικής εικόνας και την αντίθεση της ανάπτυξης φωτοανθεκτικού. Δεν θα τα συζητήσουμε ένα προς ένα εδώ.

Μορφολογία φωτοανθεκτικού

Οι ανωμαλίες στη μορφολογία του φωτοανθεκτικού περιλαμβάνουν τη γωνία κλίσης του πλευρικού τοιχώματος, το στάσιμο κύμα, την απώλεια πάχους, το κάτω πέλμα, την κάτω τομή, το T-top, την επάνω στρογγυλοποίηση, την τραχύτητα πλάτους γραμμής, την αναλογία διαστάσεων/μοτίβο απόρριψης, το υπόλειμμα πυθμένα κ.λπ. Θα τα συζητήσουμε ένα προς ένα , όπως φαίνεται στην Εικόνα 7.38.

Γωνία πλευρικού τοιχώματος: Αυτό συμβαίνει γενικά επειδή το φως που εισέρχεται στο κάτω μέρος του φωτοανθεκτικού είναι ασθενέστερο από το φως στο επάνω μέρος (λόγω της απορρόφησης του φωτός από το φωτοανθεκτικό). Η λύση είναι γενικά η μείωση της απορρόφησης του φωτός από το φωτοανθεκτικό ενώ αυξάνεται η ευαισθησία του φωτοανθεκτικού στο φως. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί με την αύξηση της προσθήκης φωτοευαίσθητων συστατικών και την αύξηση της καταλυτικής επίδρασης των φωτοξέων στην αντίδραση αποπροστασίας (αντίδραση διάχυσης-κατάλυσης). Η γωνία του πλευρικού τοιχώματος θα έχει κάποιο αντίκτυπο στη χάραξη και σε σοβαρές περιπτώσεις, η γωνία του πλευρικού τοιχώματος θα μεταφερθεί στο χαραγμένο υλικό υποστρώματος.

Standing wave: Το φαινόμενο στάσιμου κύματος μπορεί να λυθεί αποτελεσματικά με την προσθήκη ενός αντιανακλαστικού στρώματος και την κατάλληλη αύξηση της διάχυσης του φωτοευαισθητοποιητή (όπως αυξάνοντας τη θερμοκρασία ή το χρόνο μετά το ψήσιμο για να αυξηθεί η διάχυση των φωτοξέων).

Απώλεια πάχους: Εφόσον το πάνω μέρος του φωτοανθεκτικού λαμβάνει το ισχυρότερο φως και το πάνω μέρος εκτίθεται στον περισσότερο προγραμματιστή, το πάχος του φωτοανθεκτικού θα χαθεί σε κάποιο βαθμό μετά την ολοκλήρωση της ανάπτυξης.

Πέλμα: Το κάτω πέλμα προκαλείται γενικά από την ανισορροπία οξέος-βάσης μεταξύ του φωτοανθεκτικού και του υποστρώματος (όπως το κάτω αντιανακλαστικό στρώμα). Εάν το υπόστρωμα είναι σχετικά αλκαλικό ή υδρόφιλο, το φωτοξύ θα εξουδετερωθεί ή θα απορροφηθεί στο υπόστρωμα, με αποτέλεσμα να διακυβευτεί η αντίδραση αποπροστασίας στον πυθμένα του φωτοανθεκτικού. Η λύση σε αυτό το πρόβλημα είναι γενικά η αύξηση της οξύτητας του υποστρώματος, η αύξηση της θερμοκρασίας ψησίματος πριν από την έκθεση του φωτοανθεκτικού και του αντιανακλαστικού στρώματος, έτσι ώστε να περιοριστεί η διάχυση του φωτοξέος στο φωτοανθεκτικό και μέσα στο υπόστρωμα. Ωστόσο, ο περιορισμός της διάχυσης θα επηρεάσει και άλλες ιδιότητες, όπως την τραχύτητα του σχεδίου, το βάθος εστίασης κ.λπ.

Undercut: Σε αντίθεση με την κάτω βάση, η υποκοπή οφείλεται στην υψηλότερη οξύτητα στο κάτω μέρος του φωτοανθεκτικού και η αντίδραση αποπροστασίας στο κάτω μέρος είναι υψηλότερη από αυτή σε άλλα σημεία. Η λύση είναι ακριβώς το αντίθετο από τα παραπάνω.

T-topping: Το T-topping προκαλείται από τα αλκαλικά (βάση) συστατικά του αέρα στο εργοστάσιο, όπως αμμωνία, αμμωνία (αμμωνία) και οργανικές ενώσεις αμίνης (αμίνη), τα οποία διεισδύουν στην κορυφή του φωτοανθεκτικού και εξουδετερώνουν μέρος του φωτοξέος, με αποτέλεσμα μεγαλύτερο τοπικό πλάτος γραμμής στην κορυφή, και σε σοβαρές περιπτώσεις, θα προκαλέσει πρόσφυση γραμμής. Η λύση είναι να ελέγχετε αυστηρά την περιεκτικότητα σε αλκάλια του αέρα στην περιοχή της φωτολιθογραφίας, συνήθως λιγότερο από 20 ppb (μέρη ανά δισεκατομμύριο), και να προσπαθήσετε να συντομεύσετε το χρόνο από την έκθεση έως την καθυστέρηση μετά την έκθεση.

Κορυφαία στρογγυλοποίηση: Γενικά, η ένταση φωτός που ακτινοβολείται στην κορυφή του φωτοανθεκτικού είναι σχετικά μεγάλη. Όταν η αντίθεση ανάπτυξης του φωτοανθεκτικού δεν είναι πολύ υψηλή, αυτό το μέρος του αυξημένου φωτός θα οδηγήσει σε αυξημένο ρυθμό διάλυσης, προκαλώντας έτσι στρογγυλοποίηση της κορυφής.

Τραχύτητα πλάτους γραμμής: Η τραχύτητα πλάτους γραμμής έχει συζητηθεί στο παρελθόν.

Λόγος διαστάσεων/σύμπτυξη σχεδίου: Η αναλογία διαστάσεων συζητείται επειδή κατά τη διάρκεια της διαδικασίας ανάπτυξης, ο παράγοντας ανάπτυξης, το απιονισμένο νερό κ.λπ. θα δημιουργήσουν πλευρική τάση που σχηματίζεται από επιφανειακή τάση στο σχέδιο φωτοανθεκτικού μετά την ανάπτυξη, όπως φαίνεται στο Σχήμα 7.39. Για πυκνά μοτίβα, αφού η ένταση και στις δύο πλευρές είναι περίπου η ίδια, το πρόβλημα δεν είναι πολύ μεγάλο. Ωστόσο, για το μοτίβο στην άκρη του πυκνού σχεδίου, εάν ο λόγος διαστάσεων είναι μεγάλος, θα υπόκειται σε μονόπλευρη τάση. Σε συνδυασμό με τη διαταραχή της περιστροφής υψηλής ταχύτητας κατά τη διαδικασία ανάπτυξης, το σχέδιο μπορεί να καταρρεύσει. Τα πειράματα δείχνουν ότι μια αναλογία ύψους προς πλάτος πάνω από 3:1 είναι γενικά πιο επικίνδυνη.

Scumming: Ο λόγος για το ξεφλούδισμα είναι γενικά ότι το φωτοανθεκτικό κάτω μέρος δεν απορροφά αρκετό φως, με αποτέλεσμα τη μερική ανάπτυξη. Προκειμένου να βελτιωθεί η ανάλυση του φωτοανθεκτικού, το μήκος διάχυσης του φωτοξέος πρέπει να ελαχιστοποιηθεί και η ομοιομορφία χωρικής ανάπτυξης που προκαλείται από τη διάχυση του φωτοξέος μειώνεται. Με αυτόν τον τρόπο αυξάνεται η τραχύτητα του χώρου. Το ξεφλούδισμα του κάτω μέρους μπορεί γενικά να μειωθεί βελτιστοποιώντας τις συνθήκες φωτισμού, την προκατάληψη του πλάτους της γραμμής μάσκας και τη θερμοκρασία και το χρόνο ψησίματος για τη βελτίωση της αντίθεσης της χωρικής εικόνας και την αύξηση της έκθεσης ανά μονάδα επιφάνειας.

Ακρίβεια ευθυγράμμισης και επικάλυψης

Η στοίχιση αναφέρεται στην εγγραφή μεταξύ των επιπέδων. Σε γενικές γραμμές, η ακρίβεια επικάλυψης μεταξύ των στρωμάτων πρέπει να είναι περίπου 25%~30% του κρίσιμου μεγέθους (ελάχιστο μέγεθος) της γκοφρέτας πυριτίου. Εδώ θα συζητήσουμε τις ακόλουθες πτυχές: διαδικασία επικάλυψης, παράμετροι και εξισώσεις επικάλυψης, σημάδια επικάλυψης, εξοπλισμός και τεχνικά ζητήματα που σχετίζονται με την επικάλυψη και διεργασίες που επηρεάζουν την ακρίβεια επικάλυψης.
Η διαδικασία επικάλυψης χωρίζεται σε παραγωγή σημάδι ευθυγράμμισης πρώτου στρώματος (ή μπροστινού στρώματος), ευθυγράμμιση, λύση ευθυγράμμισης, αντιστάθμιση μηχανής φωτολιθογραφίας, έκθεση, μέτρηση ακρίβειας επικάλυψης μετά την έκθεση και υπολογισμό του επόμενου γύρου αντιστάθμισης ευθυγράμμισης, όπως φαίνεται στο Σχήμα 7.40 . Ο σκοπός της επικάλυψης είναι να μεγιστοποιήσει την επικάλυψη των συντεταγμένων στη γκοφρέτα πυριτίου με την πλατφόρμα πλακιδίων πυριτίου (δηλαδή τις συντεταγμένες της μηχανής φωτολιθογραφίας). Για το γραμμικό μέρος, υπάρχουν τέσσερις παράμετροι: μετάφραση (Τ_x, T_y), γύρω από τον κατακόρυφο άξονα (Z), την περιστροφή (R) και τη μεγέθυνση (M). Η ακόλουθη σχέση μπορεί να δημιουργηθεί μεταξύ του συστήματος συντεταγμένων πλακιδίων πυριτίου (Χ_w, Y_w) και το σύστημα συντεταγμένων της μηχανής φωτολιθογραφίας (Χ_M, Y_M):

X_M=T_X+M[X_{W cos}(R)-Y_{W αμαρτία} (R)]