Фотолитография с использованием света в качестве ножа
2024-10-08
цитирование
Появление и всякое развитие света есть великий прогресс для человеческого общества: первый настоящий (свет), появившийся на земле, принадлежит человеку, или, другими словами, огонь человеко-обезьяны не только принес «нам» светлые ночи, но и также дало «нашим» надежду на выживание; появление лампочки во время второй промышленной революции было признаком полного покорения человечеством ночи, рождение первого рубинового лазера 15 мая 1960 года значительно способствовало этому; Развитие физики: в 1993 году три основных цвета. Последний штрих синего светодиода был заполнен. Появление синего светодиода позволило реализовать энергосберегающее белое светодиодное освещение, которое принесло непосредственную пользу как минимум 1,5 миллиардам человек во всем мире. До сих пор технология фотолитографии, которая представляет собой самое передовое и интегрированное человечество в области оптики, по-прежнему остается важнейшей технологической силой, способствующей устойчивому прогрессу человеческого общества в области науки и техники.
Причина, по которой говорят, что технология фотолитографии стимулирует развитие науки и техники, заключается в том, что любой электронный продукт прямо или косвенно контролируется различными типами чипов, а производство чипов неотделимо от этой ключевой технологии. Оглядываясь назад на эволюцию компьютеров, мы видим удивительные изменения. Мы знаем, что первый компьютер человечества родился в Пенсильванском университете 14 февраля 1946 года. Он весил более 30 тонн и занимал площадь около 170 квадратных метров, однако по сравнению с сегодняшним полупроводниковым чипом он имеет размер. ноготь и содержит сотни миллионов транзисторов. Для сравнения, в этом компьютере всего 18 000 электронных ламп. Огромная разница является ярким отражением развития науки и техники, чему способствовала технология фотолитографии.
Именно благодаря этой ключевой технологии мы можем размещать сотни миллионов транзисторов на крошечных кремниевых пластинах. По сравнению с ранними компьютерами уровень интеграции увеличился в десятки миллионов или даже сотни миллионов раз. Более высокая интеграция означает не только уменьшение размера чипа, но также означает более высокую скорость вычислений, более высокую пропускную способность данных и значительное снижение энергопотребления. Именно изысканное применение технологии фотолитографии делает электронные продукты более эффективными и легкими и в то же время способствует новым прорывам в области науки и техники. Таким образом, с момента появления электронных ламп до сегодняшней революции полупроводниковых чипов технология литографии всегда была одним из незаменимых двигателей технологического развития.
Таким образом, это также горячая тема во всем мире. В мире всего несколько компаний, обладающих передовыми технологиями литографии, и только три компании, ASML, Nikon и Canon, будут занимать 98% рынка литографических машин в 2022 году. Таким образом, ASML обладает абсолютным лидерством в области технологий и оборудования. Наиболее известной из них является машина для литографии в крайнем ультрафиолете (EUV) от ASML: EUV-литография — это одна из технологий литографии, которая в настоящее время позволяет достичь наименьших производственных размеров. Длина волны источника света обычно составляет около 13,5 нанометров, но разрешение реального процесса не эквивалентно длине волны. Эта система может отражать и фокусировать EUV-свет на кремниевой пластине. более высокое разрешение, чем длина волны источника света. Меньший процесс.
Технология EUV-литографии
Самый острый «нож» в мире сейчас — EUV. Рисунок 1 — вид с воздуха на центр Шанхая, а рисунок 2 — рекламное изображение микросхем Intel, тщательно «вырезанных» «ножом» EUV. На кремниевом чипе размером с ноготь круг представляет собой изображение, увеличенное в 100 миллионов раз (от нанометра до метра). Вы можете видеть, что это эквивалентно супергороду, построенному на кремниевом чипе. Читатели могут заметить, что я поставил здесь двойные кавычки между словами «нож» и «гравировка», указывая на то, что это не нож в истинном смысле этого слова, а фотолитография на самом деле не является гравировкой на кремниевой пластине.
Эволюция технологии фотолитографии в производстве полупроводников является важной вехой в развитии науки и техники. Первоначально использовалась ультрафиолетовая литография, и размер процесса (УФ, 365 нм) был относительно большим. Позже технология глубокой ультрафиолетовой литографии (DUV, 248 нм и 193 нм) заменила традиционный метод и улучшила разрешение за счет более коротковолнового источника света. , достигая меньшего процесса производства чипов. Кроме того, технология экстремальной ультрафиолетовой литографии (EUV) использует длину волны около 13,5 нм, что позволяет преодолеть ограничение длины волны в традиционной литографии и способствует дальнейшему уменьшению размера чипа. Появление технологии мультиплексной литографии позволяет справиться со сложностью структур чипов, позволяя создавать более сложные конструкции с помощью нескольких этапов литографии и использования различных фотошаблонов. Кроме того, постоянное внедрение передовых материалов и технологий также способствовало прогрессу технологии фотолитографии, включая более совершенные фоторезисты, зеркальные технологии и т. д. Эти изменения в технологии литографии направлены на достижение более высокого разрешения и меньшего размера процесса, удовлетворение растущих потребностей в производительности и интеграции чипов, а также содействие постоянным инновациям и развитию полупроводниковой промышленности.
Основной этап фотолитографии на самом деле заключается в использовании источника света для травления фоторезиста, нанесенного на поверхность кремниевой пластины. Это связано с тем, что, хотя энергия крайнего ультрафиолета очень высока, он не способен выполнять тонкую резку на кремниевой пластине. .Плоские канавки. Источник света освещает фоторезист через фотомаску, протравливая фоторезист в соответствии с рисунком на фотомаске.
Рис. 3. Рекламный видеоролик о технологии производства полупроводников Zeiss - фотолитография и технология масок (a Источник облучения фокусируется на пластине, покрытой фоторезистом, через фотомаску. (b) После того, как свет облучает фоторезист (синяя часть), протравите ее. (c). Протравленная кремниевая пластина оставляет неэкспонированный фоторезист (синяя часть), а экспонированная и протравленная часть обнажает лежащую под ней кремниевую пластину (d через вертикально ориентированные частицы. Луч бомбардирует экспонированную поверхность кремния, образуя траншею; (e) Полная фотолитография после удаления; фоторезист, прикрепленный к поверхности кремния.
Фотошаблон представляет собой прозрачную стеклянную или кварцевую пластинку с рисунком, который воспроизводится на поверхности чипа. В процессе фотолитографии фотошаблон действует как шаблон, определяющий рисунок, который будет создан на кремниевой пластине. Фоторезист наносится на кремниевую пластину, а затем рисунок фотомаски проецируется на фоторезист для формирования желаемого рисунка. Затем этот рисунок переносится на поверхность кремниевой пластины, определяя расположение и форму компонентов схемы. Как показано на рисунке 3, этот рисунок освещается источником фотолитографического света на фоторезисте, а затем оптически передается на поверхность кремниевой пластины. Сначала на фоторезисте на поверхности кремния формируется крошечная структурная схема электронного компонента. вафля. Весь процесс показан на рисунке 3-a. Свет исходит сверху вниз и сначала проходит через фотомаску, а затем фокусируется на кремниевой пластине, покрытой фоторезистом (рис. 3-b), формируя таким образом предварительную структуру схемы на фотошаблоне. Фоторезист Как показано на рисунке 3-c, протравленная область обнажает кремниевую пластину под ней, поэтому для дальнейшей гравировки самой кремниевой пластины обычно используется бомбардировка лучом частиц, как показано на рисунке 3-d. Как показано на рисунке, оставшийся неэкспонированный фоторезист, который использовался для защиты областей, которые не нужно травить на этапе 3-d, окончательно смывается, и, наконец, структура схемы чипа на этапе 3-e. цифра получается.
Почему ЕСВ?
Упомянутый выше «процесс» на самом деле представляет собой самую узкую ширину, которую можно вырезать на кремниевой пластине. Проще говоря, нужно использовать нож, чтобы нарисовать канавку на кремниевой пластине, и ширина этой канавки — это максимальный диапазон, в котором работает этот нож. может достичь. Нетрудно видеть, что с улучшением интеграции с самого начала УФ до DUV до сих пор предельный диапазон EUV может достигать около 3 нм. По мере того, как в этом процессе разработки длина волны используемого источника света уменьшается. также постепенно снижается до сегодняшних 13,5 нм. Почему это происходит?
Это связано с существованием эффекта дифракции световых волн. На самом деле свет не обязательно распространяется прямолинейно. Он имеет свойства, подобные волнам. В масштабе до определенного уровня световые волны можно визуально представить как летящие ленты, как показано на рисунке 4-a, а форма ленты подобна изображению синусоидальной функции, как показано на рисунке 4-b. Поперечную длину периода синусоидальной функции можно сравнить с длиной волны световой волны. Когда размер объекта намного больше длины волны, свет распространяется по прямой линии, как мы обычно видим. В это время, когда свет сталкивается с таким объектом, как ладонь человека, он, очевидно, будет заблокирован и не сможет обойти ладонь и продолжить распространяться вперед Точно так же, как когда лента развевается вверх и вниз. приближается стена, тогда лента ударится о стену, и когда размер объекта приблизится к длине волны света, то он будет отличаться от того, что мы понимаем ежедневно. При этом он может продолжать распространяться вокруг препятствия. время, когда свет сталкивается с. Когда объект меньше его длины волны, он будет продолжать распространяться вокруг объекта, точно так же, как гимнаст размахивает лентой в руке вверх и вниз, когда он встречает летящий мяч для пинг-понга, а затем в. на этот раз лента может полностью огибать шарик для пинг-понга, это эффект дифракции световых волн.
Рисунок 4 (гимнастическая лента; (б изображение функции синуса)
Когда процесс постепенно сжимается, мы можем просто понять, что линии, нарисованные на фотомаске для блокировки светового рисунка, становятся тоньше. Это напрямую приведет к проблеме блокировки узором и неэкспонирования, как показано на рисунке 3-c. ширина оставшегося фоторезиста становится тоньше, то есть расстояние между каналами может быть уменьшено, и процесс становится меньше. И если эта минимальная ширина меньше длины волны конечного источника света, то есть ширина линий, нарисованных на фотомаске для блокировки светового рисунка, меньше длины волны, это приведет к тому, что световая волна будет обходить линии блокировки. рисунка и передержите свет внизу, этого делать нельзя. Следовательно, по мере сокращения производственного процесса, чтобы предотвратить возникновение дифракционных эффектов, необходимо одновременно уменьшить и длину волны источника света.
