एक सिंहावलोकन
एकीकृत सर्किट निर्माण प्रक्रिया में, फोटोलिथोग्राफी मुख्य प्रक्रिया है जो एकीकृत सर्किट के एकीकरण स्तर को निर्धारित करती है। इस प्रक्रिया का कार्य सर्किट ग्राफिक जानकारी को मास्क (जिसे मास्क भी कहा जाता है) से सेमीकंडक्टर सामग्री सब्सट्रेट तक ईमानदारी से प्रसारित और स्थानांतरित करना है।
फोटोलिथोग्राफी प्रक्रिया का मूल सिद्धांत मास्क पर सर्किट पैटर्न को रिकॉर्ड करने के लिए सब्सट्रेट की सतह पर लेपित फोटोरेसिस्ट की फोटोकैमिकल प्रतिक्रिया का उपयोग करना है, जिससे एकीकृत सर्किट पैटर्न को डिजाइन से सब्सट्रेट में स्थानांतरित करने का उद्देश्य प्राप्त होता है।
फोटोलिथोग्राफी की मूल प्रक्रिया:
सबसे पहले, एक कोटिंग मशीन का उपयोग करके सब्सट्रेट सतह पर फोटोरेसिस्ट लगाया जाता है;
फिर, एक फोटोलिथोग्राफी मशीन का उपयोग फोटोरेसिस्ट के साथ लेपित सब्सट्रेट को उजागर करने के लिए किया जाता है, और फोटोकैमिकल प्रतिक्रिया तंत्र का उपयोग फोटोलिथोग्राफी मशीन द्वारा प्रेषित मास्क पैटर्न की जानकारी को रिकॉर्ड करने के लिए किया जाता है, जो सब्सट्रेट में मास्क पैटर्न की निष्ठा संचरण, स्थानांतरण और प्रतिकृति को पूरा करता है;
अंत में, एक्सपोज़र के बाद फोटोकैमिकल प्रतिक्रिया से गुजरने वाले फोटोरेसिस्ट को हटाने (या बनाए रखने) के लिए उजागर सब्सट्रेट को विकसित करने के लिए एक डेवलपर का उपयोग किया जाता है।
दूसरी फोटोलिथोग्राफी प्रक्रिया
मास्क पर डिज़ाइन किए गए सर्किट पैटर्न को सिलिकॉन वेफर में स्थानांतरित करने के लिए, स्थानांतरण को पहले एक एक्सपोज़र प्रक्रिया के माध्यम से प्राप्त किया जाना चाहिए, और फिर सिलिकॉन पैटर्न को एक नक़्क़ाशी प्रक्रिया के माध्यम से प्राप्त किया जाना चाहिए।
चूंकि फोटोलिथोग्राफी प्रक्रिया क्षेत्र की रोशनी एक पीले प्रकाश स्रोत का उपयोग करती है जिसके प्रति प्रकाश संवेदनशील सामग्री असंवेदनशील होती है, इसलिए इसे पीला प्रकाश क्षेत्र भी कहा जाता है।
फोटोलिथोग्राफी का उपयोग पहली बार मुद्रण उद्योग में किया गया था और प्रारंभिक पीसीबी निर्माण के लिए यह मुख्य तकनीक थी। 1950 के दशक से, फोटोलिथोग्राफी धीरे-धीरे आईसी विनिर्माण में पैटर्न स्थानांतरण के लिए मुख्यधारा की तकनीक बन गई है।
लिथोग्राफी प्रक्रिया के प्रमुख संकेतकों में रिज़ॉल्यूशन, संवेदनशीलता, ओवरले सटीकता, दोष दर आदि शामिल हैं।
फोटोलिथोग्राफी प्रक्रिया में सबसे महत्वपूर्ण सामग्री फोटोरेसिस्ट है, जो एक प्रकाश संवेदनशील सामग्री है। चूंकि फोटोरेसिस्ट की संवेदनशीलता प्रकाश स्रोत की तरंग दैर्ध्य पर निर्भर करती है, इसलिए फोटोलिथोग्राफी प्रक्रियाओं के लिए विभिन्न फोटोरेसिस्ट सामग्रियों की आवश्यकता होती है जैसे कि जी/आई लाइन, 248एनएम केआरएफ, और 193एनएम एआरएफ।
एक विशिष्ट फोटोलिथोग्राफी प्रक्रिया की मुख्य प्रक्रिया में पाँच चरण शामिल होते हैं:
-बेस फिल्म की तैयारी;
-फोटोरेसिस्ट और सॉफ्ट बेक लगाएं;
-संरेखण, एक्सपोज़र और पोस्ट-एक्सपोज़र बेकिंग;
-हार्ड फिल्म विकसित करें;
-विकास का पता लगाना।
(1)बेस फिल्म की तैयारी: मुख्य रूप से सफाई और निर्जलीकरण। क्योंकि कोई भी संदूषक फोटोरेसिस्ट और वेफर के बीच आसंजन को कमजोर कर देगा, पूरी तरह से सफाई से वेफर और फोटोरेसिस्ट के बीच आसंजन में सुधार हो सकता है।
(2)फोटोरेज़िस्ट कोटिंग: यह सिलिकॉन वेफर को घुमाकर प्राप्त किया जाता है। अलग-अलग फोटोरेसिस्ट को रोटेशन की गति, फोटोरेसिस्ट की मोटाई और तापमान सहित अलग-अलग कोटिंग प्रक्रिया मापदंडों की आवश्यकता होती है।
नरम बेकिंग: बेकिंग फोटोरेसिस्ट और सिलिकॉन वेफर के बीच आसंजन में सुधार कर सकती है, साथ ही फोटोरेसिस्ट मोटाई की एकरूपता में भी सुधार कर सकती है, जो बाद की नक़्क़ाशी प्रक्रिया के ज्यामितीय आयामों के सटीक नियंत्रण के लिए फायदेमंद है।
(3)संरेखण और एक्सपोज़र: फोटोलिथोग्राफी प्रक्रिया में संरेखण और एक्सपोज़र सबसे महत्वपूर्ण चरण हैं। वे वेफर (या सामने की परत पैटर्न) पर मौजूदा पैटर्न के साथ मुखौटा पैटर्न को संरेखित करने और फिर इसे विशिष्ट प्रकाश के साथ विकिरणित करने का उल्लेख करते हैं। प्रकाश ऊर्जा फोटोरेसिस्ट में प्रकाश संवेदनशील घटकों को सक्रिय करती है, जिससे मास्क पैटर्न को फोटोरेसिस्ट में स्थानांतरित किया जाता है।
संरेखण और एक्सपोज़र के लिए उपयोग किया जाने वाला उपकरण एक फोटोलिथोग्राफी मशीन है, जो संपूर्ण एकीकृत सर्किट निर्माण प्रक्रिया में प्रक्रिया उपकरण का सबसे महंगा एकल टुकड़ा है। फोटोलिथोग्राफी मशीन का तकनीकी स्तर संपूर्ण उत्पादन लाइन की उन्नति के स्तर का प्रतिनिधित्व करता है।
पोस्ट-एक्सपोज़र बेकिंग: एक्सपोज़र के बाद एक छोटी बेकिंग प्रक्रिया को संदर्भित करता है, जिसका गहरे पराबैंगनी फोटोरेसिस्ट और पारंपरिक आई-लाइन फोटोरेसिस्ट की तुलना में एक अलग प्रभाव होता है।
गहरे पराबैंगनी फोटोरेसिस्ट के लिए, एक्सपोज़र के बाद बेकिंग फोटोरेसिस्ट में सुरक्षात्मक घटकों को हटा देती है, जिससे फोटोरेसिस्ट डेवलपर में घुल जाता है, इसलिए एक्सपोज़र के बाद बेकिंग आवश्यक है;
पारंपरिक आई-लाइन फोटोरेसिस्ट के लिए, एक्सपोज़र के बाद बेकिंग फोटोरेसिस्ट के आसंजन में सुधार कर सकती है और खड़ी तरंगों को कम कर सकती है (खड़ी तरंगों का फोटोरेसिस्ट के किनारे की आकृति विज्ञान पर प्रतिकूल प्रभाव पड़ेगा)।
(4)कठिन फिल्म का विकास करना: एक्सपोज़र के बाद फोटोरेसिस्ट (सकारात्मक फोटोरेसिस्ट) के घुलनशील भाग को भंग करने के लिए डेवलपर का उपयोग करना, और फोटोरेसिस्ट पैटर्न के साथ मास्क पैटर्न को सटीक रूप से प्रदर्शित करना।
विकास प्रक्रिया के प्रमुख मापदंडों में विकास का तापमान और समय, डेवलपर की खुराक और एकाग्रता, सफाई आदि शामिल हैं। विकास में प्रासंगिक मापदंडों को समायोजित करके, फोटोरेसिस्ट के उजागर और अप्रकाशित भागों के बीच विघटन दर में अंतर को बढ़ाया जा सकता है, जिससे वांछित विकास प्रभाव प्राप्त करना।
हार्डनिंग को हार्डनिंग बेकिंग के रूप में भी जाना जाता है, जो विकसित फोटोरेसिस्ट में बचे हुए विलायक, डेवलपर, पानी और अन्य अनावश्यक अवशिष्ट घटकों को गर्म और वाष्पित करके हटाने की प्रक्रिया है, ताकि सिलिकॉन सब्सट्रेट के साथ फोटोरेसिस्ट के आसंजन में सुधार हो सके और फोटोरेसिस्ट का नक़्क़ाशी प्रतिरोध।
सख्त करने की प्रक्रिया का तापमान अलग-अलग फोटोरेसिस्ट और सख्त करने के तरीकों के आधार पर भिन्न होता है। आधार यह है कि फोटोरेसिस्ट पैटर्न विकृत नहीं होता है और फोटोरेसिस्ट को पर्याप्त कठोर बनाया जाना चाहिए।
(5)विकास निरीक्षण: यह विकास के बाद फोटोरेसिस्ट पैटर्न में दोषों की जांच करने के लिए है। आमतौर पर, छवि पहचान तकनीक का उपयोग विकास के बाद चिप पैटर्न को स्वचालित रूप से स्कैन करने और पूर्व-संग्रहीत दोष-मुक्त मानक पैटर्न के साथ तुलना करने के लिए किया जाता है। यदि कोई अंतर पाया जाता है तो उसे दोषपूर्ण माना जाता है।
यदि दोषों की संख्या एक निश्चित मूल्य से अधिक हो जाती है, तो सिलिकॉन वेफर को विकास परीक्षण में विफल माना जाता है और उचित होने पर इसे खत्म किया जा सकता है या फिर से काम किया जा सकता है।
एकीकृत सर्किट निर्माण प्रक्रिया में, अधिकांश प्रक्रियाएं अपरिवर्तनीय होती हैं, और फोटोलिथोग्राफी उन बहुत कम प्रक्रियाओं में से एक है जिन्हें फिर से काम में लाया जा सकता है।
तीन फोटोमास्क और फोटोरेसिस्ट सामग्री
3.1 फोटोमास्क
एक फोटोमास्क, जिसे फोटोलिथोग्राफी मास्क के रूप में भी जाना जाता है, एकीकृत सर्किट वेफर निर्माण की फोटोलिथोग्राफी प्रक्रिया में उपयोग किया जाने वाला एक मास्टर है।
फोटोमास्क निर्माण प्रक्रिया एकीकृत सर्किट डिजाइन इंजीनियरों द्वारा डिजाइन किए गए वेफर निर्माण के लिए आवश्यक मूल लेआउट डेटा को डेटा प्रारूप में परिवर्तित करना है जिसे लेजर पैटर्न जनरेटर या इलेक्ट्रॉन बीम एक्सपोजर उपकरण द्वारा मास्क डेटा प्रोसेसिंग के माध्यम से पहचाना जा सकता है, ताकि इसे उजागर किया जा सके। उपरोक्त उपकरण फोटोमास्क सब्सट्रेट सामग्री पर प्रकाश संवेदनशील सामग्री के साथ लेपित है; फिर इसे सब्सट्रेट सामग्री पर पैटर्न को ठीक करने के लिए विकास और नक़्क़ाशी जैसी प्रक्रियाओं की एक श्रृंखला के माध्यम से संसाधित किया जाता है; अंत में, मास्क उत्पाद बनाने के लिए इसका निरीक्षण, मरम्मत, सफाई और फिल्म-लेमिनेशन किया जाता है और उपयोग के लिए एकीकृत सर्किट निर्माता को दिया जाता है।
3.2 फोटोरेसिस्ट
फोटोरेसिस्ट, जिसे फोटोरेसिस्ट भी कहा जाता है, एक प्रकाश संवेदनशील सामग्री है। इसमें प्रकाश के प्रति संवेदनशील घटक प्रकाश के विकिरण के तहत रासायनिक परिवर्तनों से गुजरेंगे, जिससे विघटन दर में परिवर्तन होगा। इसका मुख्य कार्य मास्क पर पैटर्न को वेफर जैसे सब्सट्रेट पर स्थानांतरित करना है।
फोटोरेसिस्ट का कार्य सिद्धांत: सबसे पहले, फोटोरेसिस्ट को सब्सट्रेट पर लेपित किया जाता है और विलायक को हटाने के लिए पूर्व-बेक किया जाता है;
दूसरे, मास्क प्रकाश के संपर्क में आता है, जिससे उजागर हिस्से में प्रकाश संवेदनशील घटक रासायनिक प्रतिक्रिया से गुजरते हैं;
फिर, एक्सपोज़र के बाद बेक किया जाता है;
अंत में, विकास के माध्यम से फोटोरेसिस्ट को आंशिक रूप से भंग कर दिया जाता है (सकारात्मक फोटोरेसिस्ट के लिए, उजागर क्षेत्र को भंग कर दिया जाता है; नकारात्मक फोटोरेसिस्ट के लिए, अनएक्सपोज़्ड क्षेत्र को भंग कर दिया जाता है), जिससे मास्क से सब्सट्रेट तक एकीकृत सर्किट पैटर्न के हस्तांतरण का एहसास होता है।
फोटोरेसिस्ट के घटकों में मुख्य रूप से फिल्म बनाने वाले राल, फोटोसेंसिटिव घटक, ट्रेस एडिटिव्स और विलायक शामिल हैं।
उनमें से, फिल्म बनाने वाले राल का उपयोग यांत्रिक गुण और नक़्क़ाशी प्रतिरोध प्रदान करने के लिए किया जाता है; प्रकाश संवेदनशील घटक प्रकाश के तहत रासायनिक परिवर्तन से गुजरता है, जिससे विघटन दर में परिवर्तन होता है;
ट्रेस एडिटिव्स में रंग, चिपचिपाहट बढ़ाने वाले आदि शामिल हैं, जिनका उपयोग फोटोरेसिस्ट के प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए किया जाता है; सॉल्वैंट्स का उपयोग घटकों को घोलने और उन्हें समान रूप से मिलाने के लिए किया जाता है।
वर्तमान में व्यापक उपयोग में आने वाले फोटोरेसिस्ट को फोटोकैमिकल प्रतिक्रिया तंत्र के अनुसार पारंपरिक फोटोरेसिस्ट और रासायनिक रूप से प्रवर्धित फोटोरेसिस्ट में विभाजित किया जा सकता है, और इसे पराबैंगनी, गहरे पराबैंगनी, अत्यधिक पराबैंगनी, इलेक्ट्रॉन बीम, आयन बीम और एक्स-रे फोटोरेसिस्ट में भी विभाजित किया जा सकता है। प्रकाश संवेदनशीलता तरंगदैर्घ्य.
चार फोटोलिथोग्राफी उपकरण
फोटोलिथोग्राफी तकनीक संपर्क/प्रॉक्सिमिटी लिथोग्राफी, ऑप्टिकल प्रोजेक्शन लिथोग्राफी, स्टेप-एंड-रिपीट लिथोग्राफी, स्कैनिंग लिथोग्राफी, इमर्शन लिथोग्राफी और ईयूवी लिथोग्राफी की विकास प्रक्रिया से गुजरी है।
4.1 संपर्क/निकटता लिथोग्राफी मशीन
संपर्क लिथोग्राफी तकनीक 1960 के दशक में सामने आई और 1970 के दशक में इसका व्यापक रूप से उपयोग किया गया। यह छोटे पैमाने के एकीकृत सर्किट के युग में मुख्य लिथोग्राफी विधि थी और इसका उपयोग मुख्य रूप से 5μm से अधिक फीचर आकार वाले एकीकृत सर्किट का उत्पादन करने के लिए किया जाता था।
संपर्क/निकटता लिथोग्राफी मशीन में, वेफर को आमतौर पर मैन्युअल रूप से नियंत्रित क्षैतिज स्थिति और घूमने वाली वर्कटेबल पर रखा जाता है। ऑपरेटर मास्क और वेफर की स्थिति का एक साथ निरीक्षण करने के लिए एक अलग क्षेत्र माइक्रोस्कोप का उपयोग करता है, और मास्क और वेफर को संरेखित करने के लिए वर्कटेबल की स्थिति को मैन्युअल रूप से नियंत्रित करता है। वेफर और मास्क संरेखित होने के बाद, दोनों को एक साथ दबाया जाएगा ताकि मास्क वेफर की सतह पर फोटोरेसिस्ट के सीधे संपर्क में रहे।
माइक्रोस्कोप ऑब्जेक्टिव को हटाने के बाद, दबाए गए वेफर और मास्क को एक्सपोज़र के लिए एक्सपोज़र टेबल पर ले जाया जाता है। पारा लैंप द्वारा उत्सर्जित प्रकाश को एक लेंस के माध्यम से एकत्रित किया जाता है और मास्क के समानांतर किया जाता है। चूंकि मास्क वेफर पर फोटोरेसिस्ट परत के सीधे संपर्क में है, इसलिए एक्सपोज़र के बाद मास्क पैटर्न 1:1 के अनुपात में फोटोरेसिस्ट परत पर स्थानांतरित हो जाता है।
संपर्क लिथोग्राफी उपकरण सबसे सरल और सबसे किफायती ऑप्टिकल लिथोग्राफी उपकरण है, और उप-माइक्रोन फीचर आकार ग्राफिक्स का एक्सपोजर प्राप्त कर सकता है, इसलिए इसका उपयोग अभी भी छोटे-बैच उत्पाद निर्माण और प्रयोगशाला अनुसंधान में किया जाता है। बड़े पैमाने पर एकीकृत सर्किट उत्पादन में, मास्क और वेफर के बीच सीधे संपर्क के कारण होने वाली लिथोग्राफी लागत में वृद्धि से बचने के लिए निकटता लिथोग्राफी तकनीक पेश की गई थी।
1970 के दशक में छोटे पैमाने के एकीकृत सर्किट के युग और मध्यम पैमाने के एकीकृत सर्किट के शुरुआती युग के दौरान निकटता लिथोग्राफी का व्यापक रूप से उपयोग किया गया था। कॉन्टैक्ट लिथोग्राफी के विपरीत, प्रॉक्सिमिटी लिथोग्राफी में मास्क वेफर पर फोटोरेसिस्ट के सीधे संपर्क में नहीं होता है, लेकिन नाइट्रोजन से भरा एक गैप छोड़ दिया जाता है। मास्क नाइट्रोजन पर तैरता है, और मास्क और वेफर के बीच के अंतर का आकार नाइट्रोजन के दबाव से निर्धारित होता है।
चूंकि प्रॉक्सिमिटी लिथोग्राफी में वेफर और मास्क के बीच कोई सीधा संपर्क नहीं होता है, इसलिए लिथोग्राफी प्रक्रिया के दौरान आने वाले दोष कम हो जाते हैं, जिससे मास्क का नुकसान कम हो जाता है और वेफर उपज में सुधार होता है। निकटता लिथोग्राफी में, वेफर और मास्क के बीच का अंतर वेफर को फ्रेस्नेल विवर्तन क्षेत्र में रखता है। विवर्तन की उपस्थिति निकटता लिथोग्राफी उपकरण के रिज़ॉल्यूशन में और सुधार को सीमित करती है, इसलिए यह तकनीक मुख्य रूप से 3μm से ऊपर फीचर आकार वाले एकीकृत सर्किट के उत्पादन के लिए उपयुक्त है।
4.2 स्टेपर और रिपीटर
स्टेपर वेफर लिथोग्राफी के इतिहास में सबसे महत्वपूर्ण उपकरणों में से एक है, जिसने सब-माइक्रोन लिथोग्राफी प्रक्रिया को बड़े पैमाने पर उत्पादन में बढ़ावा दिया है। स्टेपर मास्क पर पैटर्न को वेफर में स्थानांतरित करने के लिए 22 मिमी × 22 मिमी के एक विशिष्ट स्थिर एक्सपोज़र फ़ील्ड और 5: 1 या 4: 1 के कमी अनुपात के साथ एक ऑप्टिकल प्रक्षेपण लेंस का उपयोग करता है।
स्टेप-एंड-रिपीट लिथोग्राफी मशीन आम तौर पर एक एक्सपोज़र सबसिस्टम, एक वर्कपीस स्टेज सबसिस्टम, एक मास्क स्टेज सबसिस्टम, एक फोकस/लेवलिंग सबसिस्टम, एक एलाइनमेंट सबसिस्टम, एक मेन फ्रेम सबसिस्टम, एक वेफर ट्रांसफर सबसिस्टम, एक मास्क ट्रांसफर सबसिस्टम से बनी होती है। , एक इलेक्ट्रॉनिक सबसिस्टम, और एक सॉफ्टवेयर सबसिस्टम।
स्टेप-एंड-रिपीट लिथोग्राफी मशीन की विशिष्ट कार्य प्रक्रिया इस प्रकार है:
सबसे पहले, फोटोरेसिस्ट से लेपित वेफर को वेफर ट्रांसफर सबसिस्टम का उपयोग करके वर्कपीस टेबल पर स्थानांतरित किया जाता है, और उजागर होने वाले मास्क को मास्क ट्रांसफर सबसिस्टम का उपयोग करके मास्क टेबल पर स्थानांतरित किया जाता है;
फिर, सिस्टम वर्कपीस चरण पर वेफर पर बहु-बिंदु ऊंचाई माप करने के लिए फ़ोकसिंग/लेवलिंग सबसिस्टम का उपयोग करता है ताकि उजागर होने वाली वेफर की सतह की ऊंचाई और झुकाव कोण जैसी जानकारी प्राप्त की जा सके, ताकि एक्सपोज़र क्षेत्र एक्सपोज़र प्रक्रिया के दौरान वेफर को हमेशा प्रक्षेपण उद्देश्य की फोकल गहराई के भीतर नियंत्रित किया जा सकता है;इसके बाद, सिस्टम मास्क और वेफर को संरेखित करने के लिए एलाइनमेंट सबसिस्टम का उपयोग करता है ताकि एक्सपोज़र प्रक्रिया के दौरान मास्क इमेज और वेफर पैटर्न ट्रांसफर की स्थिति सटीकता हमेशा ओवरले आवश्यकताओं के भीतर रहे।
अंत में, पैटर्न ट्रांसफर फ़ंक्शन को साकार करने के लिए संपूर्ण वेफर सतह की चरण-और-एक्सपोज़र क्रिया निर्धारित पथ के अनुसार पूरी की जाती है।
बाद की स्टेपर और स्कैनर लिथोग्राफी मशीन उपरोक्त बुनियादी कार्य प्रक्रिया पर आधारित है, जो स्टेपिंग → स्कैनिंग के लिए एक्सपोज़र → एक्सपोज़र, और फोकसिंग/लेवलिंग → एलाइनमेंट → माप (फोकस/लेवलिंग → एलाइनमेंट) और स्कैनिंग के लिए दोहरे चरण मॉडल पर एक्सपोज़र में सुधार करती है। समानांतर में एक्सपोज़र.
स्टेप-एंड-स्कैन लिथोग्राफी मशीन की तुलना में, स्टेप-एंड-रिपीट लिथोग्राफी मशीन को मास्क और वेफर की सिंक्रोनस रिवर्स स्कैनिंग प्राप्त करने की आवश्यकता नहीं होती है, और स्कैनिंग मास्क टेबल और सिंक्रोनस स्कैनिंग कंट्रोल सिस्टम की आवश्यकता नहीं होती है। इसलिए, संरचना अपेक्षाकृत सरल है, लागत अपेक्षाकृत कम है, और संचालन विश्वसनीय है।
आईसी तकनीक के 0.25μm में प्रवेश करने के बाद, एक्सपोज़र फ़ील्ड आकार और एक्सपोज़र एकरूपता को स्कैन करने में स्टेप-एंड-स्कैन लिथोग्राफी के फायदे के कारण स्टेप-एंड-रिपीट लिथोग्राफी के अनुप्रयोग में गिरावट शुरू हो गई। वर्तमान में, निकॉन द्वारा प्रदान की गई नवीनतम स्टेप-एंड-रिपीट लिथोग्राफी में स्टैटिक एक्सपोज़र फील्ड स्टेप-एंड-स्कैन लिथोग्राफी जितना बड़ा है, और अत्यधिक उच्च उत्पादन क्षमता के साथ प्रति घंटे 200 से अधिक वेफर्स को संसाधित कर सकता है। इस प्रकार की लिथोग्राफी मशीन का उपयोग वर्तमान में मुख्य रूप से गैर-महत्वपूर्ण आईसी परतों के निर्माण के लिए किया जाता है।
4.3 स्टेपर स्कैनर
स्टेप-एंड-स्कैन लिथोग्राफी का अनुप्रयोग 1990 के दशक में शुरू हुआ। विभिन्न एक्सपोज़र प्रकाश स्रोतों को कॉन्फ़िगर करके, स्टेप-एंड-स्कैन तकनीक 365nm, 248nm, 193nm विसर्जन से लेकर EUV लिथोग्राफी तक विभिन्न प्रक्रिया प्रौद्योगिकी नोड्स का समर्थन कर सकती है। स्टेप-एंड-रिपीट लिथोग्राफी के विपरीत, स्टेप-एंड-स्कैन लिथोग्राफी का एकल-क्षेत्र एक्सपोज़र गतिशील स्कैनिंग को अपनाता है, अर्थात, मास्क प्लेट वेफर के सापेक्ष स्कैनिंग आंदोलन को समकालिक रूप से पूरा करती है; वर्तमान फ़ील्ड एक्सपोज़र पूरा होने के बाद, वेफर को वर्कपीस चरण द्वारा ले जाया जाता है और अगली स्कैनिंग फ़ील्ड स्थिति में ले जाया जाता है, और बार-बार एक्सपोज़र जारी रहता है; चरण-और-स्कैन एक्सपोज़र को कई बार दोहराएं जब तक कि संपूर्ण वेफर के सभी फ़ील्ड उजागर न हो जाएं।
विभिन्न प्रकार के प्रकाश स्रोतों (जैसे कि आई-लाइन, केआरएफ, एआरएफ) को कॉन्फ़िगर करके, स्टेपर-स्कैनर सेमीकंडक्टर फ्रंट-एंड प्रक्रिया के लगभग सभी प्रौद्योगिकी नोड्स का समर्थन कर सकता है। विशिष्ट सिलिकॉन-आधारित CMOS प्रक्रियाओं ने 0.18μm नोड के बाद से बड़ी मात्रा में स्टेपर-स्कैनर को अपनाया है; वर्तमान में 7 एनएम से नीचे के प्रक्रिया नोड्स में उपयोग की जाने वाली चरम पराबैंगनी (ईयूवी) लिथोग्राफी मशीनें भी स्टेपर-स्कैनिंग का उपयोग करती हैं। आंशिक अनुकूली संशोधन के बाद, स्टेपर-स्कैनर कई गैर-सिलिकॉन-आधारित प्रक्रियाओं जैसे एमईएमएस, पावर डिवाइस और आरएफ डिवाइस के अनुसंधान और विकास और उत्पादन का भी समर्थन कर सकता है।
स्टेप-एंड-स्कैन प्रोजेक्शन लिथोग्राफी मशीनों के मुख्य निर्माताओं में एएसएमएल (नीदरलैंड), निकॉन (जापान), कैनन (जापान) और एसएमईई (चीन) शामिल हैं। एएसएमएल ने 2001 में स्टेप-एंड-स्कैन लिथोग्राफी मशीनों की ट्विनस्कैन श्रृंखला लॉन्च की। यह एक दोहरे चरण सिस्टम आर्किटेक्चर को अपनाता है, जो उपकरण की आउटपुट दर में प्रभावी ढंग से सुधार कर सकता है और यह सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल की जाने वाली हाई-एंड लिथोग्राफी मशीन बन गई है।
4.4 विसर्जन लिथोग्राफी
रेले सूत्र से यह देखा जा सकता है कि, जब एक्सपोज़र तरंग दैर्ध्य अपरिवर्तित रहता है, तो इमेजिंग रिज़ॉल्यूशन को और बेहतर बनाने का एक प्रभावी तरीका इमेजिंग सिस्टम के संख्यात्मक एपर्चर को बढ़ाना है। 45एनएम और उससे अधिक के इमेजिंग रिज़ॉल्यूशन के लिए, एआरएफ ड्राई एक्सपोज़र विधि अब आवश्यकताओं को पूरा नहीं कर सकती है (क्योंकि यह 65एनएम के अधिकतम इमेजिंग रिज़ॉल्यूशन का समर्थन करती है), इसलिए एक विसर्जन लिथोग्राफी विधि शुरू करना आवश्यक है। पारंपरिक लिथोग्राफी तकनीक में, लेंस और फोटोरेसिस्ट के बीच का माध्यम हवा है, जबकि विसर्जन लिथोग्राफी तकनीक वायु माध्यम को तरल (आमतौर पर 1.44 के अपवर्तक सूचकांक के साथ अल्ट्राप्योर पानी) से बदल देती है।
वास्तव में, विसर्जन लिथोग्राफी तकनीक रिज़ॉल्यूशन को बेहतर बनाने के लिए तरल माध्यम से प्रकाश गुजरने के बाद प्रकाश स्रोत की तरंग दैर्ध्य को छोटा करने का उपयोग करती है, और छोटा अनुपात तरल माध्यम का अपवर्तक सूचकांक है। यद्यपि विसर्जन लिथोग्राफी मशीन एक प्रकार की स्टेप-एंड-स्कैन लिथोग्राफी मशीन है, और इसका उपकरण सिस्टम समाधान नहीं बदला है, यह संबंधित प्रमुख प्रौद्योगिकियों की शुरूआत के कारण एआरएफ स्टेप-एंड-स्कैन लिथोग्राफी मशीन का एक संशोधन और विस्तार है। विसर्जन के लिए.
विसर्जन लिथोग्राफी का लाभ यह है कि, सिस्टम के संख्यात्मक एपर्चर में वृद्धि के कारण, स्टेपर-स्कैनर लिथोग्राफी मशीन की इमेजिंग रिज़ॉल्यूशन क्षमता में सुधार होता है, जो 45 एनएम से नीचे इमेजिंग रिज़ॉल्यूशन की प्रक्रिया आवश्यकताओं को पूरा कर सकता है।
चूंकि विसर्जन लिथोग्राफी मशीन अभी भी एआरएफ प्रकाश स्रोत का उपयोग करती है, इसलिए प्रक्रिया की निरंतरता की गारंटी है, जिससे प्रकाश स्रोत, उपकरण और प्रक्रिया की अनुसंधान एवं विकास लागत की बचत होती है। इस आधार पर, कई ग्राफिक्स और कम्प्यूटेशनल लिथोग्राफी तकनीक के साथ मिलकर, विसर्जन लिथोग्राफी मशीन का उपयोग 22nm और उससे नीचे के प्रक्रिया नोड्स पर किया जा सकता है। ईयूवी लिथोग्राफी मशीन को आधिकारिक तौर पर बड़े पैमाने पर उत्पादन में डालने से पहले, विसर्जन लिथोग्राफी मशीन का व्यापक रूप से उपयोग किया गया था और यह 7nm नोड की प्रक्रिया आवश्यकताओं को पूरा कर सकता था। हालाँकि, विसर्जन तरल की शुरूआत के कारण, उपकरण की इंजीनियरिंग कठिनाई में काफी वृद्धि हुई है।
इसकी प्रमुख प्रौद्योगिकियों में विसर्जन तरल आपूर्ति और पुनर्प्राप्ति प्रौद्योगिकी, विसर्जन तरल क्षेत्र रखरखाव प्रौद्योगिकी, विसर्जन लिथोग्राफी प्रदूषण और दोष नियंत्रण प्रौद्योगिकी, अल्ट्रा-बड़े संख्यात्मक एपर्चर विसर्जन प्रक्षेपण लेंस का विकास और रखरखाव, और विसर्जन स्थितियों के तहत इमेजिंग गुणवत्ता का पता लगाने वाली तकनीक शामिल है।
वर्तमान में, वाणिज्यिक ArFi स्टेप-एंड-स्कैन लिथोग्राफी मशीनें मुख्य रूप से दो कंपनियों द्वारा प्रदान की जाती हैं, अर्थात् नीदरलैंड की ASML और जापान की Nikon। इनमें एक ASML NXT1980 Di की कीमत करीब 80 मिलियन यूरो है।
4.4 चरम पराबैंगनी लिथोग्राफी मशीन
फोटोलिथोग्राफी के रिज़ॉल्यूशन को बेहतर बनाने के लिए, एक्साइमर प्रकाश स्रोत को अपनाने के बाद एक्सपोज़र तरंग दैर्ध्य को और छोटा कर दिया जाता है, और 10 से 14 एनएम की तरंग दैर्ध्य के साथ चरम पराबैंगनी प्रकाश को एक्सपोज़र प्रकाश स्रोत के रूप में पेश किया जाता है। अत्यधिक पराबैंगनी प्रकाश की तरंग दैर्ध्य बेहद कम होती है, और जिस परावर्तक ऑप्टिकल सिस्टम का उपयोग किया जा सकता है वह आमतौर पर Mo/Si या Mo/Be जैसे बहुपरत फिल्म रिफ्लेक्टर से बना होता है।
उनमें से, 13.0 से 13.5nm की तरंग दैर्ध्य रेंज में Mo/Si मल्टीलेयर फिल्म की सैद्धांतिक अधिकतम परावर्तनशीलता लगभग 70% है, और 11.1nm की छोटी तरंग दैर्ध्य पर Mo/Be मल्टीलेयर फिल्म की सैद्धांतिक अधिकतम परावर्तनशीलता लगभग 80% है। यद्यपि Mo/Be मल्टीलेयर फिल्म रिफ्लेक्टर की परावर्तनशीलता अधिक है, Be अत्यधिक विषैला है, इसलिए EUV लिथोग्राफी तकनीक विकसित करते समय ऐसी सामग्रियों पर शोध छोड़ दिया गया था।वर्तमान EUV लिथोग्राफी तकनीक Mo/Si मल्टीलेयर फिल्म का उपयोग करती है, और इसकी एक्सपोज़र तरंगदैर्ध्य भी 13.5nm निर्धारित की जाती है।
मुख्यधारा के चरम पराबैंगनी प्रकाश स्रोत लेजर-निर्मित प्लाज्मा (एलपीपी) तकनीक का उपयोग करते हैं, जो प्रकाश उत्सर्जित करने के लिए गर्म पिघले एसएन प्लाज्मा को उत्तेजित करने के लिए उच्च तीव्रता वाले लेजर का उपयोग करता है। लंबे समय से, प्रकाश स्रोत की शक्ति और उपलब्धता ईयूवी लिथोग्राफी मशीनों की दक्षता को सीमित करने वाली बाधाएं रही हैं। मास्टर ऑसिलेटर पावर एम्पलीफायर, प्रेडिक्टिव प्लाज्मा (पीपी) तकनीक और इन-सीटू कलेक्शन मिरर क्लीनिंग तकनीक के माध्यम से, ईयूवी प्रकाश स्रोतों की शक्ति और स्थिरता में काफी सुधार हुआ है।
ईयूवी लिथोग्राफी मशीन मुख्य रूप से प्रकाश स्रोत, प्रकाश व्यवस्था, ऑब्जेक्टिव लेंस, वर्कपीस स्टेज, मास्क स्टेज, वेफर एलाइनमेंट, फोकसिंग/लेवलिंग, मास्क ट्रांसमिशन, वेफर ट्रांसमिशन और वैक्यूम फ्रेम जैसे उपप्रणालियों से बनी है। मल्टी-लेयर लेपित रिफ्लेक्टर से बनी रोशनी प्रणाली से गुजरने के बाद, अत्यधिक पराबैंगनी प्रकाश परावर्तक मास्क पर विकिरणित होता है। मास्क द्वारा परावर्तित प्रकाश परावर्तकों की एक श्रृंखला से बने ऑप्टिकल कुल प्रतिबिंब इमेजिंग सिस्टम में प्रवेश करता है, और अंत में मास्क की परावर्तित छवि को वैक्यूम वातावरण में वेफर की सतह पर प्रक्षेपित किया जाता है।
ईयूवी लिथोग्राफी मशीन के दृश्य का एक्सपोज़र क्षेत्र और इमेजिंग क्षेत्र दोनों चाप के आकार के हैं, और आउटपुट दर में सुधार के लिए पूर्ण वेफर एक्सपोज़र प्राप्त करने के लिए चरण-दर-चरण स्कैनिंग विधि का उपयोग किया जाता है। ASML की सबसे उन्नत NXE श्रृंखला EUV लिथोग्राफी मशीन 13.5nm की तरंग दैर्ध्य के साथ एक एक्सपोज़र प्रकाश स्रोत, एक परावर्तक मास्क (6° तिरछी घटना), 6-दर्पण संरचना (NA=0.33) के साथ एक 4x कमी परावर्तक प्रक्षेपण उद्देश्य प्रणाली का उपयोग करती है। 26 मिमी × 33 मिमी का स्कैनिंग दृश्य क्षेत्र, और एक वैक्यूम एक्सपोज़र वातावरण।
विसर्जन लिथोग्राफी मशीनों की तुलना में, अत्यधिक पराबैंगनी प्रकाश स्रोतों का उपयोग करने वाली ईयूवी लिथोग्राफी मशीनों के एकल एक्सपोज़र रिज़ॉल्यूशन में काफी सुधार किया गया है, जो उच्च-रिज़ॉल्यूशन ग्राफिक्स बनाने के लिए एकाधिक फोटोलिथोग्राफी के लिए आवश्यक जटिल प्रक्रिया से प्रभावी ढंग से बच सकता है। वर्तमान में, 0.33 के संख्यात्मक एपर्चर के साथ एनएक्सई 3400बी लिथोग्राफी मशीन का एकल एक्सपोज़र रिज़ॉल्यूशन 13एनएम तक पहुंचता है, और आउटपुट दर 125 टुकड़े/घंटा तक पहुंच जाती है।
मूर के नियम के आगे विस्तार की जरूरतों को पूरा करने के लिए, भविष्य में, 0.5 के संख्यात्मक एपर्चर वाली ईयूवी लिथोग्राफी मशीनें 0.25 गुना/0.125 गुना के असममित आवर्धन का उपयोग करते हुए, केंद्रीय प्रकाश अवरोधन के साथ एक प्रक्षेपण उद्देश्य प्रणाली को अपनाएंगी, और दृश्य का स्कैनिंग एक्सपोज़र क्षेत्र 26m × 33 मिमी से घटकर 26 मिमी × 16.5 मिमी हो जाएगा, और एकल एक्सपोज़र रिज़ॉल्यूशन नीचे तक पहुंच सकता है 8nm.
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पोस्ट करने का समय: अगस्त-31-2024