เทคโนโลยีการเปิดเผยและการจัดตำแหน่ง

วัตถุประสงค์หลักของกระบวนการถ่ายภาพคืออะไร?

วัตถุประสงค์หลักคือการถ่ายโอนลวดลายจากฟิล์มถ่ายภาพ (มาสก์/เรติเคิล) ไปยังชั้นฟิล์มไวแสงบนเวเฟอร์ ซึ่งทำหน้าที่เป็นพื้นฐานในการถ่ายโอนลวดลายสำหรับกระบวนการกัดหรือการเคลือบในภายหลัง.

ทำไมถึงเรียกว่า “แสงสีเหลือง”?

เนื่องจากแหล่งกำเนิดแสงที่ใช้ในการเปิดเผยคือแสงอัลตราไวโอเลต (UV) และฟิล์มโฟโตเรซิสต์มีความไวต่อความยาวคลื่นระหว่าง 200–450 นาโนเมตร. เพื่อป้องกันการเปิดเผยฟิล์มโฟโต้เรซิสต์โดยไม่ได้ตั้งใจซึ่งเกิดจากแสงรอบข้าง ห้องสะอาดต้องใช้แสงที่มีความยาวคลื่นมากกว่า 500 นาโนเมตร. แสงสีเขียว (500–550 นาโนเมตร), แสงสีเหลือง (550–610 นาโนเมตร), และแสงสีแดง (610–780 นาโนเมตร) ถือว่าทั้งหมดเป็นที่ยอมรับได้. อย่างไรก็ตาม แสงสีเขียวและสีแดงมีความสว่างค่อนข้างน้อยและมีการแสดงสีที่ไม่ดี ทำให้ไม่สบายตาสำหรับมนุษย์. แสงสีเหลืองให้ความปลอดภัยและความสบายตา ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมมันจึงกลายเป็นตัวเลือกการให้แสงสว่างหลักในห้องสะอาด.

ขั้นตอนของกระบวนการฟอโต้ลิธิโอกราฟีมีอะไรบ้าง?

1.การทำความสะอาดเวเฟอร์: กำจัดสิ่งปนเปื้อน เช่น ของเหลวอินทรีย์, ไอออนโลหะ, อนุภาค, และชั้นออกไซด์พื้นเมืองจากพื้นผิวเวเฟอร์เพื่อให้มั่นใจในความน่าเชื่อถือของกระบวนการและผลผลิต.
2.การเคลือบฟิล์มโฟโต้เรซิสต์ (การหมุนเคลือบ): โฟโต้เรซิสต์ (PR) จะถูกเคลือบด้วยการหมุนลงบนพื้นผิวของเวเฟอร์เพื่อสร้างฟิล์มบางที่มีความสม่ำเสมอ.ฟิล์มโฟโต้เรซิสต์เชิงบวกหรือเชิงลบจะถูกเลือกตามความต้องการของกระบวนการ.
3.การอบอ่อน (การอบก่อน): การให้ความร้อนบนแผ่นร้อน (ประมาณ 90–120 °C) เพื่อลบตัวทำละลายและปรับปรุงการยึดเกาะของฟิล์มภาพและความสม่ำเสมอของความหนา.
4.กระบวนการจัดตำแหน่งและการเปิดเผย: โอนถ่ายลวดลายฟิล์มโฟโต้มาสก์ไปยังเวเฟอร์อย่างแม่นยำและจัดตำแหน่งให้ตรงกับชั้นก่อนหน้าเพื่อให้แน่ใจว่าการซ้อนวงจรหลายชั้นมีความถูกต้อง.คุณสมบัติทางเคมีของพื้นที่ฟิล์มโฟโต้เรซิสต์ที่ถูกเปิดเผยจะเปลี่ยนแปลงโดยการสัมผัสกับแสง.
5.การอบหลัง (Postbake / Hard Bake / PEB): ดำเนินการหลังจากการพัฒนาเพื่อเพิ่มการยึดเกาะระหว่างฟิล์มโฟโตเรซิสต์และซับสเตรต ปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อน และลดสารละลายที่เหลือ.
6.การพัฒนา: แผ่นเวเฟอร์จะถูกวางในสารละลายพัฒนา (สารละลายด่างในน้ำ) เพื่อทำให้พื้นที่ที่ถูกเปิดเผยหรือไม่ถูกเปิดเผยละลาย ขึ้นอยู่กับว่าใช้ฟิล์มโฟโต้เรซิสต์เชิงบวกหรือเชิงลบ โดยจะเหลือรูปแบบที่ต้องการ.
7.การตรวจสอบ / ทบทวนรูปแบบ: รับประกันว่ารูปแบบฟิล์มโฟโตเรซิสต์ถูกถ่ายโอนไปอย่างถูกต้อง ไม่มีข้อบกพร่อง และตรงตามข้อกำหนดความกว้างของเส้นและการจัดตำแหน่ง.
8.การอบที่อุณหภูมิสูง: เสริมความแข็งแกร่งให้กับลวดลายฟิล์มโฟโตเรซิสต์เพื่อเพิ่มความต้านทานต่อการกัดกร่อนและอุณหภูมิสูง.
9.การกัดหรือการฝังไอออน: การกัดแบบแห้งหรือการกัดแบบเปียกจะดำเนินการตามที่ต้องการเพื่อถ่ายโอนลวดลายไปยังฟิล์มหรือซับสเตรตที่อยู่ด้านล่าง.
10.การลอกฟิล์มโฟโต้เรซิสต์: ฟิล์มโฟโต้เรซิสต์ที่เหลือจะถูกลบออกโดยใช้สารเคมีหรือกระบวนการพลาสมา ซึ่งจะทำให้การถ่ายโอนลวดลายเสร็จสมบูรณ์.

• แหล่งกำเนิดแสงที่ใช้ในการเปิดเผยมีอะไรบ้าง?

• UV แบบดั้งเดิม (Ultraviolet): G-line (436 nm), H-line (405 nm), I-line (365 nm)
• Deep UV (DUV): เลเซอร์ KrF (248 nm), เลเซอร์ ArF (193 nm)
• Extreme UV (EUV): แหล่ง EUV (13.5 nm)

ความแตกต่างระหว่างฟิล์มโฟโต้เรซิสต์บวกและลบคืออะไร?

ฟิล์มโฟโต้เรซิสต์เชิงบวก: พื้นที่ที่ถูกเปิดเผยจะละลาย → พื้นที่ที่ไม่ได้เปิดเผยจะยังคงอยู่หลังการพัฒนา.
ฟิล์มโฟโต้เรซิสต์เชิงลบ: พื้นที่ที่ถูกเปิดเผยจะเชื่อมโยงกันและแข็งตัว → พื้นที่ที่ถูกเปิดเผยจะยังคงอยู่หลังการพัฒนา.

ฟังก์ชันของส่วนประกอบฟิล์มไวแสง (PR) คืออะไร?

ฟอตอเรซิสต์ประกอบด้วยเรซินโนโวแลคและสารประกอบที่ไวต่อแสง DNQ (ไดอาโซ-นาฟโธ-ควิโนน). เรซินโนโวแลคละลายได้ค่อนข้างง่ายในสารละลายพัฒนาที่เป็นด่าง. เมื่อ DNQ ถูกเพิ่มเข้าไป ธาตุที่ไม่ชอบน้ำและการมีปฏิสัมพันธ์ของพันธะไฮโดรเจนกับเรซินจะลดอัตราการละลาย ทำให้ DNQ ทำหน้าที่เป็นสารยับยั้งการละลาย. ภายใต้การสัมผัสกับรังสี UV, DNQ จะทำปฏิกิริยากับน้ำ, ปล่อยไนโตรเจนและสร้างกรดอินเดนคาร์บอกซิลิก (ICA). กลุ่มคาร์บอกซิลที่มีความชอบน้ำทำให้มันกลายเป็นตัวส่งเสริมการละลาย เพิ่มความสามารถในการละลายของฟิล์มโฟโต้เรซิสในสารละลายด่าง.

วิธีการใดบ้างที่ใช้ในการกำจัดผลกระทบจากคลื่นนิ่ง?

คลื่นนิ่งเกิดจากแสงที่สะท้อนระหว่างฟิล์มโฟโตเรซิสต์และซับสเตรต (หรือฟิล์มโฟโตเรซิสต์และพื้นผิวอากาศ) ส่งผลให้เกิดการแทรกสอดและการเปลี่ยนแปลงความเข้มเป็นระยะ ๆ ผ่านความหนาของฟิล์มโฟโตเรซิสต์.วิธีการปรับปรุงทั่วไป ได้แก่:
1.การเคลือบสารป้องกันการสะท้อนแสง (ARC) เพื่อลดการสะท้อนของพื้นผิวเวเฟอร์.
2.การเพิ่มสีย้อมลงในฟิล์มโฟโตเรซิสต์เพื่อลดความเข้มของแสงที่สะท้อนและยับยั้งการเกิดคลื่นนิ่ง.
3.การใช้การอบหลังการเปิดเผย (PEB).ในระหว่าง PEB, ฟิล์มโฟโต้เรซิสต์จะถูกทำให้ร้อนใกล้อุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านของแก้ว ทำให้มันนุ่มขึ้นและมีความไหลได้เล็กน้อย.สิ่งนี้ช่วยให้เกิดการจัดเรียงโมเลกุลใหม่ ทำให้พื้นผิวเรียบขึ้นและลดความเครียด.อุณหภูมิ PEB มักอยู่ระหว่างอุณหภูมิการอบนุ่มและการอบแข็ง.

• ความสัมพันธ์ระหว่างขนาดการเปิดเผยและความกว้างของเส้นคืออะไร?

  ขนาดการเปิดเผย (mJ/cm²) = ความเข้มของแสง (mW/cm²) × เวลาในการเปิดเผย (วินาที)
• การใช้ยาน้อยเกินไป:
  – PR เชิงบวก: เส้นจะกว้างขึ้น (CD > ค่าการออกแบบ) เนื่องจากการละลายไม่เพียงพอ.
  – PR เชิงลบ: เส้นจะแคบลง (CD < ค่าการออกแบบ) เนื่องจากการเชื่อมข้ามไม่สมบูรณ์.
• การใช้ยาเกินขนาด:
  – PR เชิงบวก: เส้นจะแคบลง (CD < ค่าการออกแบบ).
  – PR เชิงลบ: เส้นจะกว้างขึ้น (CD > ค่าการออกแบบ).

ทำไมความสม่ำเสมอของการส่องสว่างจึงสำคัญต่อเครื่องมือการถ่ายภาพ?

การส่องสว่างที่ไม่สม่ำเสมอส่งผลให้ปริมาณการถ่ายภาพไม่สอดคล้องกันทั่วทั้งฟิล์มเรซิน ทำให้เกิดความแปรปรวนของขนาดที่สำคัญ (CDU) และลดผลผลิตโดยตรง.

• ข้อดีของ LED เมื่อเปรียบเทียบกับหลอดปรอทคืออะไร?

• การให้แสงที่มีความยาวคลื่นเดียวและเสถียรสำหรับการควบคุมสเปกตรัมการถ่ายภาพที่แม่นยำ
• มีประสิทธิภาพสูงและการใช้พลังงานต่ำ ลดภาระความร้อน
• อายุการใช้งานยาวนาน โดยปกติจะอยู่ที่หลายหมื่นชั่วโมง
• เริ่มทำงานทันทีโดยไม่ต้องใช้เวลาอุ่นเครื่อง
• การควบคุมลำแสงที่แข็งแกร่งสำหรับการรวมระบบออปติก
• ปราศจากปรอทและปลอดภัยต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้น
• ความเสถียรของการส่งออกสูงโดยมีความไวต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและแรงดันไฟฟ้าต่ำสุด

ในกระบวนการขั้นสูง ทำไม EUV (13.5 นาโนเมตร) ถึงแทนที่การพิมพ์ลายด้วย ArF ที่ 193 นาโนเมตร?

เมื่อขนาดฟีเจอร์ลดลงต่ำกว่า 7 นาโนเมตร แหล่งกำเนิดแสงที่ 193 นาโนเมตรจะเผชิญกับข้อจำกัดทั้งในด้านความละเอียดและต้นทุน แม้จะมีการพิมพ์หลายแบบ EUV มีความยาวคลื่นที่สั้นกว่าช่วยให้สามารถสร้างลวดลายที่ละเอียดขึ้นในจำนวนการถ่ายภาพที่น้อยลง ทำให้เพิ่มประสิทธิภาพและความแม่นยำ.

ความแตกต่างหลักระหว่างการพิมพ์ลายด้วยอิเล็กตรอนและการพิมพ์ลายด้วย UV คืออะไร?

การพิมพ์ลายด้วยอิเล็กตรอนเขียนลวดลายโดยตรงโดยใช้อิเล็กตรอน ทำให้ได้ความละเอียดสูงมากถึงระดับต่ำกว่า 10 นาโนเมตร มันเหมาะสำหรับการผลิตหน้ากากและการวิจัยและพัฒนา แต่ความเร็วในการผลิตที่ต่ำทำให้ไม่เหมาะสำหรับการผลิตจำนวนมากในระดับใหญ่.