Công nghệ Phơi sáng và Căn chỉnh

Mục đích chính của quy trình photolithography là gì?

Mục đích chính là chuyển giao các mẫu trên một photomask (mặt nạ/reticle) lên lớp photoresist trên một wafer, phục vụ như nền tảng chuyển giao mẫu cho các quy trình khắc hoặc lắng đọng tiếp theo.

Tại sao nó được gọi là “Ánh sáng Vàng”?

Bởi vì nguồn sáng chiếu xạ là tia cực tím (UV), và chất nhạy sáng nhạy cảm với các bước sóng từ 200–450 nm. Để ngăn chặn việc phơi sáng photoresist không mong muốn do ánh sáng môi trường, các phòng sạch phải sử dụng ánh sáng có bước sóng lớn hơn 500 nm. Ánh sáng xanh (500–550 nm), ánh sáng vàng (550–610 nm) và ánh sáng đỏ (610–780 nm) đều được chấp nhận. Tuy nhiên, ánh sáng xanh và đỏ tương đối mờ và có khả năng tái tạo màu kém, khiến chúng không thoải mái cho mắt người. Ánh sáng vàng cung cấp cả sự an toàn và sự thoải mái về thị giác, đó là lý do tại sao nó đã trở thành lựa chọn chiếu sáng chính trong các phòng sạch.

Các bước của quy trình quang khắc là gì?

1.Làm sạch wafer: Loại bỏ các tạp chất như dư lượng hữu cơ, ion kim loại, hạt, và lớp oxit tự nhiên khỏi bề mặt wafer để đảm bảo độ tin cậy của quy trình và năng suất.
2.Lớp phủ photoresist (Quay phủ): Photoresist (PR) được quay phủ lên bề mặt wafer để tạo thành một lớp mỏng đồng nhất.Chất nhạy sáng dương tính hoặc âm tính được chọn dựa trên yêu cầu của quy trình.
3.Nướng mềm (Nướng trước): Đun nóng trên bếp nóng (khoảng 90–120 °C) để loại bỏ dung môi và cải thiện độ bám dính của lớp phủ quang và độ đồng nhất của độ dày.
4.Quá trình Căn chỉnh & Phơi sáng: Chuyển chính xác mẫu photomask lên wafer và căn chỉnh nó với lớp trước để đảm bảo xếp chồng mạch đa lớp chính xác.Các tính chất hóa học của các khu vực photoresist đã được phơi sáng bị thay đổi bởi ánh sáng.
5.Nướng sau (Postbake / Nướng cứng / PEB): Thực hiện sau khi phát triển để tăng cường độ bám dính giữa lớp photoresist và nền, cải thiện khả năng chống ăn mòn và giảm dung môi còn sót lại.
6.Phát triển: Wafer được đặt trong dung dịch phát triển (dung dịch nước kiềm) để hòa tan các vùng đã được chiếu sáng hoặc chưa được chiếu sáng, tùy thuộc vào việc sử dụng photoresist dương hay âm, để lại mẫu mong muốn.
7.Kiểm tra / Đánh giá Mẫu: Đảm bảo mẫu photoresist được chuyển giao chính xác, không có khuyết tật và đáp ứng các thông số về độ rộng đường và căn chỉnh.
8.Nướng cứng: Tăng cường mẫu photoresist để cải thiện khả năng chống ăn mòn và nhiệt độ cao.
9.Khắc hoặc Cấy ion: Khắc khô hoặc khắc ướt được thực hiện khi cần thiết để chuyển giao mẫu vào lớp phim hoặc nền bên dưới.
10.Gỡ bỏ lớp photoresist: Lớp photoresist còn lại được loại bỏ bằng cách sử dụng dung dịch hóa học hoặc quy trình plasma, hoàn thành việc chuyển giao mẫu.

• Các nguồn ánh sáng phơi sáng nào thường được sử dụng?

• UV thông thường (Ultraviolet): G-line (436 nm), H-line (405 nm), I-line (365 nm)
• UV sâu (DUV): Laser KrF (248 nm), Laser ArF (193 nm)
• UV cực tím (EUV): Nguồn EUV (13.5 nm)

Sự khác biệt giữa photoresist dương và âm là gì?

Chất nhạy sáng dương: Các khu vực đã được chiếu sáng tan ra → các khu vực chưa được chiếu sáng vẫn còn lại sau khi phát triển.
Chất nhạy sáng âm: Các khu vực đã được chiếu sáng liên kết chéo và cứng lại → các khu vực đã được chiếu sáng vẫn còn lại sau khi phát triển.

Chức năng của các thành phần photoresist (PR) là gì?

Chất nhạy sáng chủ yếu bao gồm nhựa Novolac và hợp chất nhạy sáng DNQ (Diazo-naphtho-quinone). Nhựa Novolac hòa tan tương đối dễ dàng trong các dung dịch phát triển kiềm. Khi DNQ được thêm vào, tính chất kỵ nước và tương tác liên kết hydro với nhựa làm giảm tốc độ hòa tan, khiến DNQ hoạt động như một chất ức chế hòa tan. Dưới sự tiếp xúc với tia UV, DNQ phản ứng với nước, giải phóng nitơ và hình thành axit indene carboxylic (ICA). Nhóm carboxyl ưa nước biến nó thành một chất xúc tác hòa tan, tăng cường độ hòa tan của photoresist trong các dung dịch kiềm.

Những phương pháp nào được sử dụng để loại bỏ hiệu ứng sóng đứng?

Sóng đứng được tạo ra bởi ánh sáng phản xạ giữa lớp nhạy sáng và nền (hoặc giữa lớp nhạy sáng và giao diện không khí), dẫn đến hiện tượng giao thoa và sự biến đổi cường độ theo chu kỳ qua độ dày của lớp nhạy sáng.Các phương pháp cải tiến phổ biến bao gồm:
1.Áp dụng lớp phủ chống phản xạ (ARC) để giảm phản xạ bề mặt wafer.
2.Thêm phẩm màu vào chất nhạy sáng để giảm cường độ ánh sáng phản xạ và ngăn chặn sự hình thành sóng đứng.
3.Sử dụng nướng sau khi phơi sáng (PEB).Trong quá trình PEB, lớp photoresist được làm nóng gần đến nhiệt độ chuyển tiếp thủy tinh, trở nên mềm hơn và hơi chảy.Điều này cho phép tái sắp xếp phân tử, làm mịn bề mặt và giảm căng thẳng.Nhiệt độ PEB thường nằm giữa nhiệt độ nướng mềm và nướng cứng.

• Mối quan hệ giữa liều phơi sáng và độ rộng đường nét là gì?

  Liều phơi sáng (mJ/cm²) = Cường độ ánh sáng (mW/cm²) × Thời gian phơi sáng (giây)
• Thiếu liều:
  – PR tích cực: Các đường trở nên rộng hơn (CD > giá trị thiết kế) do sự hòa tan không đủ.
  – PR tiêu cực: Các đường trở nên hẹp hơn (CD < giá trị thiết kế) do liên kết chéo không hoàn chỉnh.
• Quá liều:
  – PR tích cực: Các đường trở nên hẹp hơn (CD < giá trị thiết kế).
  – PR tiêu cực: Các đường trở nên rộng hơn (CD > giá trị thiết kế).

Tại sao độ đồng nhất ánh sáng lại quan trọng đối với các công cụ phơi sáng?

Ánh sáng không đồng nhất dẫn đến liều phơi sáng không nhất quán trên toàn bộ lớp photoresist, làm tăng biến động kích thước quan trọng (CDU) và trực tiếp giảm năng suất sản phẩm.

• Những lợi thế của đèn LED so với đèn thủy ngân là gì?

• Đầu ra bước sóng đơn và ổn định cho việc kiểm soát phổ phơi sáng chính xác
• Hiệu suất cao và tiêu thụ điện năng thấp, giảm tải nhiệt
• Tuổi thọ dài, thường lên đến hàng chục nghìn giờ
• Khởi động ngay lập tức mà không cần thời gian làm nóng
• Khả năng điều khiển chùm sáng mạnh mẽ cho việc tích hợp hệ thống quang học
• Không chứa thủy ngân và an toàn cho môi trường hơn
• Độ ổn định đầu ra cao với độ nhạy tối thiểu đối với biến động nhiệt độ và điện áp

Trong các quy trình tiên tiến, tại sao EUV (13,5 nm) thay thế lithography ArF 193 nm?

Khi kích thước đặc trưng thu nhỏ dưới 7 nm, các nguồn sáng 193 nm gặp phải những hạn chế về độ phân giải và chi phí, ngay cả với nhiều mẫu. Bước sóng ngắn hơn của EUV cho phép tạo ra các mẫu tinh vi hơn trong ít lần phơi sáng hơn, cải thiện hiệu quả và độ chính xác.

Sự khác biệt chính giữa lithography e-beam và lithography UV là gì?

Lithography e-beam viết trực tiếp các mẫu bằng cách sử dụng electron, đạt được độ phân giải cực cao xuống dưới 10 nm. Nó lý tưởng cho việc chế tạo mặt nạ và nghiên cứu phát triển, nhưng năng suất thấp của nó khiến nó không phù hợp cho sản xuất hàng loạt quy mô lớn.