Ein Überblick
Im Herstellungsprozess integrierter Schaltkreise ist die Fotolithographie der Kernprozess, der den Integrationsgrad integrierter Schaltkreise bestimmt. Die Funktion dieses Prozesses besteht darin, die grafischen Schaltkreisinformationen von der Maske (auch Maske genannt) originalgetreu auf das Halbleitermaterialsubstrat zu übertragen und zu übertragen.
Das Grundprinzip des Fotolithografieprozesses besteht darin, die fotochemische Reaktion des auf der Oberfläche des Substrats aufgetragenen Fotolacks zu nutzen, um das Schaltkreismuster auf der Maske aufzuzeichnen und so den Zweck der Übertragung des integrierten Schaltkreismusters vom Design auf das Substrat zu erreichen.
Der grundlegende Prozess der Fotolithographie:
Zunächst wird mit einer Beschichtungsmaschine Fotolack auf die Substratoberfläche aufgetragen;
Dann wird ein Fotolithografiegerät verwendet, um das mit Fotolack beschichtete Substrat zu belichten, und der fotochemische Reaktionsmechanismus wird verwendet, um die von dem Fotolithografiegerät übertragenen Maskenmusterinformationen aufzuzeichnen, wodurch die originalgetreue Übertragung, Übertragung und Replikation des Maskenmusters auf das Substrat abgeschlossen wird.
Abschließend wird das belichtete Substrat mit einem Entwickler entwickelt, um den Fotolack zu entfernen (oder zurückzuhalten), der nach der Belichtung eine fotochemische Reaktion durchläuft.
Zweiter Fotolithographieprozess
Um das entworfene Schaltkreismuster auf der Maske auf den Siliziumwafer zu übertragen, muss die Übertragung zunächst durch einen Belichtungsprozess erfolgen und dann muss das Siliziummuster durch einen Ätzprozess erhalten werden.
Da für die Beleuchtung des Photolithographie-Prozessbereichs eine gelbe Lichtquelle verwendet wird, gegen die lichtempfindliche Materialien unempfindlich sind, wird er auch als Gelblichtbereich bezeichnet.
Die Fotolithographie wurde erstmals in der Druckindustrie eingesetzt und war die Haupttechnologie für die frühe Leiterplattenherstellung. Seit den 1950er Jahren hat sich die Fotolithografie nach und nach zur gängigen Technologie für die Musterübertragung in der IC-Herstellung entwickelt.
Zu den Schlüsselindikatoren des Lithographieprozesses gehören Auflösung, Empfindlichkeit, Überlagerungsgenauigkeit, Fehlerrate usw.
Das kritischste Material im Fotolithographieprozess ist der Fotolack, ein lichtempfindliches Material. Da die Empfindlichkeit des Fotolacks von der Wellenlänge der Lichtquelle abhängt, sind für Fotolithografieprozesse unterschiedliche Fotolackmaterialien erforderlich, z. B. g/i-Linie, 248-nm-KrF und 193-nm-ArF.
Der Hauptprozess eines typischen Fotolithografieprozesses umfasst fünf Schritte:
-Vorbereitung des Basisfilms;
-Fotolack auftragen und weich einbrennen;
-Ausrichtung, Belichtung und Nachbelichtung;
-Hartfilm entwickeln;
-Entwicklungserkennung.
(1)Vorbereitung des Basisfilms: hauptsächlich Reinigung und Austrocknung. Da jegliche Verunreinigungen die Haftung zwischen dem Fotolack und dem Wafer schwächen, kann eine gründliche Reinigung die Haftung zwischen dem Wafer und dem Fotolack verbessern.
(2)Photoresist-Beschichtung: Dies wird durch Drehen des Siliziumwafers erreicht. Unterschiedliche Fotolacke erfordern unterschiedliche Beschichtungsprozessparameter, einschließlich Rotationsgeschwindigkeit, Fotolackdicke und Temperatur.
Sanftes Backen: Durch Backen kann die Haftung zwischen dem Fotolack und dem Siliziumwafer sowie die Gleichmäßigkeit der Fotolackdicke verbessert werden, was für die präzise Steuerung der geometrischen Abmessungen des nachfolgenden Ätzprozesses von Vorteil ist.
(3)Ausrichtung und Belichtung: Ausrichtung und Belichtung sind die wichtigsten Schritte im Fotolithographieprozess. Dabei geht es darum, das Maskenmuster mit dem vorhandenen Muster auf dem Wafer (oder dem Muster der Vorderschicht) auszurichten und es dann mit spezifischem Licht zu bestrahlen. Die Lichtenergie aktiviert die lichtempfindlichen Komponenten im Fotolack und überträgt dadurch das Maskenmuster auf den Fotolack.
Bei der für die Ausrichtung und Belichtung verwendeten Ausrüstung handelt es sich um eine Fotolithografiemaschine, das teuerste einzelne Prozessgerät im gesamten Herstellungsprozess integrierter Schaltkreise. Der technische Stand der Fotolithographiemaschine repräsentiert den Fortschritt der gesamten Produktionslinie.
Backen nach der Belichtung: bezieht sich auf einen kurzen Backvorgang nach der Belichtung, der einen anderen Effekt hat als bei Fotolacken im tiefen Ultraviolett und herkömmlichen Fotolacken der i-Linie.
Bei Fotolacken im tiefen Ultraviolett werden durch das Nachbelichten die Schutzkomponenten im Fotolack entfernt, sodass sich der Fotolack im Entwickler auflösen kann. Daher ist ein Nachbelichten erforderlich.
Bei herkömmlichen i-line-Fotolacken kann das Backen nach der Belichtung die Haftung des Fotolacks verbessern und stehende Wellen reduzieren (stehende Wellen wirken sich negativ auf die Kantenmorphologie des Fotolacks aus).
(4)Entwicklung des Hartfilms: Verwenden Sie Entwickler, um den löslichen Teil des Fotolacks (positiver Fotolack) nach der Belichtung aufzulösen und das Maskenmuster mit dem Fotolackmuster genau anzuzeigen.
Zu den wichtigsten Parametern des Entwicklungsprozesses gehören Entwicklungstemperatur und -zeit, Entwicklerdosierung und -konzentration, Reinigung usw. Durch die Anpassung der relevanten Parameter bei der Entwicklung kann der Unterschied in der Auflösungsgeschwindigkeit zwischen den belichteten und unbelichteten Teilen des Fotolacks erhöht werden Erzielung des gewünschten Entwicklungseffekts.
Das Aushärten wird auch als Härtebacken bezeichnet. Dabei handelt es sich um den Prozess, bei dem das verbleibende Lösungsmittel, der Entwickler, das Wasser und andere unnötige Restbestandteile im entwickelten Fotolack durch Erhitzen und Verdampfen entfernt werden, um die Haftung des Fotolacks auf dem Siliziumsubstrat zu verbessern der Ätzwiderstand des Fotolacks.
Die Temperatur des Härtungsprozesses variiert je nach Fotolack und Härtungsmethode. Voraussetzung ist, dass sich das Fotolackmuster nicht verformt und der Fotolack hart genug gemacht werden sollte.
(5)Entwicklungsinspektion: Dies dient zur Prüfung auf Fehler im Fotolackmuster nach der Entwicklung. Normalerweise wird Bilderkennungstechnologie verwendet, um das Chipmuster nach der Entwicklung automatisch zu scannen und es mit dem vorab gespeicherten fehlerfreien Standardmuster zu vergleichen. Wird ein Unterschied festgestellt, gilt das Produkt als fehlerhaft.
Wenn die Anzahl der Defekte einen bestimmten Wert überschreitet, wird davon ausgegangen, dass der Siliziumwafer den Entwicklungstest nicht bestanden hat, und kann gegebenenfalls verschrottet oder nachbearbeitet werden.
Bei der Herstellung integrierter Schaltkreise sind die meisten Prozesse irreversibel, und die Fotolithographie ist einer der wenigen Prozesse, die nachbearbeitet werden können.
Drei Fotomasken und Fotolackmaterialien
3.1 Fotomaske
Eine Fotomaske, auch Fotolithographiemaske genannt, ist ein Master, der im Fotolithographieprozess der Waferherstellung integrierter Schaltkreise verwendet wird.
Der Fotomaskenherstellungsprozess besteht darin, die ursprünglichen Layoutdaten, die für die Waferherstellung erforderlich sind, die von Ingenieuren für integrierte Schaltkreisdesigner entworfen wurden, in ein Datenformat umzuwandeln, das von Lasermustergeneratoren oder Elektronenstrahlbelichtungsgeräten durch Maskendatenverarbeitung erkannt werden kann, sodass sie belichtet werden können die obige Ausrüstung auf dem mit lichtempfindlichem Material beschichteten Fotomasken-Substratmaterial; Anschließend wird es durch eine Reihe von Prozessen wie Entwicklung und Ätzen verarbeitet, um das Muster auf dem Substratmaterial zu fixieren. Abschließend wird es geprüft, repariert, gereinigt und zu einem Maskenprodukt folienlaminiert und zur Verwendung an den Hersteller integrierter Schaltkreise geliefert.
3.2 Fotolack
Fotolack, auch Fotolack genannt, ist ein lichtempfindliches Material. Die darin enthaltenen lichtempfindlichen Komponenten unterliegen unter der Einstrahlung von Licht chemischen Veränderungen, wodurch sich die Auflösungsgeschwindigkeit ändert. Seine Hauptfunktion besteht darin, das Muster auf der Maske auf ein Substrat wie einen Wafer zu übertragen.
Funktionsprinzip von Fotolack: Zuerst wird der Fotolack auf das Substrat aufgetragen und vorgebrannt, um das Lösungsmittel zu entfernen;
Zweitens wird die Maske Licht ausgesetzt, wodurch die lichtempfindlichen Komponenten im belichteten Teil eine chemische Reaktion eingehen;
Dann wird ein Nachbelichtungsbacken durchgeführt;
Schließlich wird der Fotolack durch Entwicklung teilweise aufgelöst (bei positivem Fotolack wird der belichtete Bereich aufgelöst; bei negativem Fotolack wird der unbelichtete Bereich aufgelöst), wodurch die Übertragung des integrierten Schaltkreismusters von der Maske auf das Substrat realisiert wird.
Zu den Komponenten des Fotolacks gehören hauptsächlich filmbildendes Harz, lichtempfindliche Komponenten, Spurenadditive und Lösungsmittel.
Unter anderem wird das filmbildende Harz verwendet, um mechanische Eigenschaften und Ätzbeständigkeit bereitzustellen; Die lichtempfindliche Komponente unterliegt unter Lichteinwirkung chemischen Veränderungen, was zu Änderungen der Auflösungsgeschwindigkeit führt.
Zu den Spurenadditiven gehören Farbstoffe, Viskositätsverstärker usw., die zur Verbesserung der Leistung von Photoresist verwendet werden; Lösungsmittel werden verwendet, um die Komponenten aufzulösen und gleichmäßig zu vermischen.
Die derzeit weit verbreiteten Photoresists können entsprechend dem photochemischen Reaktionsmechanismus in herkömmliche Photoresists und chemisch verstärkte Photoresists unterteilt werden und können entsprechend auch in Ultraviolett-, Tief-Ultraviolett-, Extrem-Ultraviolett-, Elektronenstrahl-, Ionenstrahl- und Röntgen-Photoresists unterteilt werden Lichtempfindlichkeitswellenlänge.
Vier Fotolithografiegeräte
Die Fotolithographietechnologie hat den Entwicklungsprozess der Kontakt-/Näherungslithographie, der optischen Projektionslithographie, der Step-and-Repeat-Lithographie, der Scanlithographie, der Immersionslithographie und der EUV-Lithographie durchlaufen.
4.1 Kontakt-/Näherungslithographiemaschine
Die Kontaktlithographie-Technologie erschien in den 1960er Jahren und wurde in den 1970er Jahren weit verbreitet. Es war die wichtigste Lithographiemethode im Zeitalter der kleinintegrierten Schaltkreise und wurde hauptsächlich zur Herstellung integrierter Schaltkreise mit Strukturgrößen von mehr als 5 μm verwendet.
In einer Kontakt-/Proximity-Lithographiemaschine wird der Wafer normalerweise auf einer manuell gesteuerten horizontalen Position und einem rotierenden Arbeitstisch platziert. Der Bediener beobachtet mithilfe eines diskreten Feldmikroskops gleichzeitig die Position von Maske und Wafer und steuert manuell die Position des Arbeitstisches, um Maske und Wafer auszurichten. Nachdem Wafer und Maske ausgerichtet sind, werden beide zusammengepresst, sodass die Maske in direktem Kontakt mit dem Fotolack auf der Oberfläche des Wafers steht.
Nach dem Entfernen des Mikroskopobjektivs werden der gepresste Wafer und die Maske zur Belichtung auf den Belichtungstisch bewegt. Das von der Quecksilberlampe emittierte Licht wird durch eine Linse kollimiert und parallel zur Maske ausgerichtet. Da die Maske in direktem Kontakt mit der Fotolackschicht auf dem Wafer steht, wird das Maskenmuster nach der Belichtung im Verhältnis 1:1 auf die Fotolackschicht übertragen.
Kontaktlithographiegeräte sind die einfachsten und wirtschaftlichsten optischen Lithographiegeräte und können die Belichtung von Grafiken mit Strukturen im Submikrometerbereich ermöglichen. Sie werden daher immer noch in der Herstellung von Kleinserienprodukten und in der Laborforschung eingesetzt. Bei der Produktion integrierter Schaltkreise im großen Maßstab wurde die Proximity-Lithographie-Technologie eingeführt, um den Anstieg der Lithographiekosten zu vermeiden, der durch den direkten Kontakt zwischen der Maske und dem Wafer verursacht wird.
Die Proximity-Lithographie wurde in den 1970er Jahren in der Ära der kleinen integrierten Schaltkreise und der frühen Ära der mittelgroßen integrierten Schaltkreise weit verbreitet eingesetzt. Anders als bei der Kontaktlithographie steht die Maske bei der Proximity-Lithographie nicht in direktem Kontakt mit dem Fotolack auf dem Wafer, sondern es bleibt ein mit Stickstoff gefüllter Spalt übrig. Die Maske schwimmt auf dem Stickstoff und die Größe des Spalts zwischen der Maske und dem Wafer wird durch den Stickstoffdruck bestimmt.
Da bei der Proximity-Lithographie kein direkter Kontakt zwischen Wafer und Maske besteht, werden die während des Lithographieprozesses entstehenden Defekte reduziert, wodurch der Verlust der Maske verringert und die Waferausbeute verbessert wird. Bei der Proximity-Lithographie wird der Wafer durch den Spalt zwischen Wafer und Maske in den Fresnel-Beugungsbereich gebracht. Das Vorhandensein von Beugung schränkt die weitere Verbesserung der Auflösung von Proximity-Lithographiegeräten ein, sodass diese Technologie hauptsächlich für die Herstellung integrierter Schaltkreise mit Strukturgrößen über 3 μm geeignet ist.
4.2 Stepper und Repeater
Der Stepper ist eines der wichtigsten Geräte in der Geschichte der Wafer-Lithographie, das den Submikrometer-Lithographieprozess in die Massenproduktion befördert hat. Der Stepper verwendet ein typisches statisches Belichtungsfeld von 22 mm × 22 mm und eine optische Projektionslinse mit einem Verkleinerungsverhältnis von 5:1 oder 4:1, um das Muster auf der Maske auf den Wafer zu übertragen.
Die Step-and-Repeat-Lithographiemaschine besteht im Allgemeinen aus einem Belichtungssubsystem, einem Werkstücktisch-Subsystem, einem Maskentisch-Subsystem, einem Fokus-/Nivellierungs-Subsystem, einem Ausrichtungs-Subsystem, einem Hauptrahmen-Subsystem, einem Wafer-Transfer-Subsystem und einem Maskentransfer-Subsystem , ein elektronisches Subsystem und ein Software-Subsystem.
Der typische Arbeitsprozess einer Step-and-Repeat-Lithographiemaschine ist wie folgt:
Zunächst wird der mit Fotolack beschichtete Wafer mithilfe des Wafer-Transfer-Subsystems auf den Werkstücktisch übertragen, und die zu belichtende Maske wird mithilfe des Masken-Transfer-Subsystems auf den Maskentisch übertragen.
Anschließend führt das System mithilfe des Fokussierungs-/Nivellierungs-Subsystems eine Mehrpunkt-Höhenmessung des Wafers auf dem Werkstücktisch durch, um Informationen wie die Höhe und den Neigungswinkel der zu belichtenden Oberfläche des Wafers zu erhalten und so den Belichtungsbereich zu bestimmen der Wafer kann während des Belichtungsvorgangs stets innerhalb der Schärfentiefe des Projektionsobjektivs gesteuert werden;Anschließend richtet das System mithilfe des Ausrichtungssubsystems Maske und Wafer so aus, dass während des Belichtungsprozesses die Positionsgenauigkeit des Maskenbilds und der Wafermusterübertragung immer innerhalb der Overlay-Anforderungen liegt.
Schließlich wird der Step-and-Exposure-Vorgang der gesamten Waferoberfläche gemäß dem vorgeschriebenen Pfad abgeschlossen, um die Musterübertragungsfunktion zu realisieren.
Die nachfolgende Stepper- und Scanner-Lithographiemaschine basiert auf dem oben genannten grundlegenden Arbeitsprozess und verbessert Schritt → Belichtung → Scannen → Belichtung und Fokussierung/Nivellierung → Ausrichtung → Belichtung auf dem zweistufigen Modell zur Messung (Fokussierung / Nivellierung → Ausrichtung) und Scannen Belichtung parallel.
Im Vergleich zur Step-and-Scan-Lithographiemaschine muss bei der Step-and-Repeat-Lithographiemaschine kein synchrones Rückwärtsscannen von Maske und Wafer erreicht werden und es sind kein Scan-Maskentisch und kein synchrones Scan-Steuerungssystem erforderlich. Daher ist der Aufbau relativ einfach, die Kosten relativ gering und der Betrieb zuverlässig.
Nachdem die IC-Technologie auf 0,25 μm Einzug gehalten hatte, begann die Anwendung der Step-and-Repeat-Lithographie aufgrund der Vorteile der Step-and-Scan-Lithographie hinsichtlich der Scan-Belichtungsfeldgröße und der Belichtungsgleichmäßigkeit zurückzugehen. Derzeit verfügt die neueste Step-and-Repeat-Lithographie von Nikon über ein statisches Belichtungssichtfeld, das so groß ist wie das der Step-and-Scan-Lithographie, und kann mehr als 200 Wafer pro Stunde bei extrem hoher Produktionseffizienz verarbeiten. Dieser Typ von Lithographiemaschinen wird derzeit hauptsächlich zur Herstellung unkritischer IC-Schichten eingesetzt.
4.3 Stepper-Scanner
Die Anwendung der Step-and-Scan-Lithographie begann in den 1990er Jahren. Durch die Konfiguration verschiedener Belichtungslichtquellen kann die Step-and-Scan-Technologie verschiedene Prozesstechnologieknoten unterstützen, von 365 nm, 248 nm, 193 nm Immersion bis hin zur EUV-Lithographie. Im Gegensatz zur Step-and-Repeat-Lithographie erfolgt bei der Einzelfeldbelichtung der Step-and-Scan-Lithographie ein dynamisches Scannen, das heißt, die Maskenplatte führt die Scanbewegung synchron relativ zum Wafer aus; Nachdem die aktuelle Feldbelichtung abgeschlossen ist, wird der Wafer vom Werkstücktisch getragen und zur nächsten Scanfeldposition weiterbewegt, und die wiederholte Belichtung wird fortgesetzt. Wiederholen Sie die Step-and-Scan-Belichtung mehrmals, bis alle Felder des gesamten Wafers belichtet sind.
Durch die Konfiguration verschiedener Arten von Lichtquellen (z. B. i-line, KrF, ArF) kann der Stepper-Scanner nahezu alle Technologieknoten des Halbleiter-Frontend-Prozesses unterstützen. Typische siliziumbasierte CMOS-Prozesse haben seit dem 0,18-μm-Knoten Schrittscanner in großen Stückzahlen eingesetzt; Die derzeit in Prozessknoten unter 7 nm verwendeten Lithographiemaschinen für extremes Ultraviolett (EUV) verwenden ebenfalls Stepper-Scanning. Nach teilweiser adaptiver Modifikation kann der Stepper-Scanner auch die Forschung, Entwicklung und Produktion vieler nicht-siliziumbasierter Prozesse wie MEMS, Leistungsgeräte und HF-Geräte unterstützen.
Zu den wichtigsten Herstellern von Step-and-Scan-Projektionslithografiemaschinen gehören ASML (Niederlande), Nikon (Japan), Canon (Japan) und SMEE (China). ASML brachte 2001 die TWINSCAN-Serie von Step-and-Scan-Lithografiemaschinen auf den Markt. Sie verwendet eine zweistufige Systemarchitektur, die die Ausgaberate der Geräte effektiv verbessern kann und sich zur am weitesten verbreiteten High-End-Lithografiemaschine entwickelt hat.
4.4 Immersionslithographie
Aus der Rayleigh-Formel ist ersichtlich, dass bei unveränderter Belichtungswellenlänge eine wirksame Möglichkeit zur weiteren Verbesserung der Abbildungsauflösung darin besteht, die numerische Apertur des Abbildungssystems zu erhöhen. Bei Bildauflösungen unter 45 nm und höher kann das ArF-Trockenbelichtungsverfahren die Anforderungen nicht mehr erfüllen (da es eine maximale Bildauflösung von 65 nm unterstützt), sodass die Einführung eines Immersionslithographieverfahrens erforderlich ist. Bei der traditionellen Lithographie-Technologie ist das Medium zwischen der Linse und dem Fotolack Luft, während bei der Immersions-Lithographie-Technologie das Luftmedium durch Flüssigkeit (normalerweise hochreines Wasser mit einem Brechungsindex von 1,44) ersetzt wird.
Tatsächlich nutzt die Immersionslithographie-Technologie die Verkürzung der Wellenlänge der Lichtquelle, nachdem Licht das flüssige Medium passiert hat, um die Auflösung zu verbessern, und das Verkürzungsverhältnis ist der Brechungsindex des flüssigen Mediums. Obwohl es sich bei der Immersionslithographiemaschine um eine Art Step-and-Scan-Lithographiemaschine handelt und sich die Systemlösung ihrer Ausrüstung nicht geändert hat, handelt es sich aufgrund der Einführung damit verbundener Schlüsseltechnologien um eine Modifikation und Erweiterung der ArF-Step-and-Scan-Lithographiemaschine zum Eintauchen.
Der Vorteil der Immersionslithographie besteht darin, dass durch die Erhöhung der numerischen Apertur des Systems die Bildauflösungsfähigkeit der Schritt-Scanner-Lithographiemaschine verbessert wird, wodurch die Prozessanforderungen einer Bildauflösung unter 45 nm erfüllt werden können.
Da die Immersionslithographiemaschine immer noch eine ArF-Lichtquelle verwendet, ist die Kontinuität des Prozesses gewährleistet, wodurch Forschungs- und Entwicklungskosten für Lichtquelle, Ausrüstung und Prozess eingespart werden. Auf dieser Basis, kombiniert mit mehreren Grafik- und Computerlithographietechnologien, kann die Immersionslithographiemaschine bei Prozessknoten von 22 nm und darunter eingesetzt werden. Bevor die EUV-Lithographiemaschine offiziell in Massenproduktion ging, war die Immersionslithographiemaschine weit verbreitet und konnte die Prozessanforderungen des 7-nm-Knotens erfüllen. Aufgrund der Einführung von Immersionsflüssigkeit ist der technische Aufwand für die Ausrüstung selbst jedoch erheblich gestiegen.
Zu den Schlüsseltechnologien gehören Immersionsflüssigkeitsversorgungs- und -rückgewinnungstechnologie, Immersionsflüssigkeitsfeldwartungstechnologie, Immersionslithographie-Technologie zur Verschmutzungs- und Defektkontrolle, Entwicklung und Wartung von Immersionsprojektionsobjektiven mit extrem großer numerischer Apertur und Bildqualitätserkennungstechnologie unter Immersionsbedingungen.
Derzeit werden kommerzielle ArFi-Step-and-Scan-Lithographiemaschinen hauptsächlich von zwei Unternehmen angeboten, nämlich ASML aus den Niederlanden und Nikon aus Japan. Darunter liegt der Preis für einen einzelnen ASML NXT1980 Di bei etwa 80 Millionen Euro.
4.4 Extrem-Ultraviolett-Lithographiegerät
Um die Auflösung der Fotolithographie zu verbessern, wird die Belichtungswellenlänge nach Einführung der Excimer-Lichtquelle weiter verkürzt und extrem ultraviolettes Licht mit einer Wellenlänge von 10 bis 14 nm als Belichtungslichtquelle eingeführt. Die Wellenlänge von extrem ultraviolettem Licht ist extrem kurz und das verwendbare reflektierende optische System besteht normalerweise aus mehrschichtigen Filmreflektoren wie Mo/Si oder Mo/Be.
Unter diesen beträgt das theoretische maximale Reflexionsvermögen eines Mo/Si-Mehrschichtfilms im Wellenlängenbereich von 13,0 bis 13,5 nm etwa 70 %, und das theoretische maximale Reflexionsvermögen eines Mo/Be-Mehrschichtfilms bei einer kürzeren Wellenlänge von 11,1 nm beträgt etwa 80 %. Obwohl das Reflexionsvermögen von Mo/Be-Mehrschichtfilmreflektoren höher ist, ist Be hochgiftig, sodass die Forschung an solchen Materialien bei der Entwicklung der EUV-Lithographietechnologie aufgegeben wurde.Die aktuelle EUV-Lithographietechnologie verwendet Mo/Si-Mehrschichtfilme, und ihre Belichtungswellenlänge wird ebenfalls auf 13,5 nm festgelegt.
Die gängige Lichtquelle für extrem ultraviolettes Licht nutzt die Laser-Produced-Plasma-Technologie (LPP), bei der hochintensive Laser verwendet werden, um heißschmelzendes Sn-Plasma zur Emission von Licht anzuregen. Die Leistung und Verfügbarkeit der Lichtquelle waren lange Zeit die Engpässe, die die Effizienz von EUV-Lithographiemaschinen einschränkten. Durch den Hauptoszillator-Leistungsverstärker, die prädiktive Plasmatechnologie (PP) und die In-situ-Sammelspiegelreinigungstechnologie wurden die Leistung und Stabilität von EUV-Lichtquellen erheblich verbessert.
Die EUV-Lithografiemaschine besteht hauptsächlich aus Subsystemen wie Lichtquelle, Beleuchtung, Objektivlinse, Werkstücktisch, Maskentisch, Waferausrichtung, Fokussierung/Nivellierung, Maskenübertragung, Waferübertragung und Vakuumrahmen. Nach dem Durchlaufen des Beleuchtungssystems aus mehrschichtig beschichteten Reflektoren wird das extrem ultraviolette Licht auf die reflektierende Maske gestrahlt. Das von der Maske reflektierte Licht gelangt in das optische Totalreflexions-Bildgebungssystem, das aus einer Reihe von Reflektoren besteht, und schließlich wird das reflektierte Bild der Maske in einer Vakuumumgebung auf die Oberfläche des Wafers projiziert.
Das Belichtungssichtfeld und das Abbildungssichtfeld der EUV-Lithographiemaschine sind beide bogenförmig, und es wird ein schrittweises Scanverfahren verwendet, um eine vollständige Waferbelichtung zu erreichen und so die Ausgaberate zu verbessern. Das fortschrittlichste EUV-Lithographiegerät der NXE-Serie von ASML verwendet eine Belichtungslichtquelle mit einer Wellenlänge von 13,5 nm, eine reflektierende Maske (6° schräger Einfall), ein reflektierendes Projektionsobjektivsystem mit 4-facher Reduktion und einer 6-Spiegel-Struktur (NA = 0,33), a Scan-Sichtfeld von 26 mm × 33 mm und eine Vakuum-Belichtungsumgebung.
Im Vergleich zu Immersionslithografiemaschinen wurde die Einzelbelichtungsauflösung von EUV-Lithografiemaschinen, die extrem ultraviolette Lichtquellen verwenden, erheblich verbessert, wodurch der komplexe Prozess, der für die Mehrfachfotolithografie zur Erstellung hochauflösender Grafiken erforderlich ist, effektiv vermieden werden kann. Derzeit erreicht die Einzelbelichtungsauflösung des Lithografiegeräts NXE 3400B mit einer numerischen Apertur von 0,33 13 nm und die Ausgaberate erreicht 125 Stück/h.
Um den Anforderungen einer weiteren Erweiterung des Mooreschen Gesetzes gerecht zu werden, werden EUV-Lithographiegeräte mit einer numerischen Apertur von 0,5 in Zukunft ein Projektionsobjektivsystem mit zentraler Lichtblockierung verwenden, das eine asymmetrische Vergrößerung von 0,25-fach/0,125-fach verwendet Das Sichtfeld der Scanbelichtung wird von 26 m × 33 mm auf 26 mm × 16,5 mm reduziert, und die Einzelbelichtungsauflösung kann unter 8 nm liegen.
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Zeitpunkt der Veröffentlichung: 31. August 2024