slide1 n.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
עקרונות הייצור של שכבות דקות, ליתוגרפיה , מטרולוגיה ובחינה לייצור PowerPoint Presentation
Download Presentation
עקרונות הייצור של שכבות דקות, ליתוגרפיה , מטרולוגיה ובחינה לייצור

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 69

עקרונות הייצור של שכבות דקות, ליתוגרפיה , מטרולוגיה ובחינה לייצור - PowerPoint PPT Presentation


  • 134 Views
  • Uploaded on

טכנולוגיות ייצור חיבורי ביניים. Interconnect manufacturing technologies. עקרונות הייצור של שכבות דקות, ליתוגרפיה , מטרולוגיה ובחינה לייצור חיבורי ביניים עבור תעשיית המוליכים למחצה. פרופ ’ יוסי שחם המחלקה לאלקטרוניקה פיזיקלית , אונ ’ ת”א . נושאים. מבוא ליתוגרפיה איכול שיקוע שכבות דקות

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about 'עקרונות הייצור של שכבות דקות, ליתוגרפיה , מטרולוגיה ובחינה לייצור' - corbin


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
slide1

טכנולוגיות ייצור חיבורי ביניים

Interconnect manufacturing technologies

עקרונות הייצור של שכבות דקות, ליתוגרפיה, מטרולוגיהובחינה לייצור חיבורי ביניים עבור תעשיית המוליכים למחצה

פרופ’ יוסי שחם

המחלקה לאלקטרוניקה פיזיקלית, אונ’ ת”א.

slide3
נושאים
  • מבוא
  • ליתוגרפיה
  • איכול
  • שיקוע שכבות דקות
  • מטרולוגיה
  • בחינה
slide4

מבוא

חדרים נקיים

.

slide5

How Big of a Particle is Tolerable?

– Example: 0.5 mm CMOS technology

• Lateral Features:

– pattern size = 0.5 mm

– pattern tolerance = 0.15 mm

– level-level registration = 0.15 mm

• Vertical Features:

– gate oxide thickness = 10 nm

– field oxide thickness = 20 nm

– film thickness = 250-500 nm

– junction depths = 50-150 nm

clean room air filters
Clean Room Air Filters
  • • High Efficiency Particulate Air (HEPA) Filters
  • – most common type of clean room air filter
  • – high efficiency, low pressure drop, good loading characteristics
  • – uses glass fibers in a paper-like medium
  • – are rated by their particle retention:
  • • A true HEPA-rated filter will retain 99.97 % of incident particles of
  • 0.3 mm or larger. (DEFINITION)
slide11

Characteristics of Clean Rooms

– Air is recirculated through HEPA filters with about 20 % make up.

• Vapors are entrained, so contamination potential is very high

• Extensive gas detection and alarm systems are installed

– Temperature is controlled to 68 - 72 °F.

– Humidity is controlled to 40 - 46 % RH.

– Room is held at positive pressure

• Typically 0.1 in of H2O for Class 100, 1000, and 10,000

• Typically 0.3 - 0.4 in of H2O for Class 1 and Class 10

• Positive pressure constantly blows dust OUT

• (Biohazard rooms operate at negative pressure to keep bugs in)

• Doors open inward, so room pressure closes them shut

• 0.1 in H2O = 3.6 x 10 -3 psi = 0.52 lb/ft 2

• This produces 9.1 lbs. force on a 7’ x 30” door

slide12

בחדרים נקיים יש לבוד מיוחד

  • כללי התנהגות מיוחדים
  • רוב החדר הנקי הנו לציוד ייצור חיבורי ביניים כי שי הרבה שכבות מתכת
  • הפרוסות בשלב חיבורי הביניים נמצאות במצב המתקרב לעלות מכסימלית ולכן כל כשלון כואב יותר.
slide13

פוטוליתוגרפיה

עקרונות הפעולה, המטרולוגיה, והבקרה של תהליכי הפוטוליתוגרפיה עבור ייצור חיבורי ביניים עבור מעגלים משולבים

.

slide14
תוכן
  • עקרונות בסיסים
  • פרמטרים מאפיינים - עומק מוקד, חשיפה, רזולוציה, קונטרסט ועוד
  • טכניקות מדידה - מה מודדים ואיך
  • עקרונות בקרת תהליך הליתוגרפיה
  • נושאים חדשים בליתוגרפיה עבורULSI
slide15
עקרונות בסיסים
  • תאור הדמות ( Aerial Image)
  • תהליך החשיפה
  • תהליך הפיתוח
  • בקרת רוחב קו , בקרת ממד קריטי
slide16
מהי איכות הליתוגרפיה ?
  • איכות הפוטורזיסט לאחר החשיפה
    • בקרת רוחב קו, פרופילהרזיסט, רזולוציה, חלון התהליך
  • רגיסטרציה
  • תאימות לתהליך
    • התגדותלאיכול, יציבות תרמית, אדהזיה, תאימות כימית, היכולת להורדה
  • ייצוריות
    • מחיר, בטיחות, פגמים, יציבות, זמן חיי מדף.
slide17
ליתוגרפיה כתהליך העברת מידע

מסכה

תכנון

דמות אופטית

דמות סמויה בחומר הצילום

פיתוח הדמות

העתקת הדמות למעגל המשולב

slide18
מערכת החשיפה
  • מאירים את המסכה מצידה האחורי
  • האור עובר דרך המסכה ומתאבך
  • תמונת ההתאבכות נעה מהמסכה לעדשה
  • העדשה אוספת חלק מהגל המתאבך ויוצרת דמות משוחזרת במישור המוקד
  • יש אובדן מידע הנובע מהגודל הסופי של העדשה
slide19
יצירת הדמות - דוגמה

הארה קוהרנטית

מסכת קוורץ עם שכבת כרום ועליה פסים עם מרחק מחזור P

q

n

חוקבראג:

slide20

מסכה

עדשה בקוטרD ומרחק fמהמסכה

מישור המוקד

העדשה
slide21
מה קובע את הרזולוציה ?
  • הרזולוציה יחסית לאורך הגל, l
  • הרזולוציה משתפרת ככל שה- NA עולה - העדשה אוספת יותר מידע.
slide22
קונטרסט הדמות

Intensity, I

1

Imax

Imin

0

slide23
מגבלות הקונטרסט האופטי
  • מייצג רק מסכה עם פסים ורווחים שווים
  • לא שימושי לצורות גדולות
  • רגיש יותר ל-Iminמאשרהרזיסטעצמו
  • בעל קורלאציה נמוכה לאיכות הליתוגרפיה
slide24
הגדרת איכות הדמות
  • Image Log-Slope (ILS)

ILS מוגדר כשיפוע הדמות, בסקלה לוגריתמית, בקצה הנומינלי של הדמות.

slide25
הגדרת איכות הדמות (2)
  • Normalized Image Log-Slope (NILS)

NILS מוגדר כשיפועהמנורמל של הדמות, בסקלה לוגריתמית, בקצה הנומינלי של הדמות.

W הנו רוחב הקו הנומינלי.

slide26
במה תלויה איכות הדמות?
  • הפרמטר המקובל הנו ה- NILS
  • הוא תלוי במרחק בין משטח המוקד האידיאלי למשטח הדמות האמיתית (הפרוסה). גודל זה קרוי ההסחה מהמוקד או ה- Defocus.

NILS

l=365 nm

s=0.45, NA=0.5

p=1 mm (L=S)

6

3

0

Defocus [mm]

0 0.5 1.0 1.5

slide27
חלון התהליך של החשיפה
  • מרווח החשיפה - Process latitude
  • השינויים בעוצמת החשיפה גורמים לשינויים ברוחב הקו.
slide28
אפיון מרווח החשיפה
  • בדרך כלל הוא תלוי ב- NILS באופן ליניארי
  • NILS ניתן לחישוב בעזרת תכניות סימולציה
  • EL מדוד על פרוסה או מתוך סימולציה.
slide29
הגדרות
  • רזולוציה
    • הדמות הקטנה ביותר שתיתן ערך נתון שלILS , הגדול או שווה מערך נתון שלILS ,עבור תחום הגדרת מוקד מסוים.
  • עומק מוקד
    • תחום הסטייה ממשטח המוקד האידיאלי, שיתןILS הגדול או שווה מערך נתון שלILS, עבור דמות נתונה.

ניתן להגדיר באופן דומה ביחס למרווח חשיפה (EL) נתון

stepper
אפיון מכשיר החשיפה - ה- Stepper
  • נתוני בחירה - NA, דרגת הקוהרנטיותs, אורך הגלl.
  • תאור המסכה - רוחב הקו, המחזור.
  • כמות הסטייה האפשרית מהמוקד המצטברת בתהליך החשיפה
  • הנחה בסיסית - הדמות הטובה ביותר תיתן את תהליך הליתוגרפיה הטוב ביותר.
slide31
התמונה הסמויה
  • הדמות האופטית פועלת על שכבה דקה של חומר רגיש לאור - פוטורזיסט
  • החומר מכיל תרכובת פעילה הקרויה:
    • PAC - Photo Active Compound
  • ריכוז הPAC מסומן כ - m - וזו התמונה הסמויה
  • מכפלת עוצמת ההארה (I) בזמן ההארה נותנת את אנרגיית החשיפה.
  • m הנו פונקציה של אנרגיית החשיפה
slide32
הקינטיקה שלריאקצית החשיפה
  • m - ריכוז ה- PAC
  • I - עוצמת האור
  • t - זמן ההארה
  • C - קבוע הקצב של החשיפה
slide33
בליעת האור בחומר הצילום
  • חומר הצילום בולע אור
  • הבליעה יחסית לריכוז ה- PAC
slide34
מאפייני הדמות הסמויה

גרדיאנט הדמות הסמויה (LIG)

דוגמה: פוטורזיסט עם בליעה קבועה (I לא תלוי זמן)

  • שיפוע התמונה הסמויה מכסימלי עבור m=0.37
  • כאשר יש בליעה מקבלים ששיפוע התמונה הסמוי מכסימלי עבור

0.2 < m < 0.5

slide35

1 10 100 1000

הקונטרסט של הפוטורזיסט

עובירזיסט מנורמל

1

0.8

0.6

0.4

0.2

0.0

שיפוע - g

E0 - אנרגית הסף להורדתהרזיסט

E, אנרגית החשיפה[mJ/cm2]

slide36
הקונטרסט של הפוטורזיסט

R = קצב הפיתוח ( בננומטרלשניה)

E = אנרגית החשיפה [mJ/cm2]

slide37
פיתוח
  • פיתוח רטוב - הרזיסט מתאכלבמפתח בסיסי
  • קצב הפיתוח עולה כשריכוז ה- PAC יורד.

חשיפה

slide38
סיכום ביניים

תהליך פונקציה מאפיינת

  • יצירת תמונהILS, NILS
  • חשיפהגרדיאנט הדמות הסמויה
  • פיתוחגרדיאנט קצב הפיתוח
  • סה”כ התהליךמרווח החשיפה - Exposure latitude
slide39
אופטימיזציה של הליתוגרפיה
  • ILS הנו מדד טוב שכן הוא יחסי ל- EL
  • ILSתלוי בסטייה מהמוקד (Defocus)
  • הפרמטרים של הפיתוח והדמות הסמויה תלוייםברזיסט, במפתח, ובתהליכים הקשורים בהם.
  • האופטימום לחשיה יכול להימצא באופן ניסויי ע”י הרצת מטריצת חשיפה כנגד פיתוח עבור דמות ממוקדת היטב.
slide40
אופטימיזציה של הליתוגרפיה
  • הקונטרסט שלהרזיסטתלוי במטריצת החשיפה והפיתוח.
  • פיתוחהרזיסטהנו תהליך דו ממדי
  • הקונטרסט שלהרזיסטיכוללהמדדבמכשור מיוחד (שכנראה לא קיים בשוק יותר…)
slide41
בקרת רוחב הקו
  • מה קובע את יכולת בקרת התהליך ?
    • השגיאות האקראיות בתהליך הייצור
    • תגובת התהליך לשגיאות הללו
slide42
הגדרת מרווח החשיפה
  • מרווח החשיפה =

רוחב הקו

CD +10%

CD

CD-10%

Nominal linewidth

אנרגית החשיפה

E(CD+10%) E(CD) E(CD-10%)

slide43
השפעת המצע
  • המצע מחזיר חלק מהאור ויוצר תבנית גלים עומדים

ללא החזרות

עם החזרות

slide44
ליתוגרפיה על מתכת
  • ההחזרה מהצד שלהרזיסט ~100%
  • יש בעיית גלים עומדים
  • השדה החשמלי ועוצמת ההארה נמוכים מאוד במשטח בין המתכתלרזיסט\בעית רזיסטלא מפותח בתחתיתהרזיסט - SCUM
slide45

גלים עומדיםבפוטרורזיסט

  • תנאי שפה על מתכת - שדה=0
  • מניעה: חשיפה בכמהארכיגל - לא רלבנטי
  • חימוםהרזיסטלאחר החשיפה
  • שימוש ב שכבה אל-מחזירה - טיטניום ניטרידעל אלומיניום
slide46
פתרון לבעיית הגלים העומדים
  • הכנסת שכבה לא מחזירה
    • ARC - Anti Reflective Coating
    • דוגמה:
      • הוספת שכבת טיטניום-ניטריד (TiN ) מעל שכבת אלומיניום.
  • הוספת צבע בולעלרזיסט (פתרון מוגבל)
slide47
דרישות מהפוטורזיסט
  • רוחב קו - נומינלי 10%±
  • זווית צד > °80÷÷÷ ÷÷
  • אובדןרזיסט < 10%
slide48
מציאת עומק מוקדאידאלי

רוחב קו

CD

E עולה

מיקום המוקד

slide49
עומק מוקד
  • עומק המוקד ( DOF ) - תחום המוקד שנותן את פרופילהרזיסטלפי הדרישות לרוחב קו נתון ועומד בדרישות של מרווח חשיפה נתון.
slide50
דוגמה: השגיאה במרחק המוקד

שגיאות אקראיות

  • חימום העדשה 0.10 מיקרון
  • השפעת הסביבה 0.20 מיקרון
  • הטית המסכה 0.05 מיקרון
  • מישוריות המסכה 0.12 מיקרון
  • מישוריות הפרוסה 0.30 מיקרון
  • מישוריות המכשור 0.14 מיקרון
  • הדירות המכשיר 0.20 מיקרון
  • השגיאה בקביעתDOF 0.30 מיקרון
  • רעידות 0.10 מיקרון
  • סה”כ 0.60 מיקרון
slide51
שגיאת המוקד הבנויה במערכת ( BIFE )
  • שגיאות אקראיות 0.6 מיקרון
  • טופוגרפיה 0.5 מיקרון
  • עקמומיות שדה ואסטיגמטיזם0.4מיקרון
  • עובי הרזיסט0.1מיקרון
  • סה”כ השגיאה ( BIFE ) 1.6 מיקרון
slide52
קביעת חלון התהליך

אנרגית החשיפה

תחום אבדןרזיסט < 10%

תחום ה- CD

אנרגית החשיפה הנומינלית

חלון התהליך

תחוםזוותצד > 80

0

מיקום המוקד

slide53
שיטות לשיפור חלון התהליך
  • חשיפה במספר מרחקי מוקד

המוקד למעלה

פוטורזיסט

המוקד למטה

פוטורזיסט

slide54
הוספת חומר מגדיל קונטרסט
  • CEL - Contrast Enhanced Lithography

הCEM נעשה שקוף באזור המואר

slide55
הנדסת חזית הגל
  • בקרת העוצמה והפאזה של גל האור
    • עיצוב המסכה - הוספת אלמנטים הקטנים מגבול הרזולוציה.
    • OPC - Optical Phase Correction
    • הוספת אלמנטים מסיחי פאזה
    • PSM - Phase Shifting Masks
    • הארה מיוחדת - בזווית
    • מסננים במישור הצמצם
slide56
תיקון פאזה אופטי ( OPC )

מסכה רגילה

מסכה עםOPC

הסחת פינה פנימה -Pullback

תיקון פינה Serif

slide57
הסחת פאזה על המסכה
  • ע”י הוספת שכבות דקותדיאלקטריותשקופות

שכבהמסיחתפאזה - Shifter

n - מקדם השבירה של השכבההדיאלקטרית

d - עובי השכבה הדיאלקטרית

slide58
הסחת הפאזה - משפרת את הקונטרסט האופטי

הסחת פאזה של °180

E, mask

E, Wafer

I=|E|2

E - השדה החשמלי, I - עוצמת ההארה

slide59
סוגיPSM
  • מסכות בליעה רגילות עם תיקונים ע”י הסחה ב- °180
  • מסכות ללא בליעה עם העברה בהסחות של °0 ו- °180.
  • מסכות עם בליעה חלשה והסחת פאזה (Leaky chrome )
  • מסכות עם מספר הסחות פאזה
  • מסכותהולוגרמיות
slide60
הארה לא מקבילה
  • קרוי גםOFF-AXIS
  • יותר תדרים מרחביים “נכנסים” לעדשה.

הארה בזווית

oai psm
שילובOAI ו- PSM
  • OAI ו- PSMמשפרת את חלון התהליך ומקטינה תלות בטופולוגיה של המעגל
  • משפר חורים וקווים
  • ניתן לשילוב עם מספר סוגיPSM
slide62
אפיון הליתוגרפיה
  • מדידות רוחב קו
    • מדידות אופטיות
    • מדידות בעזרתSEM-CD
  • מדידות צורת הקו
    • מדידות בעזרתSEM ו- FIB
  • מדידותפרמטרי הרזיסט - A,B,C
  • מדידותפרמטריהחשיפה
slide63
בקרת תהליך הליתוגרפיה
  • בקרת החשיפה
    • אנרגית החשיפה
    • מיקום יחסית למוקד
  • בקרת הפוטורזיסט
    • בקרה לפני החשיפה - Pre-exposure
    • בקרה אחרי החשיפה - Post-exposure
  • בקרת הפיתוח
    • טמפרטורה, זמן, ריכוזים
slide64
תהליכי ליתוגרפיה
  • תהליכי איכול
    • איכול כימי רטוב
    • איכול יבש בפלזמה
  • השתלת יונים
  • תהליכי ניקוי
    • הסרת הפוטורזיסט
      • ניקוי רטוב - בממסים אורגנים או מאכלים
      • ניקוי יבש - בפלזמה של חמצן - ASHING
slide65
ליתוגרפיה בקרני אלקטרונים
  • כתיבה ישירה בקרן אלקטרונים
  • SCALPEL - Scattering with Angular Limitation Projection Electron Beam Lithography
slide66
ליתוגרפיה בקרני-X
  • חשיפה ישירה דרך מסכת בליעה

High Z

Low Z

XRAYרזיסט

שכבה דקה

מצע

slide67
איכול - העתקת הדמות

רזיסט

שכבהI

שכבהII

איכולאנאיזוטרופי

slide68
סיכום
  • פוטוליתוגרפיה - תהליך העתקת המידע לפרוסה
  • לתהליך טיפוסי יותר מ 14 מסכות.
  • התהליך מוגבלדיפרקציה
  • השימוש בחומר צילום לא-ליניארי הבולע אור משפר את הרזולוציה
  • תהליך הליתוגרפיה הנו קריטי להצלחת תהליך הגדרת החורים למגעים וקווי המתכת לחיבורי הביניים
slide69

איכול

עקרונות איכול מתכות ומבודדים עבור ייצור חיבורי ביניים עבור מעגלים משולבים

.