slide1 n.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
פוטוליתוגרפיה PowerPoint Presentation
Download Presentation
פוטוליתוגרפיה

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 54

פוטוליתוגרפיה - PowerPoint PPT Presentation


  • 196 Views
  • Uploaded on

פוטוליתוגרפיה. עקרונות הפעולה, המטרולוגיה, והבקרה של תהליכי הפוטוליתוגרפיה עבור תעשיית המוליכים למחצה. פרופ ’ יוסי שחם המחלקה לאלקטרוניקה פיזיקלית , אונ ’ ת”א . תוכן. עקרונות בסיסים פרמטרים מאפיינים - עומק מוקד, חשיפה, רזולוציה, קונטרסט ועוד טכניקות מדידה - מה מודדים ואיך

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 'פוטוליתוגרפיה' - severino


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

פוטוליתוגרפיה

עקרונות הפעולה, המטרולוגיה, והבקרה של תהליכי הפוטוליתוגרפיה עבור תעשיית המוליכים למחצה

פרופ’ יוסי שחם

המחלקה לאלקטרוניקה פיזיקלית, אונ’ ת”א.

slide2
תוכן
  • עקרונות בסיסים
  • פרמטרים מאפיינים - עומק מוקד, חשיפה, רזולוציה, קונטרסט ועוד
  • טכניקות מדידה - מה מודדים ואיך
  • עקרונות בקרת תהליך הליתוגרפיה
  • נושאים חדשים בליתוגרפיה עבורULSI
slide3
עקרונות בסיסים
  • תאור הדמות ( Aerial Image)
  • תהליך החשיפה
  • תהליך הפיתוח
  • בקרת רוחב קו , בקרת ממד קריטי
slide4
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.
slide5
ליתוגרפיה כתהליך העברת מידע

מסכה

תכנון

דמות אופטית

דמות סמויה בחומר הצילום

פיתוח הדמות

העתקת הדמות למעגל המשולב

slide6
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
slide7
יצירת הדמות - דוגמה

הארה קוהרנטית

מסכת קוורץ עם שכבת כרום ועליה פסים עם מרחק מחזור P

q

n

חוקבראג:

slide8

מסכה

עדשה בקוטרD ומרחק fמהמסכה

מישור המוקד

העדשה
slide9
מה קובע את הרזולוציה ?
  • הרזולוציה יחסית לאורך הגל, l
  • הרזולוציה משתפרת ככל שה- NA עולה - העדשה אוספת יותר מידע.
slide10
קונטרסט הדמות

Intensity, I

1

Imax

Imin

0

slide11
מגבלות הקונטרסט האופטי
  • מייצג רק מסכה עם פסים ורווחים שווים
  • לא שימושי לצורות גדולות
  • רגיש יותר ל-Iminמאשרהרזיסטעצמו
  • בעל קורלאציה נמוכה לאיכות הליתוגרפיה
slide12
הגדרת איכות הדמות
  • Image Log-Slope (ILS)

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

slide13
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.

slide14
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

slide15
חלון התהליך של החשיפה
  • מרווח החשיפה - Process latitude
  • השינויים בעוצמת החשיפה גורמים לשינויים ברוחב הקו.
slide16
אפיון מרווח החשיפה
  • בדרך כלל הוא תלוי ב- NILS באופן ליניארי
  • NILS ניתן לחישוב בעזרת תכניות סימולציה
  • EL מדוד על פרוסה או מתוך סימולציה.
slide17
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.
slide19
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
slide20
הקינטיקה שלריאקצית החשיפה
  • m - ריכוז ה- PAC
  • I - עוצמת האור
  • t - זמן ההארה
  • C - קבוע הקצב של החשיפה
slide21
בליעת האור בחומר הצילום
  • חומר הצילום בולע אור
  • הבליעה יחסית לריכוז ה- PAC
slide22
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

slide23

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]

slide24
הקונטרסט של הפוטורזיסט

R = קצב הפיתוח ( בננומטרלשניה)

E = אנרגית החשיפה [mJ/cm2]

slide25
פיתוח
  • פיתוח רטוב - הרזיסט מתאכלבמפתח בסיסי
  • קצב הפיתוח עולה כשריכוז ה- PAC יורד.

חשיפה

slide26
סיכום ביניים

תהליך פונקציה מאפיינת

  • יצירת תמונהILS, NILS
  • חשיפהגרדיאנט הדמות הסמויה
  • פיתוחגרדיאנט קצב הפיתוח
  • סה”כ התהליךמרווח החשיפה - Exposure latitude
slide27
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.
slide28
אופטימיזציה של הליתוגרפיה
  • הקונטרסט שלהרזיסטתלוי במטריצת החשיפה והפיתוח.
  • פיתוחהרזיסטהנו תהליך דו ממדי
  • הקונטרסט שלהרזיסטיכוללהמדדבמכשור מיוחד (שכנראה לא קיים בשוק יותר…)
slide29
בקרת רוחב הקו
  • מה קובע את יכולת בקרת התהליך ?
    • השגיאות האקראיות בתהליך הייצור
    • תגובת התהליך לשגיאות הללו
slide30
הגדרת מרווח החשיפה
  • מרווח החשיפה =

רוחב הקו

CD +10%

CD

CD-10%

Nominal linewidth

אנרגית החשיפה

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

slide31
השפעת המצע
  • המצע מחזיר חלק מהאור ויוצר תבנית גלים עומדים

ללא החזרות

עם החזרות

slide32
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)
slide33
דרישות מהפוטורזיסט
  • רוחב קו - נומינלי 10%±
  • זווית צד > °80÷÷÷ ÷÷
  • אובדןרזיסט < 10%
slide34
מציאת עומק מוקדאידאלי

רוחב קו

CD

E עולה

מיקום המוקד

slide35
עומק מוקד
  • עומק המוקד ( DOF ) - תחום המוקד שנותן את פרופילהרזיסטלפי הדרישות לרוחב קו נתון ועומד בדרישות של מרווח חשיפה נתון.
slide36
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
slide37
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
slide38
קביעת חלון התהליך

אנרגית החשיפה

תחום אבדןרזיסט < 10%

תחום ה- CD

אנרגית החשיפה הנומינלית

חלון התהליך

תחוםזוותצד > 80

0

מיקום המוקד

slide39
שיטות לשיפור חלון התהליך
  • חשיפה במספר מרחקי מוקד

המוקד למעלה

פוטורזיסט

המוקד למטה

פוטורזיסט

slide40
הוספת חומר מגדיל קונטרסט
  • CEL - Contrast Enhanced Lithography

הCEM נעשה שקוף באזור המואר

slide41
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
slide42
תיקון פאזה אופטי ( OPC )

מסכה רגילה

מסכה עםOPC

הסחת פינה פנימה -Pullback

תיקון פינה Serif

slide43
הסחת פאזה על המסכה
  • ע”י הוספת שכבות דקותדיאלקטריותשקופות

שכבהמסיחתפאזה - Shifter

n - מקדם השבירה של השכבההדיאלקטרית

d - עובי השכבה הדיאלקטרית

slide44
הסחת הפאזה - משפרת את הקונטרסט האופטי

הסחת פאזה של °180

E, mask

E, Wafer

I=|E|2

E - השדה החשמלי, I - עוצמת ההארה

slide45
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
slide46
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
slide48
אפיון הליתוגרפיה
  • מדידות רוחב קו
    • מדידות אופטיות
    • מדידות בעזרתSEM-CD
  • מדידות צורת הקו
    • מדידות בעזרתSEM ו- FIB
  • מדידותפרמטרי הרזיסט - A,B,C
  • מדידותפרמטריהחשיפה
slide49
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
slide50
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
slide51
ליתוגרפיה בקרני אלקטרונים
  • כתיבה ישירה בקרן אלקטרונים
  • SCALPEL - Scattering with Angular Limitation Projection Electron Beam Lithography
slide52
ליתוגרפיה בקרני-X
  • חשיפה ישירה דרך מסכת בליעה

High Z

Low Z

XRAYרזיסט

שכבה דקה

מצע

slide53
איכול - העתקת הדמות

רזיסט

שכבהI

שכבהII

איכולאנאיזוטרופי

slide54
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 היצור