عکس نگاری: پایه و اساس ساخت میکرو مدرن

فوتولیتوگرافی ، همچنین به عنوان لیتوگرافی نوری یا لیتوگرافی اشعه ماورا قسمت های الگوی یک فیلم نازک یا بخش عمده ای از یک بستربشر این نقش اساسی در تولید نیمه هادی، ساخت MEMS، و برد مدار چاپی (PCB) طراحی. عکس شناسی امکان پذیر است تولید انبوه مدارهای یکپارچه (ICS) و سایر دستگاه های میکرو در مقیاس با دقت فوق العاده ، به مقیاس نانومتر.

در این مقاله نگاهی دقیق به اصول، مراحل پردازش، تجهیزات، انواع، و برنامه از فوتولیتوگرافی و همچنین محدودیت ها و چشم اندازهای آینده آن.

1. فوتولیتوگرافی چیست؟

فوتولیتوگرافی فرایندی است که برای انتقال الگوهای هندسی بر روی یک بستر ، به طور معمول استفاده می شود ویفرهای سیلیکونی، با استفاده از نور برای قرار گرفتن در معرض انتخاب لایه های فوتوریستی.

1.1 تعریف

نگارشی یک روش میکروفیک است که از آن استفاده می کند نور ماوراء بنفش (UV) برای انتقال یک الگوی هندسی از a نورپرداز روی a عکسبرداری لایه ای که روی یک بستر پوشیده شده است.

(Geeekeforgeeks)

1.2 چرا فوتولیتوگرافی اهمیت دارد

عکس گرفتن ستون فقرات ساخت دستگاه نیمه هادی، اجازه برای:

• تولید انبوه ریزساختارهای پیچیده
• دقت الگوی با وضوح نانومتر
• ساخت لایه به لایه از مدارهای یکپارچه

2. اجزای کلیدی و مواد

2.1 بستر

• به طور معمول ویفرهای سیلیکونی در میکروالکترونیک
• همچنین می تواند باشد شیشه، فلزی، یا پلیمر در MEMS یا فوتونیک

2.2 فوتوریست

یک ماده حساس به نور که در معرض نور UV قرار می گیرد ، دچار تغییرات شیمیایی می شود.

• عکسبرداری مثبت: محلول در جایی که در معرض دید قرار می گیرد
• عکسبرداری منفی: در جایی که در معرض دید نامحلول باشد

2.3 عکس

یک صفحه حاوی الگوی مورد نظر ، که معمولاً از آن ساخته شده است کوارتز با الگوی کروم.

2.4 منبع نور

• لامپ های جیوه-واپور (I-Line ، H-Line)
• ماوراء بنفش عمیق (DUV): 248 نانومتر (KRF) یا 193 نانومتر (ARF)
• ماوراء بنفش شدید (EUV): 13.5 نانومتر (گره های پیشرفته)

3. مراحل فرآیند فوتولیتوگرافی

3.1 آماده سازی سطح

• تمیز کردن ویفر با استفاده از RCA یا Piranha Etch
• پخت کم آبی برای از بین بردن آب
• مروج چسبندگی مانند HMDS اعمال شده است

3.2 برنامه Photoresist

• روسری مقاومت را به طور یکنواخت در سراسر ویفر پخش می کند
• ضخامت معمولی: 0.5-2 میکرومتر

3.3 پخت نرم (prebake)

• حلال ها را برای بهبود چسبندگی و یکنواختی از بین می برد

3.4 تراز و قرار گرفتن در معرض ماسک

• ماسک را به ویفر تراز کنید
• نور UV از مناطق شفاف ماسک عبور می کند و مقاومت را در معرض خطر قرار می دهد

3.5 پخت پس از قرار گرفتن در معرض (PEB)

• گام اختیاری برای بهبود وضوح و مقاومت در برابر کنتراست

3.6 توسعه

• مناطق عکسبرداری در معرض با استفاده از یک توسعه دهنده شیمیایی توسعه داده می شود
• مقاومت مثبت: مناطق در معرض برداشته می شوند
• مقاومت منفی: مناطق غیرمستقیم برداشته می شوند

3.7 پخت سخت

• مقاومت در برابر دوام را بهبود می بخشد
• باعث کاهش پیشرو و تقویت مقاومت در برابر اچ می شود

3.8 اچ یا رسوب

• با استفاده از: الگوی مقاومت را به لایه زیرین منتقل کنید:
  • اچینگ خشک (به عنوان مثال ، اچینگ یونی واکنشی)
  • اچینگ مرطوب
  • رسوب مادی

3.9 مقاومت در برابر سلب (مقاومت در برابر حذف)

• با استفاده از حلال های پلاسما یا شیمیایی ، عکس را بردارید

4. انواع فوتولیتوگرافی

5. قطعنامه و چالش های فوتولیتوگرافی

5.1 محدودیت وضوح

قطعنامه

$\mathrm{آر}$

توسط معیار ریلی داده شده است:

$$\mathrm{آر}=k_1\cdot \frac{\mathrm{سعادت}}{\mathrm{حرف}آ}$$

کجا:

• $\mathrm{سعادت}$

  = طول موج نور

• NA = دیافراگم عددی لنز
• $k_1$

  = عامل وابسته به فرآیند

طول موج پایین تر و وضوح NA بالاتر.

5.2 زبری لبه خط (LER)

انحرافات کوچک در لبه های الگوی بر عملکرد دستگاه تأثیر می گذارد.

5.3 دقت روکش

برای تراز کردن چندین لایه در ICS بسیار مهم است.

6. تجهیزات مورد استفاده در فوتولیتوگرافی

6.1 چرخش اسپین

لایه مقاومت یکنواخت را روی ویفر اعمال می کند

6.2 ماسک تراز / پله / اسکنر

ماسک و ویفر را برای قرار گرفتن در معرض تراز

6.3 آهنگ توسعه دهنده

فرآیند توسعه را خودکار می کند

6.4 اجاق گاز (صفحات داغ)

برای پخت های نرم و سخت

6.5 ابزار اچینگ

اچرهای پلاسما ، نیمکت های مرطوب

6.6 ابزار اندازه گیری

اندازه گیری ابعاد الگوی (CD SEM ، بیضی سنج)

7. کاربردهای فوتولیتوگرافی

8. پیشرفت در فوتولیتوگرافی

8.1 ماوراء بنفش عمیق (DUV)

• طول موج 248 نانومتر (KRF) و 193 نانومتر (ARF)
• هنوز هم به طور گسترده در فاب های نیمه هادی استفاده می شود

8.2 لیتوگرافی غوطه وری

• از آب بین لنز و ویفر استفاده می کند
• سدیم و وضوح (گره های 45 نانومتر) را تقویت می کند

8.3 لیتوگرافی ماوراء بنفش شدید (EUV)

• طول موج 13.5 نانومتر
• Enables <7 nm node fabrication
• هزینه بالا ، سیستم پیچیده (به عنوان مثال ، اسکنر ASML EUV)

8.4 لیتوگرافی بدون ماسک

• از دستگاه های دیجیتالی میکرومیر (DMDS) استفاده می کند
• مناسب برای نمونه سازی یا تولید در مقیاس کوچک

9 محدودیت ها و چالش ها

10. گزینه های جایگزین برای فوتولیتوگرافی

• لیتوگرافی پرتو الکترونی (EBL): وضوح بالاتر اما کندتر
• Lithography Nanoimprint (NIL): از قالب ها برای ویژگی های برجسته استفاده می کند
• پرتو یون متمرکز (فیبر): تکنیک نوشتن مستقیم
• نوشتن مستقیم لیزر (LDW): بدون ماسک ، برای نمونه سازی استفاده می شود

11. آینده فوتولیتوگرافی

11.1 ساخت زیر 2 نانومتر

فشار محدودیت با EUV + چند الگوی

11.2 هوش مصنوعی و لیتوگرافی محاسباتی

بهینه سازی الگوهای قرار گرفتن در معرض با استفاده از یادگیری ماشین

11.3 جمع آوری 3D IC

عکس شناسی ادغام پیچیده چند لایه را امکان پذیر می کند

11.4 لیتوگرافی پایدار

در حال توسعه سازگار با محیط زیست مقاومت می کند، منابع UV کم مصرف، و بازیافت شیمیایی

12. جدول خلاصه: غذای کلیدی

13. سؤالات متداول درباره فوتولیتوگرافی

Q1: هدف اصلی فوتولیتوگرافی چیست؟

برای الگوی مناطق خاص یک بستر برای تعریف ویژگی های مدار و ساختارهای دستگاه.

Q2: تفاوت بین فوتورهای مثبت و منفی چیست؟

مقاومت های مثبت در هنگام قرار گرفتن در معرض نور محلول می شوند ، در حالی که مقاومت های منفی نامحلول می شوند.

Q3: از چه طول موج در لیتوگرافی مدرن استفاده می شود؟

• I-Line: 365 نانومتر
• DUV: 248 نانومتر و 193 نانومتر
• EV: 13A NOM

Q4: چرا EUV مهم است؟

این امکان را برای الگوی در مقیاس های بسیار کوچک (زیر 7 نانومتر) فراهم می کند ، که برای ریزپردازنده های نسل بعدی ضروری است.

نتیجه

فوتولیتوگرافی یکی از موارد است بحرانی ترین و پیشرفته ترین فرآیندها در ساخت و سازهای مدرن. از فعال کردن تولید نیمه هادی های با کارایی بالا به حمایت MEMS و دستگاه های در مقیاس نانو، این است موتور پیشرفت تکنولوژیکی در الکترونیک ، اپتیک و علوم مواد.

همانطور که صنعت به سمت گره های کوچکتر ، عملکرد بالاتر و راه حل های سبزتر حرکت می کند ، عکس شناسی در حال تحول است با آن - آینده ای از نوآوری حتی بیشتر.