1. פוטוליתוגרפיה עקרונות הפעולה, המטרולוגיה, והבקרה של תהליכי הפוטוליתוגרפיה עבור תעשיית המוליכים למחצה פרופ ’ יוסי שחם המחלקה לאלקטרוניקה פיזיקלית, אונ ’ ת ” א.

2. תוכן n עקרונות בסיסים n פרמטרים מאפיינים - עומק מוקד, חשיפה, רזולוציה, קונטרסט ועוד n טכניקות מדידה - מה מודדים ואיך n עקרונות בקרת תהליך הליתוגרפיה n נושאים חדשים בליתוגרפיה עבור ULSI

3. עקרונות בסיסים n תאור הדמות ( Aerial Image) n תהליך החשיפה n תהליך הפיתוח n בקרת רוחב קו, בקרת ממד קריטי

4. מהי איכות הליתוגרפיה ? n איכות הפוטורזיסט לאחר החשיפה u בקרת רוחב קו, פרופיל הרזיסט, רזולוציה, חלון התהליך n רגיסטרציה n תאימות לתהליך u התגדות לאיכול, יציבות תרמית, אדהזיה, תאימות כימית, היכולת להורדה n ייצוריות u מחיר, בטיחות, פגמים, יציבות, זמן חיי מדף.

5. ליתוגרפיה כתהליך העברת מידע מסכה דמות אופטית דמות סמויה בחומר הצילום פיתוח הדמות העתקת הדמות למעגל המשולב תכנון

6. מערכת החשיפה n מאירים את המסכה מצידה האחורי n האור עובר דרך המסכה ומתאבך n תמונת ההתאבכות נעה מהמסכה לעדשה n העדשה אוספת חלק מהגל המתאבך ויוצרת דמות משוחזרת במישור המוקד n יש אובדן מידע הנובע מהגודל הסופי של העדשה

7. יצירת הדמות - דוגמה  n חוק בראג : מסכת קוורץ עם שכבת כרום ועליה פסים עם מרחק מחזור P הארה קוהרנטית

8. העדשה מישור המוקד עדשה בקוטר D ומרחק f מהמסכה מסכה

9. מה קובע את הרזולוציה ? הרזולוציה יחסית לאורך הגל, n הרזולוציה משתפרת ככל שה- NA עולה - העדשה אוספת יותר מידע.

10. קונטרסט הדמות 0 1Intensity, I I max I min

11. מגבלות הקונטרסט האופטי n מייצג רק מסכה עם פסים ורווחים שווים n לא שימושי לצורות גדולות n רגיש יותר ל-I min מאשר הרזיסט עצמו n בעל קורלאציה נמוכה לאיכות הליתוגרפיה

12. הגדרת איכות הדמות n Image Log-Slope (ILS) ILS מוגדר כשיפוע הדמות, בסקלה לוגריתמית, בקצה הנומינלי של הדמות.

13. הגדרת איכות הדמות (2) n Normalized Image Log-Slope (NILS) NILS מוגדר כשיפוע המנורמל של הדמות, בסקלה לוגריתמית, בקצה הנומינלי של הדמות. W הנו רוחב הקו הנומינלי.

14. במה תלויה איכות הדמות? n הפרמטר המקובל הנו ה- NILS n הוא תלוי במרחק בין משטח המוקד האידיאלי למשטח הדמות האמיתית (הפרוסה). גודל זה קרוי ההסחה מהמוקד או ה- Defocus. NILS Defocus [  m] 0 0.5 1.0 1.5 630630 =365 nm  =0.45, NA=0.5 p=1  m (L=S)

15. חלון התהליך של החשיפה n מרווח החשיפה - Process latitude n השינויים בעוצמת החשיפה גורמים לשינויים ברוחב הקו.

16. אפיון מרווח החשיפה n בדרך כלל הוא תלוי ב- NILS באופן ליניארי n NILS ניתן לחישוב בעזרת תכניות סימולציה n EL מדוד על פרוסה או מתוך סימולציה.

17. הגדרות n רזולוציה u הדמות הקטנה ביותר שתיתן ערך נתון של ILS, הגדול או שווה מערך נתון של ILS,עבור תחום הגדרת מוקד מסוים. n עומק מוקד u תחום הסטייה ממשטח המוקד האידיאלי, שיתן ILS הגדול או שווה מערך נתון של ILS, עבור דמות נתונה. ניתן להגדיר באופן דומה ביחס למרווח חשיפה (EL) נתון

18. אפיון מכשיר החשיפה - ה- Stepper נתוני בחירה - NA, דרגת הקוהרנטיות , אורך הגל. n תאור המסכה - רוחב הקו, המחזור. n כמות הסטייה האפשרית מהמוקד המצטברת בתהליך החשיפה n הנחה בסיסית - הדמות הטובה ביותר תיתן את תהליך הליתוגרפיה הטוב ביותר.

19. התמונה הסמויה n הדמות האופטית פועלת על שכבה דקה של חומר רגיש לאור - פוטורזיסט n החומר מכיל תרכובת פעילה הקרויה: u PAC - Photo Active Compound n ריכוז הPAC מסומן כ - m - וזו התמונה הסמויה n מכפלת עוצמת ההארה (I) בזמן ההארה נותנת את אנרגיית החשיפה. n m הנו פונקציה של אנרגיית החשיפה

20. הקינטיקה של ריאקצית החשיפה n m - ריכוז ה- PAC n I - עוצמת האור n t - זמן ההארה n C - קבוע הקצב של החשיפה

21. בליעת האור בחומר הצילום n חומר הצילום בולע אור n הבליעה יחסית לריכוז ה- PAC

22. 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

23. הקונטרסט של הפוטורזיסט 1 10 100 1000 E, אנרגית החשיפה [mJ/cm 2 ] 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 שיפוע -  E 0 - אנרגית הסף להורדת הרזיסט עובי רזיסט מנורמל

24. הקונטרסט של הפוטורזיסט R = קצב הפיתוח ( בננומטר לשניה ) E = אנרגית החשיפה [mJ/cm 2 ]

25. פיתוח n פיתוח רטוב - הרזיסט מתאכל במפתח בסיסי n קצב הפיתוח עולה כשריכוז ה- PAC יורד. חשיפ ה

26. סיכום ביניים תהליך פונקציה מאפיינת n יצירת תמונהILS, NILS n חשיפהגרדיאנט הדמות הסמויה n פיתוחגרדיאנט קצב הפיתוח n סה”כ התהליךמרווח החשיפה - Exposure latitude

27. אופטימיזציה של הליתוגרפיה n ILS הנו מדד טוב שכן הוא יחסי ל- EL n ILS תלוי בסטייה מהמוקד (Defocus) n הפרמטרים של הפיתוח והדמות הסמויה תלויים ברזיסט, במפתח, ובתהליכים הקשורים בהם. n האופטימום לחשיה יכול להימצא באופן ניסויי ע”י הרצת מטריצת חשיפה כנגד פיתוח עבור דמות ממוקדת היטב.

28. אופטימיזציה של הליתוגרפיה n הקונטרסט של הרזיסט תלוי במטריצת החשיפה והפיתוח. n פיתוח הרזיסט הנו תהליך דו ממדי n הקונטרסט של הרזיסט יכול להמדד במכשור מיוחד (שכנראה לא קיים בשוק יותר…)

29. בקרת רוחב הקו n מה קובע את יכולת בקרת התהליך ? u השגיאות האקראיות בתהליך הייצור u תגובת התהליך לשגיאות הללו

30. הגדרת מרווח החשיפה n מרווח החשיפה = CD +10% CD CD-10% Nominal linewidth E(CD+10%) E(CD) E(CD-10%) אנרגית החשיפה רוחב הקו

31. השפעת המצע n המצע מחזיר חלק מהאור ויוצר תבנית גלים עומדים ללא החזרותעם החזרות

32. פתרון לבעיית הגלים העומדים n הכנסת שכבה לא מחזירה u ARC - Anti Reflective Coating u דוגמה: F הוספת שכבת טיטניום-ניטריד (TiN ) מעל שכבת אלומיניום. n הוספת צבע בולע לרזיסט (פתרון מוגבל)

33. דרישות מהפוטורזיסט רוחב קו - נומינלי 10%  זווית צד > °80÷÷÷ ÷÷ n אובדן רזיסט < 10%

34. מציאת עומק מוקד אידאלי E עולה רוחב קו מיקום המוקד CD

35. עומק מוקד n עומק המוקד ( DOF ) - תחום המוקד שנותן את פרופיל הרזיסט לפי הדרישות לרוחב קו נתון ועומד בדרישות של מרווח חשיפה נתון.

36. דוגמה: השגיאה במרחק המוקד n חימום העדשה0.10 מיקרון n השפעת הסביבה0.20 מיקרון n הטית המסכה 0.05 מיקרון n מישוריות המסכה0.12 מיקרון n מישוריות הפרוסה0.30 מיקרון n מישוריות המכשור0.14 מיקרון n הדירות המכשיר0.20 מיקרון n השגיאה בקביעת DOF0.30 מיקרון n רעידות0.10 מיקרון n סה”כ0.60 מיקרון שגיאות אקראיות

37. שגיאת המוקד הבנויה במערכת ( BIFE ) n שגיאות אקראיות0.6 מיקרון n טופוגרפיה0.5 מיקרון n עקמומיות שדה ואסטיגמטיזם0.4 מיקרון n עובי הרזיסט0.1 מיקרון n סה”כ השגיאה ( BIFE )1.6 מיקרון

38. קביעת חלון התהליך אנרגית החשיפה אנרגית החשיפה הנומינלית מיקום המוקד 0 תחום ה - CD תחום אבדן רזיסט < 10% תחום זוות צד > 80 חלון התהליך

39. שיטות לשיפור חלון התהליך n חשיפה במספר מרחקי מוקד המוקד למעלה המוקד למטה פוטורזיסט

40. הוספת חומר מגדיל קונטרסט n CEL - Contrast Enhanced Lithography ה CEM נעשה שקוף באזור המואר

41. הנדסת חזית הגל n בקרת העוצמה והפאזה של גל האור u עיצוב המסכה - הוספת אלמנטים הקטנים מגבול הרזולוציה. u OPC - Optical Phase Correction u הוספת אלמנטים מסיחי פאזה u PSM - Phase Shifting Masks u הארה מיוחדת - בזווית u מסננים במישור הצמצם

42. תיקון פאזה אופטי ( OPC ) מסכה רגילה מסכה עם OPC תיקון פינה Serif הסחת פינה פנימה -Pullback

43. הסחת פאזה על המסכה n ע”י הוספת שכבות דקות דיאלקטריות שקופות שכבה מסיחת פאזה - Shifter n - מקדם השבירה של השכבה הדיאלקטרית d - עובי השכבה הדיאלקטרית

44. הסחת הפאזה - משפרת את הקונטרסט האופטי E, mask E, Wafer I=|E| 2 הסחת פאזה של °180 E - השדה החשמלי, I - עוצמת ההארה

45. סוגי PSM 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 מסכות הולוגרמיות

46. הארה לא מקבילה n קרוי גם OFF-AXIS n יותר תדרים מרחביים “נכנסים” לעדשה. הארה בזווית

47. שילוב OAI ו- PSM n OAI ו- PSMמשפרת את חלון התהליך ומקטינה תלות בטופולוגיה של המעגל n משפר חורים וקווים n ניתן לשילוב עם מספר סוגי PSM

48. אפיון הליתוגרפיה n מדידות רוחב קו u מדידות אופטיות u מדידות בעזרת SEM-CD n מדידות צורת הקו u מדידות בעזרת SEM ו- FIB n מדידות פרמטרי הרזיסט - A,B,C n מדידות פרמטרי החשיפה

49. בקרת תהליך הליתוגרפיה n בקרת החשיפה u אנרגית החשיפה u מיקום יחסית למוקד n בקרת הפוטורזיסט u בקרה לפני החשיפה - Pre-exposure u בקרה אחרי החשיפה - Post-exposure n בקרת הפיתוח u טמפרטורה, זמן, ריכוזים

50. תהליכי ליתוגרפיה n תהליכי איכול u איכול כימי רטוב u איכול יבש בפלזמה n השתלת יונים n תהליכי ניקוי u הסרת הפוטורזיסט F ניקוי רטוב - בממסים אורגנים או מאכלים F ניקוי יבש - בפלזמה של חמצן - ASHING

51. ליתוגרפיה בקרני אלקטרונים n כתיבה ישירה בקרן אלקטרונים n SCALPEL - Scattering with Angular Limitation Projection Electron Beam Lithography

52. ליתוגרפיה בקרני-X n חשיפה ישירה דרך מסכת בליעה XRAY רזיסט שכבה דקה מצע High Z Low Z

53. איכול - העתקת הדמות רזיסט שכבה I שכבה II איכול אנאיזוטרופי

54. סיכום n פוטוליתוגרפיה - תהליך העתקת המידע לפרוסה n לתהליך טיפוסי יותר מ 14 מסכות. n התהליך מוגבל דיפרקציה n השימוש בחומר צילום לא-ליניארי הבולע אור משפר את הרזולוציה n תהליך הליתוגרפיה הנו קריטי להצלחת תהליך היצור