ในกระบวนการผลิตวงจรรวม มีความเชื่อมโยงที่สำคัญอย่างหนึ่ง—การพิมพ์หินด้วยเหตุนี้เอง เราจึงสามารถนำฟังก์ชันต่างๆ มาใช้กับชิปขนาดเล็กได้ เทคโนโลยีการแกะสลักสมัยใหม่สามารถสืบย้อนไปได้ถึง 190 ปี ในปี 1822 หลังจากทดลองกับแสงบนวัสดุต่างๆ ชาวฝรั่งเศสชื่อ Nicephore Niepce เริ่มพยายามคัดลอกภาพพิมพ์ (ลวดลาย) ที่สลักไว้บนกระดาษน้ำมัน เขาเอากระดาษน้ำมันวางบนแผ่นกระจก และเคลือบแผ่นกระจกด้วยยางมะตอยที่ละลายในน้ำมันพืช หลังจากตากแดด 2 หรือ 3 ชั่วโมง ยางมะตอยในส่วนที่แสงส่องผ่านจะแข็งตัวอย่างเห็นได้ชัด ในขณะที่ยางมะตอยในส่วนทึบแสงยังคงอ่อนตัวและสามารถล้างออกได้ด้วยส่วนผสมของยางสนและน้ำมันพืช ด้วยการกัดกรดแผ่นกระจกด้วยกรดเข้มข้น Niepce ได้สร้างแบบจำลองของภาพพิมพ์ของบิชอป d'Amboise ในปี 1827

กว่า 100 ปีหลังจากการประดิษฐ์ของนีปซ์ ในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง เทคนิคนี้ถูกนำมาใช้ครั้งแรกในการผลิตแผ่นวงจรพิมพ์ นั่นคือการสร้างวงจรทองแดงบนแผ่นพลาสติก ในปี 1961 เทคนิคโฟโตลิโทกราฟีถูกนำมาใช้ในการผลิตทรานซิสเตอร์ขนาดเล็กจำนวนมากบนซิลิคอน โดยมีความละเอียด 5 ไมโครเมตรในขณะนั้น ปัจจุบัน นอกเหนือจากลิโทกราฟีด้วยแสงที่มองเห็นได้แล้ว ยังมีวิธีการที่มีความละเอียดสูงกว่า เช่น การฉายรังสีเอ็กซ์และการสลักด้วยอนุภาคประจุไฟฟ้าเกิดขึ้นอีกด้วย

ตามคำจำกัดความของวิกิพีเดีย กระบวนการที่เรียกว่าโฟโตลิโทกราฟี เป็นขั้นตอนสำคัญในกระบวนการผลิตอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ ขั้นตอนนี้ใช้การฉายแสงและการพัฒนาเพื่อสร้างโครงสร้างทางเรขาคณิตบนชั้นโฟโตเรซิสต์ จากนั้นจึงถ่ายทอดลวดลายบนโฟโตมาสก์ไปยังพื้นผิวผ่านกระบวนการกัด พื้นผิวที่กล่าวถึงในที่นี้ไม่ได้หมายถึงเฉพาะแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนเท่านั้น แต่ยังรวมถึงชั้นโลหะและชั้นฉนวนอื่นๆ เช่น แก้วและแซฟไฟร์ใน SOS ด้วย

โฟโตลิโทกราฟีหลักการพื้นฐานกระบวนการนี้ใช้คุณสมบัติของโฟโตเรซิสต์ (หรือโฟโตเรซิสต์) ในการสร้างความต้านทานการกัดกร่อนเนื่องจากปฏิกิริยาทางเคมีแสงหลังจากได้รับแสง และลวดลายบนมาสก์จะถูกกัดกร่อนลงบนพื้นผิวที่จะทำการประมวลผล

เจตนาหลักการพิมพ์หิน

การพิมพ์หินไม่ใช่กระบวนการที่ง่าย มันต้องผ่านหลายขั้นตอน:

กระบวนการโฟโตลิโทกราฟี

เรามาทำความเข้าใจกระบวนการโฟโตลิโทกราฟีโดยละเอียดกัน:

1.เวเฟอร์คลีน

จุดประสงค์ของการทำความสะอาดแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนคือการกำจัดสิ่งปนเปื้อน อนุภาค ลดรูพรุนและข้อบกพร่องอื่นๆ และปรับปรุงการยึดเกาะของสารไวแสง

ขั้นตอนพื้นฐาน:การทำความสะอาดด้วยสารเคมี - การล้างออก - การทำให้แห้ง

หลังจากแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนผ่านกระบวนการต่างๆ แล้ว พื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์จะปนเปื้อนอย่างรุนแรง โดยทั่วไปแล้ว การปนเปื้อนบนพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนสามารถแบ่งออกได้เป็น 3 ประเภทใหญ่ๆ ดังนี้:

ก. การปนเปื้อนจากสารอินทรีย์:สามารถกำจัดออกได้โดยการละลายด้วยสารเคมีอินทรีย์และเทคโนโลยีการทำความสะอาดด้วยคลื่นอัลตราโซนิค

ลบ

ข. การปนเปื้อนของอนุภาค:สามารถใช้วิธีทางกายภาพในการกำจัดอนุภาคที่มีขนาดอนุภาค ≥ 0.4 μm โดยใช้การขัดถูเชิงกลหรือเทคโนโลยีการทำความสะอาดด้วยคลื่นอัลตราโซนิค และสามารถใช้คลื่นเมกะโซนิกในการกำจัดอนุภาคที่มีขนาดอนุภาค ≥ 0.2 μm

ค. การปนเปื้อนของไอออนโลหะ:ต้องใช้วิธีทางเคมีในการกำจัดสิ่งปนเปื้อน สิ่งปนเปื้อนที่เป็นโลหะบนพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนแบ่งออกเป็นสองประเภทหลัก:

?? 

ก. ประเภทหนึ่งคือ ไอออนหรืออะตอมที่ปนเปื้อนจะกระจายตัวและเกาะติดกับพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนผ่านกระบวนการดูดซับ

ข. อีกประเภทหนึ่งคือ ไอออนโลหะที่มีประจุบวกจะรับอิเล็กตรอนแล้วเกาะติด (เช่น "การชุบด้วยไฟฟ้า") กับพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอน

แผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนขัดเงาจุดประสงค์ของการทำความสะอาดด้วยสารเคมีคือการกำจัดสิ่งปนเปื้อนนี้ออกไปโดยทั่วไปแล้ว สามารถใช้วิธีการต่อไปนี้ในการทำความสะอาดและกำจัดสิ่งปนเปื้อนได้

? 

ก. ใช้สารออกซิไดซ์ที่มีฤทธิ์แรงเพื่อทำให้ไอออนโลหะที่ยึดติดกับพื้นผิวซิลิคอน "ถูกอิเล็กโทรไลซิส" ออกซิไดซ์เป็นโลหะ ละลายในสารละลายทำความสะอาด หรือดูดซับบนพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอน 

? ?

ข. ใช้ไอออนบวกขนาดเล็กที่ไม่เป็นอันตราย (เช่น H+) เพื่อแทนที่ไอออนโลหะที่ดูดซับอยู่บนพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอน และละลายไอออนเหล่านั้นในสารละลายทำความสะอาด

? ?

ค. ใช้น้ำปราศจากไอออนปริมาณมากในการทำความสะอาดด้วยคลื่นอัลตราโซนิค เพื่อกำจัดไอออนโลหะในสารละลาย

??

นับตั้งแต่กระบวนการทำความสะอาดด้วยสารเคมีแบบจุ่มของ RCA ที่เสนอโดยห้องปฏิบัติการ RCA ของสหรัฐอเมริกาในปี 1970 กระบวนการนี้ก็ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลาย ในปี 1978 ห้องปฏิบัติการ RCA ยังได้เปิดตัวกระบวนการทำความสะอาดด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง (megasonic) อีกด้วย ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เทคโนโลยีการทำความสะอาดต่างๆ ที่อิงตามทฤษฎีการทำความสะอาดของ RCA ได้รับการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง เช่น เทคโนโลยีการทำความสะอาดด้วยสารเคมีแบบพ่นเหวี่ยงของบริษัท FSI จากสหรัฐอเมริกา เทคโนโลยีการทำความสะอาดแบบปิดล้นของระบบ Full-Flow ของบริษัท CFM จากสหรัฐอเมริกา เทคโนโลยีการทำความสะอาดด้วยสารเคมีแบบกึ่งจุ่มกึ่งปิดของบริษัท VERTEQ จากสหรัฐอเมริกา (เช่น ระบบทำความสะอาด Goldfinger Mach2) เทคโนโลยีการทำความสะอาดแบบสองด้านของบริษัท SSEC จากสหรัฐอเมริกา (เช่น ระบบทำความสะอาด M3304 DSS) เทคโนโลยีการทำความสะอาดด้วยน้ำไอออนไนซ์แบบไดอิเล็กทริกที่ปราศจากสารเคมีของญี่ปุ่น (การทำความสะอาดด้วยน้ำไอออนไนซ์บริสุทธิ์พิเศษแบบไดอิเล็กทริก) ซึ่งยกระดับเทคโนโลยีการทำความสะอาดพื้นผิวของเวเฟอร์ขัดเงาไปอีกขั้น และเทคโนโลยีการทำความสะอาดเวเฟอร์ซิลิคอนด้วยสารเคมีแบบ HF/O3

2.การอบก่อนและไอน้ำไพรเมอร์ 

เนื่องจากโฟโตเรซิสต์มีตัวทำละลายเป็นส่วนประกอบ แผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนที่เคลือบด้วยโฟโตเรซิสต์จึงจำเป็นต้องได้รับการดูแลเป็นพิเศษประมาณ 80 องศาการอบไล่ความชื้นของแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนสามารถขจัดความชื้นออกจากพื้นผิวเวเฟอร์และเพิ่มการยึดเกาะระหว่างสารไวแสงกับพื้นผิว โดยปกติจะทำที่อุณหภูมิประมาณ 100°C ซึ่งจะทำควบคู่ไปกับการทาไพรเมอร์

สารเคลือบรองพื้นช่วยเพิ่มการยึดเกาะระหว่างสารไวแสง (PR) กับพื้นผิวเวเฟอร์ ที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย ได้แก่ เฮกซาเมทิลไดซิลามีน (HMDS), การเคลือบไอ HMDS ก่อนการเคลือบ PR แบบหมุนเหวี่ยง, การระบายความร้อนเวเฟอร์ด้วยแผ่นระบายความร้อนก่อนการเคลือบ PR

การอบก่อนและการพ่นไอน้ำรองพื้น

3.การเคลือบสารไวแสง

ขั้นตอนปกติสำหรับการเคลือบโฟโตเรซิสต์คือการออกซิเดชันแบบเปียกที่อุณหภูมิ 900-1100 องศาเซลเซียสก่อนการเคลือบโฟโตเรซิสต์ ชั้นออกไซด์สามารถใช้เป็นมาสก์สำหรับการกัดแบบเปียกหรือการฝัง B ได้ ในขั้นตอนแรกของกระบวนการโฟโตลิโทกราฟีเองนั้น จะมีการใช้สารประกอบโพลีเมอร์อินทรีย์บางๆ ที่ไวต่อแสงยูวี ซึ่งโดยทั่วไปเรียกว่าโฟโตเรซิสต์ เคลือบลงบนพื้นผิวของตัวอย่าง (SiO2) ก่อนอื่น จะนำโฟโตเรซิสต์ออกจากภาชนะแล้วหยดลงบนพื้นผิวของตัวอย่างที่วางอยู่ในเครื่องเคลือบกาว (ตัวอย่างจะถูกยึดไว้บนแท่นวางตัวอย่างด้วยแรงดันลบสุญญากาศ) จากนั้นตัวอย่างจะถูกหมุนด้วยความเร็วสูง โดยความเร็วในการหมุนจะถูกกำหนดโดยความหนืดของกาวและความหนาของกาวที่ต้องการ ด้วยความเร็วสูงเช่นนี้ กาวจะไหลไปยังขอบภายใต้แรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง

กระบวนการติดกาวนี่เป็นขั้นตอนแรกและสำคัญในกระบวนการแปลงกราฟิก คุณภาพของกาวส่งผลโดยตรงต่อความหนาแน่นของข้อบกพร่องในอุปกรณ์ที่ผ่านการประมวลผล เพื่อให้มั่นใจถึงความสม่ำเสมอของความกว้างของเส้นและเวลาในการพัฒนาในขั้นตอนต่อไป ความสม่ำเสมอของความหนาของกาวในชิ้นงานเดียวกันและความคงที่ของความหนาของกาวระหว่างชิ้นงานที่แตกต่างกันไม่ควรเกิน ±5 นาโนเมตร (สำหรับความหนาของกาว 1.5 ไมโครเมตร จะอยู่ที่ ±0.3%)

การกำหนดความหนาเป้าหมายของสารไวแสงนั้น ส่วนใหญ่พิจารณาจากคุณสมบัติทางเคมีของสารไวแสงเอง และความละเอียดของเส้นและช่องว่างในลวดลายที่จะคัดลอก กาวที่หนาเกินไปจะทำให้เกิดการปกคลุมขอบหรือการเชื่อมต่อกัน ลักษณะของกาวเป็นเนินหรือเป็นบริเวณ และลดผลผลิต ในงาน MEMS ความหนาของกาว (หลังการอบ) อยู่ระหว่าง 0.5-2 ไมโครเมตร และสำหรับการผลิตโครงสร้างจุลภาคพิเศษ บางครั้งความหนาของกาวอาจอยู่ที่ประมาณ 1 เซนติเมตร ในกรณีหลังนี้ การเคลือบแบบหมุนเหวี่ยงจะถูกแทนที่ด้วยวิธีการอื่นๆ เช่น การหล่อกาว หรือการพอลิเมอไรเซชันของกาวด้วยพลาสมา การเพิ่มประสิทธิภาพของกระบวนการเคลือบสารไวแสงแบบดั้งเดิมจำเป็นต้องพิจารณาถึงความเร็วในการหยดกาว ปริมาณการหยดกาว ความเร็วในการหมุน อุณหภูมิและความชื้นของสภาพแวดล้อม ฯลฯ ความเสถียรของปัจจัยเหล่านี้มีความสำคัญมาก

ขออธิบายตรงนี้ ส่วนประกอบหลักของโฟโตเรซิสต์ ได้แก่ โพลิเมอร์ (เรซิน) สารไวแสง และตัวทำละลาย โครงสร้างของโพลิเมอร์จะเปลี่ยนแปลงเมื่อได้รับแสง ตัวทำละลายช่วยให้โพลิเมอร์สามารถกระจายตัวและเกิดเป็นฟิล์มบางๆ บนพื้นผิวของตัวอย่าง และสารไวแสงจะควบคุมปฏิกิริยาเคมีของเฟสโพลิเมอร์ โฟโตเรซิสต์ที่ไม่มีสารไวแสงบางครั้งเรียกว่าระบบแบบองค์ประกอบเดียวหรือแบบส่วนประกอบเดียว ในขณะที่โฟโตเรซิสต์ที่มีสารไวแสงเรียกว่าระบบแบบสององค์ประกอบ ตัวทำละลายหรือสารเติมแต่งอื่นๆ มักจะไม่รวมอยู่ในการคำนวณ เนื่องจากไม่ได้มีส่วนร่วมโดยตรงในปฏิกิริยาเคมีแสงของโฟโตเรซิสต์

สารไวแสงสามารถแบ่งออกได้ตามคุณสมบัติที่แตกต่างกัน ดังนี้กาวเชิงบวกและกาวด้านลบ.      

ในยุคแรกของการพัฒนาเทคโนโลยี กาวชนิดลบ (negative glue) มักเป็นกาวที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในกระบวนการโฟโตลิโทกราฟี แต่เมื่อมีการเกิดขึ้นของวงจร VLSI IC และขนาดลวดลาย 2-5 ไมครอน กาวชนิดลบก็ไม่สามารถตอบสนองความต้องการได้อีกต่อไป จึงเกิดกาวชนิดบวก (positive glue) ขึ้นมา แต่ข้อเสียของกาวชนิดบวกคือความสามารถในการยึดติดที่ไม่ดี

การใช้กาวบวกจำเป็นต้องเปลี่ยนขั้วของหน้ากาก ซึ่งไม่ใช่การพลิกแบบง่ายๆ เนื่องจากหน้ากากถูกรวมเข้ากับโฟโตเรซิสต์สองชนิดที่แตกต่างกัน ขนาดที่ได้จากการพิมพ์ด้วยแสงบนพื้นผิวของเวเฟอร์จึงแตกต่างกัน เนื่องจากผลของการเลี้ยวเบนของแสงรอบๆ ลวดลาย ขนาดของลวดลายที่ได้จากการรวมหน้ากากลบและหน้ากากสว่างบนชั้นโฟโตเรซิสต์จึงเล็กกว่าขนาดของลวดลายบนหน้ากาก การใช้โฟโตเรซิสต์บวกและหน้ากากมืดร่วมกันจะทำให้ขนาดของลวดลายบนชั้นโฟโตเรซิสต์ใหญ่ขึ้น

การเคลือบโฟโตเรซิสต์

4.ซอฟต์เบค

หลังจากทาโฟโตเรซิสต์แล้ว จำเป็นต้องทำการอบแห้งอย่างอ่อนโยน ขั้นตอนนี้เรียกว่าการอบก่อน (pre-baking) การอบก่อนจะช่วยระเหยตัวทำละลายในโฟโตเรซิสต์และทำให้โฟโตเรซิสต์ที่เคลือบมีความบางลง

ในสารไวแสงชนิดเหลว ส่วนประกอบของตัวทำละลายคิดเป็น 65%-85% แม้ว่าสารไวแสงชนิดเหลวจะกลายเป็นฟิล์มแข็งหลังจากกำจัดกาวออกแล้ว แต่ก็ยังมีตัวทำละลายเหลืออยู่ 10%-30% ซึ่งปนเปื้อนได้ง่ายด้วยฝุ่นละออง การอบที่อุณหภูมิสูงขึ้นจะช่วยระเหยตัวทำละลายออกจากสารไวแสง (ปริมาณตัวทำละลายลดลงเหลือประมาณ 5% หลังจากการอบเบื้องต้น) ซึ่งจะช่วยลดการปนเปื้อนของฝุ่นละออง ในขณะเดียวกัน ขั้นตอนนี้ยังช่วยลดความเครียดของฟิล์มที่เกิดจากการหมุนด้วยความเร็วสูง ซึ่งจะช่วยปรับปรุงการยึดเกาะบนพื้นผิวของสารไวแสงได้

ในระหว่างกระบวนการอบก่อนการพิมพ์ เนื่องจากการระเหยของตัวทำละลาย ความหนาของสารไวแสงก็จะลดลงด้วย โดยทั่วไป ความหนาของสารไวแสงจะอยู่ที่ประมาณ 10%-20%

ระบบอบ

5.การวางแนว

เทคโนโลยีการจัดตำแหน่งด้วยโฟโตลิโทกราฟีเป็นขั้นตอนสำคัญก่อนการฉายแสง ในฐานะที่เป็นหนึ่งในสามเทคโนโลยีหลักของโฟโตลิโทกราฟี ความแม่นยำในการจัดตำแหน่งโดยทั่วไปจะต้องอยู่ที่ 1/7 ถึง 1/10 ของขนาดความกว้างเส้นที่เล็กที่สุด เมื่อความละเอียดของโฟโตลิโทกราฟีเพิ่มขึ้น ความต้องการความแม่นยำในการจัดตำแหน่งก็จะสูงขึ้นเรื่อยๆ ตัวอย่างเช่น สำหรับขนาดความกว้างเส้น 45 ไมโครเมตร ความต้องการความแม่นยำในการจัดตำแหน่งจะอยู่ที่ประมาณ 5 ไมโครเมตร

ด้วยความก้าวหน้าของความละเอียดในการพิมพ์หิน เทคโนโลยีการจัดตำแหน่งจึงมีการพัฒนาอย่างรวดเร็วและหลากหลายเช่นกัน จากมุมมองของหลักการจัดตำแหน่งและการจำแนกประเภทของโครงสร้างเครื่องหมาย เทคโนโลยีการจัดตำแหน่งได้พัฒนาจากวิธีการจัดตำแหน่งภาพทางเรขาคณิตในยุคแรกๆ ในการพิมพ์หินแบบฉายภาพ ซึ่งรวมถึงการจัดเรียงภาพวิดีโอ การจัดเรียงภาพด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบสองตา เป็นต้น ไปสู่วิธีการจัดเรียงภาพด้วยแผ่นโซน การจัดเรียงภาพด้วยความเข้มของการรบกวน การรบกวนแบบเฮเทอโรไดน์ของเลเซอร์ และวิธีการจัดเรียงภาพด้วยริ้วมัวเร ในยุคต่อมา จากมุมมองของสัญญาณการจัดตำแหน่ง ส่วนใหญ่ประกอบด้วยการจัดเรียงภาพด้วยกล้องจุลทรรศน์ที่มีเครื่องหมาย การจัดเรียงภาพโดยใช้ข้อมูลความเข้มของแสง และการจัดเรียงภาพโดยใช้ข้อมูลเฟส

หลักการจัดแนวคือ สำหรับการทำโฟโตลิโทกราฟีครั้งแรก ให้ตั้งแกน Y บนมาสก์ทำมุม 90º กับขอบเรียบของแผ่นเวเฟอร์ ดังแสดงในรูป มาสก์ถัดไปทั้งหมดจะถูกจัดแนวให้ตรงกับมาสก์ที่มีลวดลายก่อนหน้าโดยใช้เครื่องหมายจัดแนว เครื่องหมายจัดแนวเป็นลวดลายพิเศษ (ดูภาพ) ที่กระจายอยู่บนขอบของแต่ละลวดลายบนชิป หลังจากกระบวนการโฟโตลิโทกราฟีเสร็จสิ้น เครื่องหมายจัดแนวจะยังคงอยู่บนพื้นผิวของชิปตลอดไปและสามารถใช้สำหรับการจัดแนวครั้งต่อไปได้

วิธีการจัดตำแหน่งรวมถึง:

ก. การจัดตำแหน่งเบื้องต้น การจัดตำแหน่งเลเซอร์อัตโนมัติผ่านรอยบากหรือพื้นผิวเรียบบนแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอน

ข. โดยใช้เครื่องหมายจัดแนวที่อยู่บนร่องตัด นอกจากนี้ การจัดแนวระหว่างชั้น หรือความแม่นยำในการซ้อนทับ จะช่วยให้มั่นใจได้ว่าภาพกราฟิกและภาพกราฟิกที่มีอยู่บนแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนนั้นอยู่ในแนวเดียวกัน

6.การเปิดรับ

ในขั้นตอนนี้ สารไวแสงที่เคลือบอยู่บนพื้นผิวจะถูกฉายแสงที่มีความยาวคลื่นเฉพาะเจาะจง สารไวแสงในสารไวแสงจะเกิดปฏิกิริยาเคมี ทำให้องค์ประกอบทางเคมีของบริเวณที่สารไวแสงด้านบวกถูกฉายแสง (บริเวณไวแสง) และบริเวณที่สารไวแสงด้านลบไม่ถูกฉายแสง (บริเวณไม่ไวแสง) เปลี่ยนแปลงไป บริเวณที่มีองค์ประกอบทางเคมีเปลี่ยนแปลงไปเหล่านี้สามารถละลายได้ด้วยน้ำยาเร่งปฏิกิริยาเฉพาะในขั้นตอนต่อไป

หลังจากได้รับแสง สารไวแสง DQ ในโฟโตเรซิสต์ชนิดบวกจะเกิดปฏิกิริยาเคมีแสงและเปลี่ยนเป็นคีทีน ซึ่งจะถูกไฮโดรไลซ์ต่อไปเป็นกรดอินดีนคาร์บอกซิลิก (CA) ความสามารถในการละลายของกรดคาร์บอกซิลิกในตัวทำละลายด่างสูงกว่าส่วนที่ไม่ไวแสงของโฟโตเรซิสต์ประมาณ 100 เท่า กรดคาร์บอกซิลิกที่เกิดขึ้นยังช่วยส่งเสริมการละลายของเรซินฟีนอลอีกด้วย การใช้ความสามารถในการละลายที่แตกต่างกันของโฟโตเรซิสต์ที่ไวแสงและไม่ไวแสงในตัวทำละลายด่าง ทำให้สามารถถ่ายทอดลวดลายของมาสก์ได้

วิธีการเปิดรับแสงรวมถึง:

ก. การพิมพ์แบบสัมผัส (Contact Printing) คือการวางหน้ากากให้สัมผัสโดยตรงกับชั้นโฟโตเรซิสต์

b. การพิมพ์แบบใกล้เคียง: แผ่นมาสก์และชั้นโฟโตเรซิสต์จะแยกออกจากกันเล็กน้อย ประมาณ 10 ถึง 50 ไมโครเมตร

ค. การพิมพ์แบบฉายภาพ ใช้เลนส์คั่นระหว่างหน้ากากและสารไวแสงเพื่อรวมแสงให้เกิดการฉายแสง

ง. สเต็ปเปอร์

ขออนุญาตพูดอะไรพิเศษสักอย่างตรงนี้นะครับการเปิดรับการฉายภาพการจัดหมวดหมู่:

ปัจจัยสำคัญที่สุดสองประการในการประเมินความเสี่ยง ได้แก่:

1. พลังงานที่ได้รับ (Energy)

2.โฟกัส

หากไม่ได้ปรับพลังงานและระยะโฟกัสอย่างเหมาะสม จะไม่สามารถสร้างภาพกราฟิกที่มีความละเอียดและขนาดตามที่ต้องการได้ ซึ่งแสดงว่าขนาดหลักของภาพกราฟิกเกินช่วงที่กำหนด

7.พัฒนาการ

โดยการเติมน้ำยาเร่งปฏิกิริยาหลังจากกระบวนการฉายแสง บริเวณที่ไวต่อแสงของโฟโตเรซิสต์ด้านบวกและบริเวณที่ไม่ไวต่อแสงของโฟโตเรซิสต์ด้านลบจะถูกละลายในน้ำยาเร่งปฏิกิริยา หลังจากขั้นตอนนี้เสร็จสิ้น รูปแบบในชั้นโฟโตเรซิสต์ก็จะปรากฏขึ้น เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่มีความละเอียดสูง โฟโตเรซิสต์เกือบทุกชนิดจึงมีน้ำยาเร่งปฏิกิริยาเฉพาะเพื่อให้ได้ผลลัพธ์การล้างภาพที่มีคุณภาพสูง

กระบวนการพัฒนาจะเปลี่ยนรูปแบบที่จางลงซึ่งเกิดขึ้นระหว่างกระบวนการฉายแสงให้กลายเป็นรูปแบบที่เด่นชัดทั้งแบบมีและไม่มีสารไวแสง ซึ่งสามารถใช้เป็นมาสก์สำหรับขั้นตอนการประมวลผลต่อไปได้ สิ่งที่เกิดขึ้นในกระบวนการพัฒนาคือกระบวนการละลายแบบเลือกเฉพาะ และสิ่งที่สำคัญที่สุดคืออัตราส่วนของอัตราการละลาย (DR) ระหว่างบริเวณที่ได้รับแสงและบริเวณที่ไม่ได้รับแสง ฟิล์มบวกเชิงพาณิชย์มีอัตราส่วน DR มากกว่า 1000 ซึ่งมีอัตราการละลาย 3000 นาโนเมตร/นาทีในบริเวณที่ได้รับแสง และมีเพียงไม่กี่นาโนเมตร/นาทีในบริเวณที่ไม่ได้รับแสง

ปัจจุบันมีวิธีการพัฒนาอยู่สองวิธี วิธีหนึ่งคือการพัฒนาแบบเปียกซึ่งถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในวงจรรวมและการผลิตไมโครแมชชีนนิ่ง อีกอย่างหนึ่งคือการพัฒนาแบบแห้ง.

ก. การพัฒนาแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนทั้งกล่องด้วยวิธีการแช่ (การพัฒนาแบบเป็นชุด)

ข้อเสีย: สิ้นเปลืองทรัพยากรนักพัฒนาสูง; คุณภาพการพัฒนาไม่สม่ำเสมอ;

b. การพัฒนาด้วยการพ่นแบบต่อเนื่อง/การพัฒนาด้วยการหมุนอัตโนมัติ หัวฉีดหนึ่งหัวหรือมากกว่านั้นจะพ่นสารละลายพัฒนาภาพลงบนพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนในขณะที่แผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนหมุนด้วยความเร็วต่ำ (100 ถึง 500 รอบต่อนาที) รูปแบบการพ่นของหัวฉีดและความเร็วในการหมุนของเวเฟอร์เป็นพารามิเตอร์สำคัญในการปรับแต่งเพื่อให้ได้อัตราการละลายที่สม่ำเสมอและความเท่ากันในแต่ละเวเฟอร์

ค. การพัฒนาแบบเป็นแอ่ง (Puddle development) ฉีดน้ำยาพัฒนาภาพลงบนพื้นผิวเวเฟอร์ในปริมาณที่พอเหมาะ (แต่ไม่มากเกินไป เพื่อลดความชื้นด้านหลัง) จนเกิดเป็นรูปทรงแอ่ง (ควบคุมอัตราการไหลของน้ำยาพัฒนาภาพให้ต่ำ เพื่อลดความแปรปรวนของอัตราการพัฒนาภาพที่ขอบ) ยึดเวเฟอร์ซิลิคอนให้แน่นหรือหมุนช้าๆ โดยทั่วไปจะใช้การเคลือบน้ำยาพัฒนาภาพแบบหมุนเหวี่ยงหลายครั้ง: ครั้งแรก ทิ้งไว้ 10 ถึง 30 วินาที แล้วนำออก ครั้งที่สอง ทิ้งไว้ แล้วนำออก จากนั้นล้างด้วยน้ำปราศจากไอออน (เพื่อกำจัดสารเคมีทั้งหมดออกจากทั้งสองด้านของเวเฟอร์) และทำให้แห้งด้วยการหมุนเหวี่ยง ข้อดี: ใช้น้ำยาพัฒนาภาพน้อยลง การพัฒนาภาพของเวเฟอร์ซิลิคอนสม่ำเสมอ ลดความแตกต่างของอุณหภูมิ

ผู้พัฒนา:

ก. น้ำยาพัฒนาโฟโตเรซิสต์ชนิดบวก น้ำยาพัฒนาชนิดบวกเป็นสารละลายด่างในน้ำ โดยทั่วไปแล้วจะไม่ใช้ KOH และ NaOH ในการผลิต IC เพราะจะทำให้เกิดการปนเปื้อนของไอออนเคลื่อนที่ (MIC, Movable Ion Contamination) น้ำยาพัฒนาเจลชนิดบวกที่ใช้กันทั่วไปคือ เตตราเมทิลแอมโมเนียมไฮดรอกไซด์ (TMAH) (ความเข้มข้นเทียบเท่ามาตรฐานคือ 0.26 อุณหภูมิ 15~250C) กรดคาร์บอกซิลิกจะเกิดขึ้นระหว่างการฉายแสงโฟโตเรซิสต์ I-line ด่างและกรดในน้ำยาพัฒนา TMAH จะทำให้โฟโตเรซิสต์ที่ได้รับแสงเป็นกลาง ในขณะที่โฟโตเรซิสต์ที่ไม่ได้รับแสงจะไม่ได้รับผลกระทบ เรซินฟีนอลที่อยู่ในโฟโตเรซิสต์แบบขยายทางเคมี (CAR, Chemical Amplified Resist) อยู่ในรูปของ PHS กรดที่เกิดจาก PAG ใน CAR จะกำจัดหมู่ป้องกัน (t-BOC) ใน PHS ทำให้ PHS ละลายได้อย่างรวดเร็วในน้ำยาพัฒนา TMAH ในระหว่างกระบวนการพัฒนาทั้งหมด TMAH จะไม่ทำปฏิกิริยากับ PHS

b. น้ำยาพัฒนาภาพเนกาทีฟโฟโตเรซิสต์ คือ ไซลีน ส่วนน้ำยาทำความสะอาดคือ บิวทิลอะซิเตต เอทานอล หรือไตรคลอโรเอทิลีน

ที่กำลังพัฒนาคำถามที่พบบ่อย:

ก. การพัฒนาภาพไม่สมบูรณ์ สารไวแสงยังคงตกค้างอยู่บนพื้นผิว เกิดจากน้ำยาพัฒนาภาพไม่เพียงพอ

ข. อยู่ระหว่างการก่อสร้าง ผนังด้านข้างที่สร้างเสร็จแล้วไม่ตั้งฉาก เนื่องจากระยะเวลาการก่อสร้างไม่เพียงพอ

ค. การล้างฟิล์มนานเกินไป สารไวแสงที่อยู่ใกล้พื้นผิวถูกละลายด้วยน้ำยาล้างฟิล์มมากเกินไป ทำให้เกิดเป็นขั้นบันได ระยะเวลาการล้างฟิล์มนานเกินไป

8.ฮาร์ดเบค

หลังจากการพัฒนาสารต้านทานเสร็จสมบูรณ์แล้ว รูปแบบของสารต้านทานแสงจะถูกกำหนดโดยพื้นฐานแล้ว แต่คุณสมบัติของสารต้านทานแสงจำเป็นต้องมีความเสถียรมากขึ้น ซึ่งสามารถทำได้โดยการอบแห้งด้วยความร้อนสูง หรือที่เรียกว่าการทำให้แข็งตัว ในระหว่างกระบวนการนี้ สามารถใช้การบำบัดด้วยอุณหภูมิสูงเพื่อกำจัดตัวทำละลายที่เหลืออยู่ในสารต้านทานแสง เพิ่มการยึดเกาะของสารต้านทานแสงกับพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอน และปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนของสารต้านทานแสงในกระบวนการกัดและฝังไอออนในภายหลัง นอกจากนี้ สารต้านทานแสงจะอ่อนตัวลงที่อุณหภูมิสูงและเกิดสถานะหลอมเหลวคล้ายกับแก้วที่อุณหภูมิสูง ซึ่งจะทำให้พื้นผิวของสารต้านทานแสงเรียบขึ้นภายใต้แรงตึงผิวและลดข้อบกพร่อง (เช่น รูเล็กๆ) ในชั้นสารต้านทานแสง จึงช่วยแก้ไขขอบของลวดลายสารต้านทานแสงได้

หลังจากการพัฒนาชิ้นงานแล้ว ตัวอย่างทั้งหมดจะถูกบำบัดด้วยพลาสมา O2 เพื่อกำจัดสิ่งตกค้างที่ไม่ต้องการ ซึ่งเรียกว่าการกำจัดคราบตกค้าง โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับกาวด้านลบ แต่รวมถึงกาวด้านบวกด้วย จะมีชั้นโพลีเมอร์บาง ๆ หลงเหลืออยู่ที่รอยต่อระหว่างกาวกับพื้นผิวเดิมหลังจากการพัฒนา ปัญหานี้จะรุนแรงมากขึ้นในโครงสร้างที่มีขนาดเล็กกว่า 1 ไมโครเมตร หรือมีอัตราส่วนความลึกต่อความกว้างสูง แน่นอนว่าความหนาของกาวที่เหลืออยู่จะลดลงในระหว่างกระบวนการกำจัดคราบตกค้าง แต่ผลกระทบจะไม่มากนัก

สุดท้ายนี้ จำเป็นต้องอบด้วยความร้อนสูงก่อนการกัดกรดหรือการเคลือบเพื่อกำจัดน้ำยาและน้ำที่ตกค้าง และการอบอ่อนจำเป็นเพื่อปรับปรุงสภาพการยึดเกาะของพื้นผิวเนื่องจากการแทรกซึมและการขยายตัวระหว่างกระบวนการพัฒนา ในขณะเดียวกัน ความแข็งของกาวก็จะเพิ่มขึ้นและความต้านทานต่อการกัดกรดก็จะดีขึ้น อุณหภูมิในการอบด้วยความร้อนสูงโดยทั่วไปจะสูงถึง 120 องศาเซลเซียสขึ้นไป และใช้เวลาประมาณ 20 นาที ข้อจำกัดหลักคืออุณหภูมิสูงอาจทำให้ขอบของลวดลายเสื่อมคุณภาพและทำให้ยากต่อการกำจัดออกหลังจากการกัดกรด

วิธีการ: ใช้แผ่นความร้อน อุณหภูมิ 100-1300 องศาเซลเซียส (สูงกว่าอุณหภูมิเปลี่ยนสถานะของแก้ว Tg เล็กน้อย) เป็นเวลา 1-2 นาที

วัตถุประสงค์:

ก. ระเหยตัวทำละลายในโฟโตเรซิสต์ให้หมด (เพื่อหลีกเลี่ยงการปนเปื้อนสภาพแวดล้อมการฝังไอออนในขั้นตอนต่อไป ตัวอย่างเช่น ไนโตรเจนในโฟโตเรซิสต์เรซินฟีนอล DNQ จะทำให้เกิดการแตกร้าวเฉพาะจุดของโฟโตเรซิสต์)

b. ฟิล์มแข็งเพื่อเพิ่มความสามารถของโฟโตเรซิสต์ในการปกป้องพื้นผิวด้านล่างระหว่างการฝังไอออนหรือการกัดเซาะ

ค. เพิ่มประสิทธิภาพการยึดเกาะระหว่างสารไวแสงกับพื้นผิวแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนให้ดียิ่งขึ้น

d. ลดผลกระทบจากคลื่นนิ่งให้มากยิ่งขึ้น

คำถามที่พบบ่อย:

ก. การอบที่ไม่เพียงพอ จะทำให้ความแข็งแรงของสารไวแสงลดลง (ความต้านทานต่อการกัดกร่อนและความสามารถในการปิดกั้นในการฝังไอออน) ลดความสามารถในการเติมช่องว่างสำหรับรูเข็ม และลดการยึดเกาะกับพื้นผิว

b. การอบที่อุณหภูมิสูงเกินไป จะทำให้สารไวแสงไหล ซึ่งลดความแม่นยำของลวดลายและทำให้ความละเอียดแย่ลง นอกจากนี้ คุณยังสามารถใช้รังสีอัลตราไวโอเลตความเข้มสูง (DUV, Deep Ultra-Violet) เพื่อทำให้ฟิล์มแข็งตัวได้ เรซินไวแสงชนิดบวกจะถูกเชื่อมโยงกันเพื่อสร้างเปลือกแข็งบางๆ บนพื้นผิว ซึ่งจะเพิ่มเสถียรภาพทางความร้อนของสารไวแสง ในกระบวนการกัดด้วยพลาสมาและการฝังไอออน (125~2000C) ในภายหลัง การลดลงของความละเอียดที่เกิดจากการไหลของสารไวแสงที่อุณหภูมิสูงจะลดลง

9.การกัดเซาะหรือการฝังไอออน

การกัดเซาะเป็นกระบวนการในการผลิตอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้สารเคมีในการกำจัดส่วนเฉพาะของชั้นที่เคลือบไว้ การกัดเซาะมีความสำคัญมากต่อประสิทธิภาพทางไฟฟ้าของอุปกรณ์ หากเกิดข้อผิดพลาดในระหว่างกระบวนการกัดเซาะ แผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนจะเสียหายและยากต่อการกู้คืน ดังนั้นจึงต้องมีการควบคุมกระบวนการอย่างเข้มงวด แต่ละชั้นของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์จะต้องผ่านขั้นตอนการกัดเซาะหลายขั้นตอน

โดยทั่วไปแล้ว การกัดเซาะแบ่งออกเป็น การกัดเซาะด้วยลำแสงอิเล็กตรอน และการกัดเซาะด้วยแสง การกัดเซาะด้วยแสงมีความต้องการความเรียบของวัสดุสูง ดังนั้นจึงต้องการความสะอาดในระดับสูง อย่างไรก็ตาม สำหรับการกัดเซาะด้วยลำแสงอิเล็กตรอน เนื่องจากความยาวคลื่นของอิเล็กตรอนสั้นมาก ความละเอียดจึงดีกว่าการกัดเซาะด้วยแสงมาก เนื่องจากไม่จำเป็นต้องใช้มาสก์ ความต้องการความเรียบจึงไม่สูง แต่การกัดเซาะด้วยลำแสงอิเล็กตรอนนั้นช้าและอุปกรณ์มีราคาแพง

ในขั้นตอนการกัดผิวส่วนใหญ่ ส่วนบนของแผ่นเวเฟอร์จะถูกปกป้องด้วย "มาสก์" ที่ไม่สามารถกัดได้ ทำให้สามารถกำจัดส่วนเฉพาะของชั้นนั้นออกไปได้อย่างเลือกสรร ในบางกรณี วัสดุของมาสก์จะเป็นวัสดุที่ไวต่อแสง ซึ่งคล้ายกับหลักการที่ใช้ในโฟโตลิโทกราฟี ในกรณีอื่นๆ มาสก์สำหรับการกัดผิวจำเป็นต้องทนต่อสารเคมีบางชนิด และสามารถใช้ซิลิคอนไนไตรด์ในการสร้าง "มาสก์" ดังกล่าวได้

การฝังไอออนเป็นวิธีการทางเทคนิคที่เร่งความเร็วไอออนเฉพาะในสนามไฟฟ้าแล้วฝังเข้าไปในวัสดุแข็งอื่น การใช้เทคโนโลยีนี้สามารถเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของวัสดุแข็งได้ และปัจจุบันมีการนำไปใช้อย่างแพร่หลายในการผลิตอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์และการวิจัยวัสดุบางประเภท การฝังไอออนสามารถทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงนิวเคลียร์ หรือเปลี่ยนแปลงโครงสร้างผลึกของวัสดุแข็งบางชนิดได้

10.การกำจัดโฟโตเรซิสต์

หน้าที่หลักของสารไวแสงคือการปกป้องส่วนของวัสดุรองรับที่อยู่ใต้สารไวแสงในขณะที่บริเวณทั้งหมดกำลังผ่านกระบวนการทางเคมีหรือทางกล ดังนั้น เมื่อกระบวนการดังกล่าวเสร็จสิ้น สารไวแสงควรถูกกำจัดออกให้หมด ขั้นตอนนี้เรียกว่าการกำจัดกาว เฉพาะสารไวแสงที่เสถียรที่อุณหภูมิสูง เช่น โพลีอิไมด์ที่ไวต่อแสงเท่านั้นที่สามารถคงอยู่บนอุปกรณ์ได้ในฐานะสารเคลือบตัวกลางหรือสารเคลือบป้องกัน

เพื่อหลีกเลี่ยงความเสียหายต่อพื้นผิวที่กำลังทำการบำบัด ควรใช้วิธีทางเคมีที่ไม่รุนแรงและอุณหภูมิต่ำ การใช้คลื่นอัลตราโซนิกยังสามารถเพิ่มประสิทธิภาพในการลอกได้อีกด้วย สารละลายลอกสีบางชนิดไม่สามารถใช้กับพื้นผิวโลหะ เช่น อะลูมิเนียมได้เนื่องจากปัญหาการกัดกร่อน ในกรณีนี้ จะใช้โอโซนหรือพลาสมาออกซิเจน (การเผาไหม้) ก่อน พลาสมาเหล่านี้ยังประสบความสำเร็จในการใช้เป็นสารลอกสีสำหรับการพิมพ์ภาพด้วยแสงบนพื้นผิวที่ไม่ใช่อะลูมิเนียม อย่างไรก็ตาม ความเสียหายต่อพื้นผิวของอุปกรณ์ยังคงเป็นปัญหาที่ต้องแก้ไข

หลังจากกระบวนการกัดหรือการฝังไอออนแล้ว สารไวแสงจะไม่จำเป็นอีกต่อไปในฐานะชั้นป้องกันและสามารถกำจัดออกได้ วิธีการกำจัดกาวแบ่งออกเป็นประเภทต่างๆ ดังนี้:

การกำจัดกาวเปียก

การกำจัดด้วยตัวทำละลายอินทรีย์: ใช้ตัวทำละลายอินทรีย์ในการกำจัดโฟโตเรซิสต์

ตัวทำละลายอนินทรีย์: การใช้ตัวทำละลายอนินทรีย์บางชนิด จะทำให้ธาตุคาร์บอนในสารไวแสง ซึ่งเป็นสารอินทรีย์ ถูกออกซิไดซ์เป็นคาร์บอนไดออกไซด์ แล้วจึงถูกกำจัดออกไป

การลอกโฟโตเรซิสต์แบบแห้ง: การใช้พลาสมาในการกำจัดโฟโตเรซิสต์

นอกเหนือจากกระบวนการหลักเหล่านี้แล้ว มักมีการใช้กระบวนการเสริมอื่นๆ ด้วย เช่น การกัดเซาะอย่างสม่ำเสมอทั่วพื้นที่ขนาดใหญ่เพื่อลดความหนาของวัสดุรองรับ หรือกระบวนการกำจัดความไม่เรียบของขอบ เป็นต้น โดยทั่วไปแล้ว ในการผลิตชิปเซมิคอนดักเตอร์หรือชิ้นส่วนอื่นๆ วัสดุรองรับจำเป็นต้องผ่านกระบวนการโฟโตลิโทกราฟีหลายครั้ง

ขั้นตอนข้างต้นเป็นขั้นตอนของการพิมพ์ภาพด้วยแสง (photolithography) ฉันได้รวบรวมไว้เพื่อทุกคน หวังว่าทุกคนจะช่วยแก้ไขข้อผิดพลาดได้

ข้อสงวนสิทธิ์: บทความนี้คัดลอกมาจาก "การสังเกตการณ์อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์" บทความนี้เป็นเพียงความคิดเห็นส่วนตัวของผู้เขียนเท่านั้น และไม่ได้แสดงถึงความคิดเห็นของบริษัท Sacco Micro และอุตสาหกรรมโดยรวม การคัดลอกและแบ่งปันนี้มีจุดประสงค์เพื่อสนับสนุนการคุ้มครองสิทธิ์ในทรัพย์สินทางปัญญา โปรดระบุแหล่งที่มาและผู้เขียนต้นฉบับเมื่อนำไปคัดลอก หากมีการละเมิดลิขสิทธิ์ โปรดติดต่อเราเพื่อลบออก

หมายเลขโทรศัพท์ของบริษัท: +86-0755-83044319
โทรสาร: +86-0755-83975897
อีเมล์: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 ผู้จัดการหลี่

QQ: 332496225 ผู้จัดการชิว

ที่อยู่: ห้อง 809 อาคาร C อาคารเทคโนโลยีจ้านเทา เลขที่ 1079 ถนนหมินจือ เขตหลงหัวใหม่ เมืองเซินเจิ้น