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Entwicklung von Photoresist
Mar 15, 2018

Halbleiterphotoresist, wie der Markt die Miniaturisierung und funktionelle Diversifizierung von Halbleiterprodukten fordert, erhöht ständig die Grenzauflösung durch Verkürzung der Belichtungswellenlänge, um die höhere Dichte von integrierten Schaltungen zu erreichen. Mit der Verbesserung der IC-Integration wurde der Prozesslevel der integrierten Weltschaltung in den Nanobereich von Mikrometer-, Submikrometer- und Submikron-Ebene gebracht.


Um die Anforderungen der Linienbreitenverengung der integrierten Schaltung zu erfüllen, wird die Wellenlänge des UV-Photoresists durch breites Spektrum auf die G-Linie (436 nm), I (365 nm), KrF (248 nm), ArF (193 nm), F2 (157 nm) übertragen von extremem ultraviolettem Licht in der Richtung von EUV und der Auflösungsverbesserungstechnologie und verbessern fortwährend den Fotoresist das Auflösungsniveau.


Gegenwärtig umfaßt der Hauptphotoresist, der im Halbleitermarkt verwendet wird, vier Arten von Photoresist, wie G-Linie, I-Linie, KrF und ArF. G- und I-Linien-Photoresist ist der am häufigsten verwendete Photoresist auf dem Markt.

 

  

Zwischen den Teilen des Expositionssystems besteht eine grundlegende Beziehung:

R ist die minimale Feature-Größe, dh die minimale Entfernung, die aufgelöst werden kann. K 1 ist eine Konstante und wird auch Rayleigh-Konstante genannt. Lambda ist die Wellenlänge der Belichtungslichtquelle, und NA ist die numerische Apertur der Linse. Daher können wir sehen, dass der Weg zur weiteren Verringerung der minimalen charakteristischen Größe darin besteht, die Wellenlänge der Lichtquelle zu reduzieren und den Wert der NA zu erhöhen.

  

Die Entwicklung einer Multiplikation nimmt mit der Wellenlänge der Belichtungslithographie-Verfahrensmaschine unter Verwendung der Wellenlänge von UV bis DUV, Licht von einer Hochdruck-Quecksilberlampe bis zum Excimer-Laser ab. Der bemerkenswerteste ultraviolette EUV-Photoresist, der durch ASML eingeführt wurde, wobei der Zinndampf des Plasmas als Quelle der Lichtquelle verwendet wird, reduziert die Wellenlänge auf 13,5 nm. Aber die gesamte Photolithographie muss in der Vakuumumgebung stattfinden und die Produktionsgeschwindigkeit ist niedrig.


  

Das Streben nach Belichtungsquellen mit höherer Auflösung lässt auch zwei Arten von nicht-optischer Lichtquelle, Röntgenstrahlen und Elektronenstrahlen denken. Elektronenstrahllithographie ist heute eine ausgereifte Technologie, die zur Herstellung hochwertiger Masken und Vergrößerungsmasken verwendet wird.


Diese Methode unterscheidet sich von der herkömmlichen lithographischen Lithographie. Es kann direkt durch elektronische Strahl- und Computersteuerung geschrieben werden und es kann 0,25 erreichen? M Auflösung jetzt. Aber diese Art der Produktion ist langsamer und muss in einem Vakuum erreicht werden.


Die Röntgenstrahlwellenlänge von nur 4-50 Å ist eine ideale Lichtquelle, aber die Röntgenstrahlen können die meisten Masken durchdringen, und die Entwicklung von Röntgenphotoresists ist schwierig, da sie nicht verwendet werden.


Aber die NA, Leute kamen auch mit der Methode der Immersionslithographiemaschine, das Medium zwischen der Linse und dem Photoresist wird durch andere Substanzen als die Luft ersetzt und erhöht stark die numerische Apertur von NA, macht die Lithographieauflösung, ohne die Belichtung zu ändern Quelle unter der Bedingung von al L. 193nm Technologie kann die Anforderungen der Prozess-Knoten von 45nm, aber der Prozessknoten von 28nm kann durch die Immersionstechnologie erreicht werden.


Die Kombination von Immersion und Doppelbelichtung kann den Verarbeitungsknoten der 193 nm-Lithographie auf 22 nm reduzieren, und die Grenze des Prozessknotens erreicht 10 nm, wodurch die 193 nm-Lithografie immer noch weit verbreitet auf dem Markt verwendet wird.

 

  

Die Anwendung von Photolack muss mit der Entwicklung der Photolithographiemaschine Schritt halten. Mit der Belichtungslithographie die kontinuierliche Verbesserung der Photoresist von UV-negativen Photoresist, zyklisierte Gummi-Negativ-Kleber, um UV-positiven Photoresist, DNQ-Novolac-positiv, und dann zu den Tief-UV-Photoresist, chemisch verstärkten Photoresist (CAR) zu ersetzen.


(1) UV-negativer Photoresist

   Im Jahr 1954 synthetisierte EastMan-Kodak das erste lichtempfindliche Polymer, Polyvinylalkoholcinnamat, und initiierte das Photoresistsystem aus Polyvinylalkoholcinnamat und seinen Derivaten, das der erste Photoresist ist, der in der Elektronikindustrie verwendet wird. 1958 entwickelte die Firma Kodak auch einen zyklischen Kautschuk - Diazid - Photoresist.

Da dieser Klebstoff eine gute Haftung auf Siliziumwafern aufweist und die Vorteile einer schnellen Lichtempfindlichkeit und einer starken Nassätzfähigkeit aufweist, wurde er Anfang der 1980er Jahre zum Hauptklebstoff in der Elektronikindustrie und machte 90% des Gesamtverbrauchs aus.

Aufgrund seiner Entwicklung mit organischen Lösungsmitteln dehnt sich der Film jedoch bei der Entwicklung aus, was die Auflösung von negativem Klebstoff begrenzt, weshalb er hauptsächlich für die Herstellung von diskreten Bauelementen und 5, m, 2 ~ 3 m integrierten Schaltungen verwendet wird. Mit der kontinuierlichen Verbesserung des Niveaus von integrierten Schaltungen wurde die Anwendung von negativem Klebstoff in der integrierten Schaltung allmählich durch die positiven ersetzt, hat aber immer noch viele Anwendungen auf dem Gebiet diskreter Vorrichtungen.


(2) UV-positiver Photoresist

Phenolharz - um 1950 entwickelt eine Diazonaphthochinon-positiven Photoresist mit alkalischem Entwickler, gibt es keine Filmquellung Problem bei der Entwicklung, so dass die höhere Auflösung und Beständigkeit gegen Trockenätzen ist stark, so kann es die Produktion von großen integrierten Schaltung und große treffen Maßstab integrierte Schaltung. UV-Positiv-Fotoresist Belichtungsmaschine entsprechend der verschiedenen, kann in UV-Positiv-Fotoresist breiten Spektrums (2-3 m, 0,8-1,2 m), G (0,5-0,6 m) positive Linie, I-Linie (0,35-0,5 m) positiv , hauptsächlich in der Herstellung von integrierten Schaltkreisen und LCD-Herstellung verwendet.

Die I-Linientechnik hat Mitte der 90er Jahre die Position des Photoresists der G-Linie abgelöst und ist derzeit die am weitesten verbreitete Photoresisttechnologie. Mit der Verbesserung der I-Linie Fotoätzmaschine, kann I-Linie auch positive Linienbreite der integrierten Schaltung 0.25um, verlängern die Lebensdauer der I-Linie. In einem typischen Gerät ist die 1/3 Schicht die echte Schlüsselschicht, die 1/3 Schicht ist die Schlüsselschicht und das andere 1/3 ist eine nicht kritische Schicht. Es gibt ein Misch-Matching-Photolithographie-Verfahren, das den kritischen Zustand des Photoresists und der Vorrichtungstechnologie mit der Siliziumschicht in Übereinstimmung bringt. Zum Beispiel, 0.22um DRAM-Geräte, I-Linie Stepper kann ein Key-Layer-Gerät für insgesamt 20 Schicht 13 Schicht Muster bilden, die restlichen 7 Schicht durch Tief-UV-Schritt in die Front-Line-Scanner Bildgebung, und die Verwendung von I kann reduzieren Produktionskosten, so dass der I-Photoresist lange Zeit eine längere Zeit dauern wird, um einen gewissen Marktanteil zu besetzen.


(3) Tief-UV-Photolack-Tief-UV-Photolack

Im Gegensatz zu UV-Fotoresists sind Tief-UV-Fotoresists chemisch verstärkte Fotoresists (CAR). CAR-Merkmale: zugegebene Photosäure im Photoresist, unter Lichtbestrahlung, Säurezersetzung in Säure, Brennen, Säure als Katalysator, katalytisches filmbildendes Harz (Kunststoff), Schutzgruppenabspaltung oder katalytisches Vernetzungsmittel und Vernetzungsreaktion von Bindemittelharz (Negativkleber );

Darüber hinaus kann die Säure nach dem Entfernen der Schutzreaktion und Vernetzungsreaktion wieder freigesetzt werden, nicht verbraucht werden, und sie kann weiterhin eine katalytische Rolle spielen, wodurch die für die Belichtung erforderliche Energie stark verringert wird, wodurch die Lichtempfindlichkeit des Photoresists stark verbessert wird.

Die Studie von 248nm Photoresist mit KrF Excimer-Laser als Belichtungsquelle stammt aus dem Jahr 1990 und trat in der mittleren und späten 1990er Jahren in die reife Phase ein. Das am häufigsten verwendete Photoazidierungsmittel in CAR ist das Weng-Salz oder nichtionische Photoacidifizierungsmittel, das Sulfonsäure erzeugt, und das hauptsächliche funktionelle Polymer ist verestertes Poly (hydroxystyrol).

248nm Photoresist wird kombiniert mit einer KrF Excimer Laser Linienbreite von 0,25 m und der Entwicklung von 256M DRAM und zugehöriger Logikschaltung, durch Erhöhung der Belichtungsmaschine NA und verbesserter Matching Lithographie Technologie, die erfolgreich auf die Linienbreite von 0,18 bis 0,15 m angewendet wurde, 1G DRAM und verwandte Geräte. Mit einer Phasenverschiebungsmaske, einer außeraxialen Beleuchtung und einer Näherungskorrektur kann ein 248 nm Photoresist eine Graphik von weniger als 0,1 M erzeugen und in 90 nm Knoten gelangen.   

Diese Ergebnisse zeigen, dass die 248nm Photoresisttechnologie in eine ausgereifte Periode eingetreten ist.

Arf 193 nm weit ultraviolettes chemisch verstärktes Photoresist durch Photosäure und 248 nm fernes ultraviolettes Photoresist ist ungefähr das gleiche, aber in dem funktionellen Polymer wegen 248 nm UV-Photoresist mit filmbildendem Harz, das Benzol enthält, starke Absorption bei 193 nm und kann nicht im fernen Ultraviolett verwendet werden 193 nm Photoresist.

193nm Photoresist Harz Nachfrage ist transparent bei der Wellenlänge von 193nm, und hat eine gute Haftung mit dem Substrat, die Glasübergangstemperatur ist höher (Allgemeine Anforderungen 130-170 C), chemisch verstärkt Photoresist Bildgebung muss auch säureempfindliche seitenständige Gruppen haben, um verbessern Sie die Abbildungsfähigkeit. Gewöhnlich verwendete 193 nm-Photoresistmaterialien können in Acrylat, Olefinaddition mit kondensiertem Ring, Maleinsäureanhydridcopolymer mit cyclischem Olefin, Silicium enthaltendes Copolymer, Mehrfachcopolymerisationssystem und Materialien mit kleinen Molekülen unterteilt werden.

Derzeit ist 193nm die Mainstream-Lösung für den Markt, und es ist auch die fortschrittlichste Lösung vor der EUV-Kommerzialisierung.


(4) die nächste Generation von EUV-Photoresist

Die fortlaufende EUV-Photolithographie muss an ihren speziellen Photoresist angepasst werden, und die Technologie der EUV-Photolithographie hat auch eine sehr anspruchsvolle Anforderung an den EUV-Photoresist gestellt. EUV-Photoresist benötigt eine geringe Lichtdurchlässigkeit, hohe Transparenz, hohe Ätzresistenz, hohe Auflösung (weniger als 22 nm), hohe Empfindlichkeit, niedrige Bestrahlungsdosis (weniger als 2 10 mJ / cm), hohe Umgebungsstabilität, geringe Gas- und niedrige Linienrandrauhigkeit (weniger als 1,5 nm).

Da diese Technologie nur 13,4 nm Lichtquelle verwendet, ist es erforderlich, dass die hohen Absorptionselemente (wie F) in dem Hauptmaterial minimiert werden, und das Verhältnis von C / H wird ebenfalls erhöht werden, was ebenfalls die Absorption verringern wird von Materialien bei 13.5nm. Eine Untersuchung des Fortschritts von Photoresist, die in dem Pekinger Molekularbiologischen Labor und der CAS-Chemie erwähnt wurde, zeigt, dass es hauptsächlich 3 Arten von Photoresistsystemen gibt, die in der EUV-Lithographie verwendet werden, von denen in der Literatur berichtet wird.