Системы электронно-лучевой литографии
Пионер в эпоху ультра-большого интеллекта
Компоненты полупроводниковых схем, называемые LSI (большие интегральные схемы), встроены в электронные устройства, которые мы используем ежедневно, такие как мобильные телефоны, персональные компьютеры, игровые консоли, цифровые камеры, аудиооборудование, телевизоры и т. д. Новейшие LSI содержат более миллиарда транзисторов. Система электронно-лучевой литографии (далее: система EB-литографии) — это инструмент, который играет важную роль в производстве и НИОКР этих полупроводниковых устройств.
LSI-волшебная палочка электроники
В 1945 году был разработан первый в мире электронный компьютер «ENIAC» (электронный числовой интегратор и компьютер). Было использовано около 18,000 100 электронных ламп, а размер был равен комнате в 30 татами, если все электронные лампы разместить горизонтально. Он был чрезвычайно тяжелым, около 1 тонн. Но сегодня, с появлением LSI, компьютер с производительностью в десять тысяч раз выше, чем «ENIAC», стал достаточно маленьким, чтобы его можно было легко носить с собой. Эта LSI, как «волшебная палочка», представляет собой черный пластиковый комок размером с кусок карамели, со множеством ног, как у сороконожки. Внутри находятся тонкие квадратные пластины размером от 2 до XNUMX сантиметров. (Они называются чипами. Именно это делает его похожим на волшебную палочку). На чипе есть очень тонкие схемы, которые были разработаны в соответствии с функцией LSI. И этот очень тонкий рисунок схемы рисуется системой литографии EB.
Как изготавливаются микросхемы БИС?
Рисунок LSI, разработанный для этой цели, экспонируется электронными лучами на кварцевой подложке (в основном размером 152 мм x 152 мм) с хромовой пленкой, покрытой резистом, и в процессе проявления формируется рисунок резиста. Травление выполняется с использованием этого рисунка резиста в качестве защитной пленки для формирования светозащитной пленки хрома. Полученный мастер-шаблон называется фотошаблоном (эквивалент фотографической пленки). В настоящее время основной фотошаблон представляет собой увеличенный фотошаблон, который в четыре-пять раз больше фактического рисунка на кристалле LSI. Увеличенный фотошаблон обычно называется сеткой.
Рисунок сетки выжигается на пластине с помощью устройства переноса света, называемого шаговым двигателем или сканером. Это тот же принцип, который используется в фотопечати. Сетка соответствует фотопленке, а пластина соответствует фотобумаге. Основное различие между сеткой и пленкой заключается в том, что рисунок схемы на рисунке сетки намного тоньше, чем на пленке. Самые передовые БИС, такие как DRAM (элементы памяти) и MPU (арифметические элементы), имеют чрезвычайно тонкие рисунки с шириной линий схемы всего 45 нм на пластине.
Точность, необходимая для этой ширины линии 45 нм, позволяет формировать узоры на материале размером 152 мм x 152 мм, шириной линии около 0.2 м (4 раза по 50 нм) с размерными и позиционными ошибками около 2–5 нм. После транскрипции узора пластины проявляются, протравливаются с использованием резиста в качестве защитной пленки, обрабатываются для диффузии, формируется металлическая пленка и т. д.
Процессы травления от транскрипции шаблона повторяются несколько раз для формирования целевых чипов LSI. Чипы LSI разрезаются на отдельные чипы лазерными лучами и встраиваются в корпус. Пластина представляет собой кремниевый монокристалл диаметром 200 мм или 300 мм. В конечном итоге из этой одной пластины создается несколько сотен чипов LSI.
С другой стороны, сложные полупроводники, такие как высокочастотные полупроводники, используемые в усилителях передатчиков/приемников мобильных телефонов и оптические полупроводники, которые управляют лазерами источников света оптической связи, имеют очень тонкую ширину линии схемы 0.1 м или меньше. И только для этого процесса также используются системы EB-литографии для нанесения рисунков непосредственно на пластину без использования сетки.
Свободно перемещаемая электронно-лучевая ручка
Структура системы EB-литографии
На рисунке показана типичная конфигурация системы точечного луча. Электронные лучи испускаются из источника электронного луча, сходятся электронной линзой на материале, образуя очень маленькое пятно. С другой стороны, данные рисунка, которые должны быть нарисованы, один раз сохраняются на жестком диске, предоставленном с компьютером, используемым для управления инструментом. Затем эти данные передаются с жесткого диска в систему управления гашением и систему управления отклонением луча через высокоскоростную систему обработки данных. Луч включается и выключается в схеме гашения для рисования рисунка и отклоняется в указанное положение с помощью перемещения схемы дефлектора. Узоры рисуются в соответствии с проектом, используя комбинацию движений электронных лучей и столика. Для точного управления движением столика используется система лазерной интерферометрии. Такие системы точечного луча используются для исследований и разработок полупроводниковых приборов следующего поколения с помощью прямой электронно-лучевой литографии и для производства высокочастотных полупроводниковых приборов и оптических полупроводниковых приборов. С другой стороны, система луча переменной формы используется для производства сетки. Эта система основана на концепции изменения формы луча с пятна на прямоугольник и совершила прорыв в высокоскоростной литографии. В этом методе литографический рисунок делится на прямоугольники, которые затем литографируются прямоугольным электронным лучом переменного размера, как при штамповке. Эта система ежедневно используется на производственных участках в качестве основного оборудования для сетчатой литографии.
