リソグラフィーイメージングシステムと光学コーティング技術について学ぶ

0040-09963 ペデスタル、150MM フラット、IS、NI リフト 2、HVCEN

0021-02395 REV.B インサート リング、アルミニウム DxZ SACVD

 

ハイエンドリソグラフィー装置の研究開発は、材料科学、精密光学分野における低吸収損失石英材料と高純度薄膜材料の開発を含む、技術のあらゆる側面の継続的な改善と画期的な進歩を伴う体系的なプロジェクトです。精密光学分野における加工技術、コーティング技術、光学集積組立技術、精密機械におけるナノ精度変位制御技術。人類の歴史の中で最も洗練された機械の一つ。

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半導体集積回路製造のプロセスフローは、米国の有名な半導体メーカーであるフェアチャイルド社が開発したカウンタートップトランジスタの作製方法によって確立されています。全プロセスは、シリコン上に作成する必要がある構造に応じてマスクを作成します。マスクからシリコンウェーハへのデバイス構造の転写（フォトリソグラフィー）を実現するために、写真製版法によって構造がシリコンウェーハの表面に縮小および現像されます。
半導体集積回路の発展に伴い、半導体デバイスのサイズはますます小さくなり、有限スケールのシリコンウェーハ面内に収まるデバイス数が増加し、露光装置のレンズ解像度に対する要求も高まっています。 。

ムーアの法則に従って、リソグラフィー装置の解像度を継続的に向上させることが、半導体集積回路の開発を促進するための鍵であるため、より高解像度のリソグラフィー装置の研究開発は、すべてのリソグラフィー装置サプライヤーの継続的な追求となっています。リソグラフィー機械の解像度と動作波長およびシステムの開口数の決定:

ここで、k1 はプロセス係数、λ は露光波長、NA は対物レンズの開口数です。この式によれば、リソグラフィー装置の露光波長を短くすることが、リソグラフィー装置の解像度を向上させる重要な方法となります。
これまで、露光装置は露光波長に応じて計5世代の製品を経てきました。このうち、第 1 世代と第 2 世代のリソグラフィー装置は、それぞれ水銀ランプで生成される 436nm G 線と 365nm I 線をリソグラフィー光源として使用しており、0.8μm ～ {{7} のチップ生産に対応できます。 }}.35μmプロセス。この 2 世代の露光装置では、構造が簡単で価格が安いコンタクト/プロキシミティ露光方式が一般的です。
第 3 世代から第 5 世代のリソグラフィでは、投影リソグラフィを使用して、投影イメージングを使用してマスク上の回路図をシリコン ウェーハ上に正確に縮小します。投影リソグラフィー装置は通常、4:1 または 5:1 の縮小結像露光を使用し、その解像度はレンズの開口数と波長に関係します。第５世代露光装置はＥＵＶ光を光源としており、露光装置１台の価格は１億ドルにも達する。

193nmドライリソグラフィー装置のプロセスは65nmに達し、液浸リソグラフィー法を使用し、出口媒体として空気の代わりに高屈折率液体H2Oを使用すると、193nmリソグラフィー装置のプロセスを22nmまで増加させることができるため、193nmリソグラフィー装置は現在および将来にわたってハイエンドIC処理の中核となる装置です。


193nmリソグラフィー装置のコア構造は図に示されており、これに含まれる照明モード設定システムと投影結像システムにはそれぞれ2つ以上の0光学レンズが含まれており、反射防止コーティングの性能は非常に優れています。リソグラフィー装置の光学系全体の透過率に影響します。たとえば、各表面の光の反射と吸収損失が 0.5% であると仮定すると、システムの鏡面反射と薄膜吸収によって生じる光エネルギー損失は、 40％を占めるため、リソグラフィー装置のレンズ反射防止膜の性能向上は、高精度リソグラフィー装置の研究開発プロセスにおけるキーテクノロジーです。ただし、193nm リソグラフィー コーティングには、従来のイメージング システムと比較して、いくつかの特有の技術的困難があります。

イメージング光学系では、多数の球面光学系を使用してビームの伝播方向を調整します。システムの結像品質に対する要求がますます高くなるにつれて、素子の表面での光の反射により大量の迷光が発生し、結像品質が大幅に低下するため、表面にさまざまな特性を備えた光学フィルムをコーティングする必要があります。レンズの調整は、高精度イメージング システムのパフォーマンスを保証する技術的な方法となっています。

光学コーティング技術と分類

現在、薄膜作製方法としては物理蒸着法、化学蒸着法、液相堆積法の三大法が主流であり、それぞれの作製方法はさらに細分化される。
物理蒸着物理的手法を使用して真空条件下で材料を気体原子または分子に蒸発させ、その後基板の表面に薄膜を堆積する技術です。
化学蒸着高温環境下での基板表面での化学反応による薄膜の作製であり、シリコン基板上の集積回路における誘電体膜のエピタキシャル堆積など、主に半導体集積電子技術で使用されます。
液相堆積溶液化学反応や電気化学反応などの化学的手法を用いて基板表面に薄膜を成膜する技術で、真空環境を必要とせず設備も簡単で、電子部品や表面コーティング、装飾などに応用されています。
光学薄膜主に物理蒸着法により作製されますが、現在では熱蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法が多く使用されています。
熱蒸着は物理蒸着コーティングで最も早く開発され、広く使用されています。
熱蒸着は、真空チャンバー内で真空中で実行され、膜材料が加熱されると、その原子が表面から放出され、基板上で凝縮して薄膜を形成します。これは熱蒸着の単純なプロセスです。
一般的に使用される熱蒸着法には、抵抗蒸着、電子ビーム蒸着、イオン ビーム支援蒸着などがあります。
金、銀、アルミニウムなどの低融点金属、硫化亜鉛やセレン化亜鉛などの硫黄セレン化物、フッ化マグネシウムやフッ化イッテルビウムなどのフッ化物の蒸着には、一般に抵抗加熱蒸着が使用されます。融点が高く、蒸発しやすいためです。蒸着源材料を選択する際には、膜材料との濡れ性、膜材料と化学反応を起こすかどうかを考慮する必要があります。酸化シリコンなどの酸化物やタングステンなどの高融点金属の蒸着には、一般に電子ビーム蒸着が使用されます。電子ビームは、高エネルギー密度 (最大 10E9 W/cm2) を持つフィルム材料に直接照射され、高融点金属や高融点誘電体材料を蒸発させるのに適した方法です。
イオンビーム支援蒸着 (IAD) は、イオン源が膜の抵抗蒸着または電子ビーム蒸着のプロセスで荷電イオンを生成し、蒸着された粒子がこれらの荷電イオンと衝突することによってより大きな運動エネルギーを得る支援蒸着法です。それにより膜成長プロセスが変化します。イオンビーム支援蒸着技術を使用すると、光学フィルムの特性を改善し、薄膜の結晶性、方向性、接着強度、緻密性、表面形態を改善できます。

マグネトロンスパッタリングコーティング技術

マグネトロンスパッタリングコーティングは、荷電イオンを使用してターゲットの表面に衝撃を与え、ターゲット原子が反発エネルギーを得てターゲットの表面から離れ、最終的に基板の表面に堆積する真空コーティング技術です。マグネトロンスパッタリングの動作原理を図に示します。負のバイアス圧力がマグネトロンカソードターゲットに加えられると、スパッタリングガスが分解され、グロー放電が発生します。放電プロセス中に生成されるスパッタリング ガス イオン (通常は Ar イオン) は、カソード ターゲット表面のプラズマ シース層内の高エネルギー電場の作用下でターゲット表面への衝撃を加速します。一方では、高エネルギーのスパッタリングガスイオンがターゲット表面に衝突すると、ターゲット表面の一部の原子が反跳エネルギーを得てターゲット表面から離脱してスパッタ原子となり、最終的に基板表面に堆積します。一方、二次電子はターゲット表面から放出され、陰極ターゲット表面のシース層の作用によりグロー放電プラズマ領域へ加速される。プラズマ領域に入った二次電子は、ターゲット表面の磁場の束縛作用を受けて移動し、スパッタリングガス原子と衝突してイオン化するため、マグネトロン放電を持続させるための重要なエネルギー源となります。

二次電子に対するターゲット表面の磁場の結合効果により、ターゲット表面付近のプラズマ濃度が大幅に増加し、通常のダイオードスパッタリングの堆積速度が遅いという問題が効果的に解決されます。したがって、ターゲット表面の磁場の結合作用による電子の動きは、マグネトロンスパッタリングの原理を理解する鍵となります。下の図はマグネトロンスパッタリングターゲット表面付近の電場と磁場の分布を示しています。