Fotolitografi

Fotolitografi adalah sebuah proses digunakan dalam fabrikasi alat semikonduktor untuk memindahkan pola dari sebuah photomask ke permukaan sebuah substrat. Seringkali kristalin silikon dalam bentuk sebuah wafer digunakan sebagai substrat, meskipun ada beberapa pilihan termasuk, tetapi tidak terbatas pada, gelas, safir, dan logam. Fotolitografi (juga dikenal sebagai "mikrolitografi" atau "nanolitografi") memiliki persamaan dengan litografi konvensional digunakan dalam percetakan dan membagi beberapa prinsip dasar proses fotografik.

Resolusi dari fotolitografi ditentukan oleh panjang gelombang sumber cahaya yang digunakan oleh proses ini. Saat ini, sumber cahaya yang paling bagus adalah sinar-X karena mempunyai panjang gelombang yang sangat pendek. Sumber cahaya untuk proses fotolitografi antara lain: ultra violet, pancaran elektron, laser, dan pancaran ion.

Daftar langkah fabrikasi perangkat semikonduktor

Fabrikasi perangkat semikonduktor adalah proses yang digunakan untuk memproduksi perangkat semikonduktor, biasanya sirkuit terpadu (IC) seperti prosesor komputer, mikrokontroler, dan chip memori (seperti flash NAND dan DRAM) yang terdapat pada perangkat elektronik sehari-hari. Ini adalah proses fotolitografi dan fisio-kimia beberapa langkah (dengan langkah-langkah seperti oksidasi termal, deposisi film tipis, implantasi ion, etsa) di mana sirkuit elektronik secara bertahap dibuat pada wafer, biasanya terbuat dari semikonduktor kristal tunggal murni. bahan. Silikon hampir selalu digunakan, namun berbagai senyawa semikonduktor digunakan untuk aplikasi khusus.

Ini adalah daftar teknik pemrosesan yang digunakan berkali-kali selama pembuatan perangkat elektronik modern; Daftar ini tidak selalu berarti pesanan tertentu, atau semua teknik diambil selama pembuatan karena, dalam praktiknya, pesanan dan teknik mana yang diterapkan, sering kali khusus untuk penawaran proses oleh pabrik pengecoran, atau khusus untuk produsen perangkat terintegrasi (IDM) untuk produk mereka sendiri, dan perangkat semikonduktor mungkin tidak memerlukan semua teknik. Peralatan untuk melaksanakan proses ini dibuat oleh segelintir perusahaan. Semua peralatan perlu diuji sebelum pabrik fabrikasi semikonduktor dimulai. Proses-proses ini dilakukan setelah desain sirkuit terpadu. Pabrik semikonduktor beroperasi 24/7 dan banyak pabrik menggunakan air dalam jumlah besar, terutama untuk membilas chip.

• Pengolahan wafer
  • Pembersihan basah
    • Kadang-kadang dibersihkan dengan pelarut seperti aseton, trikloretilen, atau air ultra murni saat memutar wafer
    • Larutan piranha
    • Pembersihan RCA
    • Menggosok wafer
    • Pembersihan putar
    • Pembersihan semprotan jet
    • Aerosol kriogenik
    • Megasonik
    • Pembersihan batch perendaman
  • Pasifasi permukaan
  • Fotolitografi
    • Lapisan photoresist (seringkali berbentuk cairan, pada seluruh wafer)
    • Memanggang photoresist (pemadatan dalam oven)
    • Penghapusan manik tepi
    • Eksposur (dalam stepper fotolitografi, pemindai, atau pelurus masker)
    • Post Exposure Baking (PEB) meningkatkan daya tahan photoresist
    • Pengembangan (penghilangan bagian penahan dengan menggunakan cairan pengembang, hanya menyisakan bagian wafer yang terbuka untuk implantasi ion, pengendapan lapisan, etsa, dll)
  • Implantasi ion (di mana dopan ditanamkan ke dalam wafer sehingga menciptakan daerah dengan konduktivitas yang meningkat atau menurun)
  • Etching (fabrikasi mikro)
    • Etching kering (etsa plasma)
      • Etching ion reaktif (RIE)
        • Etching ion reaktif dalam (DRIE)
        • Etching lapisan atom (ALE)
          • Plasma ALE
          • ALE termal
    • Etsa basah
      • Etsa oksida buffer
  • Deposisi uap kimia (CVD)
    • Deposisi uap kimia organik logam (MOCVD), digunakan dalam LED
  • Deposisi lapisan atom (ALD)
  • Deposisi uap fisik (PVD)
    • Sputtering
    • Evaporation
  • Epitaksi
    • Epitaksi berkas molekul (MBE)
  • Deposisi berkas ion
  • Pengabuan plasma (untuk menghilangkan photoresist/pengupasan photoresist secara menyeluruh, juga dikenal sebagai strip kering, yang secara historis dilakukan dengan pelarut kimia yang disebut resist stripper, untuk memungkinkan wafer menjalani putaran fotolitografi berikutnya)
  • Perlakuan termal
    • Pemrosesan termal cepat (RTP), anil termal cepat
    • Pemrosesan termal milidetik, anil milidetik, pemrosesan milidetik, anil lampu flash (FLA)
    • Anil laser
    • Anil tungku
    • Oksidasi termal
      • LOCOS
  • Pengangkatan laser (untuk produksi LED)
  • Deposisi elektrokimia (ECD).
  • Pemolesan kimia-mekanis (CMP)
  • Pengujian wafer (di mana kinerja kelistrikan diverifikasi menggunakan peralatan pengujian otomatis, binning dan/atau pemangkasan laser juga dapat dilakukan pada langkah ini)
• Die preparation
  • Memasukkan-silikon melalui manufaktur (untuk sirkuit terpadu tiga dimensi)
  • Pemasangan wafer (wafer dipasang ke bingkai logam menggunakan pita potong)
  • Penggerindaan dan pemolesan wafer (mengurangi ketebalan wafer untuk perangkat tipis seperti kartu pintar atau kartu PCMCIA atau pengikatan dan penumpukan wafer, hal ini juga dapat terjadi selama pemotongan wafer, dalam proses yang dikenal sebagai Dice Before Grind atau DBG)
  • Ikatan dan penumpukan wafer (untuk sirkuit terpadu tiga dimensi dan MEMS)
  • Pembuatan lapisan redistribusi (untuk paket WLCSP)
  • Wafer bumping (untuk flip chip BGA (ball grid array), dan paket WLCSP)
  • Pemotongan die atau pemotongan wafer
• Pengemasan IC
  • Lampiran cetakan (Die dilekatkan pada rangka utama menggunakan pasta konduktif atau film lampiran cetakan.)
  • Ikatan IC: Ikatan kawat, ikatan termosonik, chip flip atau ikatan pita otomatis (TAB)
  • Enkapsulasi IC atau pemasangan penyebar panas terintegrasi (IHS).
    • Pencetakan (menggunakan senyawa cetakan plastik khusus yang mungkin mengandung bubuk kaca sebagai pengisi untuk mengontrol ekspansi termal)
    • Pembakaran
    • Elektroplating (melapisi ujung tembaga pada rangka timah dengan timah untuk memudahkan penyolderan)
    • Penandaan laser atau pencetakan silkscreen
    • Memangkas dan membentuk (memisahkan rangka utama satu sama lain, dan membengkokkan pin rangka utama sehingga dapat dipasang pada papan sirkuit tercetak)
• Pengujian IC

Selain itu langkah-langkah seperti Wright etsa dapat dilakukan.

Proses fotolitografi

Langkah-langkah yang digunakan dalam proses fotolitografi:
1. Persiapan
Seperti dalam proses di microsystem yang lain, proses fotolitografi dimulai dengan cara pembersihan wafer dari kotoran-kotoran seperti zat organik dan partikel-partikel. Biasanya menggunakan teknik pembersihan caro (caro cleaning).

2. Melapisi wafer dengan photoresist
Sebelum penyinaran, wafer diberi lapisan photoresist yang akan bereaksi jika dikenai cahaya tergantung dari jenis photoresist-nya (positif atau negatif). Setelah dikenai cahaya, photoresist tersebut di larutkan pada cairan tertentu. Bagian yang terkena cahaya pada photoresist positif akan larut dan sebaliknya pada photoresist negatif, bagian yang terkena cahaya tidak akan larut.

Pada umumnya, permukaan wafer yang akan dilapisi photoresist mudah teroksidasi dan akan membentuk ikatan hidrogen yang panjang yang di dapat dari air di udara. Dengan demikian, jika photoresist diletakkan di atas wafer yang berputar, tidak akan menempel dengan permukaan wafer tetapi menempel dengan permukaan air dan menghasilkan daya tempel ke wafer yang rendah. Untuk menghasilkan ikatan yang kuat dengan wafer, maka dibutuhkan promotor seperti Hexamethyldisilazane (HMDS).

Kecepatan perputaran wafer, waktu, jumlah, dan cara menyemprotkan photoresist ke permukaan wafer sangat menentukan kualitas dan ketebalan dari photoresist dipermukaan wafer. Ketebalan photoresist diusahakan merata antara bagian tengah dan tepi dari wafer. Pemutaran wafer dan penyemprotan photoresist secara otomatis akan meningkatkan kualitas dari penyebaran photoresist.

3. Pemanasan wafer
Soft bake atau pemanasan awal permukaan wafer yang telah dilapisi photoresist akan menguapkan pelarut dari photoresist.

4. Pengaturan dan penyinaran
Penyinaran wafer dapat dilakukan dengan cara:
- Contact printing: meletakkan mask secara langsung di atas wafer
- Proximity printing: meletakkan mask sedikit di atas wafer
- Projection printing: memproyeksikan mask ke wafer menggunakan lensa atau cermin

5. Pemanasan pasca penyinaran (Post Exposure Bake/PEB)
PEB akan mengurangi gelombang berdiri pada photoresist. Jika PEB tidak dilakukan, maka profil dari photoresist akan bergelombang.

6. Pengembangan
Photoresist akan menjadi asam jika terpancar cahaya (photoresist positif) dan sebaliknya pada photoresist negatif. Untuk menghilangkan photoresist yang menjadi asam, digunakan larutan basa seperti NaOH. Wafer diputar dan pada saat yang sama wafer disemprot dengan NaOH.

7. Pemanasan akhir (post bake)
Dilakukan untuk mengeraskan photoresist yang tersisa sehingga mengeras dan kuat menahan proses selanjutnya seperti etsa (etching) atau implantasi.

8. Membentuk pola dari mask
Proses membentuk pola dari mask dapat berupa penambahan (pengendapan/deposition), pengurangan (etsa/etching), dan pencampuran komponen (impurity).

9. Pembuangan photoresist
Photoresist yang sudah tidak digunakan lagi dihilangkan dengan pembuangan basah (wet stripping) dengan pelarut dan plasma. Pembuangan basah dapat dilakukan dengan pelarut organik atau non organik seperti aseton.

Peralatan Litografi Semikonduktor

Peralatan Litografi Semikonduktor digunakan untuk menggambarkan pola rangkaian pada wafer silikon dalam proses pembuatan semikonduktor. Sinar ultraviolet yang kuat ditransmisikan melalui photomask, yang berfungsi sebagai prototipe pola sirkuit, dan pola sirkuit ditransfer ke wafer silikon yang dilapisi dengan photoresist. Dalam beberapa tahun terakhir, beberapa peralatan menggunakan laser dengan panjang gelombang 13 nm, yang disebut EUV, untuk memperkecil pola sirkuit halus. Karena ketelitian yang sangat tinggi diperlukan untuk penentuan posisi, dll., peralatan tersebut mahal.

Aplikasi Peralatan Litografi Semikonduktor

Peralatan Litografi Semikonduktor digunakan dalam proses pemaparan pembuatan sirkuit terpadu (IC), yang mencakup perangkat semikonduktor seperti MOS (semikonduktor oksida logam)-FET (transistor efek medan).

Dalam proses pembuatan IC, siklus fotolitografi dan etsa diulangi secara berurutan pada wafer silikon untuk menumpuk dan memproses lapisan (lapisan) silikon oksida dan logam dalam pola yang telah ditentukan, yang diproses hingga memiliki karakteristik yang diperlukan untuk perangkat semikonduktor. Dalam kasus MOS tipe-n (NMOS), misalnya, MOS tipe-n (tipe n+) dibentuk dengan membentuk film silikon oksida di daerah gerbang pada substrat silikon tipe-p dan logam gerbang di atasnya. itu, dan ion yang menanamkan pengotor konsentrasi tinggi di saluran pembuangan dan daerah sumber. Setiap langkah fotolitografi dan etsa dalam rangkaian proses ini dikonfigurasi seperti yang ditunjukkan pada gambar (proses deposisi film S1~proses pengupasan tahan S6).

Dari jumlah tersebut, proses pemaparan (S3) adalah proses yang dilakukan dengan menggunakan Peralatan Litografi Semikonduktor. Peralatan pemaparan dengan panjang gelombang berbeda digunakan tergantung pada dimensi pola sirkuit dan keakuratan Peralatan Litografi Semikonduktor.

Prinsip Peralatan Litografi Semikonduktor

Peralatan Litografi Semikonduktor terdiri dari sumber cahaya, lensa kondensor, photomask, lensa proyeksi, dan panggung. Sinar ultraviolet yang dihasilkan dari sumber cahaya diatur oleh lensa kondensor sehingga menghadap ke arah yang sama. Sinar ultraviolet kemudian melewati photomask, yang berfungsi sebagai prototipe untuk satu lapisan pola rangkaian, dan cahaya tersebut direduksi oleh lensa proyeksi untuk mentransfer pola rangkaian (satu lapisan pola rangkaian) perangkat semikonduktor ke perangkat semikonduktor. wafer silikon. Dalam sistem eksposur seperti stepper, setelah transkripsi selesai, wafer silikon dipindahkan satu tahap dan pola sirkuit yang sama ditransfer ke posisi lain pada wafer silikon. Dengan mengganti photomask, lapisan lain dari pola rangkaian perangkat semikonduktor dapat ditransfer.

Laser excimer KrF dengan panjang gelombang 248 nm, laser excimer ArF dengan panjang gelombang 193 nm, dan sumber cahaya EUV dengan panjang gelombang 13 nm digunakan sebagai sumber cahaya.

Aturan desain (dimensi pemrosesan minimum) untuk proses manufaktur semikonduktor terbaru telah diperkecil menjadi 3 hingga 5 nm, sehingga diperlukan presisi tinggi pada skala nanometer untuk semua lensa kondensor, masker foto, lensa proyeksi, dan tahapan. Selain itu, karena kemajuan penumpukan, pemaparan dilakukan beberapa kali sebelum semikonduktor tunggal dihasilkan dengan mengubah pola rangkaian.

Peralatan Litografi EUV

Peralatan Litografi EUV (Extreme Ultraviolet) adalah Peralatan Litografi Semikonduktor yang menggunakan cahaya dengan panjang gelombang sangat pendek yang disebut Sinar Ultraviolet Ekstrim. Hal ini memungkinkan pemrosesan dimensi yang lebih halus yang sulit diproses dengan sistem paparan konvensional menggunakan sinar laser excimer ArF.

Manufaktur semikonduktor telah semakin diperkecil sesuai dengan Hukum Moore (sirkuit terpadu semikonduktor menjadi empat kali lebih terintegrasi dan berfungsi dalam tiga tahun). Perkembangan teknologi pengurangan paparan proyeksi yang disebut stepper, panjang gelombang paparan yang lebih pendek, dan teknologi paparan perendaman telah meningkatkan resolusi secara signifikan.

Miniaturisasi berarti ukuran proses minimum yang dapat dibakar ke dalam wafer menjadi lebih kecil, dan ukuran proses minimum R dinyatakan dengan rumus Rayleigh berikut.

R = k/λ/NA *k adalah konstanta proporsionalitas, λ adalah panjang gelombang paparan, dan N.A. adalah bukaan numerik sistem optik paparan.

Berbagai perkembangan teknologi telah memungkinkan miniaturisasi dengan menjadikan k lebih kecil, λ lebih kecil, dan NA lebih besar. Sistem litografi EUV dianggap sebagai teknologi yang dapat menembus keterbatasan masa lalu dengan memperpendek panjang gelombang paparan, dan telah diproduksi secara massal dalam beberapa tahun terakhir.

Produsen Peralatan Litografi Semikonduktor

Finisar

Finisar Corporation adalah produsen komponen dan subsistem komunikasi optik, wWafer epitaksial khusus berperforma tinggi. Perusahaan ini didirikan pada bulan April 1987 dan berlokasi di Sunnyvale, California. Perusahaan ini adalah perusahaan teknologi global dalam komunikasi optik. Produk-produknya memungkinkan komunikasi suara, video, dan data berkecepatan tinggi untuk aplikasi jaringan, penyimpanan, nirkabel, dan TV kabel. Perusahaan ini telah menciptakan solusi dalam teknologi optik dan memasok produsen sistem dengan volume produksi untuk bandwidth jaringan. Perusahaan mengembangkan lini produk terutama untuk telekomunikasi, menggunakan teknologi amplifikasi EY termasuk amplifikasi serat doped erbium, amplifikasi Raman, dan amplifikasi hibrid dinamis.

Ushio Inc.

Ushio Inc., didirikan pada tahun 1964 di Tokyo, Jepang, adalah produsen dan pemasok sumber cahaya khusus, dengan minat khusus pada sinar ultraviolet (UV) dan cahaya tampak, Large field stepper. Perusahaan ini memiliki portofolio produk yang luas yang mencakup berbagai solusi pencahayaan, termasuk dioda laser, lampu UV, lampu tampak, lampu yang dirancang untuk proyektor, dan lampu halogen. Beragam produk ini melayani beragam industri dan aplikasi, termasuk penerangan arsitektur dan lanskap, desinfeksi dan penghilang bau, pola litho, sistem optik, serta proses pengawetan dan pengikatan.

NIHON DEMPA KOGYO CO., LTD.

NIHON DEMPA KOGYO CO., LTD., didirikan pada tahun 1948, adalah produsen dan pemasok Jepang yang berkantor pusat di Shibuya-ku, Tokyo, yang mengkhususkan diri pada produk terkait kristal, Peralatan Litografi Semikonduktor. Lini produk perusahaan meliputi unit kristal dan osilator, kristal kuarsa sintetis, sensor keseimbangan mikro kristal kuarsa (QCM), dan konverter gelombang milimeter. Selain itu, perusahaan menyediakan penyintesis frekuensi, komponen optik, sistem analisis gas keluar, generator sinyal, dan probe ultrasonik (transduser). Produk-produk ini melayani sektor-sektor seperti otomotif, kesehatan, peralatan rumah tangga, peralatan industri, dan medis. Khususnya, kolaborasinya dengan Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) menghasilkan sistem QCM Thermogravimetric Gas Analysis (QTGA) untuk menganalisis emisi gas keluar dari bahan organik dalam pengaturan vakum.

ASML Holding N.V.

ASML Holding N.V., didirikan pada tahun 1984, adalah produsen sistem litografi EUV bersertifikasi ISO 9001:2015 yang sangat penting untuk produksi microchip, termasuk sistem litografi EUV dan DUV, PAS 5500 yang diperbarui, dan sistem TWINSCAN, yang digunakan dalam industri medis dan elektronik. . Dengan kantor pusat di Veldhoven, Belanda, perusahaan ini memiliki lokasi lain di AS, Asia, dan Eropa. Perusahaan menawarkan layanan relokasi, layanan pelatihan, portal CustomerNet untuk informasi yang disesuaikan, dan waktu pengiriman 24 jam.

Nikon Corporation

sSistem Litografi Semikonduktor NIKON CORPORATION didirikan di Jepang pada tahun 1917 dan merupakan produsen global produk Sistem Litografi Semikonduktor, pencitraan, optik, peralatan presisi, dan instrumen. Penawaran produk utama perusahaan meliputi kamera mirrorless seri Nikon Z, kamera SLR digital, dan COOLPIX. Ia juga menawarkan aksesoris konsumen dan profesional seperti optik merek NIKKOR, Speedlight, aksesoris sistem, dan produk perangkat lunak, serta produk optik olahraga dan rekreasi premium, termasuk teropong full-line, Fieldscopes, dan pengukur jarak. Perusahaan ini mematuhi standar internasional seperti ISO 14001:2015 dan ISO 45001:2018, melayani industri seperti fotografi dan videografi, perawatan kesehatan, manufaktur, dan penelitian.

Kyodo Internasional, Inc.

Kyodo International, Inc. didirikan pada tahun 1970 dan berpusat di Kawasaki-shi, Jepang, adalah produsen dan distributor peralatan dan perlengkapan mikrofabrikasi. Rangkaian produk perusahaan meliputi alat pengendapan, peralatan fotolitografi, mesin etsa, unit pemrosesan CMP, dan alat pencetakan nano. Produk-produk ini digunakan untuk pengembangan dan pembuatan komponen dan sistem elektronik. Perusahaan ini melayani industri seperti manufaktur elektronik, produksi sistem mikroelektromekanis (MEMS), dan ilmu hayati, serta memastikan pengiriman peralatan berpresisi tinggi untuk proses manufaktur yang rumit. Layanannya mencakup penjualan, perbaikan, dan perombakan suku cadang habis pakai.

Grup EV

EV Group (EVG), didirikan pada tahun 1980 di Austria, adalah pemasok peralatan produksi bervolume tinggi dan solusi proses untuk semikonduktor, MEMS, semikonduktor majemuk, perangkat listrik, dan manufaktur perangkat nanoteknologi, litografi. Rangkaian produknya mencakup sistem litografi, sistem pengikatan, peralatan litografi nanoimprint (NIL), sistem metrologi, dan pelapis fotoresist, yang penting dalam manufaktur semikonduktor. Perusahaan ini telah memperoleh banyak penghargaan, termasuk Penghargaan InCites 3D, Penghargaan Produsen Peralatan Terbaik ISES Tahun 2023, dan dikenal sebagai salah satu pemasok peralatan luar biasa bagi pembuat chip yayasan, yang menekankan keunggulannya dalam industri.

Lihat pula

• Nanolitografi
• Litografi lunak