现代光刻工艺研发各部分的职责和协作
从最早被用于电路制造,光刻技术的发展已经走过了半个多世纪。在过去的半个多世纪中,除了光刻设备、材料和工艺的不断发展以外,光刻工程技术人员工作的职责和方式也在不断演化。首先是光刻机越来越复杂和昂贵,仅靠Fab的光刻工程师,已经不能完全运行和维护光刻设备并充分发挥其产能,Fab离不开光刻设备供应商对光刻机使用的支持。这种技术支持超过了传统的使用培训、故障维修、而是深入参与到光刻工艺研发中,为工艺中的难点提供解决方案。
光刻材料也已经不再局限于光刻胶,而是包括抗反射层、含Si的抗反射层、旋涂的有机碳等众多新型材料。这些新型材料在使用过程中很容易出现各种问题,例如,旋涂后产生较多的颗粒和缺陷,何种过滤器最有效。这些问题的解决都必须有材料供应商的参与。在测量方面,电子显微镜一直被用于光刻胶上关键线宽的测量。高能量的电子束会损伤光刻胶,使光刻胶线条收缩,一般会导致4~5nm的测量偏差。这一偏差在32nm技术节点以下是不能接受的。如何改进测量程序、修正这种测量偏差也不是晶圆厂计量工程师(metrology engineer)独自能完成的,需要测量设备生产商专业技术人员的参与。
晶圆厂光刻内部的分工以及各单位之间的交叉和牵制
Fab的光刻部门分为研发(technologydevelopment,TD)和生产(manufacturing)。这里侧重讨论光刻研发部门。Fab光刻研发部门内部一般分为若干个工作小组,这是按工作任务来划分的。下表是晶圆厂光刻研发部门内部的组织机构。对于光刻生产部门,其主要精力是维持生产,其组织结构和下表略有不同。
工作小组 | 职责 |
设备应用 equipment applications | 1.负责光刻机和匀胶显影机的性能监控。发现问题及时停机,并协调设备供应商解决 |
光刻工艺 process | 1. 光刻工艺研发(layer owner)、向工艺集成提供符合要求的光刻工艺 2. 收集晶圆数据、工艺窗口评估。对OPC、新材料、新设备提出要求 |
测量 metrology | 1.负责CD-SEM和套刻误差测量仪器的监控,发现问题及时停机,并协助设备供应商解决 |
工厂系统 factory system | 1.负责光刻内部设备之间的数据通信管理、协调工厂系统 |
layout数据处理 OPC/tapeout | 1.负责建模、OPC、验证OPC结果、向layer owner提供hotspot及PV-band等数据 |
掩模管理 mask-management | 1.协调订购、接收掩模版。对掩模版供应商的质量做评估 |
光刻预研 pre-development/path finder | 负责前期预研,比正常研发一般提前1-2个节点 |
光刻是一个工艺单元,其工作的重心是支持工艺集成,为工艺集成提供图形解决方案(patterning solutions),争取及早实现器件的产额(Yield)。根据支持工艺集成的直接和间接程度,光刻部门内的工作分为一、二、三线,第一线的部门以工艺组为主,也包括掩模管理组和测量组。工艺组中的工程师就是所谓的“layer owner”,即每人负责几个光刻层,一般是工艺技术类似的几个光刻层。“layer owner”协调内部资源、负责光刻工艺的设置、支持工艺集成。掩模管理和工艺集成的交集也很多,因为一个工艺流程中需要多少层掩模版、每一层掩模什么时候需要都是由工艺集成工程师掌握的。测量组也需要时常直接支持工艺集成,因为在工艺流程中测量是作为独立的步骤存在的。二线部门的主要任务是为一线部门提供设备、材料和数据系统使用方面的支持。
在日常工作中,工艺工程师通常可以解决大多数制程中出现的问题。存在一小部分问题需要比较深入的设备、材料、数据系统的支持,这时二线的工程师就必须参与,甚至通过二线工程师把设备或材料供应商的专业技术人员引入讨论,三线是先导研发或者叫预研,为下一个技术节点寻找光刻的技术方向。
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