現代光刻工藝研發各部分的職責和協作
從最早被用于電路制造,光刻技術的發展已經走過了半個多世紀。在過去的半個多世紀中,除了光刻設備、材料和工藝的不斷發展以外,光刻工程技術人員工作的職責和方式也在不斷演化。首先是光刻機越來越復雜和昂貴,僅靠Fab的光刻工程師,已經不能完全運行和維護光刻設備并充分發揮其產能,Fab離不開光刻設備供應商對光刻機使用的支持。這種技術支持超過了傳統的使用培訓、故障維修、而是深入參與到光刻工藝研發中,為工藝中的難點提供解決方案。
光刻材料也已經不再局限于光刻膠,而是包括抗反射層、含Si的抗反射層、旋涂的有機碳等眾多新型材料。這些新型材料在使用過程中很容易出現各種問題,例如,旋涂后產生較多的顆粒和缺陷,何種過濾器最有效。這些問題的解決都必須有材料供應商的參與。在測量方面,電子顯微鏡一直被用于光刻膠上關鍵線寬的測量。高能量的電子束會損傷光刻膠,使光刻膠線條收縮,一般會導致4~5nm的測量偏差。這一偏差在32nm技術節點以下是不能接受的。如何改進測量程序、修正這種測量偏差也不是晶圓廠計量工程師(metrology engineer)獨自能完成的,需要測量設備生產商專業技術人員的參與。
晶圓廠光刻內部的分工以及各單位之間的交叉和牽制
Fab的光刻部門分為研發(technologydevelopment,TD)和生產(manufacturing)。這里側重討論光刻研發部門。Fab光刻研發部門內部一般分為若干個工作小組,這是按工作任務來劃分的。下表是晶圓廠光刻研發部門內部的組織機構。對于光刻生產部門,其主要精力是維持生產,其組織結構和下表略有不同。
工作小組 | 職責 |
設備應用 equipment applications | 1.負責光刻機和勻膠顯影機的性能監控。發現問題及時停機,并協調設備供應商解決 |
光刻工藝 process | 1. 光刻工藝研發(layer owner)、向工藝集成提供符合要求的光刻工藝 2. 收集晶圓數據、工藝窗口評估。對OPC、新材料、新設備提出要求 |
測量 metrology | 1.負責CD-SEM和套刻誤差測量儀器的監控,發現問題及時停機,并協助設備供應商解決 |
工廠系統 factory system | 1.負責光刻內部設備之間的數據通信管理、協調工廠系統 |
layout數據處理 OPC/tapeout | 1.負責建模、OPC、驗證OPC結果、向layer owner提供hotspot及PV-band等數據 |
掩模管理 mask-management | 1.協調訂購、接收掩模版。對掩模版供應商的質量做評估 |
光刻預研 pre-development/path finder | 負責前期預研,比正常研發一般提前1-2個節點 |
光刻是一個工藝單元,其工作的重心是支持工藝集成,為工藝集成提供圖形解決方案(patterning solutions),爭取及早實現器件的產額(Yield)。根據支持工藝集成的直接和間接程度,光刻部門內的工作分為一、二、三線,第一線的部門以工藝組為主,也包括掩模管理組和測量組。工藝組中的工程師就是所謂的“layer owner”,即每人負責幾個光刻層,一般是工藝技術類似的幾個光刻層。“layer owner”協調內部資源、負責光刻工藝的設置、支持工藝集成。掩模管理和工藝集成的交集也很多,因為一個工藝流程中需要多少層掩模版、每一層掩模什么時候需要都是由工藝集成工程師掌握的。測量組也需要時常直接支持工藝集成,因為在工藝流程中測量是作為獨立的步驟存在的。二線部門的主要任務是為一線部門提供設備、材料和數據系統使用方面的支持。
在日常工作中,工藝工程師通常可以解決大多數制程中出現的問題。存在一小部分問題需要比較深入的設備、材料、數據系統的支持,這時二線的工程師就必須參與,甚至通過二線工程師把設備或材料供應商的專業技術人員引入討論,三線是先導研發或者叫預研,為下一個技術節點尋找光刻的技術方向。
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