Was ist ein Stepper?
Ein Stepper ist ein Projektionsbelichtungssystem, das in der Fotolithografie, dem Herstellungsverfahren von Halbleitern und Flüssigkristallen, eingesetzt wird.
Da die IC-Schaltkreismuster immer feiner werden, wird es immer schwieriger, Fotomaskenmuster in tatsächlicher Größe zu erstellen. Stepper sind Belichtungssysteme, die die Step-and-Repeat-Methode für die Belichtung von Maskenmustern verwenden, die größer als die tatsächliche Größe sind. Bei der Step-and-Repeat-Methode wird bei der Belichtung von Halbleiterwafern oder Flüssigkristallsubstraten der Belichtungsbereich in mehrere Abschnitte unterteilt. Sobald ein Abschnitt belichtet ist, wird die Belichtung zum nächsten Abschnitt verschoben (Step) und wiederholt (Repeat).
Bei einem Stepper handelt es sich um ein Belichtungssystem, das den gesamten zu belichtenden Bereich schrittweise und wiederholend belichtet.
Anwendungen von Steppern
Stepper werden bei der Herstellung von Halbleitern und Flüssigkristallen eingesetzt, insbesondere bei der Belichtung mit Masken im Fotolithografieverfahren.
Es gibt zwei Arten von Steppersystemen: Einmal gibt es das Step-and-Repeat-System, das sequentielle Belichtungen durchführt, während es den Wafer schrittweise abtastet, weil die Fläche, die auf einmal übertragen werden kann, klein ist. Außerdem gibt es das Scannersystem, das Belichtungen durch synchrones Abtasten der Maske und des Wafers mit einer Geschwindigkeit durchführt, die der Projektionsvergrößerung entspricht. Letzteres wird von anderen Steppern unterschieden und kann als Scanner behandelt werden.
Funktionsweise des Steppers
Um Wafer mit großem Durchmesser und Flüssigkristalle mit hoher Geschwindigkeit in verkleinerter Projektion zu belichten, verwenden Stepper eine Lichtquelle mit kurzer Wellenlänge um eine hohe Auflösung zu erreichen und projezieren IC-Maskenmuster auf eine Fotomaske, woraufhin der Tisch bewegt und so die Belichtung mehrerer Muster auf dem Wafer wiederholt wird. Die interne Struktur eines Steppers umfasst eine Belichtungslichtquelle, eine Projektionslinse, einen Wafertisch und einen Waferlader.
Entsprechend der Nachfrage nach der Integration von ICs in größerem Maßstab werden Belichtungslichtquellen mit kürzeren Wellenlängen eingesetzt. In den 1990er Jahren war I-Line-Licht von 365 nm die Hauptlichtquelle, aber seitdem werden kürzere Wellenlängen verwendet, wie Krf (Wellenlänge: 248 nm) und Arf (Wellenlänge: 193 nm).
Wafertische werden verwendet, um Wafer mit hoher Geschwindigkeit zu bewegen, damit Halbleiter wie ICs schneller und mit höherer Produktivität hergestellt werden können. Neben der hohen Geschwindigkeit ist für die Feinbearbeitung auch eine hohe Positioniergenauigkeit erforderlich. Waferlader sind für den Transport von Wafern zuständig, z.B. für die Entnahme von Wafern aus dem Wafertisch und die Platzierung von Wafern auf dem Wafertisch.
Das Anhaften von Fremdkörpern ist ein großes Probem bei der IC-Fertigung und die empfindlichen Wafer müssen mit hoher Geschwindigkeit geladen und entladen werden. Stepper belichten die Wafer sequentiell, während sie die Wafer in der oben beschriebenen Konfiguration schrittweise auflegen.
Weitere Informationen zu Steppern
1. Immersion
Aufgrund der hohen Anforderungen an die Präzision von Steppern und Scannersystemen werden diese heutzutage mit großen Mechanismen ausgestattet und der Stückpreis pro Einheit steigt. Da die Verdrahtungsknoten immer feiner werden, ist es nicht wünschenswert, plötzlich große Änderungen an Lichtquellen und Ausrüstungsmechanismen vorzunehmen, und es besteht die Tendenz, zu versuchen, die Ausrüstung über mehrere Generationen zu verbessern, um das Beste aus ihr herauszuholen.
Eine der Technologien zur Verwirklichung dieses Ziels ist die Immersion. Unter Immersion versteht man eine Technik, bei der eine Lösung wie reines Wasser zwischen den Resist auf dem Wafer und die Projektionslinse eingebracht wird. Durch diesen Vorgang wird die Belichtungsauflösung der Lichtquelle erhöht, indem die Wellenlänge des Lichts im Vergleich zu der Wellenlänge in der Luft verkürzt wird. Es ist eine der Technologien, die in modernen Fotolithografieverfahren eingesetzt werden.
2. EUV-Lithographie
Die Extrem-Ultraviolett-Lithografie (EUV-Lithografie) ist ein zentraler Bestandteil der nächsten Generation von Belichtungstechnologien für hochmoderne Prozessknoten bei mehreren nm, die bei einer Wellenlänge von 13,5 nm belichtet werden können. Die weltweit führenden Halbleiterhersteller, die in den fortschrittlichsten Prozessen konkurrieren, nutzen diese Technologie. Stand 2022 gibt es nur einen Hersteller in der Welt, der diese EUV-Lithografieausrüstung kommerzialisiert hat.