text: Filtration im Bereich der Fotolithographie in der Halbleiterfertigung
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  Lithography Filtration for Semiconductor Manufacturing
  Hin zu kleineren Bauteil-Geometrien
  Lithography is the key technology driver for the semiconductor industry.
  Das kontinuierliche Wachstum der Branche ist ein direktes Ergebnis besserer lithographischer Auflösungen. Die Komplexität der heute gefertigten Halbleiterchips erfordert mehrere mikrolithographische Fertigungsschritte, um mehrschichtige Schaltkreise herzustellen.
  Lithography Filter Recommendations and Schematic
  Lithography Products Compatability Guide
  See All Lithography Filtration Products
  in der Halbleiterfertigung
  Mehrere grundlegende Veränderungen in der Branche haben die Anforderungen an die Kontaminationskontrolle bei jedem Aspekt des Mikrolithographieverfahrens deutlich erhöht. Diese Änderungen umfassen die Implementierung von DUV-Photolack, die Einführung von Top- und Bottom-Anti-Reflex-Coatings (TARC & BARC), die tendenziell immer dünneren Beschichtungen und die Verwendung der Immersionslithographie.
  Jeder dieser Schritte bringt das Risiko schädlicher Verunreinigungen mit Feinstpartikeln, Mikroblasen-Defekte und metallische Verunreinigung der Oberfläche des Wafers mit sich. Die Abscheidung von Partikeln mit einer kleineren Größe als der Strukturgröße ist von höchster Bedeutung, um Schaltkreisfehler zu vermeiden. Die Abscheidung jeglicher Luft und das Verhindern einer Bildung von Mikroblasen ist wichtig zur Reduzierung von Beschichtungsdefekten und zur Erhöhung der Ausbeute.
  Die Auswahl der geeigneten Materialien zur Minimierung von Metallanteilen bei gleichzeitiger Optimierung der Dosierungsleistung ist für die Optimierung des Beschichtungsverfahrens von großer Bedeutung.
  Die Verwendung von Bulkfiltern durch Photolack-Hersteller und Endstellen-Dosierfiltern (POU) durch Endnutzer verhindert die Ansammlung unerwünschter Partikel auf der Wafer-Oberfläche während der Fertigung der Halbleiterchips.
  Die "International Technology Roadmap for Semiconductors" unterstützt von fünf führenden Verbänden der Halbleiterhersteller, sieht die Abscheidung von 20 nm-Partikeln als entscheidend in der Fertigung fortschrittlicher Halbleiterbauteile an. Die Reduzierung der Strukturgrößen auf 22 nm oder feiner hat zum Angebot engerer Membranen zur Gewährleistung der Abscheidung von Partikeln, welche die Ausbeute reduzieren, geführt.
  The method of delivering lithographic chemicals to the wafer surface is best accomplished by a precision dispense system. Der Endstellenfilter ist hierbei ein integraler Teil des Dosiersystems, dementsprechend ist eine sorgfältige Filterauswahl erforderlich, um Defekte der Wafer-Oberfläche zu reduzieren. Zusätzlich zur Partikel- und Gelentfernung sind die Minimierung von Mikroblasenbildung, reduzierter Chemikalienverbrauch, und gute Beständigkeit Schlüsselfaktoren bei der Auswahl eines Endstellenfilters.
  Fortunately, several membrane materials are available for filtration of the variety of lithographic chemicals needed in the fabrication of today's and tomorrow's integrated circuits.
  Lithography Flow Schematic and Filter Recommendations
  Nummer des Diagramms Anwendung Empfehlung für Primärfilter Vorbenetzung erforderlich Empfehlungen für weitere Filter Vorbenetzung erforderlich
  1 HMDS Mini Kleen-Change® Nein Micro Kleen-Change Nein
  2 BARC (Bottom-Anti-Reflex-Coating) P-Nylon PhotoKleen™ EZD-3 Nein PE-Kleen
  PhotoKleen EZD-3 Nein
  3 Lösungs-
  mittel P-Nylon PhotoKleen EZD-3 Nein PE-Kleen
  4 248 nm / 193 nm Photolack P-Nylon PhotoKleen EZD-3 Nein PE-Kleen
  4 i,g line Photolack P-Nylon PhotoKleen EZD-3 Nein PE-Kleen
  5 TARC (Top-Anti-Reflex-Coating) P-Nylon PhotoKleen EZD-3 Teilweise* P-Nylon PhotoKleen EZD-3 Nein
  6 Randwulst-Entfernung P-Nylon PhotoKleen EZD-3 Nein P-Nylon PhotoKleen EZD-3 Nein
  7 Entwickler (< 3 % TMAH 97 % H2O) P-Nylon PhotoKleen EZD-3 Nein P-Nylon DFA™ Komplettfilter Nein
  8 deionisiertes Wasser P-Nylon PhotoKleen EZD-3 Nein P-Nylon DFA Komplettfilter Nein
  9 Stickstoffspülung Mini Kleen-Change k. A. Micro Kleen-Change Nein
  Technical Issues in the Filtration of Lithographic Chemicals
  Einige technische Herausforderungen müssen bei der Auswahl eines Endstellenfilters für Ihr Dosiersystem in Betracht gezogen werden. Diese umfassen die Rückhalterate des Filters bezüglich Feinstpartikel, das Totvolumen zur Minimierung photochemischer Abfälle, die Benetzbarkeit der Filtermembran für ein effizientes Anfahren, geringe Betriebs- und Dosierdrücke zur Vermeidung eines Ausgasen von Photochemikalien sowie ausgezeichnete Kompatibilität zur Vermeidung einer Verunreinigung mit Feinstpartikeln und Metallen.
  Es ist außerordentlich wichtig, die Werkstoffe nach Reinheit/Reinigungszustand zu wählen und sie unter nicht-kontaminierenden Bedingungen zu handhaben, um eine Metallverunreinigung zu vermeiden.
  Das optimierte Filterdesign reduziert den Chemikalienverbrauch während des Anfahrens der Anlage und minimiert die Blasenbildung, die ansonsten zu Defekten auf der Wafer-Oberfläche führen würde.
  Durch die Nutzung einer großen Oberfläche und das fortschrittliche Design der Filtermembran wird ein geringer Differenzdruck erzielt, der die Gelabscheideeffizienz maximiert und die Bildung von Mikroblasen minimiert.
  Der niedrige Betriebsdruck gewährleistet, dass der Filter keine Ausgasung von Photochemikalien verursacht, da die Dosierung von hohem Druck zu niedrigem Druck stattfindet.
  Die Vermeidung von Metallverunreinigungen der Wafer-Oberfläche erfordert eine sorgfältige Materialauswahl des Dosiersystems. Die Kompatibilität der Chemikalie mit sämtlichen Teilen des Dosiersystems sollte natürlich stets untersucht werden.
  Die Abscheidung von Partikeln, die Defekte verursachen könnten, wird durch die Auswahl der richtigen Endstellenffilter gewährleistet.
  The variety of lithographic chemicals available necessitates the selection of the appropriate membrane material and micron rating to best accomplish the removal of particulate.
  Membranen sind jetzt aus den Materialien PTFE (Polytetrafluorethylen), HDPE (High-Density-Polyethylen) und Nylon 6,6 Abbildung 1) verfügbar, um bestimmte Anforderungen bezüglich Partikelabscheidung und chemischer Kompatibilität zu erfüllen und gleichzeitig ein sofortiges Benetzen von i-line- und DUV-Photolacken, Anti-Reflex-Coatings und Entwicklern zu ermöglichen. New test methods developed by Pall utilitizing Au nanoparticles allow rating of sub 30 nm filters.
  PTFE-Medium, dargestellt in 5.000-facher Vergrößerung
  High-Density-Polyethylen-Medium, dargestellt in 5.000-facher Vergrößerung
  Nylon-6,6-Medium, dargestellt in 5.000-facher Vergrößerung
  The surface tensions for some of the solvents used in lithographic chemicals compared with the wettability of filter membranes are shown in Table 1. Diese Tabelle sollte als Leitfaden verwendet werden. Die meisten Hersteller fügen ihren Lösungen jedoch Tenside bei, welche die Benetzung der Filtermembranen unterstützen. Die Membranen für die Endstellenfiltration sind nun mit Mikron-Nennleistungen von 1,0 μm bis 5,0 nm verfügbar.
  Lösungsmittel/Entwickler Oberflächenspannung
  (dyn/cm2) Spontane Benetzbarkeit
  PTFE Nylon 6,6 HDPE
  Aceton 23 Ja Ja Ja
  Anisol 35 Nein Ja Nein
  Butylacetat 28 Ja Ja Ja
  Cyclohexanon 35 Nein Ja Nein
  EGMEA 32 Ja Ja Ja
  Ethyllactat 29 Ja Ja Ja
  IPA 22 Ja Ja Ja
  NMP 41 Nein Ja Nein
  PGMEA 28 Ja Ja Ja
  2,5% TMAH/H2O 70 Nein Ja Nein
  deionisiertes Wasser 72 Nein Ja Nein
  Xylol 28 Ja Ja Ja
  Die Filtration fotoempfindlicher Chemikalien wie Photolacke hat keine schädlichen Auswirkungen auf das Verhalten der Chemikalie in einer tatsächlichen Anwendung gezeigt. A study on the filtration1 of actual photoresist showed no effects to the viscosity, coating thickness, molecular weight, or photospeed of the photoresist. The filters in the study were 0.1 and 0.05 micron rated Pall Falcon® filters with PTFE membrane.
  Zudem zeigte eine Studie2 zu 193-nm-Photolack, dass eine Filtration unter 30 nm Wirkung bei der Reduzierung von Mikrobrücken-Defekten zeigt (Abbildung 3). Die Daten legen ebenfalls nahe, dass die Adsorptionsfähigkeit von Nylon 6,6 eine außerordentliche Wirksamkeit bei der Reduzierung von Mikrobrücken-Defekten zeigt.
  REM-Ansicht von oben, 0,05-μm-PTFE-Membran
  REM-Ansicht von oben, 0,04-μm-Nylon-6,6-Membran
  Abbildung 3: Evaluationsrate bei 193-nm-Photolack
  Mikrobrücken-Defektreduzierung in TEL LITHIUS Pro bei Verwendung verschiedener Endstellenfilter
  1 Capitanio, Dennis; "Advantages to Point- of-Use Filtration of Photoresists in Reducing Contamination on the Wafer Surface", ASMC98 Proceedings, S. 247-251, September 23-25, 1998
  2 Umeda, Toru; "Defect Reduction by using Point-of-Use Filtration in a New Coater / Developer," SPIE Advanced Lithography Proceedings February 23-27, Advances in Resist Technology 7273-54..
  Die Abscheidung von Gel aus Photolacken hängt stark vom Differenzdruck im Dosiersystem ab. Endstellen-Dosierfilter sollten nicht signifikant zum Differenzdruck beitragen.
  In order to remove gels from photoresist and also prevent gels from extruding through the filter membrane onto the wafer surface, Pall has maximized the membrane surface area in the dispense filter. Die große Oberfläche der Membran gewährleistet geringe Einlass- und Differenzdrücke zur Maximierung der Gelabscheideeffizienz.
  The increased membrane area in the filter is accomplished by Pall's patented Ultipleat® design, which uses crescent shaped membrane pleats in the filter while retaining the overall footprint of the filter. Die PhotoKleen™ EZD3-Filter sind für Verwendung mit den meisten Dosierungspumpen der Halbleiterbranche ausgelegt.
  Einfache Belüftung (Minimale Mikroblasenerzeugung)
  Eine weitere Quelle von Defekten der Waferoberfläche besteht in Schichten-Fehlstellen oder Mikroblasen in der Photolackbeschichtung. Schichten-Fehlstellen entstehen durch Gaseinschlüsse im Photolack, die in Form von Mikroblasen aus der Lösung entweichen können.
  Mikroblasen können vermieden werden, wenn das Filterdesign eine einfache Belüftung beim Anlaufen ermöglicht und diese Blasen nicht einschließt, sodass sie später freigesetzt werden. Die leichte Belüftung wird durch das gefaltete Design des PhotoKleen™ EZD3 ermöglicht, durch das sich die Blasen während der Belüftung entlang der Falten nach oben bewegen und freigesetzt werden können.
  The design of Pall's point-of-use capsules also locates the vent and drain at the highest and lowest point of the capsule to ensure complete and easy venting and draining.
  Wird der Photolack einem hohen Differenzdruck ausgesetzt, tritt gelöstes Gas aus der Lösung aus und führt zur Freisetzung von Mikroblasen während der Dosierung. Ein geringer Differenzdruck über den Filter hinweg verhindert eine Freisetzung dieser Gase aus der Lösung. Pall's Ultipleat filter design provides a low differential pressure across the filter and minimizes the release of bubbles during dispense.
  Das Streben nach feinerer Filtration hat zu höheren Betriebsdrücken bei der Dosierung von Photolacken geführt. Zudem sind DUV-Photolackmaterialien (deep ultraviolet) der nächsten Generation außerordentlich empfindlich gegenüber Umwelteinflüssen.
  Das Ultipleat-Filterdesign mit großer Oberfläche gewährleistet einen sehr geringen Betriebs- und Differenzdruck über das Filterelement hinweg. Pall has also developed filters with increased filtraton surface area while maintaining the external footprint. Dies ermöglicht geringere Dosierdrücke bei Photolacken mit neueren chemischen Zusammensetzungen (Abbildung 4).
  Abbildung 4: Flusseigenschaften von Komplettfiltern mit vergrößerter Oberfläche
  Reduzierter Chemikalien-Abfall
  Der Schlüssel zu einem reduzierten Photolack-Verbrauch besteht in einem kleinen Totvolumen im Dosiersystem.
  Ein Filterdesign mit geringem Totvolumen kann die Anlaufzeit reduzieren, da weniger Gas entlüftet werden muss. Die steigenden Kosten von Photolack, insbesondere 193-Zoll- DUV-Photolack wird hier zu erheblichen Kosteneinsparungen führen. Das Totvolumen des PhotoKleen™ EZD3 beträgt weniger als 40 ml.
  Minimale Metallanteile
  The filter should contribute minimal contamination when used with solvents currently used in the lithographic processes during IC fabrication.
  Die von der Semiconductor Industry Association veröffentlichte International Technology Roadmap for Semiconductors hat Level von 5 ppb für ionische/Metall-Verunreinigungen als kritisches Level für Strukturen von 90 nm oder kleiner bewertet.
  Die typische Metallextraktion mehrerer Dosierfilter aus PTFE, HDPE und Nylon 6,6 mit HDPE-Hardware und -Trägermaterialien ist in Tabelle 2 beschrieben. Zudem wurde eine umfassende Extraktion von P-Nylon Falcon-Filtern in 12 verschiedenen Basis-Lösungsmitteln vorgenommen (Tabelle 2A).
  Tabelle 2: Solvent Soak Tests with Pall Falcon Filter
  The results of soaking Pall Falcon® filters (PTFE, Nylon 6,6 and HDPE Membranes) for 1 week static soak in various solvents (500 ml). Analysen durchgeführt mittels ICP-AES. Alle Werte in ppb angegeben.
  Element Ag Al Ba Ca Cd Cr Cu Fe K Li Mg Mn NA Ni Pb Sn Zn
  HDPE < 1 < 1 < 1 2 < 1 < 1 < 1 < 1 <2 < 1 < 1 < 1 20* <2 <2 <2 < 1
  PTFE < 1 1 < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 <2 < 1 < 1 < 1 21* <2 <2 <2 < 1
  Nylon 6,6 < 1 < 1 < 1 2 < 1 < 1 < 1 1 <2 < 1 < 1 < 1 25* <2 <2 <2 < 1
  HDPE < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 <2 < 1 < 1 < 1 4 <2 <2 <2 2
  PTFE < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 <2 < 1 < 1 < 1 3 <2 <2 <2 < 1
  Nylon 6,6 < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 <2 < 1 < 1 < 1 <2 <2 <2 <2 < 1
  HDPE < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 <2 < 1 < 1 < 1 <2 <2 <2 <2 < 1
  PTFE < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 1 < 1 <2 < 1 < 1 < 1 3 <2 <2 <2 < 1
  HDPE < 1 < 1 < 1 1 < 1 < 1 < 1 < 1 <2 < 1 < 1 < 1 6 <2 <2 <2 1
  PTFE < 1 < 1 < 1 1 < 1 < 1 < 1 < 1 <2 < 1 < 1 < 1 5 <2 <2 <2 < 1
  * Na in Ethyllactat konnte aufgrund hoher Baseline-Werte nicht ermittelt werden
  Table 2a Solvent Soak Tests with Pall P-Nylon Falcon Filter
  The results of soaking Pall P-Nylon Falcon® filters for 1 week static soak in various solvents (500 ml). Analysen durchgeführt mittels ICP-AES. Alle Werte in ppb angegeben.
  Metalle Ag Al Ba Ca Cd Cr Cu Fe K Li Mg Mn NA Ni Pb Sn Zn
  N-Butylacetat < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 <2 < 1 < 1 < 1 <2 <2 <2 <2 < 1
  Ethylcelluloseacetat < 1 1 < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 <2 < 1 < 1 < 1 <2 <2 <2 <2 < 1
  Ethyllactat < 1 < 1 < 1 2 < 1 < 1 < 1 1 <2 < 1 < 1 < 1 * <2 <2 <2 < 1
  2-Heptanon < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 <2 < 1 < 1 < 1 <2 <2 <2 <2 < 1
  Etheracetat < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 <2 < 1 < 1 < 1 <2 <2 <2 <2 < 1
  Methyethylketon < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 <2 < 1 < 1 < 1 <2 <2 <2 <2 < 1
  N,N-Dimethylformamid < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 1 ** <2 < 1 < 1 < 1 3 <2 <2 <2 ***
  N-Methylpyrrolidon < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 2 <2 < 1 < 1 < 1 3 <2 <2 <2 < 1
  Ethyl-3-ethoxypropionat < 1 < 1 < 1 1 < 1 < 1 < 1 < 1 <2 < 1 < 1 < 1 **** <2 <2 <2 < 1
  Methyl-3-methoxypropionat < 1 < 1 < 1 1 < 1 < 1 < 1 < 1 <2 < 1 < 1 < 1 <2 <2 <2 <2 < 1
  Ethylpyruvat < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 <2 < 1 < 1 < 1 <2 <2 <2 <2 < 1
  Isopropylalkohol < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 <2 < 1 < 1 < 1 <2 <2 <2 <2 < 1
  ** Fe in N,N-Dimethylformamid konnte aufgrund hoher Baseline-Werte nicht ermittelt werden
  *** Zn in N,N-Dimethylformamid konnte aufgrund hoher Baseline-Werte nicht ermittelt werden
  **** Na in Ethyl-3-ethoxypropionat konnte aufgrund hoher Baseline-Werte nicht ermittelt werden
  Bei der Auswahl eines geeigneten mikrolithographischen Filters müssen mehrere Faktoren berücksichtigt werden. Diese umfassen die Rückhalterate des Filters bezüglich Feinstpartikel, das Totvolumen, die Benetzbarkeit des Mediums, die Betriebs- und Differenzdrücke und die Materialbeständigkeit.
  Einige dieser Faktoren könnten gemäß dem jeweiligen System oder der chemischen Bedingungen unterschiedlich gewichtet werden.
  Der Leitfaden zur Kompatibilität sollten ebenso wie die Benetzbarkeits-Tabelle und die Filterempfehlungen zu Rate gezogen werden, um die optimale Filterauswahl zu treffen.
  If you need additional assistance, please contact Pall Microelectronics, and we will be glad to provide you with a custom solution.