Оптико-механическое оборудование для изготовления фотошаблонов
Топология ИС включает несколько топологических чертежей отдельных слоев, последовательно формируемых на подложке. Например, при изготовлении ИС с полевыми транзисторами необходимы четыре топологических слоя: для формирования изолирующих областей, затворов транзисторов, контактных окон и металлизации. Результатом проектирования топологии является числовая информация определяющая.
Процесс преобразования числовой информации о топологическом рисунке в геометрические изображения фигур, выполненные в нужном масштабе с требуемой точностью, называется генерированием изображений.
Способ генерирования.
1. Предварительно формируются оригиналы - это в 200 - 100 раз увеличенные топологические рисунки, одного модуля. ПО - в 5 - 10 раз увеличенные топологические рисунки, одного модуля.
Далее производится размножение размножение ПО на фотоповторителе, на очередном носителе информации - эталонном фотошаблоне. Далее изготавливают рабочие фотошаблоны с обратным изображением рисунка.
Рассмотрим конструктивные особенности, возможности и ограничения оборудования для изготовления применяемых в фотолитографии шаблонов ПО, ЭФШ,РФШ.
1) Оригинал изготавливают на автоматическом координатографе и вырезается на двухслойной пленке. Координатограф - устройство для вычерчивания или вырезания на крупногабаритных (1200x1200) стеклянных или пленочных подложках, покрытых непрозрачной пленкой, увеличенных изображений оригинала топологического чертежа. Основанием любого координатографа является стол, над которым по двум ортогональным координатам перемещается инструментальная головка с рабочим инструментом. В наиболее совершенных координатографах, например ЭМ-703, «Кардимат» управление перемещением рабочего инструмента осуществляется от ЭВМ.
I - Станина (несколько метров) 2- Амортизаторы
3 - Пульт
4- Микровинт
5- Микровинт
6- Микроскоп
7- Фотопластина
8- Держатель
9- Каретка на шариковых направляющих
10- Объектив
II - Оригинал 12- Экран
13 - Люминесцентные лампы 14- Отражающий экран
Редукционная фотокамера предназначена для получения промежуточных
оригиналов фотографированием на фотопластину изображения оригинала с
уменьшением 1:10, 1:30. Установка обеспечивает нарушение заданных
размеров на ПО с погрешностью не хуже 1 мкм.
Объектив должен обладать высокой разрешающей способностью (300 - 500
лип/мм) и обеспечивать диаметр поля изображения 20-50мм. Качество
изображения (резкость, масштаб) контролируется с помощью микроскопа.
Фотоповторитель для изготовления эталонных фотошаблонов.
Фотоповторитель предназначен для проекционного переноса и мультипликации
уменьшенного изображения топологии ПФО на заготовку ЭФШ.
В качестве таких заготовок используются фото пластины со слоем
светочувствительной эмульсии, а также металлизированные стеклянные
пластины со слоем фоторезиста.
Рассмотрим фотоповторитель ЭМ-562.
Оптическая схема фотоповторителя
27- Аэростатическая направляющая 28 -Аэростатическая направляющая 29- Излучатель 30- Аэростат 31 - С вето диод 32- Линза 33- Измерительная линейка 34- Полупрозрачное зеркало 35- Линза 36- Растр 37- Фотоприемник 38-Зеркало 39- Компенсатор хроматизма 40- Сканирующий диск 41- Второй растр 42- Полупрозрачное зеркало 43- Источник 44- Светофильтр 45-Линза 46- Растр 47- Склеенная линза 48- Линза 49- Фотолриемник |
1- Резистор
2- Ртутная лампа ДРШ
3- Линза
4- Затвор
5- Растры
6- Линза
7- Конденсор
8,9- Отклоняющие зеркала
10-ПФО
11-Призма
12- Призма
13-Конденсор
14- Коллектор
15-Осветитель
16- Фотоприемник
17- Маска
18- Объектив
19- Объектив
20- Аэростатическая направляющая
21 - Фотопластина 22- Каретка 23-Каретка
24- Дифракционная решетка
25- Прозрачная дифракционная решетка
26- Фото приемник
Излучение ртутной лампы 2 рефлектором направляется на линзу в плоскость затвора. Далее поток ультрофиалетового излучения проходит через блок растров, каждый из которых состоит из 37 линз, находящихся в фокусе соответствующей линзы второго растра. С помощью линзы, отклоняющих зеркал и конденсора на ПФО направляется равномерный поток излучения.
Объектив проецирует изображение ПФО с 10 кратным уменьшением в
плоскость фотопластин.
Датчик базирования ПФО включает: осветитель, коллектор, конденсор, призму, которые направляют поток света на знак базирования ПФО. Поток света, прошедший через прозрачный участок знака, призмой и объективом 18 направляется на маску 17. Количество световой энергии пропускаемой на маску анализируется фотоприемником 16 и преобразуется в сигнал управления приводами базирования ПФО.
Фотопласгина 21 переведется при мультипликации по координатным осям с помощью каретки 22,23 и аэростатических направляющих 20, 27, 28, 30. Для контроля перемещения кареток используются два датчика линейных перемещений. Каждый датчик включает, отраженную дифракционную решетку, 24 закрепленную на каретке прозрачную дифракционную решетку 25, неподвижно закрепленную в корпусе датчика, совместно с излучателем 29 и фотоприемником 26.
Датчик базы
Датчики базы производят контроль начальной установки кареток координатного стола и периодический контроль их положения. Каждый датчик базы содержит измерительную линейку 33, закрепленную на каретке, освещаемую свето диодом 31 через полупрозрачное зеркало 34 и линзу 32. При перемещении каретки изображение линейки 33 проецируется линзой 35 и перемещается в плоскости растра 36, возникающий при этом преремещении световой поток поступает на фотоприемник 37.
Точность работы ДЛП, ДБ зависит:
1) от шага растра
2) шага дифракционной решетки
3) точности изготовления растра, решетки
4) способа отсчета муаровых полос
5) преобразование электрических сигналов фотоприемников в информацию об измеряемом перемещении
Для получения информации о величине и направлении перемещения используется устройство счета муаровых полос
Схема устройства счета числа муаровых полос.
1-2-3-4-5-4 фотоприемника неподвижные растры 3 подвижные растры коллиматор источник света
Роль фотоприёмников в генераторе изображений выполняют отдельные площадки четырёхэлементного фотодиода. Эти площадки располагаются вдоль направления перемещения муаровых полос на расстояниях, равных 1А шала муаровой картины, что соответствует сдвигу фаз на п/2.
Площадки фотодиода соединены попарно через одну но разной схеме, через выходы своих предусилителей, преобразующих фототоки в напряжение U1.... U4. Такое включение фотоприемников позволяет исключить постоянные составляющие сигналов.
При юстировке корпуса датчика обеспечивают параллельность обеих решеток, а также разворот их штрихов на требуемый угол (около SO pa|). Излучение источника преобразуется линзой в параллельный пучок лучей, которые дифрагируют на прозрачной дифракционной решетке. Пучки нулевого и первого порядка вторично дифференцируют на отражательной решетке, а затем еще раз - на прозрачной. Накладываясь друг на друга, эти пучки, формируют муаровую картину. Перемещение решетки на мкм. Соответствует сдвигу муаровых полос на 10 мм, что легко фотоприемником.
В результате их выходные сигналы датчика представляют собой два синусоидальных сигнала Ui и Un нулевыми постоянными составляющими и одинаковыми амплитудами, при чем эти сигналы различаются по фазе на п/2. Сигналы Ui и Un поступают на формирователи DD5 И DD6.
Структурная схема устройства счета муаровых полос представляет собой последовательно соединенные Триггера Шмитта и потенциального инвертора.
Каждый формирователь имеет по два выхода. С одного выхода снимается прямоугольное напряжение с той же фазой, что и входной синусоидальный сигнал, а с другого - прямоугольное напряжение с фазой, сдвинутой на половину периода по отношению к первому. В результате на выходах формирователей DD5 и DD6 образуются четыре прямоугольных напряжения АВАВ, три из которых сдвинуты по фазе относительно каждого предыдущего на Till. Для управления реверсивным счетчиком полос, выходные сигналы Л и Алю даются на диферинцирующие цепи Д1 и Д2. Продиференцированые импульсы it и А поступают на соответствующие схемы совпадения DD1 и DD4. На вторые выходы схем совпадения подаются соответствующие сигналы группы В, В. Если измерительная растровая решетка 3 движется в прямом направлении, выходные импульсы схем совпадения вырабатываются на шине прямого кода и затем подаются на вход (+) реверсивного счетчика DD5» При обратном ходе измерительной решетки счетные импульсы появляются на шине обратного хода и затем подаются на вход (-) реверсивного счетчика. При перемещении решетки на один шаг на счетчик подаются два импульса, т. е. данное отсчетное устройство обладает разрушающей способностью, соответствующей VI шага растра.
Датчик фокусировки
Предназначен для контроля отклонения экспонируемой поверхности от плоскости проекционного объектива. Луч света от источника 43 проходит через светофильтр 44, вырезающий активную составляющую излучения, линзу 45, растр 46,склеенную линзу 47, отражается от полупрозрачного зеркала 42. Отраженный от зеркала луч проходит второй растр 41, сканирующий диск 40, компенсатор хриматизма 39 и зеркалом 38 направляется в проекционный объектив 19. Объектив формирует изображение растра на поверхности фото пластины 21.
Отраженное от этой поверхности автоколлимационное изображение растра теми же оптическими элементами проецируется в область растра 41. Свет от него через полупрозрачное зеркало 42 и линзу 48 направляются на фотоприемник 49. Особенностью оптической системы датчика является то, что склеенная линза 47 проецирует изображение первого растра 46 в плоскость второго растра 41, при этом их рисунки должны точно совпадать друг с другом. Автоколлимационное изображение отраженного растра строится в зависимости от угла поворота сканирующего диска 40 его утонченной или утолщенной частью по этому оно периодически создается перед или за плоскостью растра 41. Количество света, проходящего через растр 41 и попадающего на фотоприемник 49, обратнопропорцанально расстоянию от плоскости растра до его автоколлимационного изображения.
Положение растра выбирается таким чтобы при точной фокусировке, автоколлимационное изображение создавалось на равных расстояниях от него.
При этом световые потоки на фотоприемнике одинаковы при прохождении отраженного луча света через оба участка сканирующего диска 40. Расфокусировка приведет к смещению авто коллимационного изображения относительно растра 41 и к изменению световых потоков за один оборот сканирующего диска.
Электрический сигнал вырабатываемый фотоприемником 49 совместно сигналом синхронизации, несущим информацию о вращении диска 40, поступает в систему управления. Изменением давления воздуха в аэростатических направляющих производится подъемом и опусканием кареток с фото пластиной на требуемую величину.
Установка контактного размножения рабочих фотошаблонов ЭМ-583,
«Тамарак»
Позиции: 1-запорный клапан
2,2 0,2 8-регулятор 3- канал
4,7,9,10, 13,21-канал 5- клапан крепления ЭФШ 6, 11, 16-распределитель 8, 14, 18, 19, 27-дроссель 12- балластная камера 10, 15, 17, 25, 26- блокирующий клапан
22- осветитель
23- механизм прижима 24, 29- манометр
Сг камера ЭФШ
С-камера
С(<- камера РФШ
Установки построены по единой схеме и содержат следующие основные узлы: осветитель, механизм прижима, вакуумно-пневмотическую систему. В исходном состоянии крышка механизма прижима 23 открыта, все клапаны включены. Через запорный клапан 1 установка соединяется с источником вакуума. Для закрепления ЭФШ включается клапан 5, соединяя источник вакуума через регулятор 2, канал 4, распределитель 6 и канал 9 с камерой С,.
Регулятор 2, связан контрольным каналом 7 с распределителем 11 и настраивается таким образом, чтобы разряжение в выходном канале 4
регулятора 2 всегда было на 6,5......ЮкГТа больше, чем в камер С. Поскольку в
исходном состоянии давление в камере С равно атмосферному ЭФШ прижимается давлением к упругому уплотнению крышки.
После загрузки копии (РФШ) крышка механизма прижима закрывается, при этом срабатывает конечный выключатель, связанный с блокирующим клапаном 17. Одновременно с этим клапаном включаются также клапан 15 и 26. Включение клапана 15 необхордимо для откачки камеры Ск и закрепления копии (РФШ). Откачка производится через распределитель 16, блокирующий клапан 17, до создания в камере Ск разрежения, которое на 6,5... 1 ОкПа больше, чем в камере С.
Через клапан 26, регулятор давления 28 дроссель 27 производится продувка
камеры С азотом для удаления из нее атмосферного воздуха. Давление............
азота контролируется манометром 29. По окончании продувки камеры С азотом клапан 26 отключается и начинается основной цикл работы установки. Для этого включается клапан 10, соединенный с вакуумным каналом 3. Через распределитель 11, балластную камеру 12 и клапан 13 производится откачка камеры С. Камеры С-» и Ск соединяются между собой клапанами 25, давление в них уравнивается, оставаясь за счет настройки регулятора 2 на 6,5... Ю к Па ниже чем в камере С. Производится одновременная откачка всех трех камер. Разница давлений в камерах С, и Ск прижимают ЭФШ и копию к резиновым уплотнениям, отжимая друг от друга и давая возможность откачать камеру С. Номере откачки всех трех камер разряжение в них сравнивается на уровне 16,5кПа упругие уплотнения прижимают пластины ЭФШ и РФШ друг к другу. Усилие сжатия пластин регулируется за счет напуска воздуха в камеры С, и Ск воздуха при подключенного каналов 15 к дросселю 19 регулятора давление 20, соединительного клапана 21, с распределителем 11.
Предварительная настройка регулятора 20 позволяет повысить давление в камерах С, и Ск до любого заданного значения в диапазоне 16,5... 1 ООкИа. Для реализации «мягкого контакта», давление в камерах над ЭФШ и РФШ достаточно поднять до 17кПа, при «жестком прижиме» давление в этих камерах становится равным атмосферному.
В связи с разным объемом камер С, и Ск при одинаковой скорости натекания возможно неравенство давлений, для предотвращения этого применяется дроссель 18, и контролируется данный параметр постоянно манометром 24.
Включение экспонирования про изводится по сигналу датчика давления или комндоаппарата, выключение - по команде реле времени. В момент окончания экспонирования включаются клапаны 5 и 15, снова подключая камеры Сэ, Ск к вакууму через клапан 10 происходит подтекание воздуха в камеру С, повышение в ней давления, возникает усилие, разъединяющее ЭФШ и РФШ. Их окончательное разъединение производится после открытия клапана 25 соединения клапана 10 с атмосферой. Давление во всех трех камерах начинает возрастать, при этом дроссели 8 и 14 поддерживают его в камерах Сэ и Ск на 17кПа ниже, чем в камере С. Это способствует разведению ЭФШ и РФШ окончательно.
Открывание крышки камеры механизма прижима приводит к выключению клапанов 17 и 15 и подключению их к атмосфере. Давление в камере Ск повышается до атмосферного, копия снимается и заменяется новой заготовкой.
Разряжение в камере Сэ сохраняется, поэтому ЭФШ остается закрепленный на крышке камеры, которая готова к выполнению следующего цикла.
Осветитель 22 включает в себя ртутно-кварцевую лампу, отражатель, фильтр для отделения ИК-облости спектра, блок растров, диафрагму и конденсор.
Механизм прижима должен обеспечить равномерный плотный контакт ЭФШ и РФШ при экспонировании.
Современные установки тиражирования позволяют тиражировать ЭФШ с микронными размерами элементов рисунка
Технические данные: производительность — 20шт/ч
Размер фотошаблона:
толщина— 1,3-3,5 мм
минимальный размер - 0,1 мкм