3.4. Фотошаблоны

Фотошаблоны - наиболее ответственная составляющая фотолитогра­фического процесса. Заменяя один фотошаблон на другой, можно быстро найти оптимальный технологический режим, обеспечить получение весьма малых размеров, сменить один тип резиста на другой, более подходящий, ввести плазменную обработку вместо химического трав­ления и т.д.- все эти задачи решаются, так сказать, в рабочем цикле. А вот ошибки, заложенные в комплект фотошаблонов, - про­пущенное контактное окно, сбитая метка совмещения, неправильно выбранный допуск на размер - приводят к огромным затратам времени или к остановке всего процесса. Комплект фотошаблонов изготовляет­ся в течение недель и месяцев, стоимость его (для сложных БИС) со­ставляет несколько сотен тысяч рублей.

Для изготовления фотошаблонов повсеместно используется оптико-механический способ. Типовая схема изготовления комплекта ИМС средней сложности :

1. Разработка чертежей топологических слоев будущей ИМС в мас­штабе, например, 1:1000 и составление задания на комплект. Задание содержит:

- указания о типе шаблонов, шаблоны делятся на два типа: с про­зрачными элементами на темном поле и с темными элементами на свет­лом поле. Такое деление имеет значение для процессов уменьшения и мультиплицирования, поскольку от типа шаблона будут зависеть усло­вия экспонирования. При контроле шаблонов также важно знать тип шаблона, в связи с тем, что он определяет характер опасных дефек­тов. Например, фотошаблон .для создания базы транзистора представляет прозрачные окна на темном поле и опасными дефектами являются непрозрачные островки хрома;

-информацию о мультипликации, в которой помимо количества муль­типлицированных структур обозначаются пропуски структур, облегча­ющие операцию совмещения и контроля, а также любые другие неперио­дические изображения (номер, тестовые структуры и т.д.);

контрольную информацию, которая делится на два вида. Один вид контрольной информации - задающий - указывает, каким образом выполняются отметки совмещения и обязательные для сложных прибо­ров тестовые структуры, позволяющие проверять разрешающую способ­ность процесса фотолитографии,технологические параметры (поверх­ностное сопротивление, дефекты окисла) и электрические параметры прибора. Ко второму виду относятся указания о методике и крите­риях контроля характеристик изготовленных шаблонов: размеров, совмещаемости, критических областей, дефектов и т.д.

В случае субмикронной оптической литографии с фотошаблоном 1х необходимо обеспечивать коррекцию размеров окон в сторону уменьшения на 0.5 мкм и контроль краев хромированных покрытий с точностью 0.005 мкм. В настоящее время оригинал фотошаблона изготавливается методом ЭЛ-литографии. При изготовлении непрозрачного слоя фотошаблона могут быть использованы следующие материалы:

1) серебряная эмульсия;

2) обработанный ионами резист;

3) диазидные полимеры;

4) оксид железа;

5) германий на стекле;

6) хром на стекле;

7) отожженный полиакрилонитрил;

8) оксид европия.

Изготовление рабочих (1х) фотошаблонов осуществляется фото-повторением промежуточного (10х) фотошаблона на прецизионном координатном столе. Точность подачи координатного стола чрезвычайно важна для достижения точного совмещения при фотоповторении. Необходимо отметить также важность точного совмещения промежуточного фотошаблона для предотвращения разворота рисунков отдельных кристаллов относительно друг друга на рабочих фотошаблонах.

2. Изготовление по чертежам и заданию перфолент (или магнит­ных лент) для фотонаборного генератора. Координаты с чертежей вводят в ЭВМ, на выходе получают перфоленты, параллельно с помощью координатографа вычерчивают контрольные контуры каждого топологи­ческого слоя, чтобы найти на ранней стадии ошибки в чертежах или

в программе ЭВМ.

3. Изготовление первичного фотооригинала (ПФО) на фотонабор­ном генераторе. Примером генератора может служить модель ЭМ-519, включающая следующие узлы:

- источник освещения (лампа-вспышка или ртутная лампа);

- наборную диафрагму изменяемой конфигурации, например, в виде сходящихся лепестков, образующих прямоугольные отверстия различ­ного размера (до 65000 вариантов). Диафрагма может также повора­чиваться на 90° (с дискретным шагом, например, 0,2°) относитель­но центра;

- высококачественный объектив, проецирующий с уменьшением обычно в 10 раз отверстие диафрагмы на фотопластинку;

- координатный стол, перемещающийся по двум осям с высокой точностью ±0,25 мкм. Перемещение стола осуществляется с помощью серводвигателей и управляется лазерными интерферометрами;

- управляющую ЭВМ, в которую вводится программа последова­тельной работы генератора, содержащая следующие основные операции:

установление длины, ширины и угла поворота диафрагмы; определение координаты одной из точек элемента изображения; перемещение по осям и поворот стола; экспонирование.

4. Изготовление эталонного фотошаблона на фотоповторителе. Фотоповторитель представляет сочетание привычного фотоувеличи­теля, вернер фотоуменьшителя (так как аа нем ПФО уменьшают в 5-10 раз), с координатным столом. Отличительная особенность фотоповторителей - высокая разрешающая способность объектива (до 1000 линий на миллиметр) и прецизионное перемещение координатно­го стола. На столе точно сориентирована и укреплена фотопластинка или так называемая фотоплата, фотоплата - это стеклянная пластина размером 70x70 мм или 100x100 мм, покрытая тонким слоем непрозрач­ного хрома или полупрозрачной окиси железа; поверх навеоен слой фоторезиста. На фотопластинку или фотоплату проецируют уменьшен­ное изображение ПФО, затем следует вспышка и стол перемещается на заданный шаг мультипликации; снова вспышка и снова стол пере­мещается на шаг.Точность перемещения координатного стола современного фото-повторителя исключительно высока: до ±0,2 мкм у, однопозиционных повторителей и около I мкм у многопозиционяых.

Для работы фотоповторителя необходима жесткая температурная стабилизация: колебания температуры А Т в помещении не должны превышать ±0,5 К.

5. Изготовление рабочих фотошаблонов (дубликатов) осуществля­ется контактной или проекционной перепечаткой эталонных фотошабло­нов. В заключение комплект поступает в ОТК, где составляют паспорт комплекта, в котором указывается дефектность, изменение размеров, степень совмещаемости и т.д.