К.В. Фролов - Технологии, оборудование и системы (1062200), страница 151
Текст из файла (страница 151)
На первом этапе с помощью реперных модулей - "пустых кристаллов" выполняют грубое совмешенне в пределах всего поля подложки. На втором этапе с помошью микроскопа в пределах единичного модуля по специальным знакам-фигурам совмешения, предусмотренным в риоунке каждого топслоцгческого слоя, выполняют точное совмешение. Форму фигур совмещения (кресты, крути, квадраты) выбирают в зависимости от типа используемого при фотолитографии фоторезиста (рис.
5.2.3). Слсхиость совмешения состоит в том, что приходится с высокой точностью совмещать элементы малых размеров на большой плошади. Для этого увеличенце микроскопа должно быль не менее 200". У современных установок погрешность совмешения не превышает 0,25 - 1 мкм при ручном совмещении, 0,03 - 0,25 мкм при автоматичеоком совмещении. Погрешносп, совмещения последовательных рисунков зависит от следующих факторов: точности совмещения фотошаблоиов в комплекте; точности воспроизведения форм и размеров элементов рисунков в процессе фотолитографии; качества подложек и слоев фоторезиста; способа автоматического совмещения, качества и сохраняемости в технологическом процессе фигур автоматического совмещения; разрешающей способности микроскопа; соблюдения температурного режима; совершенства механизма совмещения установки.
МИКРСбТИТОГРАФИЯ [о] Я и 1б з" пл 1 Х ш 06ИНа й) а1 Рве. 5.2.В. Фвгуры ееаычелыва ва феччшабэеяах (1) я вахачюых весле атаров (Л) я чегвертей (Ш) фетаввгографав: а - хонпентрвчычше скружносгя; б - вхолеяные юыдраты; в - биссекторные знаки Существуют два метода совмещения фотошаблонов с подложками: визуальный, при котором, выполюш совмещение, наблюдают в мщсроскоп за метками со амегцения одновременно на пластине и шаблоне; погрешность совмещения состаюшет 0,25 — 1 мкм и зависит от возможностей установки и навыков оператора; автоматизированный (фотоэлектрическийй) с помощью фотоэлектронного микросхопа, обеспечивающего погрешность совмещения не более 0,03 — 0,3 мкм.
При контакпюй фотолитографии операцию совмещения выполняют с помощью специального механизма совмещения (рис. 5.2.9), основными элементами которого являются предмечпьгй шаровой столик 1 со сферическим основанием-гнездом 2, рамка 16 дпя закрепления фотошаблона 15 и устройство перемещения рамки и поворота предметного столика. Предварительно подложку размещают на предметном столике так, чтобы слой фоторезиста бьш сверху, и закрепляют фотошабпон в подвижной рамке над поверхностью подюхки 14.
Мехду подложками и 4ютошабпоном долхен быль зазор дпя овободного перемещения рамки. Для совмещении рисунков на фото- шаблоне и подлохке передвигают рамку с фотошаблоном в двух взаимно перпендикулярных направлениях в нпоскостн подпохки и поворачивают предметный столик с подложкой вокруг вертикальной оси. Рве. 5.2.9. Схема савыешеяяя ывврэвзебраашаяй фчтешабаева я аехзахвя яря яеатаатвей фатоват аграфен: 1, 2- предметный стоавх н его гнездо; 1- направившие; 4 - мнкрозазор; 5 - штифт; 6- регупяроеочнмй вант; 7, 10- дяафрыъщ; 8, 11 — глыеры; 9- фвксатор; 11 13 - трубопроводы; 14- похлозыа; 15- фотошабаон; 16 - рачка Современные установки совмещения и экспонирования представляют собой сложные оптико-механические комплексы.
Погрешность совмещения и производительность зависят от выбранного метода совмещения - визуального ипи фотоэлектрического. В отечеопшнных установках контактного совмещения и экспонирования (ЗМ-576, ЗМ-5006) используется принцип контактной печати с наложением фотошаблона на подложку. При идеальной плоскостности фото- шаблона и подложки передача изобрахения осуществляется о минимапьными искажениями при большой производительности.
После выполнения совмещения (рис. 5.2.10, а) подложку пргскимают к фото- шаблону и экопонируют слой фоторезиста (рис. 5.2.10, 6). Основной целью экспонирования яюиется высокоточное воспроизведение слоем фоторезиста всех элементов топологии полупроводниковых приборов нли ИС. Правильность экспонирования влияет на качество переноса изображения с фотошаблона на слой фотор свиста. Результаты экспонирования зависят от качества фотошаблона, свойств фоторезиста и подложки, оптических явлений, происходящих в системе подлохка-фотошаблон и погрешности их совмещения. При контактном экспонировании ультрафиолетовое излучение проходит через фотошаблон и попадает на слой фоторезиста. Следовательно, передача элементов рисунка на слое фоторезиста зависит от оптической плотности темных и светлых участков рисунка фотошаблона, резкости и ровности их краев и коэффициента отражения мегаллизированного слоя фотошаблона.
4В2 Глава 5Д ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ МИКРОСТРУКТУР Рас. 5.2. 1О. Схевм савммяеваа (в) в эасвеавэевээвэ (6): 1- предметный сгевнк; 2- подложка; 3- слой Фсторсзяста; 4- Фогешабвон; 5- микроскоп; б- затвор; 7- капденсор; 8- всточввк саста; И- эпср между фогешебхепем в педвовжей Рве. 5.2.11.
Устэвевээ двя севяещеввэ в аэвтаатвеге еясаевввеаэаяя Важной частью установки совмещения и экспонирования яюшется микроскоп. Отечественные установки оснащены двупольным микроскопом с увеличением до 300", в который одновременно можно найподать иэображение двух модулей в разных точках подложки. Зтот микроскоп позволяет плавно измеюпь увеличение сменой объективов.
Совмещение и экспонирование выполняют на одной установке (рис. 52.11), что позволяет исключить влияние систематических ошибок, лри этом поддожка 9 с помощью кассеты 1 перемешается по конвейеру 2 в устройство совмещения 3, где ориентируется относительно фотошаблона 4 при наблюдении в микроскоп 5. После совмешення микроскоп автоматически отводится в сторону, на его место устанавливается осветитель 6 и проводится экспонирование. Затем подложка подается в приемную кассету 5 и по конвейеру 7 перемешается на проявление. Освепптль состоит из источника света, оптического устройства для создания равномерного светового потока и затвора-дозатора ахтлничного излучения.
В качестве источника света обычно применяют ртупю-кварцевые лампы высокого давления (ДРШ-350, ДРШ-500). Излучение такой лампы имеет линейчатый спектр и лежит в основном в ультрафиолетовой области (330 - 440 нм). Оптическое устройство создаст поток параллельньп лучей, равномерно освещаюшнх подложку. Разброс освещенности в пределах рабочего полк подложки не должен превышать 5 % для установох контакпюй литографии и 1,5 - 2 % для проекционных. У системы затвор-дозатор погрешносп дозы при экспонировании не более 5 %.
Режимы проявления слоя фоторезиста зависят от времени экспонирования. Необходимую экспозицию устанавливают, учитывая тлп и светочувствительность фоторезиста, а также толщину его слоя. Оптимальную дозу излучения, обеспечивающую наилучшую четкость изображения, получаемого после проявления, определяют экспериментально. Качество изображения оценивают визуально по наиболее мелким элементам топологии или специальным контрольным знакам- МИКРОЛИТОГРАФИЯ элементам.
Поскольку зазор между шаблоном и подшивкой, а также освещенность распределены по рабочему полю неравномерно и носат случайный характер, качество изображения контролируют на разных участках подложки. Наличие зазора между фотошаблоном и подложкой вызывает дифракцнонные явления, что приводит к искажению формы и размеров элементов и обусловлено проникновением света в область геометрической тени.
Чтобы уменьшить вливиие дифракции при экспонировании, необходимо фотошабпон плотно прижимать к подложхе для исключения зазора мелку ними или сведения его к минимуму. Важным оптическим эффектом при экспонировании является прохождение ультрафиожтового излучения через пленку фоторезиста. Световой поток, проходя через слой фоторезиста, рассеивается в нем, а, достигая подложки, отражается от нее и возвращается обратно в слой фоторезиста. Дойдя до поверхности фотошаблона, световой поток отражается под угном от его металлизированных непрозрачных участков и через прозрачные участки попадает в слой фогорезнста на подложка. Эти отражения светового потока приводат к нежелательному дополнительному экспонированию участка слоя фоторезиста, находвщегося под непрозрачными участками фотошаблона. Нптеноивность отраженного лотова акта зависит от коэффициентов отражения подложки и фотошаблона.
Для снижения эффекта отражения при контактной фотолитографии используют цветные оксидные фото- шаблоны, имеющие малый коэффициент отрывания. Фотошаблоны с хромовым маскирующим покрытием имеют коэффициент отражения ультрафиолетового излучения (350 - 450 нм) 0,65, при использовании специальных низкоотражвюгцих оксидных слоев он снижается до 0,04 - 0,08; у фотошаблонов с железооксидным слоем коэффициент отражения 0,15 — 0,35. Проявление слоя фоторезиста. Сушка проявленного рельефа. Проявление заюпочается в удалении в зависимости от использованного типа фоторезиста экспоиироваиных или неэкспоннроваиных участков, в результате чего на поверхности подложек остается защитный рельеф фоторезистивная маска требуемой конфигурации.
Проявителями для негативных фоторезистов служат органические растворители; толуол, бензол, уайт-спирит, трнхлорэгилен, хлорбензол и др. Для проявления позитивных фоторезиогов используют слабые водно-глицериновые растворы щелочей: 0,3 - 0,6 %-ный раствор КОН, 1-2 %-иый раствор тринатрийфосфата. При проявлении негативных фоторезистов основными факторами, определюощими качеспю изображения, являются полнота реакции полимеризации бюторезиста при экспонировании и тнп проявителя, а позитивных - концентрация проявгпеля и время проявления. Кроме того, важным фахтором при проявлении позитивных фоторезистов юшяются значение РН и температура проявителя.
При изменении РН на десятую долю процента размер элемента рельефного рисунка может измениться на 10 %. С ростом теыпературы скорость проявления (скорость растворения фоторезиста в проявителе) растет и разыеры проявленных участков уввшгчиваются. На рис. 5.2.12 показаны зависимости ширины Ь проявленных элементов в слое фоторезиста ФП-383 толщиной 0,6 мкм от температуры Т проявпшля (0,5 %-ный раопюр КОН) и времени (яр проявления. Концентрация проявителя должна быть минимальна и обеспечивать необходимую производительность проявления. Уменьшение концентрации щелочного проявитюи увеличивает контраст проявления, стабилизирует перенос изображения и оннжает его дефектность. Для каждого фоторезиста существуют оптимальные сочетания экспозиции (времени экспонирования) и времени проявления, обеспечивюощие наилучшую воспроизводимосгь размеров проявленных элементов рисунка.
Увеличение экспозиции уменьшает время проявления. При этом размеры проявленных в позитивных бюторезистах элементов рисунков увеличиваются, а в негативных уменьшаются. При увеличении времени проявления растет число точечных дефектов в слое фоторезиста и растрюшивание границ рисунка по контуру окон. Наиболее благоприятное время прояюгения фоторезистов должно подбираться в интервале 30 - 40 с, что позваиет согласовывать работу отдельных блоков линий фотолитографии и контролировать проявление с большой точностью.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
