Коледов Л.А. - Технология ИС (1086443), страница 76
Текст из файла (страница 76)
аарнантов), днафрагма может также поворачнааться на 90' (с днскретным шап>м, напрннер, 0,2 '); высококачественный объектив, проецирующий с уменьшением обычно в 10 раз отверстнс дннфрагмы на фотопластинку; координатный стол, перемешаюшнйся по двум осям с высокой точностью (порядка зьо,й мкм); перемещснне стола осуществляется серводвнгателем н управляется лазсрнымн ннтерферометрамн; управляющая ЭВМ, в которую вводится программа последовательной работы генератора (содержащая операции установленвя длины, ширины н угла поворота днафрагмы, установления коордннаты одной нз точен элемента нзображення; перемещения по осям н поворот стола; экспоннрованне).
Для конструирования оригиналов комплекта из 8 сложных фото- шаблонов для интегральной микросхемы при методе фотонабора требуется 2...3 ч. При' использовании ранее применявшегося метода эта же операция требует около 100 ч. Еще большей производительности позволяет достичь генератор изображений со сканирующим лучом.
В одном из возможных вариантов такого генератора луч гелий-неонового лазера модулируется по определенной программе, затем попадает на вращаю>пееся десятигранное зеркало и фокусируется в плоскости фотопластинки. Грань зеркала разворачивает световое пятно в линию, происходит сдвиг стола с фотопластинкой и следующая грань создает новую линию, перекрываю>цуюся частично с первой. Конфигурация получающегося изображения определяется длительностью световых импульсов, числом оборотов зеркала и скоростью перемещения стола. С помощью такого генератора промежуточный шаблон средней сложности создае~ся за 10 ... 12 мин вместо 24 ч, требуемых при работе с автоматическим координатографом. В настоящее время использование фотонаборных генераторов шире, чем генераторов со сканирующим лучом.
Следует отметить, что за посчедние годы разработка болыпих и сверхбольших интегральных схем и внедрение методов машинного проектирования существенно изменили начальные этапы технологического процесса изготовления шаблонов. Техническое задание на шаблон для большой интегральной схемы уже не имеет смысла выражать в виде топо- логического чертежа: слишком сложно и непродуктивно было бы подготовить такой чертеж.
Исходным техническим документом при 337 изготовлении шаблонов сложных интегральных схем становится принципиальная электрическая схема, которую с помощью ЭВМ и набора алгоритмов преобразуют в топологическую. Развитая система машинного проектирования позволяет в качестве исходной использовать функциональную схему устройства, по которой образуются логическая, электрическая и топологическая схемы.
Информация о топологии, рассчитанной ЭВМ, вводится непосредственно в генератор изображения. Изготовление эталонного шаблона — один из ответственных этапов технологического процесса. Эталонный шаблон — это первый в технологическом процессе изготовления шаблон с размерами элементов, соответствующими размерам топологического чертежа данного технологического слоя.
Он предназначен для последующего изготовления рабочих шаблонов. Изготовление эталонного шаблона осуществляется уменьшением изображения промежуточного оригинала до размеров чертежа рабочего шаблона и многократным повторением этого изображения на определенной рабочей зоне светочувствительной пластины. На этом этапе реализуются основные параметры и совмещаемость комплекта шаблонов.
В настоящее время для изготовления эталонных шаблонов применяется в основном метод последовательной мультипликации единичного изображения с помощью прецизионных фотоповторителей !щагово-повторных камер). Фотоповторитель состоит из проекционной оптической системы экспонирования, прецизионного координатного стола и пульта управления !рис. 11,35).. Процесс мультиплицирования состоит в последовательном чередовании экспонирования и перемещения стеклянной пластины шаблона, находящейся на координатном столе, в следующую координатную позицию, которая определяется прецизионной системой отсчета координат и задается специальной программой мультипликации.
Кроме однопозиционных бывают и многопозицнонные фотоповторители, в которых од- Рнс. ! ! 35. Проенцноннан установка с фотомуль- тнннннацней н уменьшеннем размерн: 'у ! — тернелл; у- ртутная ламг, у — нленгатор; а- иромс. мут Л оригинал (иглбланп и.
уменемгаюгмн» лниав; б- е ел я н стн ат лонномг юабло ', у-- направление неимения о рнинатн г стала повременно на нескольких стеклянных пластинах можно изготовить несколько шаблонов Изготовление рабочих шаблонов представляет собой обычный литографический процесс и служит для тиражирования эталонных фотошаблонов. Рабс>чий шаблон предназначен непосредственно для совмещения и экспонирования в литографических процессах при изготовлении микросхем. Процесс изготовления рабочих шаблонов начинается с подготовки стеклянной пластины. Пластина тщательно очищается и активируется для улучшения адгезии наносимой на нее пленки. После этого на поверхность стеклянной' основы наносят слой хрома, окисла железа, моноокиси кремния, халькогенидного стекла и др. Затем формируют фоторезистивный слой, выполняют экспонирование и проводят дальнейшие операции для перенесения рисунка на соответствуюгцие пленки.
При изготовлении шаблонов необходимо обеспечить минимальное попадание пылинок на заготовки, поверхности оптических объективов, механические узлы координатных столов. Операции приготовления, нанесения и сушки резиста, мультипликации, химической обработки подложек выполняют в чистых комнатах первого класса чистоты с числом пылинок в ! л воздуха не более четырех.
Как эталонные, так н рабочие фотошаблоны выполняют на пластинах оптического стекла толщиной 5 мм размером 100Х! 00 мм и более или на гибких полимерных пленках !для печатных плат, гибридных микросборок и БИС), Эмульсионные шаблоны, в которых рисунок создается в слое фотоэмульсии, при контактной фотолитографии быстро изнашиваются и не выдерживают более 15...25 совмещений. Из-за этого недостатка они заменены хромированными шаблонами, в которых рИсунок формируется в пленке хрома толщиной ! мкм, нанесенной на поверхность пластины вакуумным напылением, и которые выдерживают более 200 операций контактной печати.
Болыпими недостатками хромированных шаблонов являются высокая плотность дефектов )3 ... 4 сквозных отверстия на 1 сме хромовой пленки), сильное отражение света от пленки хрома, непрозрачность металлизированных участков как для ультрафиолетового, так и для видимого света, которая ведет к трудностям совмещения рисунков на подложке и на шаблоне. Эти недостатки отсутствуют в цветных шаблонах, в которых локально нанесенные на стекло и вожженные слои окисла железа геуОт или окислов железа и ванадия )90 % угОе+10 % ГееОа) непрозрачны для ультрафиолетового излучения и прозрачны для видимого. Прозрачность цветных (окрашенных, транспарантных) фотошаблонов для видимого света позволяет точно производить совмещение рисунков схемы и шаблона.
За прошедшие два десятилетия с момента появления планарной технологии процесс литографии существенно усовершенствовался. 339 Рнс. 11.36, Развитие процесса фотолитографии. у — минн ь мй размер з. мен ми р сдымм. г- ратр ь . юшзн особность о пики, д зазор н овм книне, 4 — точ. вост рабо м ошнко.мек н ческото оборудовании 500 % Ыа,б еьк 5,0 ьь В ~10 . 0,'5 6 1000 Ппдву 1500 Рис.
1! .37. Допуск совмещения топологий двух уровней шаблона зяенент~тюпопагии 2-га урпбшт шарясна 340 Это видно из рис. !1.36, где приведена эволюция основных параметров разрешения литографии. Минимальный проектный размер выпускаемых изделий за это время уменьшился в 5 раз: с 20 ... 25 до 4 ... 5 мкм (кривая 1); этот размер существенно зависит от разрешающей способности оптики литографического оборудования, повышение которой (кривая 2) происходило примерно такими же темпами, что и уменьшение минимального проектного размера.
Чтобы достичь одномикронного рубежа, разрешающая способность оптики должна составить 0,4 ... 0,5 мкм, Есть еще один важный параметр литографии, определяющий плотность размещения компонентов на кристалле,— это допуск на совмещение (рис. 1!.37), который проектировщики должны закладывать в последовательные слои литографии, чтобы ограничить брак по совмещению. За прошедшие 20 лет этот параметр уменьшился примерно в 4...5 раз (кривая 3, рис.
11.36). Необходимый зазор на совмещение определяется неточностью изображений края, зависящей от разрешающей способности оптики, и неточностью совмещения. Как видно из диаграммы (крнвая 4), за это время точность оборудования повысилась практически в 1О раз с -1-2,5 до -+ (0,2 ... 0,25) мкм. Кроме повышения параметров процесса литографии, с развитием микроэлектроники происходят его заметные качественные изменения. Эягиенп птюпюясгии Г П 1-го урабнн шобяона Ппгрешнпипь форнирсбпния нрпя тпопюпогои йсп урсбня Погрешность епбнеШения г(опус пшпюяюгии бйуя урюбнеи еайнеш Погрешность фюрнирсбония ярая пшпспагои 2гсурсбня ь, 00 у1 пьь с. Ь.сз ь ьиь ь ьь м ь аь ьц, Рис.
11.38. Изменение числа ступеней процесса формированин фотошабло- нов 1000 1070 1000 Г бву 105 Рис. 11.39. Развитие процесса генерирования изображений; ! — ч ло эдеме ов на пластн- не, у в ело эле ов нз крис залпе; Š— про зводительнос «оординатмраги, и†произ днтььность миьрофошнаборв ронз д тельное лек ронноучево~ н уз|ьтраф олемвот енератора зобрамен й а кр и ннй 1080 Габвт 341 Одной из тенденций этих изменений является уменьшение числа ступеней процесса формирования фотошаблонов и фоторезистивных масок в производстве полупроводниковых ИС (рис.
1!.38), Сейчас происходит переход к двухступенчатому процессу: генерирование изображений н фотопечати на кремний с мультипликацией. Нужно ожидать перехода к одноступенчатому процессу — генерированию изображений непосредственно на кремниевые пластины. Однако этот переход потребует резкого увеличения производительности генераторов изображений.
За 20 лет существования микроэлектроники процесс генерирования изображений получил существенное развитие, которое сопровождалось качественными скачками, На рис 11.39 рост производительности процесса генерирования изображений представлен на фоне роста информационной сложности топологии отдельных кристаллов и всей пластины, Первый качественный скачок, который произошел в начале 70-х годов, связан с переходом от координатографов к микрофотонаборным генераторам изображений. Он позволил поднять производительность процесса на несколько порядков и перейти от микросхем к БИС. Сейчас микроэлектроника 10тю находится в преддверии очередного скачка в повышении произ- водительности генераторов изображений (на 3 ...
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
