Лабораторна робота № 2
ДОСЛІДЖЕННЯ МЕТОДІВ ВИГОТОВЛЕННЯ ТА КОНТРОЛЮ фотошаблонах
Мета роботи: вивчення конструкції фотошаблонів, методів їх виготовлення і контролю.
I. Методичні вказівки З ПІДГОТОВКИ ДО РОБОТИ
I.I. Основні відомості з теорії
Фотолітографія є в даний час основним методом створення необхідної конфігурації елементів інтегральних мікросхем (ІМ). Суть обробки фотолітографії полягає в створенні на поверхні пластини (підкладки з нанесеною плівкою) захисного рельєфу необхідної конфігурації. Для цієї мети на пластину (підкладку) наносять шар світлочутливого і стійкого до агресивних речовин (кислот, лугів) матеріалу, званого фоторезистом. Операції фотолитографии багаторазово повторюються в процесі виготовлення ІМ щоб сформувати конфігурацію елементів кожного формованого шару, таким чином для виготовлення ІМ необхідний комплект фотошаблонів.
Після сушіння нанесеного фоторезисту (ФР) його піддають експонування (засветке) ултрафіолетовим світлом через ФШ. що містить зображення шару елемента ІМ. Подальша операція прояви ФР перетворює приховане зображення в рельєфне за рахунок розчинення певних ділянок ФР (засвічених - для позитивних ФР і не засвічених - для негативних ФР). Після сушіння ФР на поверхні підкладки утворюється фоторезистивной маска. Фоторезистивной маска забезпечує захист необхідних ділянок плівки при операції травлення і після цього знищується.
Фотошаблон - плоскопаралельна пластина з прозорого матеріалу, на якій
є малюнок топологічного шару структури ФШ, багаторазово повторений в межах активного поля пластини, що складається з прозорих і непрозорих для світла певної довжини хвилі.
Залежно від матеріалу плівкового покриття розрізняють ФШ:
на основі фотоемульсії - емульсійні (Е);
на основі металевої плівки хрому - металізовані (М);
на основі плівок діелектриків або напівпровідників - кольорові або прозорі (Т), які прозорі для видимого світла і не прозорі для ультрафіолетового світла.
Емульсійні ФШ принципово не можуть забезпечити високу роздільну здатність (мінімальний розмір елемента близько 3 мкм), так як емульсійний шар має мінімальну товщину шару h = 3 ... 6 мкм, крім того вкрай низька їх експлуатаційна стійкість (одиниці-десятки поєднань при контактного друку).
Металізовані ФШ забезпечують значно більшу роздільну здатність, так як товщина плівки хрому становить h = 0,1 ... 0,3 мкм, і мають більш високу стійкість (до 100 - 500 операцій суміщення). Однак коефіцієнт відбиття світла плівки хрому високий (R = 0,6), що викликає ефект багаторазового відбиття світла між ФШ і поверхнею, на яку наноситься зображення, і це не дозволяє стабільно отримувати елементи розмірами менше 1 ... 1,5 мкм. Кілька збільшити роздільну здатність хромових ФШ можна шляхом нанесення противоореольного покриття (тонкої плівки окису хрому Crx Oy або SiO2).
Транспарентні (кольорові) ФШ виготовляються з використанням плівкового покриття з діелектриків (окису заліза, окису ванадію, халькогенидов) або напівпровідника (плівок кремнію h = 70 ... 80 нм). Такі плівки добре пропускають видиме світло (450 ... 570 нм), але мають досить високою оптичною щільністю в УФ-діапазоні (плівка окису заліза товщиною 120 ... 240 нм пропускає лише близько 10% УФ-випромінювання). Таким чином крізь транспарентний ФШ добре помітно зображення, раніше отримане зображення на підкладці ІМС, що значно полегшує операцію суміщення. Транспарентні ФШ мають меншу щільність проколів (близько 0,1 ... 0,5 деф / см 2), чим хромові (3 ... 4 деф / см 2), що пояснюється більш рівномірною структурою плівки окису заліза.
Процес виготовлення ФШ (а тим більше комплекту з 5 ... 6 ФШ, необхідного для виготовлення ІМС) дуже трудомістка, що пояснюється високими вимогами до його характеристикам: мікронні розміри елементів, точне сполучення ФШ в комплекті, великі робочі поля, мінімум дефектів.
За складністю виготовлення та рівнем характеризують ФШ параметрів їх класифікують за класами і групами. Система класифікації ФШ приведена в табл. 1, геометричні розміри - в табл. 2.
Так як ФШ є основним інструментом при проведенні технологічних операцій фотолитографии, контроль при виготовленні ФШ, а також при підготовці їх до роботи є вельми відповідальною операцією. Вимірювання геометричних розмірів елементів топології і щільності дефектів дає інформацію, на підставі якої ФШ або визнається придатним, або бракується. Частина забракованих ФШ може бути відновлена ретушшю дефектів: усунення недотравов шляхом локального видалення дефекту за допомогою лазера і т. П.
Контроль ФШ здійснюється візуально-оптичним методом, що полягає у візуальному огляді ФШ за допомогою мікроскопа (МБС, БИОЛАМ і т.д.), проекційних пристроїв (ППМ-20, ППМ-60) або телевізійних мікроскопів (ТМ-1). Робота з такими засобами пред'являє високі вимоги до кваліфікації оператора, а великий обсяг інформації, що обробляється в процесі контролю, робить роботу стомлюючої.
Для виділення на зображенні контрольованої структури областей дефектів і аномалій топології використовують методи оптичної просторової фільтрації, які дають можливість підвищити продуктивність і достовірність контролю за рахунок зменшення на кілька порядків обсягу інформації, що переробляється. Одним з варіантів даного методу є приховування зображення топології елементів ІМС оптичним вирахуванням зображень контрольованого і еталонного ФШ. Можна додатково пофарбувати монохроматичне зображення контрольованого і еталонного ФШ (наприклад, червоним і синім кольором). При оптичному складання зображень ідентичні ділянки будуть незабарвленими (сірими), а дефекти і відхилення геометричних розмірів забарвляться і будуть видні: дефекти - як кольорові плями; відхилення в розмірах - як кольорова окантовка (червона або синя - в залежності від збільшення або зменшення розміру).
Система класифікації фотошаблонів