Фотошаблоны и их производство

Фотошаблон является основным инструментом литографии в планарной технологии. Для изготовления каждой ИС требуется комплект фотошаблонов из 4 – 15 (и более) стекол.

Топология структуры – рисунок, включающий в себя размеры элементов структуры, их форму, положение и принятые допуски;

Оригинал – увеличенный, поддающий воспроизведению рисунок отдельной детали фотошаблона, обычно одной или нескольких топологий структур изделия, предназначенной для изготовления фотошаблона методом последовательного уменьшения и мультипликации;

Промежуточный оригинал – фотошаблон с рисунком оригинала после его фотографического промежуточного уменьшения в один или несколько приёмов, с размножением изображения или без него;

Фотошаблон – плоско - параллельная пластина из прозрачного материала для фотолитографических целей с рисунком, состоящим из непрозрачных и прозрачных для света определенной длины волны участков, образующих топологию одного из слоёв структуры прибора, многократно повторённого в пределах активного поля структуры;

Маска – плоская пластина или плёнка, содержащая рисунок в виде сквозных окошек и предназначенная для локального экспонирования;

Металлизированный фотошаблон – фотошаблон, экспонирующий рисунок которого представляет собой тонкую металлическую плёнку, нанесенную на стеклянную подложку;

Эталонный фотошаблон – первый фотошаблон в процессе изготовления структур, с которого обычно получают рабочие или первичные копии фотошаблонов;

Рабочий фотошаблон – фотошаблон, применяемый в фотолитографическом процессе при изготовлении полупроводниковых структур контактной или проекционной печатью на полупроводниковых пластинах, покрытых слоем фоторезиста;

Фигура совмещения – специальный топологический рисунок в виде штриха, щели, креста и т.д. для облегчения юстировки рабочего фотошаблона при его совмещении с рисунком на

полупроводниковой пластине.

Полученная в результате проектирования ИС информация о топологии в цифровом виде преобразуется генератором изображения в топологический рисунок на промежуточном шаблоне. Топологический рисунок генерируется методом микрофотонабора, т.е. разбиением элементов топологии на элементарные прямоугольники.

a– генерация сложного топологического элемента;

б, в – генерация простых топологических элементов

Схема генератора изображения

 

1 – источник излучения;

2 – затвор; 3 – конденсор; 4 – блок шторок; 5, 6 – неподвижная и подвижная шторки; 7 – проекционный объектив, передающий уменьшенное изображение; 8 – изображение элемента рисунка; 9 –слой фоторезиста; 10 – координатный стол с приводами; 11 – система контроля положения стола; 12 - ЭВМ; 13 – ввод информации.

 

Работа генератора изображения

Пучок света от источника направлен сверху вниз.

Установка работает с остановками стола в заданном положении во время экспонирования.

 

Элементарные прямоугольники формируются блоком шторок, состоящим из неподвижной и подвижной шторок. Их взаимное расположение определяет размеры элементарного прямоугольника. Координатный стол обеспечивает точное перемещение пластины с фоторезистом по координатам X и Y.

Генератор изображения может формировать до 300 тыс. экспозиций в час. Для ИС с более чем 1 млн. элементов формирование 1 стекла фотошаблона займет несколько десятков часов.

Маршруты изготовления фотошаблонов

Маршрут изготовления фотошаблонов выбирают исходя из степени сложности ИС. Чем короче маршрут генерации и переноса изображения, тем меньше вносимых дефектов.

Для ИС малой и средней степени интеграции выбирают маршрут: 1–3–5–7–9–10–11–12–13. Это обеспечивает высокую производительность и низкие затраты за счёт невысокой точности и высокого уровня дефектности.

Для ИС высокой степени интеграции требования к точности существенно возрастают. Это определяет маршрут: 1–3–4–7–8–12–13. Здесь низка производительность и высоки затраты.

В случае СБИС выбирают маршрут, обеспечивающий максимальную точность и минимальный уровень дефектности не смотря на низкую производительность и очень высокие затраты: 1 – 3 – 5 – 6 – 13.

Разновидности фотошаблонов

По технологии изготовления фотошаблоны делятся на:

- металлизированные – в качестве непрозрачных участков используются пленки металла (как правило, используют плёнки хрома, нанесенные ионным распылением из-за их хорошей адгезии к стеклу и высокой износостойкости);

- эмульсионные – используются плёнки органических эмульсий;

- транспарентные (полупрозрачные) – непрозрачные участки обладают селективной светонепроницаемостью, т.е. прозрачны для глаза оператора при λ>0,55 мкм и непрозрачны для УФ при λ=0,35 – 0,45 мкм (CdSe, Fe₂O₃, SiO₂)