Совмещение и экспонирование

 

Содержание

Введение______________________________________ 2

Назначение  установки совмещения и экспонирования_3

Назначение  и суть технологической операции_______ 5

Устройство  и работа установки____________________ 11

Материалы и оснастка___________________________ 17

Подготовка  к работе_____________________________ 18

Подготовка  оборудования________________________ 19

Порядок работы с установкой______________________20

Режимы  работы установки_________________________23

Виды  брака возникающие после операции

« Совмещение и экспонирование»_________________24

Межоперационные сроки хранения________________  25

Требования  к параметрам микроклимата___________  27

Требования  охраны труда на участке фотолитографии_28

Общие требования безопасности__________________ 29

Экологические требования_______________________ 31 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                        Введение

     Совмещение и экспонирование – две различные операции, но выполняются на одной установке. На операции совмещения рисунок на подложке (полученный на предыдущей фотолитографии) совмещают с рисунком на фотошаблоне (фотошаблон – стеклянная пластина с нанесенным на нее непрозрачным пленочным рисунком). На операции экспонирования слой фоторезиста засвечивают через фотошаблон ультрафиолетовым светом. Для полного формирования ИМС необходим комплект фотошаблонов (для каждой фотолитографии свой фотошаблон) со строго согласованными друг относительно друга рисунками.

                  

                   
 

                        
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

         

  Назначение установки совмещения и экспонирования ЭМ - 5026 

1. Установка предназначена для совмещения изображения  на фотошаблоне и полупроводниковой  пластине и переноса изображения  с фотошаблона на пластину контактным экспонированием фоторезистивного слоя пластины при фотолитографических  процессах изготовления интегральных микросхем и полупроводниковых  приборов.
2. Установка рассчитана для работы с полупроводниковыми пластинами из арсенида галлия, имеющими следующие параметры:

- диаметр,  мм                                            16, 20, 25, 30, 40, 50, 60

- толщина                                                  0,2 -0,8

- предельное  отклонение диаметра

полупроводниковых пластин, мм не

более                                                            ±  1

- отклонение  от плоскостности ра-

бочей поверхности при вакуумном

креплении, мкм, не более                            2

          

3. Установка рассчитана на использование фотошаблонов со следующими параметрами;

- длина  х ширина, мм                                    76 х 76, 102 х 102

- толщина,  мм                                                3 (76 х 76)

- отклонение  от плоскостности 

рабочей поверхности, мкм не более           4 (102 х 102)

- материал                                                       Стекло кварцевое

    4.   Установка рассчитана на применение фоторезистов типа ФП 91-20, ФП 25-50

со следующими параметрами нанесенной пленки:  

    -толщина, мкм не более                                          0,5

    - неравномерность толщины, % не более           10

5. Установка  разработана для изготовления  приборов с минимальными элементами 0,7 мкм на пластинах диаметром  40, 50, 60 мм и может быть использована  для изготовления приборов с  минимальными элементами 0,4 мкм на пластинах диаметром 16, 20 мм и с минимальными элементами 0,5 мкм на пластинах диаметром 25, 30 мм.

6. Установка  разработана под контактный метод экспонирования и может быть использована при экспонировании на зазоре.

7. Допустимые  амплитуды виброперемещений основания под установку не должны превышать:

    - 5 мкм при частоте до 5 Гц

    - 0,3 мкм при частоте свыше 5 Гц (до 20 Гц)

8. Питание  установки осуществляется от  трехфазной 4-проводной с нулевым  приводом сети переменного тока  напряжением 220/380 В, частоты 50 Гц, защищенной от импульсных полей.

9. Установка  обеспечивает работу при подаче  сжатого воздуха под давлением  от 0,5 до 0,6 мПа 3 класса загрязненности.

   Температура сжатого воздуха  не должна отличаться от температуры  окружающей среды более чем  на ± 2°С.

10.Установка  должна быть подсоединена к  вытяжной вентиляции с объемным  расходом не менее 30 м³\ч.

11.Для  эксплуатации установки в блок  подготовки воздуха и воды необходимо подавать деионизованную воду при температуре (15 ± 3) °С, под давлением 0,05 – 0,5 мПа (0,5 – 5 кгс/см²) и объемным расходом не менее 0,05 м³/ч.

12.Для  размещения установки на место  ее эксплуатации необходима площадь  не менее 8 м².

                         

             
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                       Назначение и суть технологической операции 

Точность полученного  в процессе фотолитографии топологического рисунка в первую очередь определяется прецизионностью процесса совмещения.

   Передача  изображения с фотошаблона на  подложку должна выполняться  с точностью до десятых долей  минимального размера элемента, что обычно составляет 0,1-0,5 мкм. Поэтому процессы совмещения и экспонирования проводят на одном рабочем месте одновременно на одной установке, не допуская даже малой вибрации фотошаблона и подложки.

   Совмещение  и экспонирование являются наиболее  ответственными операциями процесса  фотолитографии.

   Перед  экспонированием слоя фоторезиста фотошаблон следует правильно сориентировать относительно подложки и рисунка предыдущего слоя. Для полного формирования структуры полупроводникового прибора или ИМС необходим комплект фотошаблонов со строго согласованными топологическими рисунками элементов. 

   При первой  фотолитографии, когда поверхность  подложек еще однородна, фотошаблон  ориентируют относительно базового  среза подложки. При последующих  фотолитографиях, когда на подложках  сформированы топологические слои, рисунок фотошаблона ориентируют  относительно рисунка предыдущего  слоя.

   Совмещают  рисунки шаблона и подложки в два этапа. На первом этапе с помощью реперных модулей – «пустых кристаллов» выполняют грубое совмещение в пределах всего поля подложки. На втором этапе с помощью микроскопа в пределах единичного модуля по специальным знакам – фигурам совмещения, предусмотренным в рисунке каждого топологического слоя, выполняют точное совмещение. Форму фигур совмещения (кресты, круги, квадраты) выбирают в зависимости от типа используемого при фотолитографии фоторезиста. (рис 1. а - в). 

                                                                                             

                              

   Сложность операции совмещения, состоит в том, что приходится  с высокой точностью совмещать  элементы малых размеров на  большой площади. Для этого  увеличение микроскопа должно  быть не менее 200 раз. Современные  установки обеспечивают точность  совмещения 0,25 – 1 мкм. Точность  совмещения последовательных рисунков  зависит от следующих факторов:

       точности совмещения фотошаблонов  в комплекте;

       точности воспроизведения форм  и размеров элементов рисунков  в процессе фотолитографии;

       качества подложек и слоев  фоторезиста;

       совершенства механизма совмещения  установки;

       разрешающей способности микроскопа;

       соблюдения температурного режима.

   Существуют два метода совмещения  фотошаблонов с подложками:

   - визуальный, при котором, выполняя совмещение, наблюдают за контрольными отметками в микроскоп; при этом точность совмещения составляет 0,25 – 1 мкм и зависит от возможностей установки;

  - автоматизированный  фотоэлектрический с помощью  фотоэлектронного микроскопа, обеспечивающий  точность совмещения 0,1 -0,3 мкм.

   При контактной фотолитографии  операцию совмещения выполняют  с помощью специального механизма  совмещения микроизображений (рис. 2), основными элементами которого  являются предметный шаровой  столик 1 со сферическим основанием  – гнездом 2, рамка 16 для закрепления  фотошаблона 15  и устройство  перемещения рамки и поворота  предметного столика.

   Предварительно подложку размещают  на предметном столике так,  чтобы слой фоторезиста был сверху, и закрепляют фотошаблон в подвижной рамке над поверхностью подложки 14. Между подложкой и фотошаблоном должен быть зазор для свободного перемещения рамки. Для совмещения рисунков на фотошаблоне и подложке передвигают рамку с фотошаблоном в двух взаимно перпендикулярных направлениях в плоскости подложки и поворачивают предметный столик с подложкой вокруг вертикальной оси.

   Современные установки совмещения и экспонирования представляют собой сложные оптико–механические комплексы. Точность совмещения  и производительность зависят от выбранного метода совмещения – визуального или фотоэлектрического.

   

   В отечественных установках контактного  совмещения и экспонирования (ЭМ 576, ЭМ 5006, ЭМ 50-26) используется принцип  контактной печати с наложением  фотошаблона и подложки передача  изображения осуществляется с  минимальными искажениями при  большой производительности.

    После выполнения совмещения (рис  3, а) подложку прижимают к фотошаблону и экспонируют слой фоторезиста (рис, 3 б). Основной целью экспонирования является высокоточное воспроизведение слоем фоторезиста всех элементов топологии полупроводниковых приборов или ИМС. Правильность экспонирования влияет на качество переноса изображения с фотошаблона на слой фоторезиста.

   Процесс экспонирования зависит  от качества фотошаблона, свойств  фоторезиста и подложки, оптических явлений, происходящих в системе подложка – фотошаблон и точности 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 металлизированного слоя фотошаблона.