Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

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

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.
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

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.

Важной частью установки совмещения и экспонирования является микроскоп. Отечественные установки оснащены двупольным микроскопом с увеличением до 300 раз, в который одновременно можно наблюдать изображение двух модулей в разных точках подложки. Этот микроскоп позволяет плавно изменять увеличение сменой объективов.

Как уже отмечалось, совмещение и экспонирование выполняют на одной установке (рис. 4), при этом подложка 9 с помощью подающей кассеты 1 перемещается по конвейеру 2 в устройство совмещения 3, где точно ориентируется относительно фотошаблона 4 при наблюдении в микроскоп 5. После совмещения микроскоп автоматически отводится в сторону, на его место устанавливается осветитель 6 и проводится экспонирование. Затем подложка подается в приемную кассету 8 и по конвейеру 7 перемещается на операцию проявления.

Осветитель состоит из источника света, оптического устройства для создания равномерного светового потока и затвора дозатора актиничного излучения.

В качестве источника света обычно применяют ртутно-кварцевую лампу высокого давления ДРШ-350 или ДРШ-500, создающую мощный световой поток. Излучение такой лампы лежит в основном в ультрафиолетовой области спектра (330-440 нм).

Оптическое устройство создает поток параллельных лучей, равномерно освещающих подложку. Разброс освещенности в пределах рабочего поля подложки не должен превышать 5 %. При работе на установке необходимо принимать меры по защите глаз от прямого попадания ультрафиолетового излучения.

Система затвор-дозатор обеспечивает точность дозы при экспонировании не хуже 5 %.

Режимы проявления слоя фоторезиста зависят от времени экспонирования. Необходимую позицию устанавливают, учитывая тип 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 элементам, предусмотренным в нем. Поскольку зазор между шаблоном и подложкой, а также освещенность распределены по рабочему полю неравномерно и носят случайный характер, качество изображения контролируют на разных участках подложки.

Наличие зазора между фотошаблоном и подложкой вызывает дифракционные явления, что приводит к искажению формы и размеров элементов и обусловлено проникновением света в область геометрической тени. Чтобы уменьшить влияние дифракции при экспонировании, необходимо фотошаблон плотно прижимать к подложке для исключения зазора между ними или сведения его к минимуму.

Важным оптическим эффектом при экспонировании является прохождение ультрафиолетового 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 углом от его металлизированных непрозрачных участков и через прозрачные участки попадает в слой фоторезиста на подложке.

Эти отражения светового потока приводят к нежелательному дополнительному экспонированию участков слоя фоторезиста, находящегося под непрозрачными участками фотошаблона. Интенсивность отраженного потока света зависит от коэффициентов отражения подложки и фотошаблона. Для снижения эффекта отражения при контактной фотолитографии используют цветные оксидные фотошаблоны, имеющие малый коэффициент отражения.

Устройство и работа установки.

1. В основе работы установки лежит принцип совмещения изображений на фотошаблоне и полупроводниковой пластине и переноса изображения с фотошаблона на пластину методами контактного экспонирования без зазора и экспонирование с зазором.

2. На фотошаблоне имеются прозрачные и непрозрачные элементы, которые по специальным знакам совмещаются с соответствующими элементами на полупроводниковой пластине.

На пластине нанесен слой фоторезиста, который при экспонировании через фотошаблон меняет свои химические свойства под прозрачными и непрозрачными элементами фотошаблона и благодаря этому обеспечивает проведение дальнейших технологических операций.

3. На плите шаблонодержателя закреплены две рамки. В правую рамку укладываемся шаблон, а в левую калибрующая пластина толщиной 10 мм. Поворотом рамок вводят в рабочую зону калибрующую пластину или фотошаблон, которые фиксируются на плите шаблонодержателя вакуумом.

4. Полупроводниковая пластина устанавливается на рабочий столик, закрепленный на сферической поверхности, и фиксируется вакуумом. Рабочий столик вместе с пластиной поднимается вверх механизмом вертикальных перемещений до упора в калибрующую пластину, в результате чего происходит выравнивание верхней плоскости полупроводниковой пластины относительно поверхности калибрующей пластины. Затем рабочий столик опускается на установленный зазор. Рамка с калибрующей пластиной на плите шаблонодержателя отводится в сторону, на ее место устанавливается рамка с рабочим фотошаблоном.

5. Совмещение рисунков фотошаблона и полупроводниковой пластины производится манипулятором совмещения, наблюдение за процессом совмещения производится при помощи микроскопа.

6. По окончании совмещения микроскоп поворачивают, устанавливая на его место отклоняющее зеркало с конденсатором, и производят экспонирование от осветителя с лампой ДРКс-500.

Контроль за временем экспонирования осуществляется дозатором световой энергии.

7. Внешнее управление работой установки и информация о ее состоянии осуществляется с помощью пульта управления. Перечень и назначение органов управления и средств и индикации, расположенных на пульте, даны в таблице.

Обозначение	Наименование	Назначение
1	Клавиша ЦИКЛ	Пуск цикла в рабочем режиме
2	Индикация ЦИКЛ	Индикация работы установки в цикле в рабочем режиме
3	Клавиша МИКРОСКОП	Движение микроскопа вниз - вверх в рабочем и наладочном режимах
4	Индикация МИКРОСКОП	Микроскоп внизу
5	Клавиша ЗАЗОР	Возврат с контакта на зазор совмещения (в рабочем режиме)
6	Индикация ЗАЗОР	Пластина и шаблон на зазоре совмещения, можно производить совмещение
7	Клавиша КОНТАКТ	Переход с зазора на совмещения в контакт или зазор экспонирования (в рабочем режиме)
8	Индикация КОНТАКТ	Пластина и шаблон в контакте или на зазоре экспонирования
9	Клавиша ЭКСПОНИР	Пуск экспонирования (в рабочем и наладочном режимах)
10	Индикация ЭКСПОНИР	Идёт экспонирование
11	Клавиша СБРОС	Прерыв цикла, возврат всех механизмов в исходное положение
12	Индикация СБРОС	Идет процесс сброса

Устройство составных частей установки

Устройство совмещения и экспонирования предназначено для выполнения основных операций по совмещению и экспонированию и состоит из блока совмещения, на котором закреплен блок экспонирования и контроля совмещения 2.
Блок совмещения (рис. 3) предназначен для выравнивания пластин по состоянию к фотошаблону, образование рабочих зазоров совмещения между пластиной и фотошаблоном, получения надежного контакта пластины и фотошаблона обеспечения точных перемещений, как пластины, так и фотошаблона в продольном и поперечном направлениях и по углу.

Манипулятор предназначен для обеспечения точных перемещений полупроводниковой пластины по оси Х и У в пределах +3 мин и углу поворота 4 в пределах + 10⁰.

Шаблонодержатель предназначен для установки фотошаблона и перемещения его по оси Х, У, в пределах +3 мин и углу поворота 4 в пределах +4⁰. На плите шаблонодержателя установлены две поворотные рамки с калибрующей пластиной и фотошаблоном.

Механизм вертикальных перемещений предназначен для обеспечения вертикальных перемещений полупроводниковой пластины.
Привод МВП предназначен для обеспечения работы механизма вертикальных перемещений и образования зазора между пластиной и фотошаблоном.

Настройка рабочего зазора между фотошаблоном и полупроводниковой пластиной обеспечивается путем регулировки потенциометра «Калибровка» ячейки управления расположенной в блоке управления.

Устройство прижима предназначено для (прижима) крепления полупроводниковых пластин на рабочем столе выравнивания пластины относительно фотошаблона, фиксации столика после выравнивания и создания вакуумной зоны при контактном экспонировании.

Блок экспонирования и контроля совмещения предназначен для контроля совмещения полупроводниковой пластины с фотошаблоном и последующего ее экспонирования.
Микроскоп совмещения предназначен для контроля совмещения фотошаблона с полупроводниковой пластиной.

Состав электрооборудования установки совмещения и экспонирования:

Привод МВП грубый;
Привод МВП тонкий;
Механизм Зазора;
Панель пневмооборудования;
Датчик расхода воды;
Блок управления;
Блок экспонирования;
Фонарь;
Микроскоп совмещения;
Пульт управления;
Блок питания;
Блок поджига;
Блок питания лампы ДРКС-500.

Материалы и оснастка

Установка совмещения и экспонирования ЭМ – 5026
Линия пылезащитная «ЛАДА»
Декан
Спирт этиловый технический
Ткань хлопчатобумажная (бязь)
Азот технический газообразный, несжатый, высший сорт
Ткань хлопчатобумажная (батист)
Фотошаблон – по сопроводительному листу
Напальчники резиновые
Пинцет со фторопластовыми наконечниками.

Кассета транспортная
Калибратор

Подготовка к работе

Совмещение и экспонирование 📙 Дипломная → 🆔 18949