Установка совмещения и экспонирования

                                   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.

                                Устройство составных частей установки

1. 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.
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.
3. Манипулятор предназначен для обеспечения точных перемещений полупроводниковой пластины по оси Х и У в пределах + 3 мин и углу поворота 4 в пределах + 10⁰.
4. 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.
5. Механизм вертикальных перемещений предназначен для обеспечения вертикальных перемещений полупроводниковой пластины.
6. 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.

7. 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.
8. Блок экспонирования и контроля совмещения предназначен для контроля совмещения полупроводниковой  пластины с фотошаблоном и последующего ее экспонирования.
9. Микроскоп совмещения предназначен для контроля совмещения фотошаблона с   полупроводниковой пластиной.

Состав электрооборудования  установки совмещения и экспонирования:

1. Привод МВП грубый;
2. Привод МВП тонкий;
3. Механизм Зазора;
4. Панель пневмооборудования;
5. Датчик расхода воды;
6. Блок управления;
7. Блок экспонирования;
8. Фонарь;
9. Микроскоп совмещения;
10. Пульт управления;
11. Блок питания;
12. Блок поджига;
13. Блок питания лампы ДРКС-500.  

Режимы работы

Установка ЭМ-5026 работает в  двух режимах «Рабочий» и «Наладочный». Выбор режима работы проводится нажатием соответствующей кнопки на пульте управления.

     В исходном  состоянии рабочий столик опущен  вниз, блок экспонирования находится в промежуточном положении, микроскоп вверху, механизм вертикальных перемещений расфиксирован, затвор закрыт.

     Перед началом  рабочего режима полупроводниковая  пластина укладывается вручную  на столик и фиксируется вакуумом  с помощью ручки «ПЛ» блока  кранов. Калибрующая пластина, вставленная в рамку, устанавливается на плиту шаблонодержателя, фиксируя вакуумом с помощью ручки «Ш» блока кранов.

    Далее управление  установкой в рабочем режиме  осуществляется следующим образом:

- при нажатии клавиши  Цикл на пульте управления  происходит подъем рабочего столика до контакта с калибрующей пластиной

- операция выравнивания  происходит под действием пружины  привода МВП

- далее происходит опускание  рабочего столика (2-й этап) до  зазора совмещения, величина которого устанавливается потенциометром  на блоке совмещения, и загорается индикация клавиши ЗАЗОР.

- на этом этапе вместо  калибрующей пластины вводится  фотошаблон, поворачивается в рабочую зону блок экспонирования, и микроскоп при нажатии соответствующей клавиши на пульте управления опускается для совмещения полупроводниковой пластины с фотошаблоном.

    По окончании  операции совмещения цикл продолжается  нажатием клавиши КОНТАКТ. При этом должна погаснуть индикация клавиши ЗАЗОР и загореться индикация клавиши КОНТАКТ.

   Если на пульте  управления выбран режим экспонирования  в контакте, то при нажатии клавиши КОНТАКТ  пластина и шаблон приводятся в контакт, пространство под шаблоном герметизируется и соединяется с вакуумом, при этом центральная часть пластины расфиксируется на рабочем столике. Таким образом, достигается плотный контакт между пластиной и шаблоном.

     Если на  пульте управления выбран режим  Экспонирование на Зазоре, то  рычаг такого привода МВП переходит в положение, определяющее зазор экспонирования, величина которого (в микронах) задается потенциометром ЗАЗОР ЭКСПОНИРОВАНИЯ.

  При неудовлетворительном  совмещении пластины с шаблоном, нажатием клавиши ЗАЗОР можно  вернуться из контакта на зазор  совмещения. При этом индикация  клавиши ЗАЗОР загорается, КОНТАКТ гаснет.

   При удовлетворительном  совмещении в контакте цикл  продолжается нажатием клавиши  ЭКСПОНИРОВАНИЕ. При этом микроскоп  поднимается вверх и уводится  из рабочей зоны, блок экспонирования  фиксируется в положении экспонирования, открывается затвор и загорается индикация клавиши ЭКСПОНИРОВАНИЕ. После отработки заданной программным переключателем ЭКСПОЗИЦИЯ необходимой величины экспозиции затвор закрывается, индикация клавиши гаснет.

   При нажатии клавиши  СБРОС происходит пластины на  рабочем столике, возврат всех  механизмов в исходное положение.  В течение этого времени горит индикация клавиши СБРОС.

                      Подготовка к работе

1.Надеть исправную спецодежду: халат из химустойкой ткани.

2.Проверить наличие индивидуальных  средств защиты: напальчники, очки  защитные, резиновые перчатки.

3. Смазать руки защитным  кремом перед работой.

4. Привести в порядок  рабочее место: убрать лишние, мешающие работе предметы, инструмент, химическую посуду и технологическую  тару разместить в удобном  для работы порядке.

5. До включения оборудования  совмещения и экспонирования  путем внешнего осмотра убедиться в его исправности и безопасности, а именно:

- в наличии, целостности  и прочности подсоединения заземляющего  полупроводника

- в отсутствии повреждения  изоляции электрических проводников  и соединительной арматуры (вилок,  розеток, разъемов и др.)

- в наличии исправности  защитных приспособлений и ограждений

6. Включить вентиляцию, камеры  обеспылевания и микроклимата, убедиться  в их работе.

7. При работе с установкой  экспонирования проверить наличие  и действие водяного или воздушного  охлаждения источника излучения.

8. Включить оборудование  согласно требованиям технологического процесса и инструкциям по его эксплуатации.

9. В случае взрыва ртутных  ламп на операции экспонирования  или поломки термометров тщательно собрать ртуть в стеклянную или полиэтиленовую емкость и залить раствором хлорного железа для нейтрализации (200-250г на литр воды).

10. Не пользоваться стеклянной  тарой; неисправными кассетами  и тарой.

11. При работе с электроприборами  руки должны быть сухими.

12. При работе на установке  совмещения и экспонирования  следить за охлаждением источника  излучения, не открывать защитный  кожух источника излучения.

                                        *******************************

                        Характеристика лампы ДРКс-500:

Изготовитель: СССР; Мощность 500 Вт; Напряжение питания 190 В; Напряжение на лампе 60 -92 В; Номинальный ток лампы 7 А; Световой поток 18 клм; Длина дуги 4,0 – 4,6; Средний срок службы 250 часов; Наибольшая ширина лампы 45 мм; Диаметр колбы 32 мм.                                                                                                                               

1. Источник света обычно подбирается по спектральной характеристике и мощности, необходимо чтобы интенсивность света находилась в диапазоне 300 – 450 нм, мощность была порядка 100 – 500 Вт.
2. Оптическое устройство в узле контактного экспонирования предназначено для создания равномерного светового потока с параллельным пучком лучей в определенном диапазоне длин волн на всем поле экспонирования.
3. Механизм управления передачей светового потока – затвор, необходим для того, чтобы задавать нужное время экспонирования, которое зависит от чувствительности фоторезиста.
4. Лампа, конденсатор и затвор размещаются в едином блоке. Блок позволяет удобно размещать и правильно юстировать лампу относительно оптической оси кварцевого конденсатора, предохранять оператора и светочувствительные материалы от вредного воздействия ультрафиолетового излучения, а также возможных взрывов лампы.
5. Микроскоп – предназначен для визуального наблюдения и контроля качества совмещения. Основное требование к микроскопу состоит в том, что он должен обеспечивать четкое изображение двух совмещаемых структур, расположенных в различных параллельных плоскостях на некотором расстоянии друг от друга во время совмещения, а также во время контроля качества совмещения после прижима пластины к фотошаблону.

                                       Контактная печать

Контактная печать является самым  первым методом формирования рисунка  на полупроводниковой пластине. При использовании этого метода, шаблон, содержащий нужный рисунок, накладывается на покрытую фоторезистом пластину, и экспонируется светом, в результате чего на резисте образуются засвеченные и незасвеченные области. С помощью последующего проявления происходит удаление участков фоторезиста в соответствии со временем экспонирования. Разрешающая способность этого метода около 2 мкм и ограничивается дифракционными эффектами между двумя соседними линиями. Выдерживая одно и то же время экспонирования однородность светочувствительного материала можно сохранять ширину линии с приемлемыми допусками.

   Основной недостаток контактной печати состоит в изнашивании фотошаблона при его многократном использовании плотность соприкосновения фотошаблона с подложкой приводит к возникновению дефектов на соприкасающихся поверхностях, как шаблона, так и резита. Накопление дефектов и частиц фоторезиста, прилегающих к фотошаблону, при многократном экспонировании приводит к его быстрому износу.

   Лучше применять шаблоны,  покрытые хромом, окислом железа  или другими металлами, так  как они допускают периодическую очистку и могут использоваться для гораздо большего числа экспозиций.

   По мере того как размер  кристалла возрастает, а детали  изображения становятся мельче, возникает необходимость в более  совершенных методах экспонирования, чтобы уменьшить число дефектов  при наиболее высокой степени  интеграции. К ним можно отнести бесконтактную (с сохранением зазора между

Фотошаблоном и пластиной) и  проекционную печать.

                 Назначение установки совмещения  и экспонирования

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 арсенид галия следующих параметров:

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

- толщина, мм                                            0,2 -0,8

- высота бокового среза, мм                    1 – 2

- 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  ЭЛП – 9

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 и на пластинах диаметром  16, 20 мм и с минимальными элементами 0,5 мкм на пластинах диаметром  25, 30 мм.

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

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

    - 5 мкм при частоте  до 5 Гц

    - 0,3 мкм при частоте свыше 5 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  питьевую 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.

                                 Порядок работы с установкой

1. Обслуживание установки осуществляется оператором 3  или 4 разряда.
2. Включение установки
3. Подключить установку к питающей сети с помощью сетевого кабеля.
4. Поставить тумблер СЕТЬ на передней панели блока питания лампы ДРКс-500 в положение Вкл. При этом должна загореться лампочка СЕТЬ.
5. Тумблер Р, Вт поставить в положение контроль. Ось потенциометра РЕГ. ТОКА повернуть в крайнее правое положение и нажать кнопку БП ВКЛ, при этом загорается светодиод БП ВКЛ.
6. Нажать кнопку ПОЖИГ на передней панели блока питания лампы ДРКс-500 и удерживать в нажатом положении (не более 5 секунд) до загорания лампы ДРКс-500, о чем свидетельствует  появление свечения под верхней крышкой фонаря м загорания светодиодов
7. Тумблер Р, Вт поставить в положение Р, Вт и в течение 10-15 минут следить за выходной мощностью  по цифровому индикатору на передней панели блока питания лампы. Вращая ось потенциометра РЕГ. ТОКА против хода часовой стрелки, не допускать превышения  мощности более 500 Вт, а после загорания лампы через 10-15 минут выставить номинальную выходную мощность на лампе ДРКс-500, равную 500 Вт.
8. Нажать кнопку СЕТЬ ВКЛ на блоке питания, при этом должна загореться лампа СЕТЬ.
9. Повторить все операции.
10. Нажать кнопку ЭКСПОНИРОВАНИЕ в КОНТАКТЕ.
11. Нажать клавишу КОНТАКТ, при этом должна загореться индикация клавиши.

    Проверить качество совмещения. При неудовлетворительном совмещении, произвести повторное совмещение, для чего предварительно нажать кнопку зазор.

   Примечание: В процессе работы  можно изменить ранее установленный  зазор для совмещения с помощью регулятора зазора совмещения.

12. Нажать клавишу микроскоп: при этом микроскоп поднимается в верхнее положение.
13. Установить блок экспонирования и контроля совмещения в положение экспонирования, поворотом вокруг вертикальной оси.
14. Нажать клавишу ЭКСПОНИРОВАНИЕ и произвести экспонирование пластины.
15. Выключение установки.
16. Нажать кнопку СЕТЬ ВЫКЛ. на блоке питания.
17. Установить тумблер СЕТЬ на передней панели  блока питания лампы ДРКс-500 в положение ВЫКЛ.
18. Отсоединить от сети вилку кабеля питания установки.

                     Порядок работы.

1. Зафиксировать плиту шаблонодержателя вакуумом поворотом ручки крана ШД.

2. Поместить пластину рабочей стороной вверх на столик, зафиксировать вакуумом поворотом ручки крана ПЛ и обдуть азотом.

3. Нанести каплю декана в центр пластины.

4. Взять шаблон за торцы, обдуть азотом, установить рабочей  стороной вниз на плиту шаблонодержателя и зафиксировать вакуумом поворотом ручки крана Ш.

5. Включить кнопку РЕЖИМ РАБОЧИЙ.

6. Нажать клавишу ЦИКЛ, при этом столик поднимается в позицию выравнивания и затем опускается до зазора совмещения.

7. Повернуть микроскоп в рабочую зону и опустить его нажатием клавиши микроскоп.

8. Совместить с помощью манипулятора рисунок фотошаблона с рисунком пластины

9. Нажать кнопку ЭКСПОНИРОВАНИЕ в КОНТАКТЕ.

10. Нажать клавишу КОНТАКТ,  при этом должна загореться  индикация клавиши.

11. Проверить качество  совмещения. При неудовлетворительном  совмещении произвести повторное  совмещение, для чего предварительно  нажать клавишу ЗАЗОР, при этом  загорается индикация клавиши ЗАЗОР, клавиша КОНТАКТ гаснет

12. Поднять микроскоп нажатием  клавиши МИКРОСКОП.

13. Установить блок экспонирования  в положение экспонирования поворотом  по вертикальной оси.

14. Нажать клавишу ЭКСПОНИРОВАНИЕ, при этом устанавливается зазор,  и провести экспонирование.

15. Установить блок экспонирования  и контроля совмещения в промежуточную  позицию поворотом по вертикальной оси.

16.Расфиксировать фотошаблон  поворотом ручки крана I и снять с плиты шаблонодержателя.

17. Расфиксировать проэкспонированную  пластину поворотом ручки крана  ПЛ и снять со столика.

18. По окончании работы  нажать кнопку СЕТЬ ВЫКЛ на  БП.

19. Перевести тумблер СЕТЬ  на передней панели блока питания  лампы ДРКс-500 в положение ВЫКЛ.

20. Закрыть краны на  блоке подготовки воздуха, воды  и вакуума.

              Межоперационные сроки хранения.

                                Требования к параметрам микроклимата

Основными  источником загрязнения  вакуумной среды в производственных помещениях являются персонал, работающее оборудование и технологические процессы. Главным же источником загрязнения рабочих комнат является персонал (частицы дыхательных путей, с кожи человека, одежды уличной и рабочей). Установлено, что один рабочий на уличной и рабочей одежде и на повержности кожи приносит в производственную среду приблизительно 2 млрд загрязненных частиц.

   Из всех пылинок  находящихся в воздухе во взвешенном  состоянии, пылинки размером 0,5 мкм  составляют свыше 96%.

   Требуемая чистота:

1. Класс чистоты: 10

2. Допустимое количество  частиц размером 0,5 мкм и более  на 1 л воздуха или газа: 0,35

3. Допустимая концентрация  пыли в воздухе зависит от  размеров обрабатываемых участков  и вида технологических операций. Например монолитные ИМС, состоящие  из меньших размеров, чем гибридные,  требуют более высокой чистоты.

   Наиболее чувствительными  к чистоте являются такие операции  и техпроцессы, как очистка полупроводниковых пластин и диэлектрических подложек, диффузия, напыление изготовление фотошаблонов, фотолитография и др. Их рекомендуется проводить в отдельных помещениях первого класса.

    Требуемая температура  воздуха

- Точность поддержания  ºС: ±1

- Номинальные значения  tº воздушной среды в рабочей зоне производственных помещений ,ºС для периодов года: холодного 21±1, теплого 23±1.

  Требуемая влажность  воздуха 

- помещение: производственное

- допустимые значения  относительной влажности %: 50±5; 50±10

   Специальные требования  предъявляемые технологическим  процессом:

   Фотолитография

Класс чистоты:

- В рабочем пространстве: 1000

- В общем объеме помещений: 100000

- Точность поддержания  температуры tº: ±0,5

- Относительная влажность  %: 50±5

- Характеристика техпроцесса  и обоснование выделения в  отдельное помещение: повышенные требования по температуре, влажности и чистоте.

   Расчетная подвижность воздуха на постоянных рабочих местах должна соответственно 0,2 - 0,5 м/с – в теплый период года; 0,2 и- 0,3 м/с -  в переходный и холодный периоды года.

   Аэрионный режим  в чистых производственных помещениях  и чистых комнатах обеспечивается в соостветствии с требованием таблицы:

             Требуемый уровень ионизации  воздуха