появляется необходимость совмещения топологических слоев, а неплоскостность подложек резко возрастает из-за их коробления во время многократных высокотемпературных обработок.

Оборудование для формирования микроизображений является самостоятельным классом сложного оптико-механического оборудования. В него входят установки для изготовления различного вида шаблонов, а также установки для переноса изображений шаблонов на подложки. Непрерывное повышение требований к оборудованию этого класса привело к разработке и внедрению ряда перспективных методов экспонирования резистов с использованием электронных, ионных пучков и рентгеновского излучения.

Топология ИС включает несколько топологических чертежей отдельных слоев, последовательно формируемых на подложке. Например, при изготовлении ИС с полевыми транзисторами необходимы четыре топологических слоя: для формирования изолирующих областей, затворов транзисторов, контактных окон и металлизации. Результатом проектирования топологии является числовая информация, определяющая взаимное расположение, геометрию и размеры элементов каждого топологического слоя.

Процесс преобразования числовой информации о топологическом рисунке в геометрические изображения фигур, выполненные в нужном масштабе с требуемой точностью, называется генерированием изображений. В большинстве случаев этот процесс проводится в несколько этапов (рис. 7.1). Предварительно формируются изображения оригиналов и промежуточных оригиналов (ПО), которые представляют собой увеличенные соответственно в 200...1000 и в 5...10 раз топологические рисунки одного модуля ИС. Далее обычно проводится размножение (мультипликация) изображения ПО на очередном носителе информации - эталонном фотошаблоне (ЭФШ). Копии ЭФШ - рабочие фотошаблоны (РФШ) - используются для переноса изображения топологических рисунков модулей на подложку. Процесс переноса предварительно сформированного изображения топологического рисунка на подложку называется репродуцированием.

Генерирование изображений и их репродуцирование могут выполняться различными способами (рис. 7.1). Кроме РФШ, в качестве носителя информации о топологии при репродуцировании может применяться ЭФШ или его аналоги в электроно- и рент-генолитографии. Возможно также репродуцирование с уменьшением изображения промежуточного оригинала в фотолитографии и трафарета в электронолитографии. Наконец, существует принципиальная возможность непосредственного генерирования изображений на подложке методами фото-, электроно- или ионолито-графии по алгоритму, записанному в памяти ЭВМ, т. е. без промежуточных носителей информации.

Приведенные на рис. 7.1 схемы формирования изображений на подложках в различной степени удовлетворяют требованиям

IS 3

IS i -о

111,

=3

*>3

S 5 s

Ю

о

о

>>

о

О

о и о с О

Таблица 7.1

* Плотность дефектов 0,08...0,15 см 3.

к разрешающей способности, совмещаемости, дефектности формируемых слоев, производительности и экономической эффективности производства ИС. Кроме того, оборудование для некоторых видов электронолитографии, а также для рентгено- и ионолито-графии еще не выпускается серийно. Основной промышленный метод репродуцирования изображений-фотолитография, обязательным этапом его является изготовление шаблонов - промежуточного оригинала, эталонного и рабочего фотошаблонов. Требования к ним зависят прежде всего от минимального размера элементов топологического чертежа, необходимой точности совмещения, а также от способа последующего репродуцирования. Наиболее жесткие допуски на размеры элементов и на их сов-мещаемость имеют шаблоны, которые воспроизводятся на всем поле подложки или ее части в масштабе 1: 1 (табл. 7.1).

Использование при репродуцировании проекционных систем с уменьшением 5:1, 10:1 позволяет смягчить эти требования, так как погрешности элементов шаблонов при репродуцировании уменьшаются в соответствующее число раз. Вместе с тем к таким шаблонам предъявляются исключительно жесткие требования по показателям дефектности. На рабочем поле мультиплицируемых промежуточных оригиналов должны полностью отсутствовать дефекты, размеры которых достаточно велики (0,5... 3 мкм) для переноса их изображений на подложку используемой оптической системой. Это объясняется тем, что при репродуцировании изображение дефекта воспроизводится в каждой зоне мультиплицирования. Следует учитывать, что топология одного кристалла СБИС размерами 5X5 мм может содержать более 250 000 ячеек памяти, элементы которых имеют минимальные размеры около 1,5 мкм. Выход любого из этих элементов за пределы допуска по размерам, совмещаемости или попадание его в зону локального дефекта приводит к браку всего кристалла.

Рассмотрим конструктивные особенности, возможности и ограничения оборудования для изготовления применяемых в фотолитографии шаблонов - промежуточных оригиналов, эталонных и рабочих фотошаблонов.

Как следует из рис. 7.1, существует несколько вариантов изготовления промежуточных оригиналов. На начальном этапе развития производства ИС - до конца 60-х годов - промежуточные оригиналы изготавливались в два этапа. Предварительно на ручном или автоматическом координатографе вырезался на двухслойной пленке увеличенный оригинал топологического чертежа одного модуля, затем ОН переснимался рис 7.2. Координатограф модели с уменьшением на редукционной Картимат фотокамере.

Координатографы - это устройства для вычерчивания или вырезания на крупногабаритных (до 1200X1200 мм) стеклянных или пленочных подложках, покрытых непрозрачной пленкой, увеличенных изображений оригинала топологического чертежа. Основанием любого координатографа (рис. 7.2) является стол, над которым по двум ортогональным координатам перемещается инструментальная головка с рабочим инструментом. В наиболее совершенных координатографах, например ЭМ-703, Картимат (ГДР), управление перемещением рабочего инструмента осуществляется от ЭВМ. Технические данные этих координатографов приведены в табл. 7.2.

Редукционная фотокамера предназначена для получения промежуточных оригиналов фотографированием на фотопластину изображения оригинала с уменьшением 10:1...30:1 (рис. 7.3). Она должна обеспечивать получение заданных размеров на промежуточном оригинале с погрешностью не хуже 1... 2 мкм. Основанием фотокамеры является массивная станина 1 длиной в несколько метров, устанавливаемая на амортизаторах 2. На направляющих станины установлен экран 12, который можно перемещать вдоль нее для изменения масштаба съемки. Рабочая сторона экрана закрыта матовым стеклом, внутри экрана смонтирован осветитель из люминесцентных ламп 13 и отражающий экран 14 для равномерного освещения оригинала 11, закрепляемо-

Таблица 7.2

Рис. 7.3. Редукционная камера

го на экране. Фотопластина 7 закрепляется в держателе 8, который с помощью каретки на шариковых направляющих 9 и микровинтов 5 может перемещаться в плоскости изображения по взаимно перпендикулярным направлениям с погрешностью 1... ... 2 мкм. Перемещения каретки можно использовать для многократного отсъема (мультипликации) оригинала или для получения изображений двух разных оригиналов на одном фотошаблоне, т. е. для их стыковки. Объектив 10 должен обладать высокой разрешающей способностью (300...500 лин/мм) и обеспечивать диаметр поля изображения 20... 50 мм. Обычно редукционные камеры имеют набор объективов, обеспечивающих требуемые условия съемки. Качество изображения (резкость, масштаб) контролируется с помощью микроскопа 6, для точной наводки объектива на резкость используется микровинт 4. Управление работой камеры ведется с пульта 3.

Повышение уровня интеграции ИС и одновременное увеличение размеров модулей выявили недостатки и ограничения рассмотренных методов изготовления промежуточных оригиналов. К ним прежде всего относится малая производительность, необходимость увеличения размеров оригиналов свыше 2 м, аберрация широкопольных объективов редукционных камер и необходимость по этой причине применения слишком громоздких конструкций. Этим объясняется ограниченное использование координатографов и редукционных камер в литографических процессах производства ИС.

Наиболее широко для изготовления ПО используются оптические и электронно-лучевые генераторы изображений, которые позволяют непосредственно получить в масштабе 10х изображение одного или нескольких модулей топологического чертежа. 162

Рис. 7.4. Схемы осветителей:

а - проекционной установки; б - распределение освещенности; в - установки контактного типа; г-блок линзовых растров; д, е - линзочые элементы в виде шестигранной и четырехгранной призм

Мультипликация ПО и формирование изображения ЭФШ производится на проекционных оптических установках - фотоповторителях. Дальнейшее тиражирование (размножение) ЭФШ для получения РФШ выполняется на контактных или проекционных установках. Наконец, фотолитография на полупроводниковых пластинах может проводиться с использованием РФШ или ПО на установках соответственно контактного или проекционного типа.

Несмотря на существенные различия в конструкциях перечисленных оптико-механических установок в их структуре можно выделить ряд общих элементов. Это прежде всего относится к блоку осветителя.

На рис. 7.4 показаны в наиболее общем виде оптические схемы осветителей для установок проекционного и контактного фотоэкспонирования.

В обеих схемах в качестве источника 1 ультрафиолетового излучения в диапазоне длин волн 0,33... 0,45 мкм используются ртутно-кварцевые (ртутно-ксеноновые) лампы мощностью 250... ...500 Вт. Для получения излучения в коротковолновой ультрафиолетовой области (А.=0,16... 0,26 мкм) применяются также И* 163