Рис. 7.31. Схема системы автофокусировки

показан соединенным с мультиплексором МП1). Пьезоэлектрический преобразователь излучателя формирует акустическую волну, которая, отразившись от поверхности базовой плиты или подложки и изменив при этом свою фазу, попадает в приемник датчика. Происходит обратное преобразование акустических сигналов от каждого датчика в электрические сигналы, которые через мультиплексор МП2 раздельно подаются в смеситель UZ1. В смеситель подается также частота f0=440 кГц, поэтому на его выходе формируется сигнал частотой 10 кГц, подаваемый в усилитель А1. Аналогичные сигналы с частотами fT и fa подаются генератором G1 в смеситель UZ2 и далее в усилитель А2. Полосовые фильтры Z1 и Z2 удаляют из этих сигналов шумы и подают их на входы компараторов A3 и А4, преобразующих форму сигналов из синусоидальной в прямоугольную. Преобразованные сигналы поступают на входы однотактных мультивибраторов G2 и G3 и далее на входы RS-триггера Т. Выходной сигнал включающего входа триггера и сигнал частоты fc через логический элемент И подаются на счетчик РС1. Счетчик подсчитывает число битов формируемых частотой fc за то время, которое триггер Т находится во включен--ном состоянии, обеспечивая срабатывание схемы И. Поскольку время включения триггера Т определяется временным интервалом или сдвигом фаз подаваемого к поверхности и отраженного от нее

импульсов, счетчик регистрирует двоичное число, характеризующее расстояние от датчика до контролируемой поверхности. Информация, поступающая от каждого датчика, передается счетчиком в память мини-ЭВМ, где она сравнивается с эталонными значениями для выработки сигналов рассогласования. Эти сигналы подаются в блок электромагнитных клапанов, изменяющих давление воздуха в пневмоприводах 7 и 8.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Перечислите варианты процессов формирования изображений ИС в микролитографии.

2. Опишите конструкции координатографа и редукционной фотокамеры.

3. Объясните назначение основных элементов оптической схемы осветителя оптико-механических установок.

4. Перечислите основные методы генерирования изображений, опишите оптико-механическое устройство и оптическую схему генератора изображений.

5. Объясните назначение основных узлов фотоповторителя, опишите его оптическую схему.

6. Перечислите, пользуясь принципиальной схемой и циклограммой, основные этапы работы установки контактного размножения рабочих фотошаблонов.

7. Назовите основные узлы установки совмещения и экспонирования контактного типа, охарактеризуйте назначение и варианты построения узлов установки.

8. Объясните назначение основных узлов установки проекционного помо-дульного экспонирования, опишите схему координатного стола, координатной измерительной системы, систем совмещения и автофокусировки.

9. Перечислите основные элементы оптической схемы проекционной установки со сканированием изображения, опишите работу датчика автофокусировки.

Глава 8 ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ

ПЕРСПЕКТИВНЫХ МЕТОДОВ МИКРОЛИТОГРАФИИ

8.1. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ЭЛЕКТРОННОЙ ЛИТОГРАФИИ

Электронолитография предназначена для формирования топологических рисунков в чувствительных к электронам резистах. Электронно-лучевые установки (ЭЛУ) могут проводить экспонирование электронорезиста тонко сфокусированным пучком электронов, отклоняемым электрическими и магнитными полями по программе от ЭВМ. Электронно-оптические системы позволяют также проводить одновременный перенос изображения шаблона или маски иа участок электронорезиста.

При формировании изображений с микрометровыми размерами элементов диаметр электронного пятна на резисте должен быть 2 ... 5 мкм, а в случае нанометровых размеров - 0,01 ... 0,05 мкм с плотностью тока в пятне 10 ...

a) S) l)

Рис. 8.1. Конструкция электронных пушек: 1 - катод; 2 - управляющий электрод; 3 - анод

... 100 А/см2. Большинство термоэмиссионных источников электронов обеспечивает ток, ие превышающий 10 А/см2 при диаметре катода 10 ... 100 мкм. Таким образом, ЭЛУ должна содержать электронно-оптическую систему (ЭОС), значительно уменьшающую диаметр электронного пучка. Кроме того, ЭОС должна включать отклоняющие элементы, точно направляющие сфокусированный электронный луч в требуемую точку.

Кроме ЭОС установки электронной литографии содержат также прецизионный координатный стол, вакуумную систему, устройство загрузки-выгрузки заготовок, ЭВМ или микропроцессор, управляющий работой всех систем, источники стабилизированного питания, различные контрольные системы.

Важнейшим функциональным узлом ЭОС является электронная пушка, содержащая источник электронов. В электронной литографии используются электронные пушки (рис. 8.1) мощностью до 1 кВт, которые должны обладать высокой яркостью, максимальной плотностью тока и минимальными (до нескольких нанометров) размерами поперечных сечений пучка.

Источники электронов выполняются в виде катодов трех типов: термокатодов из чистого вольфрама, гексаборида лантана и автоэмиссиоиных катодов.

Прямоканальный V-образный вольфрамовый термоэмиссионный катод (рис. 8.1,а) при температуре 3000 К (работа выхода 4,5 эВ) обеспечивает плотность тока 10 А/см2 и электронную яркость около 105 А-см-ср-1. Вольфрамовые катоды имеют небольшой срок службы- ие более 10 ... 50 ч.

Эмиттер с повышенной яркостью выполняется в виде стержня из гексаборида лантана (рис. 8.1,6) с заостренным концом (радиус закругления 1 ... ... 10 мкм). Работа выхода такого эмиттера составляет 2,4 эВ, а температура разогрева 2000 К, при этом выходные параметры такого катода на порядок выше, чем у вольфрамового: плотность тока эмиссии 100 А/см2, яркость - примерно 106 А-см-2-ср-1. При поддержании в электронной пушке вакуума ие хуже Ю-4 Па срок службы таких эмиттеров составляет несколько сотен часов.

Автпэмиггионный источник электронов (рис. 8.1,в) выполняется в виде заостренного вольфрамового стержня с радиусом закругления 0,1 ... 1 мкм, на-

Рис. 8.2. Электронно-оптические системы (ЭОС) для формирования круглого электронного пучка с гауссовским распределением плотности тока (а), пучка квадратного сечения (б), круглого сечения (в) и переменного прямоугольного сечения (г)

пряженность электрического поля на острие составляет 3-107 В/см. При этом плотность тока превышает 100 А/см2, а электронная яркость достигает 108 А-см 2-ср-1. Автоэмиттер из вольфрама, покрытого цирконием, нагреваемый в вакууме 2 10-6 Па до 1400 К, обеспечивает плотность тока эмиссии до 107 А/см2 и яркость 109 ... 1010 А-см-г-ср-1.

Построение и компоновка ЭОС определяются принципом формирования электронного пучка. Наиболее часто используется тонко сфокусированный пучок электронов, называемый зондом.

Схема ЭОС, разработанной на основе сканирующего электронного микроскопа, показана на рис. 8.2,а. Электронный пучок, создаваемый источником электронов, проецируется на заготовку тремя уменьшающими линзами (конденсорами) с двумя промежуточными плоскостями изображения - А и В. Ограничивающие апертуры, установленные сразу за источником и после второго конденсора, задерживают периферийные электроны. Это необходимо для того, чтобы онн не ударялись о стенки колонны ЭОС и не создавали вокруг основного электронного пятна на заготовке размытую область. Наличие поперечной составляющей теплового движения электронов в пучке приводит к распределению

плотности тока в электронном пятне по закону Гаусса. ЭОС такого типа позволяют получить электронный луч с минимальным диаметром 0,01 мкм.

Основным отличием ЭОС, показанной на рис. 8.2,6 является возможность формирования луча не с круглым, как в предыдущей системе, а с квадратным или прямоугольным сечением. Это значительно упрощает прорисовку топологии ,ИС, составленной обычно из прямоугольных элементов. Квадратное сечение луча образуется апертурой, встроенной в первую линзу. После прохождения двух уменьшающих линз квадратное пятно электронов проецируется на заготовку, при этом фокусировка изображения сопровождается поворотом траектории движения электронов. Для предотвращения вращения квадратного пятна на заготовке необходимо тщательно подбирать и стабилизировать токи в катушках линз, расположенных после апертуры.

Схема, изображенная на рис. 8.2,в, аналогична ранее рассмотренной, однако в ней использована апертура с круглым отверстием. Это позволяет упростить ЭОС, так как не требуется стабилизация углового положения пятна. Данная схема может применяться в тех случаях, когда требуется получить относительно большой диаметр электронного пятна (2 ... 5 мкм).

Наиболее высокую производительность обеспечивает ЭОС с переменным сечением луча (рис. 8.2,г). Первая апертура формирует луч квадратного сечения, а первая линза проецирует изображение этой апертуры в плоскость второй апертуры с квадратным отверстием. С помощью электронного отклоняющего устройства квадратное сечение луча может частично перекрываться второй апертурой. Конечная форма сечения луча соответствует зоне перекрытия второй апертуры с изображением первой. Это позволяет изменять форму и размеры сечения луча, сохраняя при этом неизменную плотность тока.

Сравнение возможностей рассмотренных ЭОС показывает, что экспонирование лучом с изменяемой формой сечения обеспечивает минимальное количество проходов луча по элементу топологии н соответственно значительное повышение производительности.

Следует учитывать, что обеспечение возможности изменения размера луча, так же как достижение большой степени его уменьшения, ведет к усложнению ЭОС, так как требуется увеличение количества линз.

Рассмотренные ЭОС непосредственно генерируют топологический чертеж в слое резиста по командам управляющей ЭВМ. Кроме них в электронолитогра-фии используются системы, репродуцирующие ранее полученное изображение. Такие системы, называемые проекторами, могут быть двух типов: с перфорированной маской и эмиттирующим катодом.

Схема ЭОС первого типа показана на рис. 8.3. Электронный пучок из источника 1 проходит бланкирующие (выключающие) электроды 2 и 3, апертуру 4 и две фокусирующие магнитные линзы 5 и б. Отклоняющие катушки 7, 8 и линза 9 фокусируют электронный луч в заданном участке маски 10, изготовленной из медной, золотой или никелевой фольги толщиной 12,5 мкм. В маске выполнены отверстия 11, которые служат в качестве знаков совмещения и отверстия 13, в виде отдельных элементов топологического рисунка. Поворот маски вокруг центральной оси производится червячной передачей 12. При совмещении электронный луч, сфокусированный магнитной линзой 9, сканирует по отверстиям 11, проходит далее фокусирующую линзу 14, отклоняющую систему 15 и 17,

25 2<t

Рис. 8.3. Проектор с перфорированной маской

апертуру 16 и оконечной линзой 18 фокусируется на поверхность подложки 19. Обратно рассеянные от подложки электроны регистрируются датчиком 26, его сигнал через фотоэлектронный умножитель 43 и усилитель 42 поступает на видеодисплей 41 и сканируется на нем синхронно с сигналами на отклоняющих катушках. Система сканирования включает генераторы 35, 36, соединенные с блоками 37 и 39. Эти блоки управляют смещением сигналов по координатам X и Y, подаваемых через усилители 38 и 40 на отклоняющие катушки 7 и 8. Кроме того, блоки 37 и 39 управляют амплитудой этих сигналов, подаваемых на экран дисплея 41.

Контролируя на экране дисплея наложенные друг на друга изображения знаков совмещения маски и подложки, можно провести их точное совмещение. Для этого используется червячная пара 20, 21 и каретки 22, 23, перемещаемые микровинтами 24 и 25.