Маршрут проектированиИ фотошаблонов

Лекция № 9
МАРШРУТ ПРОЕКТИРОВАНИИ ФОТОШАБЛОНОВ
Система литографии, зеркальное отображение рисунка
А) Непосредственное экспонирование пластин электронным лучом применяется для получения предельных размеров ( 0.5 мкм или менее ). Информация на пластине соответствует информации на экране дисплея. Нет зеркального отображения при переносе с МНИ на пластину.
Б) Проекционная фотолитография.
Перенос изображения по следующему маршруту :
МНИ ( магнитный носитель )
ЭПШ
Пластина.
Требуется зеркальное отображение информации при ее подготовке на
магнитном носителе. Используется два масштаба переноса изображения :
10:1 и 5:1.
В) Контактная фотолитография.
Для фотолитографии используются стеклянные или кварцевые фотошаблоны с покрытием из хрома или железа. Иногда используются эмульсионные
рабочие шаблоны (РШ). Размер стекла на дюйм ( ~ 25 мм ) больше размера
пластины.
Возможны следующие варианты переноса изображения:
МНИ
РШ
Пластина ( есть зеркальное отображение информации )
МНИ
РПШ
РШ
Пластина ( нет зеркальности )
МНИ
ЭПШ
ЭШ
РШ
Пластина ( есть зеркальность )
Г) Рентгеновская литография используется только в экспериментах. Прогресс очень слабый и электронная литография опережает в развитии рентгеновскую.
Позитивный и негативный процессы литографии.
Процессы литографии бывают позитивные и негативные. Позитивный светлые элементы на темном фоне. Негативный - темные элементы на светлом фоне. Нормальный процесс - это позитивный. Переход к негативному
шаблону осуществляется путем использования негативного резиста или путем преобразования информации ( обращение тональности ). Негативный резист - это усложнение техпроцесса. Сейчас чаще используют обработку информации. Обращение топологии требуется только один раз. На пластинах
проводятся только позитивные литографические процессы.
Элементы рисунка фотошаблона.
В качестве примера рассмотрим ЭПШ - промежуточный шаблон для
проекционной литографии. Типовой размер 127 x 127 мм ( 5 дюймов ). Элементы рисунка ИМС размещаются в рабочем поле 100 x 100 мм. На шаблоне
должны присутствовать следующие элементы рисунка:
А) Темная рамка, ограничивающая рабочее поле. Рамка предотвращает
засветку соседних модулей при мультипликации рисунка. На эту рамку приклеиваются пелликлы. Пелликл - это тонкая ( ~ 1 мкм ) полимерная пленка,
натянутая на пластмассовую рамку. Пелликл предотвращает оседание пыли
на рабочую поверхность шаблона. Пыль на пелликле находится вне фокальной плоскости и не портит рисунка.
Б) Метки мультипликации.
Две метки мультипликации для контроля величины шага мультипликации по осям X и Y. Метка мультипликации формируется двумя элементами:
1) темный квадрат в светлом поле размещен на краю рабочего поля;
2) светлый квадрат в темном поле размещен на расстоянии шага мультипликации от темного квадрата ( это уже в области темной рамки ). Размер
светлого квадрата несколько меньше.
При последовательной экспозиции рабочих полей светлая метка впечатывается в центр темного квадрата, образуется симметричный рисунок типа
"бублик".
В) Фигуры контроля размеров на ПШ и внутримодульной совмещаемости. Фигуры контроля размеров на промежуточном фотошаблоне аналогичны
по конструкции с фигурами контроля размеров на пластине, но меньше по
размерам в 10 или в 5 раз ( соответственно масштабу переноса изображения ).
Рассмотрим их позже. Фигуры контроля совмещаемости предназначены для
проверки стабильности работы ЭЛУ в процессе экспонирования. Так как экспонирование шаблона может продолжаться несколько часов, то установка
может расстроиться. В начале экспозиции в углах рабочего поля рисуется
внешний контур фигур контроля, а по завершении - внутренний. По смещению контуров определяется возможное смещение рисунка на шаблоне.
Г) Фигуры контроля размеров и совмещаемости на пластине. Фигуры
контроля размеров - это два ряда прямоугольников. нижний прямоугольник
смещен относительно верхнего по оси X на величину - . Каждая пара прямоугольников имеет свою величину - . Величина смещений изменяется от
пары к паре через 0.1 мкм. Количество прямоугольников определяет диапазон измеряемых размеров. Пара прямоугольников, имеющая  = 0 выделена.
если размеры прямоугольников соответствуют номиналу, то границы выделенных прямоугольников совпадут. Если есть отличие от номинала, то совпадут границы одной из пар прямоугольников, имеющих смещение. По положению этой пары определяется отклонение размеров элемента от номина-
 0.1 мкм

ла. Совпадение границ легко определить, пользуясь окулярной сеткой микроск о п а.
Фигуры контроля совмещаемости состоят из двух элементов:
1) Темный крест в светлом поле - это внешний контур, характеризующий
положение рисунка данного слоя. С этим крестиком будут совмещаться
последующие слои;
2) Набор светлых квадратов, которые вписываются в крест, сформированный в предыдущих слоях.
В первом слое светлых квадратов нет. Светлые квадраты имеют смещение относительно осевых линий темного креста. Центральный светлый квадрат смещения не имеет. При точном совмещении рисунка центральный светлый квадрат расположен
рис. 9.1.
рис. 9.2.
симметрично в кресте. При наличии смещения по оси X симметричным окажется один из смещенных квадратов на вертикальных лучах креста. Аналогично для смещения по оси Y. Так как смещение каждого светлого квадрата
от осевой линии задается его порядковым номером, то величина смещения
определяется путем отсчета номера симметрично расположенного квадрата.
Обычно величина смещения увеличивается на 0.1 мкм в каждом следующем
квадрате. Фигуры контроля размеров и совмещаемости обычно размещают
группами в верхней и нижней частях рабочего поля. Совмещение двух одинаковых фигур вверху и внизу соответствует отсутствию разворота фотошаблона относительно осей перемещения пластины при экспонировании. Двойное размещение фигур не обязательно, т.к. разворот контролируется по мет-
кам мультипликации.
Д) Тестовый ( технологический ) модуль содержит элементы для контроля параметров техпроцессов и определения характеристик физической
структуры ИМС. Состав элементов технологического модуля определяется
технологами. Размер и форма технологического модуля определяется размером кристалла ИМС. Если кристалл маленький, то технологический модуль
займет одну из позиций вместо рабочего кристалла. Если кристалл ИМС
большой, то тестовый модуль размещается вдоль одной из сторон рабочего
кристалла в виде узкой полоски. При разделении пластины на кристаллы тестовые модули обычно отрезаются и выбрасываются.
Е) Рабочие модули. Если кристалл ИМС больше, чем 5 x 5 мм, то на
ЭПШ будет всего один модуль ИМС. Если размер кристалла больше, чем
10 x 10 мм, то для проекционной литографии используется другой объектив с
масштабом переноса изображения 5:1. На современных отечественных установках проекционной литографии можно изготавливать кристаллы не более
20 x 20 мм. При размере кристалла менее 5 мм в рабочем поле размещают несколько модулей. Это повышает производительность установки и уменьшает
площадь, занятую тестовыми элементами и фигурами совмещения.
Ж) Знаки базирования. Вне рабочего поля за пределами темной рамки в
нижней части стекла есть два светлых квадрата в темном поле. Знаки базирования нужны для точной установки стекла в установке литографии. По этим
знакам устанавливается соосность стекла и координатного стола.
З) Маркировка фотошаблона в соответствии с конструкторской документацией - надпись внизу стекла.
Расчет коррекции на размеры элементов для подготовки информации
Кодировочные размеры элементов максимально приближаются к их размерам на пластине. Однако, проектирование топологии ведется в шаге сетки,
а разница между кодировочным и реальным размерами должна компенсиро-
ваться за счет коррекции. При экспонировании элементов рисунка по электронному резисту на шаблоне размер элементов увеличивается на 0.2 мкм.
Процесс фотолитографии приводит к увеличению размера светлого элемента
на 0.4 мкм. Кроме этого, необходимо учитывать процессы травления хрома
на шаблоне, травление формирующих слоев на пластине. Величины коррекций задаются технологами по процессам и отражаются в документе, называемом "Техническое задание на перенос изображения". Каждый этап переноса
дает свою величину коррекции, которая записывается в отдельную графу.
Суммарную коррекцию вычисляет разработчик. По "ТЗ на перенос изображения" проводится коррекция информации изготовления фотошаблонов.
Общее правило расчета коррекции - для светлых элементов коррекция отрицательна, т.к. они увеличиваются, для темных - положительная.
Маршрут подготовки информации для изготовления фотошаблонов
Когда топология микросхемы разработана и проверена, когда тестовый
модуль также подготовлен, следует провести ряд стандартных операций по
подготовке информации перед тем, как передать магнитный носитель на технологический участок изготовления фотошаблонов.
А) Формирование кадра экспозиции. Рабочие и тестовые модули собираются в один большой суперкристалл с размером, равным шагу мультипликации. На этом этапе определяются места для размещения фигур контроля
размеров и совмещаемости.
Б) Слияние контуров. Если контур составлен из нескольких прямоугольников, то при введении отрицательной коррекции прямоугольники уменьшаются и контур разорвется. Операция слияния предотвращает разрывы контуров.
В) Введение коррекции на размеры элементов в соответствии с "ТЗ на
перенос изображений".
Г) Компиляция информации - это разбиение всего рисунка на элементарные области экспонирования в ЭЛУ - прямоугольники не более 30 x 30 мкм.
Д) Обращение тональности для негативных слоев. Это перекодировка
информации, при которой будут экспонироваться не элементы, а зазоры
между ними.
Е) Обращение зеркальности рисунка, если потребуется ( смотри раздел
1 ).
Ж) Объединение основной и служебной информации. Автоматически
вводятся фигуры контроля размеров и совмещения, знаки базирования, темная рамка, метки мультипликации, маркировка фотошаблона.
З) Преобразование масштаба изображения. Фотошаблоны на ЭЛУ изготавливают в масштабе 10 : 1; 5 : 1 и 1 : 1.
И) Перенос информации на магнитный носитель.