Универсальное решение для производства фотошаблонов и прямого экспонирования подложек

В современной фотолитографии при небольших объемах производства все чаще стараются уйти от классического контактного экспонирования через маску к прямому экспонированию подложек. Это обусловлено тем, что при огромной номенклатуре изделий количество штук в партии очень мало и изготавливать фотошаблон для 8–10 экспонирований экономически крайне неэффективно. Самым логичным решением в такой ситуации является использование систем безмасковой литографии.

Недавно немецкая компания MIVA Technologies GmbH выпустила установки MIVA 2030X и MIVA 2060X серии Mask Writer (рис. 1). Как утверждает производитель, они обладают целым рядом уникальных качеств, делающих эти системы незаменимыми как на производствах гибридных микросхем, так и на классических полупроводниковых микроэлектронных производствах.

Рис. 1. Установка безмасковой фотолитографии Miva 2030X/2060X серии Mask Writer

Работа установок 2030X/2060X основана на принципе растровой проекционной литографии с матрицей микрозеркал, чье положение формирует изображение на поверхности образца (рис. 2). Говоря проще, свет, излучаемый светодиодом, отражается от матрицы микрозеркал и проходит через объектив, попадая в определенную точку на поверхности подложки. Перемещая подложку под объективом, можно «набрать» на ней полное изображение. А матрица микрозеркал определяет тот фрагмент изображения, который формируется непосредственно в области засветки.

Рис. 2. Принципиальная схема устройства экспонирующего модуля установок 2030X/2060X

Проверка в российских условиях

Для того чтобы проверить возможности установок MIVA серии Mask Writer, мы, специалисты по микроэлектронике компании «Диполь», провели серию экспериментов, которая должна была определить, насколько немецкое оборудование подходит для необычных для него российских материалов и технологий.

Тест 1. Изготовление фотошаблонов для контактной фотолитографии

Поскольку установка, благодаря двум светодиодам с разными длинами волн (525 и 388 нм), может работать как с фотоэмульсией, так и с фоторезистом, мы решили начать с традиционных фотопластинок производства АО «Компания Славич». Были получены следующие результаты:

1. Экспонирование области размером 60×48 мм заняло 70 с, следовательно, скорость экспонирования составляет приблизительно 25 см²/мин.
2. Линии размером 5 и 2 мкм проявились хорошо, несмотря на то, что паспортное разрешение установки MIVA 2060X Mask Writer — 6,5 мкм.
3. Края линий ровные, разрывов, сдвигов и ступенек не обнаружено. Ширина линий в негативном и позитивном вариантах одинаковая. Темное поле на просвет плотное.

Таким образом, можно сделать вывод, что требования технологов к фотоэмульсионному шаблону выполнены с большим запасом (рис. 3).

Рис. 3. Фотоэмульсионный шаблон (MIVA 2060X)

Далее мы приступили к хромовым фото-шаблонам с позитивным фоторезистом ФП‑383 производства ЗАО «Фраст-М» (толщина фоторезиста на подложках — 1 мкм). Были получены следующие результаты:

1. Экспонирование области размером 60×48 мм заняло 6 мин, следовательно, скорость экспонирования составляет приблизительно 5 см²/мин.
2. Линии размером 5 и 2 мкм проявились хорошо.
3. Края линий ровные, разрывов, сдвигов и ступенек не обнаружено. Ширина линий в негативном и позитивном вариантах одинаковая.

Эти результаты позволяют заключить, что установка отлично подходит как для производства хромовых и железноокисных фотошаблонов, так и для фотоэмульсионных масок (рис. 4–8).

Рис. 4. Проявленный образец с позитивным фоторезистом после экспонирования на установке MIVA 2060X Mask Writer

Рис. 5. Образец с протравленной в слое хрома топологией

Рис. 6. Фото топологии на просвет через объектив оптического микроскопа

Рис. 7. Минимальные линии негативной экспериментальной топологии при рассмотрении на цифровом оптическом микроскопе

Рис. 8. Измерение подтверждает точность прорисовки топологии установкой MIVA 2060X Mask Writer

Тест 2. Возможность работы с партией подложек

С первой задачей установка справилась, и мы решили проверить, сможет ли она экспонировать не одну подложку, а целую партию. Для этого было подготовлено пять поликоровых подложек размером 60×48 мкм с метками совмещения в виде кругов диаметром 500 мкм. В программное обеспечение установки были введены характеристики меток и примерные координаты их нахождения, после чего видеокамера обнаруживала их и точно позиционировала проектор относительно подложки. Данная опция позволяет не только одновременно экспонировать несколько подложек, но и выполнять высокоточное совмещение слоев на одной подложке при изготовлении многослойных микросхем.

Результаты исследований позволяют говорить об установках MIVA 2030X/2060X серии Mask Writer как о мощнейшем инструменте для выпуска фотошаблонов с огромной производительностью сразу по двум технологиям и как об альтернативе контактной литографии для небольших партий. Учитывая, что в рабочей зоне размером 500×600 мм удается разместить по меньшей мере 70 поликоровых подложек размером 60×48 мм, можно говорить и о средних партиях (при этом без изготовления фотошаблона для каждого изделия).

Рабочая область установок Miva 2030X/2060X серии Mask Writer составляет 500×600 мм, что позволяет разместить на ней по меньшей мере 70 поликоровых подложек размером 60×48 мм или 40 круглых пластин диаметром 76 мм.

MIVA 2030X/2060X серии Mask Writer — единственные в мире установки, способные одновременно работать с двумя источниками излучения разной длины волны: 525 нм для фотоэмульсии и 388 нм для позитивного фоторезиста.