CC BY
41СХЕМОТЕХНИКА И ПРОЕКТИРОВАНИЕ
УДК 621.3.049.77
Опыт изготовления прецизионных фотошаблонов с применением высокоточных генераторов изображения
В.А. Беспалов, В.А. Овчинников, Н.И. Сидоренко, Д.В. Базанов, А.Н. Беленков Национальный исследовательский университет «МИЭТ»
В. Дорл, И. Штольберг У181есЕ1ес1гопБеашСшЬН (г. Йена, Германия)
Представлен опыт применения многолучевого лазерного генератора изображения и электронно-лучевого генератора изображения с изменяемой геометрией луча для переноса изображения топологического рисунка интегральной схемы на фотошаблонах с использованием технологии, обеспечивающей геометрическую форму топологического элемента, максимально приближенную проектным данным. Адекватность разработанной технологии изготовления прецизионных фотошаблонов подтверждена результатами контроля при изготовлении смешанных комплектов.
Ключевые слова: фотолитография, производство фотошаблонов, экспонирование.
При производстве ИС важнейшим компонентом технологического оснащения кристального производства является комплект фотошаблонов, каждый из которых представляет собой металлизированную фотомаску (хром на стекле) с топологическим рисунком ИС, используемым для проекционного переноса на кремниевую пластину. Неотъемлемая часть технологического процесса изготовления фотошаблонов - операция автоматического контроля топологического рисунка ИС на фотошаблоне на соответствие проектным данным, обеспечивающая поиск недопустимых дефектов [1]. Принцип контроля заключается в создании при помощи специального программно-аппаратного комплекса изображения топологического рисунка фотошаблона (реальный образ) и сравнении его с эталонными проектными данными (эталонный образ). Все несовпадения топологического рисунка фотошаблона и проектных данных классифицируются как дефекты. При этом достоверность результатов контроля будет зависеть от точности передачи геометрической формы элементов топологического рисунка ИС на фотошаблоне в процессе формирования изображения в резистивной маске на генераторах изображения. Технические требования к фотошаблонам определяются нормами проектирования (ТесЬпо^уКоёеБ) интегральных микросхем, а точность их изготовления будет зависеть от технических характеристик специального технологического оборудования, используемого в процессе производства.
В настоящее время для экспонирования резистов по заданной управляющей информации используются методы электронографии и оптические, которые реализуются на электронно-лучевых и лазерных генераторах изображения соответственно. Анализ методов
© В.А. Беспалов, В.А. Овчинников, Н.И. Сидоренко, Д.В. Базанов, А.Н. Беленков, В. Дорл, И. Штольберг, 2012
формирования скрытого изображения оригинала топологии ИС показал, что оптические методы характеризуются высокой производительностью и относительной простотой технологического процесса и более низкой стоимостью оборудования по сравнению с электронно-лучевыми системами, но при этом не обеспечивают достаточно высокое фотолитографическое разрешение (нужный минимальный размер элемента) на фотошаблоне.
Метод электронолитографии, с одной стороны, обеспечивает высокое разрешение процесса литографии, т.е. позволяет получить существенно меньшие размеры элементов структур в резисте, с другой стороны, характеризуется более длительным временем формирования структуры, высокой сложностью технологического процесса, высоким уровнем стоимости оборудования и затрат на его эксплуатацию (CoO / CostofOwnership).
В научно-исследовательской лаборатории проектирования и изготовления фотошаблонов МИЭТ разработана последовательность операций при изготовлении фотошаблонов, которая учитывает особенности указанных методов экспонирования и обеспечивает разумный компромисс при их комбинации. При этом предпочтение отдается методам, обеспечивающим меньший уровень затрат при одновременном выполнении требований, предъявляемых к точности и качеству.
Известно, что комплект фотошаблонов для изготовления ИС с проектными нормами 180 нм состоит из стандартных бинарных фотошаблонов (Standart Binary Mask) хром на стекле, сложных бинарных фотошаблонов (The Advanced Binary Photomask), имеющих элементы компенсации оптической близости ОРС (Optical Proximity Correction) и фазосдвигающих фотошаблонов PSM (Phase Shift Mask) для формирования топологического рисунка ИС на кремниевой пластине с применением техники повышения разрешения RET (Reticle Enhancement Technique).
При создании стандартных бинарных фотошаблонов используется лазерный многоканальный генератор изображения ЭМ-5189, который обладает высокой производительностью. Точность передачи геометрической формы элементов топологического рисунка ИС на фотошаблоне обеспечивается на этапе формирования изображения в резистивной маске при помощи структур ОРС, которые на фотошаблоне не прорабатываются сами по себе, а только оказывают влияние на форму элементов топологии [2]. Для изготовления сложных бинарных фотошаблонов применяется электронно-лучевой генератор изображения Vistec SB350 (VSB) с изменяемой геометрией луча. В этом случае для улучшения качества формируемых изображений на этапе переноса топологических структур с фотошаблона на полупроводниковую пластину описание структур OPC вводится как описание элементов топологии, которые формируются на фотошаблоне. В состав установки VSB входят: базовое устройство с координатной системой и электронно-оптической колонной, камера обеспыливания, стандартизованный механический интерфейс (SMIF), система автоматизированной загрузки-выгрузки подложек (рис.1).
Основные технические возможности электронно-лучевого генератора изображений с изменяемой геометрией луча следующие:
- применение 50-кэВ электронно-оптической колонны;
- генерирование электронного луча с изменяемой геометрией и отклонение луча по принципу векторного сканирования (режим экспонирования VectorScan);
- непрерывное перемещение координатного стола в пределах 297*297 мм;
- измерение позиций прецизионного стола с помощью лазерной измерительной системы с разрешением 0,65 нм;
Рис.1. Общий вид колонны и камеры обеспыливания (а), рабочее место оператора (б)
и SMIF-порт с контейнером (в)
- оптическое измерение высот для компенсации неровностей подложек;
- изготовление фотошаблонов на стеклянных заготовках с габаритными размерами в соответствии со стандартом SEMI 5009, 6025, 7012;
- возможность дооснащения данной установки с целью проведения прямого экспонирования на кремниевых пластинах;
- автоматическая система внешней и внутренней загрузки-выгрузки подложек в чистой климатической камере;
- объемный пакет программного обеспечения для эксплуатации, управления и контроля электронно-лучевого генератора изображения с изменяемой геометрией луча;
- высокая степень удобства при подготовке топологических данных, комфортабельное программное обеспечение для управления процессами экспонирования;
- возможность экспонирования в несколько проходов для обеспечения высокого качества формирования края топологического элемента и высокой точности расположения структур;
- возможность эффективного изготовления фотошаблонов с элементами OPC (рис.2);
- возможность компенсации эффекта близости за счет дифференцирования доз экспонирования для отдельных фрагментов.
Моделирование процесса и разбиение экспонируемой области на отдельные фрагменты осуществляется при помощи программы компенсации эффекта близости PEC (Proximity Effect Correction), встроенной как опция в общий пакет программного обеспечения установки VSB. Фактические величины доз вычисляются и включаются в процедуру подготовки данных для управляющей информации.
На рис.3 показан принцип разбиения топологического элемента на фрагменты и присвоения им разных доз экспонирования для компенсации влияния эффекта близости на геометрическую форму формируемого топологического элемента. В случае фиксированной дозы имеет место нарушение геометрической формы топологического элемента относительно проектных данных.
Варьирование величины дозы экспонирова- Рис.2. АСМ-изображение фрагмента то-ния позволяет компенсировать эффект пологического элемента фотошаблона в близости слое электронорезиста со структурами
ОРС типа сериф
Рис. 3. Принцип разбиения экспонируемой области на отдельные фрагменты при помощи программы компенсации эффекта близости
На рис.4 представлена модель топологического рисунка с тестовыми элементами размером от 0,6 до 1,2 мкм с рассчитанной дифференцированной дозой экспонирования. На рис.4,б представлена фотография экспонированного фрагмента топологического рисунка в слое резиста.
Рис. 4. Изображение модели распределения дозы экспонирования в зависимости от размера и местоположения элемента (а) и фотография фрагмента тестового топологического рисунка в резисте с коррекцией эффекта элемента близости (б)
При исследовании процесса экспонирования элементов топологического рисунка фотошаблонов при помощи установки Vistee SB350 установлено, что вертикально и горизонтально расположенные элементы воспроизводятся с одинаковым номинальным значением. На рис.5 показаны результаты измерений на электронном микроскопе вертикальных и горизонтальных структур с кодировочными значениями 100 нм.
На основе технологии лазерного и электронно-лучевого экспонирования изображения топологического рисунка разработан технологический процесс изготовления смешанных комплектов фотошаблонов. Стандартные бинарные фотошаблоны изготавливаются на лазерном генераторе ЭМ-5189, а сложные бинарные фотошаблоны -на Vistee SB350. Для обеспечения совмещаемости фотошаблонов разработан и внедрен
Рис. 5. Фрагмент топологического рисунка вертикально (а) и горизонтально (б) расположенных элементов
метод аттестации сетки координатных столов генераторов изображения при помощи метрологической станции IPRO. Метод основан на определении абсолютных координат местоположения топологических элементов в рабочем поле фотошаблона, определении величины коэффициентов коррекции координатной сетки, введении коэффициентов коррекции в управляющую информацию для максимального приближения сетки координатных столов проектным данным.
Аттестация фотошаблонов по параметру «совмещаемость», изготовленных на разных генераторах изображения с аттестованными сетками координатных столов, показала, что внедренная методика обеспечивает выполнение точностных параметров фотошаблонов смешанного комплекта в установленных пределах технологических границ.
На рис.6 показаны сетки координатного стола генератора ЭМ-5189, координатного стола генератора Vistec SB350 и сетки проектных данных, а также результаты совмещения фотошаблонов смешанного комплекта.
Таким образом, на основе опыта применения многолучевого лазерного генератора изображения и электронно-лучевого генератора изображения с изменяемой геометрией луча для переноса изображения топологического рисунка интегральной схемы на фотошаблонах разработан технологический процесс изготовления смешанных комплектов фотошаблонов, состоящих из стандартных и сложных бинарных фотошаблонов для
Рис.6. Координатная сетка фотошаблона установок ЭМ-5189 (а), SB350 B (б)
и фотошаблонов смешанного комплекта (в)
производства ИС с проектными нормами до 180 нм. Использование технологии коррекции геометрической формы топологических элементов на фотошаблонах и компенсация эффекта близости обеспечивают воспроизведение геометрической формы топологического элемента на фотошаблоне, максимально приближенной проектным данным.
Полученные результаты опробованы и реализованы на технологической линии МИЭТ при изготовлении смешанных комплектов фотошаблонов для производства электронных компонентов методами проекционной и контактной литографии. При этом технические параметры фотошаблонов выполнены в соответствии с требованиями технологического уровня, указанного в международной карте (ITRS road map).
Литература
1. Аваков С.М., Карпович С.Е. Овчинников В.А., Титко Е.А. Операции контроля топологии в технологическом процессе изготовления фотошаблонов // Электроника. Инфо. - 2008. - № 1. - С. 43-49.
2. Лазерная литография. Коррекция формы субмикронных элементов / С. Аваков, В. Беспалов, В. Овчинников и др. // Электроника: НТБ. - 2009. - Вып. № 8. - С. 82-85.
Статья поступила после доработки 28 декабря 2011 г.
Беспалов Владимир Александрович - доктор технических наук, первый проректор МИЭТ по научной и инновационной деятельности, заведующий кафедрой проектирования и конструирования интегральных микросхем МИЭТ. Область научных интересов: технология ИС на основе сложных полупроводников, фотоэлектроника, зондовая микроскопия.
Овчинников Вячеслав Алексеевич - кандидат технических наук, начальник научно-исследовательской лаборатории проектирования и изготовления фотошаблонов (НИЛ ФШ) Центра «Технологии и испытания электронных компонентов» МИЭТ. Область научных интересов: методы, модели, алгоритмы технологических процессов изготовления фотошаблонов для производства сложных интегральных схем. E-mail:ova@fotoshablons.ru
Сидоренко Николай Иванович - директор Центра «Технологии и испытания электронных компонентов» МИЭТ. Область научных интересов: технологическое оборудование для микро- и наноэлектроники.
Базанов Дмитрий Владимирович - ведущий инженер НИЛ ФШ Центра «Технологии и испытания электронных компонентов» МИЭТ. Область научных интересов: разработка технологических процессов изготовления фотошаблонов для сложных интегральных схем.
Беленков Александр Николаевич - ведущий инженер-технолог НИЛ ФШ Центра «Технологии и испытания электронных компонентов» МИЭТ. Область научных интересов: разработка технологических процессов изготовления фотошаблонов для сложных интегральных схем.
Дорл Вольфганг - генеральный директор фирмы Vistec Electron Beam GmbH, (г. Йена, Германия). Область научных интересов: разработка, изготовление, инсталляция электронно-лучевых установок для формирования скрытого изображения топологического рисунка ИС на подложках.
Штольберг Инес - менеджер стратегического маркетинга фирмы Vistec Electron Beam Gmbh (г. Йена, Германия). Область научных интересов: исследование, разработка методов применения и эксплуатации электронно-лучевых установок.
