CC BY
19Процесс исправления прозрачных дефектов характеризуется необходимостью обеспечения основных параметров, характеризующих качество технологического процесса - степенью адгезии осаждаемого вещества к подложке фотошаблона, высотой осаждаемого фрагмента топологии и точностью местоположения ремонтируемого фрагмента топологии фотошаблона. Нарушение адгезии «заплатки» к маскирующему покрытию в процессе эксплуатации может привести либо к неработоспособности интегральной микросхемы, либо к изменению ее технических параметров. Необходимость формирования минимальной высоты осаждаемого материала на поверхности маскирующего покрытия фотошаблона при устранении краевых дефектов вызвано тем, что точное формирование геометрической формы «ремонтируемого» элемента обеспечивается при помощи испарения импульсным лазером. Степень повреждения стекла в месте испарения тем больше, чем выше осажденная «заплатка», кроме того, избыточная высота существенно затрудняет процесс устранения краевого подпыла.
Процесс устранения прозрачных дефектов фотошаблонов на установке лазерной ретуши ЭМ-5001Б. Для проведения исследований технологического процесса устранения прозрачных дефектов и определения режимов оборудования в работе использовалась лазерная установка ретуши ЭМ-5001Б производства РУП «КБТЭМ-ОМО» (Минск, Беларусь).
Характерной особенностью данной установки является сочетание двух рабочих лазеров (импульсного и непрерывного), которые позволяют устранять как непрозрачные, так и прозрачные дефекты фотошаблона в едином технологическом цикле.
Для устранения прозрачных дефектов типа «прокол», «разрыв, «вырыв» технологический процесс проводится в режиме «Осаждение» с использованием лазера непрерывного действия. Объектом исследования был тестовый фотошаблон, на котором при неподвижном координатном столе нанесены металлические «заплатки»путем лазерно-стимулированного осаждения из газообразной фазы. Энергия лазерного луча изменялась от 136 до 270 мДж, время нагрева в точке от 1 до 19 с, при этом дискретность составляла 2 с. Технологические режимы и результаты измерения представлены в табл. 1.
Таблица 1
Результаты измерения диаметра осажденного вещества (в мкм)
Энергия лазера, мДж Время нагрева, с
1 3 5 7 8 13 15 17 19
136 3,70 4,60 5,40 5,90 6,50 7,40 8,00 8,20 8,50
150 4,40 5,10 5,70 6,22 7,00 7,80 8,40 9,00 9,60
180 4,70 6,00 6,80 7,70 8,80 10,30 10,90 11,70 11,80
210 5,60 6,40 7,60 9,00 10,60 12,10 13,30 13,80 14,20
240 5,80 7,20 8,40 10,10 11,50 13,00 13,70 14,30 14,80
270 6,40 7,90 9,40 10,90 12,50 14,10 15,10 15,60 16,40
Экспериментальным путем установлено, что при неподвижном координатном столе при осаждении вещества в точке диаметр осаждаемого элемента зависит от величины энергии непрерывного лазера и времени нагрева в заданной точке. Это связано с тем, что в точке осаждения происходит местный разогрев стекла лазерным лучом до 400 °С, в результате которого происходит разложение гексакарбонила молибдена с выделением окиси углерода и мелкодисперсного молибдена:
Мо(СО)б ^Мо + 6 СО|.
Разработка технологии ретуширования фотошаблонов.
§ 18'00 16,00
Н
В 14,00 S
Ч 12,00 Г)
10,00
о
8,00
6,00 4,00 2,00
1 3 5 7 9 13 15 Время нагрева, с
Рис.1. Зависимость диаметра осажденного материала от энергии лазерного излучения и времени нагрева
Учитывая гауссово распределение энергии в пятне лазера, определено, что диаметр осаждаемого элемента и величина подпыла тем больше, чем больше энергия лазера и время нагрева. На рис.1 показана зависимость изменения диаметра осаждаемого элемента от энергии лазера и времени нагрева.
Анализ полученных результатов показал, что, изменяя указанные параметры режима осаждения, при устранении прозрачного дефекта можно формировать «заплатку» нужного размера. Однако следует отметить, что при неподвижном координатном столе изменение градиента температуры от центра нагрева к краям
может привести к неадекватности воспроизведения технологического процесса и, как следствие, к неоднородности осаждаемого материала по площади. Адекватность воспроизведения процесса, как показано в работе [4], обеспечивается за счет режимов скорости и длины трассы перемещения координатного стола, плотности энергии непрерывного лазера, времени нагрева, так как ширина осаждаемой линии меняется в зависимости от этих параметров.
Для определения режимов установки лазерной ретуши для устранения краевых дефектов было проведено исследование влияния энергетических параметров, скорости перемещения координатного стола, кратности проходов и длины осаждаемой линии на высоту формируемой «заплатки». Измерения высоты осажденного материала на прозрачную область, имитирующую дефект, проводились на установке Alpha Step 200 ( фирмы KLA Tencor). Технологические режимы осаждения и результаты измерения высоты осажденной линии представлены в табл.2.
Таблица 2
Режимы осаждения и результаты измерений высоты осажденного материла
Энергия/скорость мДж/ мкм-с-1 Число проходов Длина осажденной линии, мкм Высота осажденного материала, мкм
136/0,3 1 30 3
136/0,3 2 30 10
136/0,3 3 30 18
136/0,3 1 40 4
136/0,3 1 45 5,5
В результате анализа полученных результатов установлено, что для устранения подпыла, а также во избежание нарушения геометрической формы элемента при переносе изображения фотошаблона на кремниевую пластину за счет теневых эффектов устранение дефектов края элементов должно осуществляться за один проход, а величина подпыла на краю должна составлять не более 1,5 мкм.
Это позволяет обеспечить необходимую степень адгезии осаждаемого вещества к подложке фотошаблона. Размер ширины осаждаемой линии должен быть больше размера дефекта на 20%. На рис.2 показан пример осаждения материала на прозрачный дефект типа «вырыв». При этом выбраны следующие режимы осаждения: энергия излучения лазера Е = 137 мДж; скорость перемещения координатного стола V = 0,8 мкм/с; количество проходов - 1; отступ от края линии Ь = 4 мкм, длина трассы осажденной линии равна 16 мкм.
а б в
Рис.2. Осаждение материала на прозрачный дефект: а - выход в координату устраняемого дефекта
фотошаблона; б - осаждение металла в область дефекта; в - удаление распыленного материала
на краю элемента
В результате проведенных исследований определена зависимость изменения диаметра осаждаемого элемента от времени нагрева в заданной точке и величины энергии лазерного луча. Установлено, что высота линии осаждаемого материала зависит от величины энергии непрерывного лазера (увеличивается с увеличением энергии), кратности проходов (увеличивается с увеличением количества проходов) и длины осаждаемой линии (увеличивается при увеличении длины трассы). Используя установленные зависимости, определены технологические режимы осаждения материала на прозрачный дефект фотошаблона, обеспечивающие максимальную плотность осаждаемого материала по всей площади ремонтируемого участка и минимальное распыление вещества на краях топологических элементов
Полученные результаты опробованы и реализованы на производственной линии ЦКП МИЭТ при изготовлении фотошаблонов для контактной и проекционной литографии для обеспечения производства изделий МЭМС, заказных БИС с рабочим полем 100x100 мм, размером топологического элемента на фотошаблоне, равным 0,8 мкм. При этом на фотошаблонах недопустимые дефекты размером более 0,5 мкм были устранены. Технологические операции контроля и поиска недопустимых дефектов выполнялись на установке контроля ЭМ-6029М, объединенной вместе с установкой лазерной ретуши ЭМ-5001Б в единый технологический процесс.
Литература
1. Ионно-лучевая установка для ремонта фотошаблонов// Электроника. - 1986. - № 1. - Т. 59. - С. 98.
2. Беспалов ВА., Овчинников ВА., Базанов Д.В., Аваков С.М. Методы устранения дефектов топологии интегральных микросхем на фотошаблонах // Изв. вузов. Электроника. - 2008. - № 6. - С. 20-29.
3. Оптико-механические комплексы для бездефектного изготовления фотошаблонов 0,35 мкм и 90 нм / В.А.Овчинников, С.М.Аваков, В.А.Карпович и др. // Фотоника. - 2007. - № 6. - С. 35-39.
4. Овчинников В.А. Исследование технологического процесса устранения прозрачных дефектов маскирующего покрытия фотошаблонов // Изв. вузов. Электроника. - 2008. - № 5. - С. 11-17.
Статья поступила 12 мая 2009 г.
Овчинников Вячеслав Алексеевич - главный технолог Центра коллективного пользования «Микросистемная техника и элементно-компонентная база» МИЭТ. Область научных интересов: методы, модели, алгоритмы технологических процессов изготовления фотошаблонов для производства сложных интегральных схем. E-mail: ovchinnikov@unicm.ru
МИКРОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ
УДК 621.382.3
Определение параметров нелинейной модели мощных GaAs MESFET полевых транзисторов
С.А.Бахвалова
Московский государственный институт электронной техники (технический университет)
Предложена методика определения параметров модели Ангелова применительно к мощным GaAs MESFET-транзисторам. Определен минимальный набор параметров модели, позволяющий получить хорошее соответствие расчетных и экспериментальных вольт-амперных характеристик для ряда мощных транзисторов известных фирм.
Выбор и определение параметров нелинейной модели транзисторов являются залогом успеха при моделировании нелинейных СВЧ-устройств. В настоящее время существует ряд нелинейных моделей, удовлетворительно описывающих поведение полевых транзисторов в СВЧ-устройствах. К таким моделям относятся модели Статса [1], Кур-тиса [2] и Матерки [3]. Одной из последних моделей является модель Ангелова [4], разработанная для транзисторов MESFET и HEMT. Несмотря на существующее разнообразие моделей, моделирование относительно мощных нелинейных СВЧ-устройств с использованием полевых транзисторов на основе современных программ (ADS, Microwave Office, Ansoft Designer) затруднено, поскольку в технических описаниях, прилагаемых к современным мощным транзисторам, не приводятся (за редким исключением) параметры их нелинейных моделей.
В работах [3, 5] описан подход, позволяющий определить параметры нелинейной модели транзистора отдельно для статического и динамического режимов работы транзистора. В статическом режиме рассчитываются параметры модели транзистора по постоянному току исходя из условия совпадения расчетных и экспериментальных вольт-амперных характеристик транзистора. Для динамического режима используется набор измеренных ¿'-параметров. С помощью такого подхода для относительно маломощного транзистора (с током насыщения не более 50 мА) при использовании процедуры оптимизации рассчитаны параметры модели Матерки [5]. В связи с этим следует отметить, что для маломощных транзисторов в технических описаниях достаточно часто приводятся наборы вольт-амперных характеристик. Для мощных транзисторов (с током насыщения более 1 А) приводится лишь ограниченный набор электрических параметров, например ток насыщения Idss, максимальная крутизна переходной вольт-амперной характеристики gm и некоторые другие.
Цель настоящей работы - определение минимального набора параметров нелинейной модели мощных GaAs-транзисторов, адекватно отражающего основные особенно© С.А.Бахвалова, 2009
