Установка контактной фотолитографии для полупроводниковых пластин с базовым срезом
Владельцы патента RU 2691159:
Публичное акционерное общество "Сатурн" (ПАО "Сатурн") (RU)
Изобретение относится к устройствам, предназначенным для совмещения рисунков на фотошаблоне и полупроводниковой пластине в процессе ее фотолитографической обработки и может быть применено при изготовлении фотопреобразователей. Заявленная установка контактной фотолитографии для полупроводниковых пластин с базовым срезом включает столик для совмещения, держатель полупроводниковых пластин, фотошаблон для лицевой стороны полупроводниковых пластин, источник освещения и микроскопы с двойным монитором. При этом столик для совмещения и держатель выполнены в виде фотошаблона для тыльной стороны полупроводниковых пластин, который снабжен вакуумными отверстиями, уплотнительной рамкой, установочными элементами в виде дисков и расположен на каретке в виде опорной плиты со встроенными вакуумными камерами. Фотошаблон для лицевой стороны полупроводниковых пластин выполнен с углублениями для вышеупомянутых дисков, а источник освещения выполнен в виде металлического короба, в крышке и дне которого расположены две лампы с эллиптическими отражателями, между которыми находятся элементы ограничения светового потока в виде полых цилиндров со светопоглощающей внутренней поверхностью. Причем между верхним и нижним элементами ограничения светового потока в передней стенке короба имеется отверстие для размещения вышеупомянутой каретки, а микроскопы выполнены пространственно зафиксированными на арочной панели, закрепленной на столешнице. Технический результат - повышение производительности за счет сокращения времени на подстройку оптического устройства при совмещении и расширение функциональных возможностей за счет двухсторонней фотолитографии. 3 ил.
Изобретение относится к устройствам, предназначенным для совмещения рисунков на фотошаблоне и полупроводниковой пластине в процессе ее фотолитографической обработки и может быть применено при изготовлении фотопреобразователей.
Известна установка фотолитографии ЭМ-576АМ (см. Техническое описание и инструкция по эксплуатации на сайте docplayer.ru), принятая за аналог и предназначенная для совмещения изображений на фотошаблоне и полупроводниковой пластине, переноса изображения с фотошаблона на пластину экспонированием фоторезистивного слоя пластины при фотолитографических процессах изготовления интегральных микросхем и полупроводниковых приборов.
Вышеуказанная установка включает блоки: совмещения, экспонирования и контроля совмещения, подготовки воздуха, питания лампы.
Фотошаблон устанавливается на плиту шаблонодержателя, фиксируется вакуумом. Совмещение рисунков фотошаблона и полупроводниковой пластины производится манипулятором совмещения при определенном зазоре, наблюдение за процессом совмещения осуществляется посредством микроскопа. По окончании совмещения производится механическое прижатие полупроводниковой пластины к фотошаблону, отвод микроскопов и экспонирование полупроводниковой пластины от осветителя с лампой ДРШ-350.
Недостаток данной фотолитографической установки применительно к производству фотопреобразователей заключается в том, что механическое прижатие полупроводниковой пластины к фотошаблону не обеспечивает качественного фотолитографического рисунка на высококонтрастном негативном фоторезисте Aznlof 2070, используемого для взрывных « Lift off» процессов при формировании лицевых контактов.
Признаки, общие с предлагаемой установкой контактной фотолитографии для полупроводниковых пластин с базовым срезом, следующие: применение контактного устройства, осветительного устройства, устройства оптического контроля.
Известна установка совмещения и экспонирования MDA-400LJ с ручным управлением MIDAS SYSTEM, Корея, (см. Описание и характеристики установки на сайте: МИНАТЕХ (микро и нано технологии), E-mail info@minatech.ru), принятая за прототип и представляющая экономичный вариант для использования в лаборатории, для проведения НИОКР и для малых объемов производства, включающая: 1)столик для совмещения, 2)многофункциональный держатель для полупроводниковых пластин и их фрагментов, 3)фотошаблон для лицевой стороны полупроводниковых пластин, 4)микроскоп двойного поля с двойным монитором, 5)источник ультрафиолетового излучения. Максимальное разрешение установки 1 микрон при использовании тонкого фоторезистивного слоя на Si пластине с вакуумным контактом, диаметр обрабатываемых пластин до 100 мм.
Недостаток данной установки фотолитографии применительно к технологии изготовления фотопреобразователей на трехкаскадных структурах GaInP/GaInAs/Ge в необходимости поиска знаков совмещения и подстройки микроскопов для выполнения операций совмещения на каждой пластине, что непроизводительно. Кроме того, отсутствует возможность двухсторонней фотолитографии на лицевой и тыльной сторонах.
Признаки, общие с предлагаемой установкой контактной фотолитографии для полупроводниковых пластин с базовым резом, следующие: применение столика для совмещения и держателя полупроводниковых пластин, фотошаблона для лицевой стороны полупроводниковых пластин, источника освещения, микроскопа с двойным монитором.
Технический результат, достигаемый предлагаемой установкой контактной фотолитографии для полупроводниковых пластин с базовым срезом заключается в повышении производительности за счет сокращения времени на подстройку оптического устройства при совмещении, расширении функциональных возможностей за счет двухсторонней фотолитографии.
Отличительные признаки предлагаемой установки контактной фотолитографии для полупроводниковых пластин с базовым срезом, следующие: 1) столик для совмещения и держатель выполнены в виде фотошаблона для тыльной стороны полупроводниковых пластин, снабженного вакуумными отверстиями, уплотнительной рамкой, установочными элементами в виде дисков и расположенного на каретке в виде опорной плиты со встроенными вакуумными камерами; 2) фотошаблон для лицевой стороны полупроводниковой пластины выполнен с углублениями для вышеупомянутых дисков; 3) источник освещения выполнен в виде металлического короба, в крышке и дне которого расположены две лампы с эллиптическими отражателями, между которыми находятся элементы ограничения светового потока в виде полых цилиндров со светопоглощающей внутренней поверхностью; 4) между верхним и нижним элементами ограничения светового потока в передней стенке короба имеется отверстие для размещения вышеупомянутой каретки; 5)микроскопы выполнены пространственно зафиксированными на арочной панели, закрепленной на столешнице.
Предлагаемая установка контактной фотолитографии для полупроводниковых пластин с базовым срезом иллюстрирована на фиг. 1а, б, в; 2; 3а, б, в. На фиг. 1а, б схематично изображены: фиг. 1а) б) - фрагменты установки с видом фотошаблона 1 для тыльной стороны полупроводниковой пластины 2 с базовым срезом 3, расположенной в стык на трех установочных элементах 4 в виде плоских металлических дисков, закрепленных на фотошаблоне 1, в котором выполнены отверстия 5, 6 соответственно для вакуумной фиксации полупроводниковой пластины 2 и фотошаблона 7 для лицевой стороны полупроводниковой пластины 2 (см. фиг. 1б); на фотошаблоне 1 расположена уплотнительная рамка 8 для обеспечения вакуумного зазора; фотошаблон 1 размещен на каретке 9 в виде опорной плиты с отверстием 10, в котором расположены вакуумные камеры 11, 12, снабженные разделительной перегородкой 13, а также нижней стенкой, прозрачной для экспонирующего излучения (на фиг. не показано) и выводными трубками 14; на каретке 9 закреплены прижимные планки 15 и установочные элементы 16 в виде металлических брусков с микровинтами 17; фотошаблон 7 для лицевой стороны полупроводниковой пластины 2 снабжен углублениями 18 для установочных элементов 4 в виде дисков (см. фиг. 1б); на фотошаблоне 7 закреплены опорные элементы 19 в виде металлических брусков с полированными гранями; каретка 9 расположена на столешнице 20; на фиг. 1в представлен общий вид установки контактной фотолитографии с фотошаблонами 1, 7 соответственно для тыльной и лицевой сторон полупроводниковой пластины 2 с базовым срезом 3, расположенной в стык на установочных элементах 4 в виде дисков; на фотошаблоне 7 для лицевой стороны полупроводниковой пластины 2 закреплены опорные элементы 19 в виде брусков, которые прижаты к микровинтам 17 посредством раскладывающихся прижимных планок 15; фотошаблон 1 для тыльной стороны полупроводниковой пластины 2 расположен на каретке 9 в виде опорной плиты с отверстием, в котором встроены вакуумные камеры (см. фиг. 1а) с выводными трубками 14; на каретке 9 закреплены установочные элементы 16 с ввернутыми микровинтами 17; источник освещения выполнен в металлическом коробе 21, в крышке и дне которого расположены две лампы 22 с эллиптическими отражателями 23, между которыми находятся элементы 24 ограничения светового потока в виде цилиндров со светопоглощающей внутренней поверхностью; между верхним и нижним элементами 24 ограничения светового потока в передней части короба 21 имеется отверстие 25 для размещения каретки 9 с фотошаблонами 1, 7 и полупроводниковой пластиной 2; перемещение каретки 9 осуществляется по направляющим уголкам 26; цифровые микроскопы 27 пространственно зафиксированы на арочной панели 28, которая закреплена на столешнице 29; для контроля совмещения используются два монитора 30.
На фиг. 2 представлены спектры отражения: 1-от металлической поверхности защитного короба и 2-от светопоглощающей поверхности элемента ограничения светового потока осветительного устройства.
На фиг. 3а, б, в представлен вид знаков совмещения, наблюдаемых в используемых цифровых микроскопах: а) - до; б) - после совмещения; в) - знаки совмещения предпочтительной конфигурации.
В качестве конкретного примера установку контактной фотолитографии для полупроводниковой пластины с базовым срезом применяют при изготовлении фотопреобразователей со встроенным диодом на трехкаскадных эпитаксиальных структурах GaInP/GaInAs/Ge, выращенных на германиевой подложке диаметром ∅ 100 мм, толщиной 145÷160 мкм, с базовым срезом протяженностью ~ 30 мм. Габаритные размеры фотопреобразователей 40×80 мм.
На фотошаблон 1 (размером 127×127 мм) для тыльной стороны полупроводниковой пластины 2 укладывают полупроводниковую пластину 2 с нанесенным на ее лицевую сторону слоем негативного фоторезиста Aznlof 2070 толщиной ~ 8 мкм. Полупроводниковую пластину 2 с базовым срезом 3 располагают в стык (в том числе базовым срезом 3) на три установочных элемента 4 в виде плоских металлических дисков толщиной ~ 0,2 мм, закрепленных на фотошаблоне 1 и присасывают вакуумом через отверстия 5, выполненные в фотошаблоне 1(см. фиг. 1а).
Фотошаблон 1 с уплотнительной рамкой 8 размещен на каретке 9 в виде опорной плиты с отверстием 10, в котором расположены вакуумные камеры 11, 12, снабженные разделительной перегородкой 13, нижней стенкой, прозрачной для экспонирующего излучения и выводными трубками 14. Опорная плита каретки 9 выполнена из листа оргстекла толщиной 10 мм.
Затем на полупроводниковую пластину 2 укладывают фотошаблон 7 с рисунком лицевых контактов фотопреобразователей и диодов, располагаемым по центру полупроводниковой пластины 2 посредством опорных 19 и установочных 16 элементов с микровинтами 17, закрепленных соответственно на фотошаблоне 7 и каретке 9(см. фиг. 1б).
В фотошаблоне 7 выполнены углубления 18 для размещения установочных элементов 4 в виде плоских металлических дисков. Осуществляется вакуумное присасывание фотошаблона 7 к полупроводниковой пластине 2 через отверстия 6 в фотошаблоне 1 и через соответствующие секцию 12 вакуумной камеры с выводной трубкой 14. Уплотнительная рамка 8, выполненная из листа «Изофлекса», обеспечивает вакуумный зазор между фотошаблонами 1 и 7. При использовании фотошаблона 1 в качестве держателя полупроводниковых пластин 2, имеющих сколы, незадействованные вакуумные отверстия 5 перекрывают.
Каретку с фотошаблонами 1, 7 и полупроводниковой пластиной 2 перемещают в осветительное устройство через отверстие 25 в защитном металлическом коробе 21 (см. фиг. 1в). Источник освещения содержит ртутную дуговую лампу ДРТ-1000 с трубчатой колбой 22 (линейным размером ~18 см), эллиптический отражатель 23 и элементы 24 ограничения светового потока в виде полых цилиндров диаметром ~12 см, длиной ~30 см с внутренней светопоглощающей поверхностью (из черной наждачной бумаги), что обеспечивает формирование светового потока с параллельным ходом световых лучей и минимальным светорассеянием (см. фиг. 2).
Температурный режим лампы 22 регулируется вытяжной вентиляцией. Управление вакуумными клапанами раздельных каналов на полупроводниковую пластину 2 и фотошаблон 7 осуществляется посредством педальных электропереключателей (на фиг. не показано).
После формирования фоторезистивной маски с отрицательным клином выполняют напыление и «взрыв» лицевой металлизации фотопреобразователя и диода. Далее наносят слой позитивного фоторезиста ФП-9120-2 толщиной ~2 мкм. Полупроводниковую пластину 2 с базовым срезом 3 укладывают на установочные элементы 4, что обеспечивает воспроизводимое позиционирование с точностью ±20 мкм, выполняют вакуумное присасывание. Укладывают на полупроводниковую пластину 2 фотошаблон 7 с рисунком «мезы». Предварительное позиционирование фотошаблона 7 относительно полупроводниковой пластины 2 осуществляется за счет опорных и установочных элементов, аналогичных 19, 16, 17 с последующим их взаимным прижатием раскладывающимися прижимными планками 15. Далее выполняют прецизионное совмещение рисунков на фотошаблоне 7 и полупроводниковой пластине 2 с помощью цифровых микроскопов 27 Levenhuk DTX50 с оптическим увеличением х20 крат. Изображения знаков совмещения выводятся на экраны двух мониторов (см. фиг. 3а, б). В силу особенностей видеосигнала используемых цифровых микроскопов 27 более узкий рисунок знака совмещения в виде креста на фотошаблоне 7 предпочтительно должен иметь больший линейный размер (см. фиг. 3в) для обеспечения четкой видимости за пределами более широкого знака креста на полупроводниковой пластине 2, что позволяет реализовать совмещение с точностью ±2 мкм. Выполняют вакуумное присасывание фотошаблона 7 к полупроводниковой пластине 2.
Перемещают каретку с фотошаблонами 1, 7 и полупроводниковой пластиной 2 по направляющим уголкам 26 в осветительное устройство, при этом нет необходимости в отводе цифровых микроскопов 27, пространственно зафиксированных на арочной панели 28, что позволяет сохранять однократно выполненную оптическую настройку для совмещения последующих полупроводниковых пластин 2 и способствует повышению производительности выполнения операции. После формирования фоторезистивной маски осуществляют меза-травление для электроизоляции фотопреобразователя и диода.
Возможность совмещенной фотолитографии на лицевой и тыльной сторонах полупроводниковой пластины 2 обеспечивается предварительной юстировкой опорных и установочных элементов 19, 16, 17 с совмещением рисунков на фотошаблонах 1, 7.
Предлагаемая установка контактной фотолитографии для полупроводниковых пластин с базовым срезом обеспечивает необходимое для производства фотопреобразователей со встроенным диодом качество фотолитографического рисунка, проста и экономична в эксплуатации.
Установка контактной фотолитографии для полупроводниковых пластин с базовым срезом, включающая столик для совмещения, держатель полупроводниковых пластин, фотошаблон для лицевой стороны полупроводниковых пластин, источник освещения и микроскопы с двойным монитором, отличающаяся тем, что столик для совмещения и держатель выполнены в виде фотошаблона для тыльной стороны полупроводниковых пластин, который снабжен вакуумными отверстиями, уплотнительной рамкой, установочными элементами в виде дисков и расположен на каретке в виде опорной плиты со встроенными вакуумными камерами, при этом фотошаблон для лицевой стороны полупроводниковых пластин выполнен с углублениями для вышеупомянутых дисков, кроме того, источник освещения выполнен в виде металлического короба, в крышке и дне которого расположены две лампы с эллиптическими отражателями, между которыми находятся элементы ограничения светового потока в виде полых цилиндров со светопоглощающей внутренней поверхностью, причем между верхним и нижним элементами ограничения светового потока в передней стенке короба имеется отверстие для размещения вышеупомянутой каретки, а микроскопы выполнены пространственно зафиксированными на арочной панели, закрепленной на столешнице.
