Разработка и исследование технологического процесса, режимов оборудования и методик устранения прозрачных и непрозрачных дефектов при изготовлении фотошаблонов в полупроводниковом производстве тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.27.06, кандидат технических наук Овчинников, Вячеслав Алексеевич

• Овчинников, Вячеслав Алексеевич
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Овчинников, Вячеслав Алексеевич

Введение.

Глава 1. Состояние проблемы и задачи диссертационной работы

1.1. Классификация и спецификация фотошаблонов используемых в полупроводниковом производстве.

1.2. Принципы построения структуры базовой системы технологического процесса изготовления фотошаблонов в полупроводниковом производстве.

1.3. Обзор состояния технологического процесса производства фотошаблонов, методов поиска и устранения дефектов.

1.4. Анализ недостатков технологического процесса изготовления фотошаблонов, режимов оборудования и методик устранения недопустимых дефектов.

1.5. Цели и задачи диссертационной работы.

Выводы по главе 1.

Глава 2. Исследование и разработка технологического процесса коррекции геометрической формы топологических элементов фотошаблонов в процессе лазерной литографии.

2.1. Структуры коррекции геометрической формы элементов топологического рисунка фотошаблона.

2.2. Методика и последовательность операций формирования изображения элемента топологического рисунка в фоторезистивной маске.

2.3. Исследование влияния размера и местоположения структур коррекции на геометрическую форму элементов топологического рисунка фотошаблона.

Выводы по главе 2.

Глава 3. Исследование и разработка технологического процесса, режимов оборудования, методик устранения дефектов на фотошаблонах.

3.1. Разработка технологического пооперационного маршрута устранения прозрачных и непрозрачных дефектов на фотошаблонах.

3.2. Исследование и разработка технологического процесса, режимов оборудования устранения прозрачных дефектов.

3.2.1.Исследование режимов осаждения металла из газовой фазы при неподвижном координатном столе.

3.2.2. Исследование зависимости параметров изображения элемента, формируемого путем осаждения вещества от скорости перемещения координатного стола, плотности энергии непрерывного лазера, времени нагрева в заданной точке.

3.2.3. Исследование влияния режимов осаждения металла из газовой фазы на высоту осаждаемого фрагмента.

3.3. Исследование и разработка технологического процесса, режимов устранения непрозрачных дефектов.

Выводы по главе 3.

Глава 4. Результаты экспериментального исследования и практической реализации технологического процесса, режимов оборудования и методик устранения дефектов при изготовлении фотошаблонов в полупроводниковом производстве.

4.1. Состав модернизированной технологической линии и описание нового технологического процесса изготовления фотошаблонов.

4.2. Разработка методик настройки специального технологического оборудования для обеспечения, установленных точностных параметров фотошаблонов.

4.2.1. Методика аттестации координатного стола многолучевого лазерного генератора изображения ЭМ 5189.

4.2.2. Методика компенсации погрешности воспроизведения размеров элементов топологического рисунка.

4.2.3. Методика настройки установки контроля топологии и поиска дефектов ЭМ-6029М.

4.2.4. Режимы оборудования и методика измерения элементов топологического рисунка в ультрафиолетовом диапазоне источника освещения.

4.3. Результаты экспериментальной проверки предложенных режимов технологического оборудования.

4.4. Результаты изготовления фотошаблонов в соответствии с модернизированным технологическим процессом.

Выводы по главе 4.•.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование технологического процесса, режимов оборудования и методик устранения прозрачных и непрозрачных дефектов при изготовлении фотошаблонов в полупроводниковом производстве»

Актуальность проблемы. Развитие электронной техники, в особенности наиболее развивающейся ее части — микроэлектроники, требует неуклонного улучшения технических параметров интегральных микросхем и других изделий, в частности уменьшения проектных топологических норм, которые в настоящее время достигли суб-100 - нм диапазона. Например, зарубежные фабрики Intel, AMD, Infineon, Texas Instruments, Renesas производят интегральные микросхемы (ИС) с проектными нормами до 45 нм.

При производстве указанного класса СБИС важнейшим компонентом технологического оснащения кристального производства является основной инструмент литографического процесса - фотошаблон, представляющий собой металлизированную фотомаску, содержащую топологический рисунок интегральной микросхемы, и используемый для проекционного переноса этого изображения на кремниевую пластину.

Выдающийся вклад в развитие теории изготовления фотошаблонов для полупроводникового производства внесли такие отечественные и зарубежные ученые, как Валиев К.А., Мартынов В.В., Докучаев Ю.П., Алферов Ж.И., Черняев В.Н., Лаврищев В.П., Моро У и др.

В настоящее время вопросами производства фотошаблонов заняты ОАО «НИИМЭ и Микрон», ОАО «Ангстрем-Т», ФГУП «ФНПЦ НИИИС им. Ю.Е.Седакова». Наиболее известными производителями специального технологического оборудования для производства фотошаблонов являются компании ОМО-КБТЭМ, KLA-Tencor, HamaTech, Applied Materials, Vistec.

Несмотря на значительное число публикаций, некоторые аспекты теории и практики изготовления фотошаблонов остаются не до конца решенными. Так, одновременно с уменьшением проектных норм интегральных микросхем и увеличением количества элементов топологии ужесточаются технические требования к фотошаблону, технологическому процессу формирования изображения топологического рисунка в маскирующем слое, процессу поиска и устранения недопустимых дефектов. При кратности переноса изображения фотошаблона на полупроводниковую пластину, равной четырем, минимальный размер топологического элемента на фотошаблоне при проектной норме интегральной микросхемы, равной 350 и 180 нм составляет 1400 и 720 нм, точность воспроизведения 60 и 35 нм, размер недопустимых дефектов маскирующего слоя 500 и 280 нм соответственно. Очевидно, что в процессе изготовления фотошаблонов должны обнаруживаться и устраняться все типы недопустимых дефектов, так как наличие всего лишь одного пропущенного дефекта на фотошаблоне делает большую партию изготавливаемых приборов неработоспособной.

Вместе с тем существующие стандартные технологические линейки и процессы имеют ряд недостатков, которые при изготовлении фотошаблонов приводят к таким негативным явлениям, как нарушение геометрической формы элементов топологического рисунка фотошаблонов; наличие вероятности повреждения поверхности стекла фотошаблона и изменение размера элементов топологического рисунка при устранении непрозрачных дефектов в месте воздействия импульсным лазером; неконтролируемый процесс формирования «заплатки» нужного размера на прозрачный дефект; несовершенная методика настройки комплекса оборудования и реализованного на нем технологического процесса. Указанные недостатки еще больше влияют на качество фотошаблонов при уменьшении размеров топологических элементов.

Кроме того, при уменьшении проектных норм ИС для обеспечения качества изображения элементов топологического рисунка, возникает необходимость применения структур коррекции - ОРС (Optical Proximity Correction) и техники повышения разрешения - RET (Resolution Enhancement Technique). При этом вспомогательные структуры ОРС и PSM (Phase Shift Mask), которые обеспечивают повышение разрешающей способности оптической системы установок проекционной литографии при переносе изображения на кремниевую пластину, могут быть существенно меньше проектной нормы интегральной микросхемы. Все это требует разработки методов компенсации ошибок изображения элементов топологического рисунка непосредственно на фотошаблоне с целью улучшения его качества и максимального приближения геометрического рисунка топологического элемента к проектным данным.

В силу вышесказанного, российские производители интегральных микросхем с проектными нормами уровня до 180 нм необходимые фотошаблоны были вынуждены изготавливать на зарубежных фабриках, например, таких как Toppan Photomasks Inc, Photronics Inc, Dai Nippon Printing. При этом возникает проблема защиты авторских прав разработчиков и созданных ими продуктов от несанкционированного доступа и копирования. Становится очевидным, что гарантировать изготовление информационно защищенных фотошаблонов можно только в условиях отечественного производства, например на технологической линии Центра коллективного пользования «Микросистемная техника и элементная компонентная база (ЦКП «МСТ и ЭКБ») МИЭТ.

Поэтому представляются актуальными исследования, направленные на разработку технологического процесса формирования изображения рисунка интегральной микросхемы в маскирующем слое фотошаблона для максимального приближения геометрического рисунка топологического элемента проектным данным и методик устранения недопустимых прозрачных и непрозрачных дефектов фотошаблонов для обеспечения производства интегральных микросхем с проектными нормами до 180 нм.

Цель и задачи диссертационной работы. Целью работы является разработка технологических процессов формирования изображения топологического рисунка интегральной микросхемы в маскирующем слое фотошаблона, режимов оборудования, методик устранения недопустимых дефектов фотошаблонов, изготовленных на технологической линии ЦКП «МСТ и ЭКБ» МИЭТ и предназначенных для производства интегральных микросхем уровня до 180 нм.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- разработать последовательность операций формирования скрытого изображения топологического рисунка для компенсации ошибок изображения элементов топологического рисунка непосредственно на фотошаблоне для улучшения его качества и максимального приближения геометрической формы элементов проектным данным, а также технологический процесс формирования изображения топологического рисунка в фоторезистивной маске с использованием алгоритмов коррекции геометрической формы элементов;

- разработать методику устранения недопустимых прозрачных дефектов фотошаблонов с использованием лазерно-стимулированного осаждения металлоорганического вещества из газообразной фазы на базе лазерной установки ретуши фотошаблонов;

- разработать оптимальные рекомендации по скорости перемещения координатного стола, плотности энергии непрерывного лазера, времени нагрева в заданной точке и определить зависимость параметров изображения элемента, формируемого путем осаждения вещества от технологических режимов оборудования; разработать методику устранения непрозрачных дефектов фотошаблонов, обеспечивающую отсутствие повреждения (травмирования) подложки фотошаблона и распыления остатков удаляемой металлизированной маски по полю подложки; исследовать зависимость степени повреждения стекла фотошаблона (травмирования подложки) при устранении непрозрачных дефектов от энергетических параметров наносекундного лазера установки ретуши, длительности импульса воздействия на дефект фотошаблона;

- разработать методику аттестации комплекса оборудования и реализованного на нем технологического процесса, включая процесс генерации изображения и поиска недопустимых дефектов, с целью обеспечения точностных параметров фотошаблонов, достоверных результатов контроля и адекватного определения степени критичности дефектов.

Научная новизна работы определяется комплексом теоретических и экспериментальных результатов, отражающих специфические особенности формирования изображения топологического рисунка интегральной микросхемы в маскирующем слое фотошаблона, поиска и устранения недопустимых дефектов для обеспечения производства интегральных микросхем, разработанных с проектными нормами уровня до 180 нм.

При проведении исследований в рамках данной диссертационной работы получены новые научные результаты:

- установлена зависимость изменения ширины линии осаждаемого элемента от скорости перемещения координатного стола установки лазерной ретуши (увеличивается с уменьшением скорости перемещении стола при постоянной энергии лазера), величины энергии непрерывного лазера (увеличивается с увеличением энергии лазера при постоянной скорости перемещении стола), времени нагрева в заданной точке, протяженности осажденной области, количества проходов лазерного луча, что позволило разработать методику устранения недопустимых прозрачных дефектов, основанную на исследовании закономерностей процесса лазерно-стимулированного осаждения металлоорганического вещества из газообразной фазы; установлена зависимость степени повреждения стекла от энергетических параметров наносекундного лазера, длительности импульса воздействия на поверхность стекла фотошаблона и от кратности увеличения объектива оптической системы лазерной установки и на ее основе разработана методика устранения непрозрачных дефектов маскирующего покрытия фотошаблона, исключающая катастрофическое повреждение стекла фотошаблона в месте воздействия импульсным лазером (травмирование подложки);

- установлена зависимость изменения геометрической формы элементов топологического рисунка от размера и местоположения структур коррекции, что позволило разработать метод моделирования изображения топологического рисунка фотошаблонов в фоторезистивной маске до проведения процесса экспонирования на генераторе изображения и последовательность операций формирования изображения топологического рисунка в фоторезистивной маске для компенсации ошибок изображения элементов топологического рисунка непосредственно на фотошаблоне, улучшения его качества и максимального приближения геометрической формы элементов проектным данным;

- разработана методика аттестации лазерного генератора изображения, которая заключается в точной настройке координатной сетки стола, обеспечивающей совместимость с генераторами изображения стратегических партнеров, путем введения поправочных коэффициентов;

- разработана методика настройки установки контроля топологии и поиска дефектов, которая основана на точном расчете необходимого количества циклов считывания рисунка топологии фотошаблона для подтверждения установленной вероятности обнаружения дефектов.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

- разработаны технологические маршрут и процесс изготовления бинарных фотошаблонов на модернизированной технологической линии для производства интегральных микросхем с проектными нормами до 180 нм, включая экспонирование на лазерных генераторах изображения (ЭМ-5189, DWL-200), физико-химический процесс обработки, финишную бесконтактную отмывку поверхности фотошаблонов, контрольно-измерительные операции, поиск и устранение недопустимых дефектов на установках ЭМ-6029М, ЭМ-5001Б, монтаж пелликлов;

- на основе разработанного процесса изготовлены сотни фотошаблонов с рабочим полем 100 х 100 мм, с размерами топологических элементов на фотошаблоне до 800 нм, на щелочных и кварцевых фотошаблонных заготовках размером 127 * 127 х 2.24 мм, 152,4 х 152,4 х 6,35 мм для установок проекционной и контактной литографии с кратностью переноса изображения на кремниевую пластину 10 и 5; а также 4 и 1 для производства изделий микросистемной техники (микроакселерометров и гироскопов), многофункциональных интегральных оптических элементов, микросхем с туннельными диодами, СВЧ-транзисторов, заказных СБИС на предприятиях ОАО «НИИМЭ и Микрон» (249П от 16.04.09), ФГУП «РНИИРС» (3/26.09), ООО «КронТех» (1-М-2805/205 от 05.05.08), ОАО «САТУРН», ЯФ ФТИ РАН;

- разработаны технические требования к инфраструктуре, комплекту специального технологического оборудования, включая электронно-лучевой генератор изображения, контрольно-измерительное оборудование, ионно-лучевую установку устранения дефектов, установку плазмохимического травления для изготовления фотошаблонов с применением техники повышения разрешения для обеспечения производства интегральных микросхем с проектными нормами до 130 нм, программно-аппаратным средствам проектирования дизайна фотошаблона, включая проектирование вспомогательных структур ОРС (Optical Proximity Correction - коррекции оптической близости) и PSM (Phase Shift Mask — фазосдвигающих шаблонов), в рамках государственной программы «Реконструкция и техническое перевооружение "Центра проектирования, каталогизации и изготовления фотошаблонов"»;

- разработана новая схема газораспределения металлоорганического соединения для установки лазерной ретуши, отличающаяся отсутствием «зарастания» микроканала сопла и трубопроводов при проведении операции устранения прозрачных дефектов методом лазерно-стимулированного осаждения металлоорганического вещества из газообразной фазы, которая была реализована на предприятии ОМО-КБТЭМ (Беларусь, г. Минск) при разработке лазерной установки устранения дефектов (БРАС 442174.030);

- результаты работы использованы при выполнении НИОКР:

- «Разработка технологического процесса изготовления фотошаблонов для субмикронной электронной компонентной базы с топологическими нормами 0,35 мкм» (открытый конкурс № 2006-Н-002: «Выполнение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в области электроники, микроэлектроники и информационно-телекоммуникационных технологий, реализуемых в интересах предприятий-резидентов особой экономической зоны технико-внедренческого типа «Зеленоград)»;

- «Выполнение работ по развитию центра коллективного пользования "Микросистемная техника и электронная компонентная база" научным оборудованием (Федеральная целевая программа «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы»);

- «Научно-методическое, организационное и материально-техническое обеспечение развития Центра коллективного пользования «Микросистемная техника и электронная компонентная база» научным оборудованием для проведения научно-исследовательских, опытно-конструкторских и технологических работ по приоритетным направлениям Программы» (Федеральная целевая научно-техническая программа «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники» на 2002-2006 годы).

Внедрение результатов.

1. Результаты диссертационной работы в виде технологического маршрута, технологических процессов и технологических карт (АЕСН.60275.00001; АЕСН.60201.00004; АЕСН.60202.00034;

АЕСН.60255.00020; АЕСН.60255.00021, АЕСН.60202.00035), включая технологию формирования скрытого изображения топологического рисунка и методы устранения недопустимых прозрачных, непрозрачных дефектов маскирующего покрытия, внедрены и используются в качестве базовой технологии изготовления фотошаблонов для производства интегральных микросхем с проектными нормами до 180 нм на модернизированной технологической линии ЦКП «МСТ и ЭКБ» МИЭТ.

2. Разработанные технические требования к инфраструктуре, комплекту специального технологического оборудования, включая программно-аппаратный комплекс проектирования дизайна фотошаблона, электроннолучевой генератор изображения, установку плазмохимического травления для изготовления фотошаблонов с применением техники повышения разрешения использованы в ОАО "Российская электроника" в рамках государственной программы «Реконструкция и техническое перевооружение "Центра проектирования, каталогизации и изготовления фотошаблонов " в обеспечение производства интегральных микросхем с проектными нормами до 130 нм » (государственный контракт № ГК-1283 от 20.12.2008).

3. Результаты диссертационной работы в виде рекомендаций и методик, включая методику устранения прозрачных и непрозрачных дефектов на установке ЭМ-5001Б, методику контроля соответствия топологического рисунка проектным данным и поиска дефектов на установке ЭМ-6029М, методику измерения контролируемых элементов в ультрафиолетовом диапазоне на измерительной станции LWM-250UV, переданы в ФГУП «ФНПЦ НИИИС им. Ю.Е.Седакова» для использования при изготовлении фотошаблонов для производства интегральных микросхем с проектными нормами до 350 нм (договор №0801-2238/20-359 от 10.02.08 г.).

На защиту выносятся:

- методика устранения недопустимых прозрачных дефектов на установке лазерной ретуши ЭМ-5001Б, основанная на исследовании эмпирических закономерностей процесса лазерно-стимулированного осаждения металлоорганического вещества из газообразной фазы и установленной зависимости изменения ширины линии осаждаемого элемента от скорости перемещения координатного стола установки лазерной ретуши (увеличивается с уменьшением скорости перемещении стола при постоянной энергии лазера), величины энергии непрерывного лазера (увеличивается с увеличением энергии лазера при постоянной скорости перемещении стола), времени нагрева в заданной точке, протяженности осажденной области, количества проходов лазерного луча; разработанные технологический процесс и режимы оборудования, позволяющие устранять функционально полный набор прозрачных дефектов любой геометрической формы размером от 500 нм и больше, восстанавливать топологические элементы шириной до 30 мкм, устранять разрывы дорожек слоя «металлизация»;

- методика устранения непрозрачных дефектов маскирующего покрытия фотошаблона на установке лазерной ретуши ЭМ-5001Б, основанная на исследовании процесса испарения маскирующего покрытия, исключающая катастрофическое повреждение стекла фотошаблона в месте воздействия импульсным лазером и установленной зависимости степени повреждения стекла от энергетических параметров наносекундного лазера, длительности импульса воздействия на поверхность стекла фотошаблона и от кратности увеличения объектива оптической системы лазерной установки; разработанный технологический процесс и режимы оборудования, позволяющие устранять полный набор непрозрачных дефектов размером от 500 нм до 20 мкм за один цикл; метод моделирования изображения топологического рисунка фотошаблонов в фоторезистивной маске до проведения процесса экспонирования на генераторе изображения и последовательность операций формирования изображения топологического рисунка в фоторезистивной маске для компенсации ошибок изображения элементов топологического рисунка типа «контактные окна», элементов с произвольным углом наклона, затворы транзисторов размером 800 нм и менее непосредственно на фотошаблоне для улучшения его качества и максимального приближения геометрической формы элементов проектным данным;

- методика аттестации лазерного генератора изображения ЭМ-5189, которая заключается в точной настройке координатной сетки стола, обеспечивающей совместимость с генераторами изображения стратегических партнеров, путем введения поправочных коэффициентов;

- методика настройки установки контроля топологии и поиска дефектов ЭМ-6029М, которая основана на точном расчете необходимого количества циклов считывания рисунка топологии фотошаблона для подтверждения установленной вероятности обнаружения недопустимых дефектов.

Достоверность полученных результатов подтверждается данными экспериментальных исследований, корректностью разработанных моделей, результатами внедрения разработанных технологических процессов на технологической линии производства фотошаблонов ЦКП «МСТ и ЭКБ» МИЭТ и производственной линии в ФГУП «ФНПЦ НИИИС им. Ю.Е.Седакова».

Личный вклад автора. Все основные результаты получены автором лично. Главными из них являются:

- разработка метода моделирования изображения топологического рисунка фотошаблонов в фоторезистивной маске до проведения процесса экспонирования на генераторе изображения ЭМ-5189, технологического процесса экспонирования с использованием структур коррекции типа «сериф» для компенсации ошибок изображения геометрической формы элементов топологического рисунка непосредственно на фотошаблоне;

- разработка методики устранения недопустимых прозрачных дефектов, основанной на исследовании эмпирических закономерностей процесса лазерно-стимулированного осаждения металлоорганического вещества из газообразной фазы, режимов оборудования, позволяющие устранять функционально полный набор прозрачных дефектов размером от 500 нм и более;

- разработка методики и технологических режимов устранения непрозрачных дефектов маскирующего покрытия фотошаблонов, исключающих катастрофическое повреждение стекла фотошаблона в месте воздействия импульсным лазером;

- разработка технологических режимов оборудования для обнаружения дефектов маскирующего покрытия фотошаблонов с установленной степенью критичности;

- разработка методики аттестации комплекта оборудования, включая лазерный генератор изображения и установку контроля топологии и поиска дефектов;

- автор диссертации принимал активное участие в создании модернизированной технологической линии изготовления фотошаблонов в ЦКП «МСТ и ЭКБ» МИЭТ, разработке схем газораспределения установки лазерной ретуши и проведении пусконаладочных работ.

Апробация работы.

Основные положения и результаты, представленные в диссертационной работе, докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах:

Школа-семинар «Проектирование и технология изготовления БИС, БМК и ПЛИС», г. Гурзуф, НИИ Молекулярной электроники, 1990;

VIII научно-практический семинар «Проблемы создания радиационно-стойких СБИС на основе гетероструктур», Нижний Новгород, ФГУП «ФНПЦ НИИИС им. Ю.Е.Седакова», 2008;

Всероссийская научно-техническая конференция «Новые материалы и технологии НМТ-2008» МАТИ-РГГУ им. Циолковского, Москва, 2008;

Information and Brokerage Conference on Information and Communication Technologies in the EU's 7th Framework Programme, Moscow, 2008;

IX научно-практический семинар «Проблемы создания радиационно-стойких СБИС на основе гетероструктур», Нижний Новгород, ФГУП «ФНПЦ НИИИС им. Ю.Е.Седакова», 2009.

Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 17 научных работах, в том числе 6 статей в изданиях, рекомендованных ВАК, 1 тезис доклада конференции, 5 статей в научных сборниках, 4 авторских свидетельства, 1 патент на полезную модель. Без соавторов опубликовано 5 статей.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и четырех приложений. Общий объем диссертационной работы составляет 242 страницы, в том числе 181 страница основного текста, 61 страница приложения, 89 рисунков, 45 таблиц и список литературы из 75 наименований.

Заключение диссертации по теме «Технология и оборудование для производства полупроводников, материалов и приборов электронной техники», Овчинников, Вячеслав Алексеевич

Выводы по главе 4

1. На базе технологической линии ЦКП «МСТ и ЭКБ» МИЭТ автором разработан состав модернизированной технологической линии и новый процесс изготовления фотошаблонов методом лазерной литографии, в том числе процессы бесконтактной финишной отмывки фотошаблонов и монтажа пелликлов.

2. Разработаны методики настройки специального технологического оборудования для обеспечения установленных точностных параметров фотошаблонов.

3. Разработаны режимы оборудования и методика измерения элементов топологического рисунка в УФ диапазоне источника освещения.

4. Экспериментально установлено, что вероятность появления ложных мягких дефектов становится близка нулю после бесконтактной финишной отмывки фотошаблонов на модернизированной технологической линии.

5. Результаты производственной проверки фотошаблонов, изготовленных для производства изделий микросистемной техники (микроакселерометров и гироскопов), многофункциональных интегральных оптических элементов, микросхем с туннельными диодами, СВЧ-транзисторов, заказных СБИС, на соответствие техническим требованиям заказчика показали, что разработанные технологический процесс, режимы оборудования и методики устранения дефектов обеспечивают высокие технические характеристики изделия.

Заключение

В ходе выполнения диссертационной работы получены следующие основные результаты:

1. Разработан модернизированный технологический маршрут изготовления фотошаблонов, отличающийся тем, что представленные в работе технологические процессы, методики устранения дефектов, режимы оборудования в совокупности позволили впервые в России создать производство фотошаблонов для изготовления интегральных схем технологического уровня до 180 нм.

2. Разработана методика устранения недопустимых прозрачных дефектов, основанная на установленной автором диссертации закономерности, заключающейся в увеличении ширины линии осаждаемого вещества при уменьшении скорости перемещения координатного стола и увеличении энергии лазера установки ЭМ-5001Б, в процессе лазерно-стимулированного осаждения металлоорганического вещества из газообразной фазы, которая позволяет устранять функционально полный набор прозрачных дефектов размером от 500 нм и более, включая восстановление геометрической формы топологических элементов.

3. Разработана методика устранения непрозрачных дефектов маскирующего покрытия фотошаблонов на установке ЭМ-5001Б, основанная на установленной зависимости степени повреждения стекла от энергетических параметров наносекундного лазера, длительности импульса воздействия на поверхность стекла фотошаблона и кратности увеличения объектива оптической системы лазерной установки. Разработанные режимы оборудования позволяют устранять функционально полный набор непрозрачных дефектов размером от 500 нм до 20 мкм за один цикл и исключают недопустимое повреждение стекла фотошаблона в месте воздействия импульсным лазером.

4. Разработан метод моделирования изображения топологического рисунка фотошаблонов в фоторезистивной маске до проведения процесса экспонирования и технологический процесс формирования изображения топологического рисунка в фоторезистивной маске с использованием структур коррекции типа «сериф» для компенсации ошибок изображения элементов топологического рисунка непосредственно на фотошаблоне с целью улучшения его качества и максимального приближения формы геометрического рисунка топологического элемента проектным данным.

5. Разработана методика аттестации лазерного генератора изображения ЭМ-5189, основанная на точном определении (измерения проводились на станции IPRO) реального местоположения контрольных точек координатной сетки, сравнении координат с проектными данными, вычислении коэффициентов компенсации погрешности, что обеспечивает совместимость с генераторами изображения зарубежных и российских стратегических партнеров при изготовлении смешанных комплектов фотошаблонов.

6. Разработана методика настройки установки контроля топологии и поиска дефектов ЭМ-6029М, которая основана на точном расчете необходимого количества циклов считывания рисунка топологии фотошаблона для подтверждения установленной вероятности обнаружения дефектов и учитывает зависимость линейных размеров дефекта и их пространственное распределение.

7. В результате практической реализации предложенного автором модернизированного технологического процесса, режимов оборудования, методик устранения дефектов на модернизированной технологической линии в ЦКП «МСТ и ЭКБ» МИЭТ, в состав которой включены две новые установки, а именно многофункциональная бесконтактная установка" финишной отмывки фотошаблонов и полуавтоматическая установка монтажа пелликлов, было изготовлено несколько сотен фотошаблонов на кварцевом и щелочном стекле размером 152,4 х 152,4 х 6,35 мм'и 127 х 127 х 2.24 мм с минимальным размером топологического элемента на фотошаблоне 800 нм для производства изделий микросистемной техники (микроакселерометров и гироскопов), многофункциональных интегральных оптических элементов, микросхем с туннельными диодами, СВЧ-транзисторов, заказных СБИС для ФГУП «РНИИРС» (3/26.09), ООО «КронТех» (1-М-2805/205 от 05.05.08), ОАО «САТУРН», ЯФ ФТИ РАН, НПК «Технологический центр» МИЭТ (28.04/112 от 30.12.08). Впервые изготовлены мультислойные фотошаблоны для производства ИС с проектными нормами 180 нм со 100%-ным выходом годных для ОАО «НИИМЭ и МИКРОН» г. Москва (договор №249П от 16.04.09 г.).

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Овчинников, Вячеслав Алексеевич, 2009 год

1. Alfred Kwok-Kit Wong. Resolution Enhancement Techniques in Optical Lithography. SPIE PRESS, USA 2001, pp. 1-213.

2. Uwe Behringer. Foreword of the 19th European Mask Conference on Mask Technology for Integrated Circuts and Micro-Components. Lectures held at the GMM-Conference. January 13-15, 2003 in Sonthofen, Germany, pp.1-2.

3. Аваков C.M., Карпович C.E., Овчинников B.A., Титко Е.А. Операции контроля топологии в технологическом процессе изготовления фотошаблонов// Электроника инфо.-2008.- №1.-С. 44.

4. Кузин С.М., Овчинников В.А., Панасюк В.Н. Электрическое тестирование шаблонов//Микроэлектроника.-1988.-изд. Наука-том 17-вып.2-С. 162

5. У.МОРО. Микролитография. Принципы, методы, материалы. Часть 1 Москва «Мир», 1990.- стр.112

6. Чехович Е.К. Оптико-электронные методы автоматизированного контроля топологии изделий микроэлектроники.- Минск: Наука и техника, 1989г. -213 с.

7. Беспалов В.А.,Овчинников В.А., Базанов Д.В., Аваков С.М. Методы устранения дефектов топологии интегральных микросхем на фотошаблонах// Известия вузов. Электроника.-2008.-№6.-С.20-29

8. Syarhei Avakaw. High productivity object-oriented defect detection algorithms for the new modular die-to-database reticle inspection platform.Proceedings of SPIE Vol. 5835, pp.290-299, Jun 2005.

9. Syarhei Avakaw, Aliaksandr Korneliuk, Alena Tsitko. A prospective modular platform of the mask pattern automatic inspection using the die-to-database method. SPIE Volume 5853, pp.965-976, Jun 2005.

10. W. Broadbent, et al., "Results from a new die-to-database reticle inspection platform", Metrology, Inspection, and Process Control for Microlithography XXI, Chas N.Archie, Ed., Proc. of SPIE, Vol.6518, p.651821, 1-14,2007.

11. SEMI P23 Guidelines for Programmed Defect Mask and Benchmark Procedures for Sensitivity Analysis of Mask Defect Inspection Systems.-SEMI 1993,1995.

12. Syarhei Avakaw, Aliaksandr Korneliuk, Alena Tsitko. A prospective modular platform of the mask pattern automatic inspection using the die-to-database method. SPIE Volume 5853, pp.965-976, Jun 2005

13. W. Broadbent, et al, "Results from a new reticle defect inspection platform", 23rd Annual BACUS Symposium on Photomask Technology, Kurt R. Kimmel, ed., Proc SPIE Vol 5256, p. 474-488, 2003

14. W. Broadbent, et al, "Results from a new die-to-database reticle defect inspection platform", Photomask and Next Generation Lithography XI, Hiroyoshi Tanabe, ed., Proc SPIE Vol 5446, p. 265-278, 2004

15. J. Heumann, et al, "Detailed comparison of inspection tools: capabilities and limitations of the KLA 576", 25th Annual BACUS Symposium on Photomask Technology, J. Tracy Weed, ed., Proc SPIE Vol 5992, p. 599246, 2005

16. A. Dayal, et al, "Optimized inspection of advanced reticles on the TeraScan reticle inspection tool", 25th Annual BACUS Symposium on Photomask Technology, J. Tracy Weed, ed., Proc SPIE Vol 5992, p. 599245, 2005

17. K. Bhattarcharyya, et al, "Process window impact of progressive mask defects, its inspection and disposition techniques (go / no-go criteria) via a lithographic detector", 25th Annual BACUS Symposium on Photomask

18. Technology, J. Tracy Weed, ed., Proc SPIE Vol 5992, p. 599206, 2005

19. S. Maelzer, et al, "High-resolution mask inspection in advanced fab", Photomask Technology 2006, Patrick M. Martin, Robert J. Naber, ed, Proc SPIE Vol 6349, p. 63490S, 2006

20. S. Teuber, et al, "Limitations of optical reticle inspection for 45nm node and beyond", Photomask Technology 2006,Patrick M. Martin, Robert J. Naber, ed, Proc SPIE Vol 6349, p. 63490T, 2006

21. W. Broadbent, et al., "Results from a new die-to-database reticle inspection platform", Metrology, Inspection, and Process Control for Microlithography XXI, ChasN. Archie, Ed., Proc. of SPIE, Vol. 6518, p. 651821, 2007

22. Vicky Philipsen, Rik Jonckheere. A Printability Study for Phase-Shift Masks at 193 run Lithography. Lectures held at the GMM-Conference. January 13-15, 2003 in Sonthofen, Germany, VDE Verlag. pp.67-77.

23. Franklin Kalk, Anthony Vacca, Peter Radcliff. Pinhole Defect Detection and Printability Prediction. SPIE Vol. 2884/104-112. September 1996.)

24. Voznesensky N.B., Belozubov A.V.Polarization effects on image quality of optical systems with high numerical apertures. Proc. SPIE, 1999,p.366-373.

25. Ионно-лучевая установка для ремонта фотошаблонов// Электроника.-№1.-1986.- том 59.- С.99-100.

26. Аваков С.М., Карпович С.Е., Овчинников В.А., Титко Е.А., Г.Трапашко. Оптико-механические комплексы для бездефектного изготовления фотошаблонов 0.35мкм и 90нм.// Фотоника.- Научно-технический журнал.-2007.-№ 6.-С.35-37.

27. Christian Ehrlichl, Klaus Edinger, Volker Boegli, Peter Kuschnerus. Application data of the electron beam based photomask repair tool MeRiT MG// Lectures Held at the GMM Conference. EMLC. 2005. - P.125-129.

28. V.A. Boegli, K. Edinger, M. Budach, T. Hofmann, and J. Oster, Latest performance results from Zeiss/Nawotec MeRIT MG electron-beam mask repair tool", in 24th Annual BACUS Symposium on Photomask Technology, Proc. SPIE Vol. 5567, paper 5567-165,2004.

29. T. Liang, E. Frendberg, D. Bald, M. Penn and A.R. Stivers. E-beam Mask Repair: Fundamental Capability and Applications, in 24th Annual BACUS Symposium on Photomask Technology, Proc. SPIE Vol. 5567, paper 556749,2004

30. R. White, M. Verbeek, R. Bozak, M. Klos. Use of Nanomachining as a Technique to Reduce Scrap of High-end Photomasks. // 21st Annual BACUS Symposium on Photomask Technology, Editors, G.T. Dao, B.J. Grenon,-2002. -Vol. 4562, pp. 213-224.

31. OPC Structures for Maskshops Qualification for the CMOS 65nm and CMOS 45 nm nodes. F. Sundermann, Y.Trouiller, J.C.Urbani, et. al./Proc. Of SPIE Vol.6533, OE, pp.1-13

32. Syarhei Avakaw. High productivity object-oriented defect detection algorithms for the new modular die-to-database reticle inspection platform.SPIE Vol. 5835, pp.290-299, Jun 2005.

33. Черняев B.H. Технология производства интегральных микросхем и микропроцессоров//Москва.- Радио и связь. 1987.-c.237

34. Ионно-лучевая установка для ремонта фотошаблонов// Электроника.-№1.-1986.-том 59.-С.98.

35. B.LoBianco et al. "Use of Nanomachining for 100 nm Nanometer Mask Repair", Proc. SPIE, Vol. 4889, pp.909 921 (2002).

36. Овчинников В.А. Исследование технологического процесса устранения прозрачных дефектов маскирующего покрытия фотошаблонов//Известия вузов. Электроника.-2008.-№5.-С.11-17

37. S. Preuss, A. Demchuk, and М. Stuke, "Subpicosecond UV laser ablation of metals", Appl.Phys. A, 1995, 61, 1, pp. 33-37.

38. T. Gotz and M. Stuke, "Short-pulse UV laser ablation of solid and liquid metals: indium", Appl. Phys. A, 1997, 64, 6, pp. 539-543.

39. M. Feuerhake, J.H. Klein-Wiele, G. Marowsky, and P. Simon, "Dynamic ablation studies of submicron gratings on metals with sub-picosecond time resolution", Appl. Phys. A, 1998, 67, 5, pp. 603-606.

40. K. Furusawa, K. Takahashi, H. Kumagai, K.Midorikawa, and M. Obara, "Ablation characteristics of Au, Ag, and Cu metals using a femtosecond Ti:sapphire laser", Appl. Phys. A, 1999, 69, 7, pp. S359-S366.),

41. Овчинников B.A Исследование технологического процесса устранения непрозрачных дефектов фотошаблонов на лазерном ретушере ЭМ-5001Б.//Естественные и технические науки.-№3.-2009.-С.450-457.

42. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. Москва, «Высшая школа», 2001.-575с.

43. Математическая энциклопедия, (в пяти томах). Под ред. И.М. Виноградова. Москва, "Советская энциклопедия", 1977г. 51.Alfred Kwok-Kit Wong.

44. Овчинников В. А Технологические режимы поиска дефектов маскирующего покрытия фотошаблона на установке контроля топологии ЭМ-6029М. //Известия вузов. Электроника.- 2009. №3(77).-С.85-87

45. Овчинников В.А., Калачев Б.В., Пермяков M.M., и др. Способ изготовления фотошаблона//Авторское свидетельство № 1568759.-1988г.

46. Овчинников В.А., Калачев Б.В., Пермяков М.М., и др. Способ изготовления фотошаблона// Авторское свидетельство № 1561719 .-1988г.

47. Овчинников В.А., Калачев Б.В., Пермяков М.М., Мишачева М.П., Юдин С.А. Способ формирования рельефного микроизображения в слое хрома.// Авторское свидетельство № 1674643-1989г.

48. G. Schlueter, G. Scheming, J. Helbing, S. Lehnigk, H.-J. Brueck, „А new 248 nm CD measurement system for future mask and reticle generation", Proc. SEMI, Semicon Korea Technical Symposium, pp. 203-208, 2001

49. Leica Deep-UV Technology High-resolution imaging & defect review, www.leica-microsystems.com

50. B.Bunday, W.Lipscomb, J. Allgair, K.Yang, S.Koshihara, H.Morokuma, L.Page, A.Danilevsky, Automated CD-SEM Recipe Creation — A New Paradigm in CD-SEM Utilization, SPIE Microlithography Conference 2006, Proc. SPIE 6152, p61521Bl (2006).

51. E.Solecky, K.Chin, G.Qu, H.Yang, G.Lorusso, A.Azordegan, Automated SEM tilt ready for primetime: a fast in-line methodology for differentiating lines vs. spaces, SPIE Microlithography Conference 2005, Proc. SPIE 5752, p.351,2005.

52. Leica LMS IPR04, www.kla-tencor.com/current-metrology/reticle.html

53. Vistec Semiconductor, "Leica LMS IPR03, LMSCORR Software Manual, Version 7.0," 2005.

54. Беспалов B.A., Овчинников B.A., Рыгалин Д.Б., Лышенко А.В., Зайченко С.Е., Устройство для устранения дефектов фотошаблона// Патент на полезную модель №> 80284, 01.07.2008г

55. Овчинников В.А., Коробов А.И., Никифорова Э.В. Тестовые схемы для оценки качества металлизации БИС.// Электронная техника. Микроэлектронные устройства,- Выпуск 2(50).-1985г.

56. Овчинников В.А., Баюков В.Б., Калачев Б.В., Гончаренко Н.О. Способ контроля топологического рисунка шаблона интегральной микросхемы.// Авторское свидетельство № 1547624.-1988г.

57. С. Аваков ., Е.Титко .,С.Русецкий.,Г.Ковальчук. Оборудование ГНПО «ПЛАНАР»-регионам России //ЭЛЕКТРОНИКА:Наука, Технология, Бизнес.-2009.-№3 .-С.52-54.

58. Овчинников В.А. Разработка технологии ретуши прозрачных дефектов фотошаблона на лазерной установке ЭМ-5001Б. //Известия вузов. Электроника.-2009 №4(78)-С.25-28

59. SEMI РЗ-0298 SPECIFICATION FOR PHOTORESIST/E-BEAM RESIST FOR HARD SURFACE PHOTOPLATES

60. SEMI Pl-1101 SPECIFICATION FOR HARD SURFACE PHOTOMASK SUBSTRATES

61. SEMI P2-0298 SPECIFICATION FOR CHROME THIN FILMS FOR HARD SURFACE PHOTOMASKS

62. Черняев B.H. Технология производства интегральных микросхем и микропроцессоров//Москва.- Радио и связь. 1987.-c.205

63. Овчинников В.А Коррекция геометрической формы топологического элемента фотошаблона на лазерном генераторе изображения ЭМ-5189//Естественные и технические науки.-№4.-2009.-С.502- 505

64. Черняев В.Н. Технология производства интегральных микросхем и микропроцессоров//Москва.- Радио и связь. 1987.-c.227