Изобретение относится к полупроводниковой технике, а именно к способам контроля качества при изготовлении кремниевых пластин, в частности к способам контроля качества совмещения фотошаблонов при проведении двухсторонней фотолитографии на кремниевой пластине.
Фотолитография - метод получения определенного рисунка на поверхности материала, широко используемый в микроэлектронике и других видах микротехнологий, а также в производстве печатных плат, один из основных приемов планарной технологии, используемой в производстве полупроводниковых приборов.
Суть процесса фотолитографии сводится к тому, что вначале на обрабатываемую поверхность наносится тонкая фоточувствительная полимерная пленка (фоторезист). Затем эта пленка засвечивается через фотошаблон с заданным рисунком. Далее проэкспонированные участки удаляются в проявителе. Между этапами фотолитографии по мере необходимости производят сушку (запекание) материала. Получившийся на фоторезисте рисунок используется для таких технологических этапов планарной технологии, как травление, электроосаждение, вакуумное напыление и другие. После проведения одного из этих процессов оставшийся, не удаленный при проявлении, фоторезист также удаляется. Принципиальное отличие фотолитографии от других видов литографии заключается в том, что экспонирование производится светом (видимым или ультрафиолетовым), тогда как в других видах литографии для этого используется рентгеновское излучение (рентгеновская литография), поток электронов (электроннолучевая литография) или ионов (ионно-лучевая литография) и другое. Наименьшие размеры деталей рисунка, достижимые в фотолитографии (разрешение), определяются: длиной волны используемого излучения, качеством применяемой при экспонировании оптики, свойствами фоторезиста и достигают 100 нм. Применение специальных методов (иммерсионная литография) теоретически позволяет получить разрешение до 11 нм.
Из имеющегося уровня техники известна установка двустороннего совмещения и экспонирования ЭМ-586 (https://tehmeron.ru/em586). Установка предназначена для проведения первого двустороннего экспонирования топологий двух совмещенных фотошаблонов на полупроводниковую пластину при фотолитографических процессах создания на обеих ее сторонах совмещенных элементов.
Фотошаблон для лицевой стороны устанавливается на плиту верхнего шаблонодержателя, а фотошаблон для обратной стороны устанавливается на столик. Оба фотошаблона фиксируются вакуумом. Совмещение топологических рисунков проводится на определенном зазоре путем перемещения верхнего шаблонодержателя регулировочными винтами. Процесс совмещения контролируется посредством микроскопа. После совмещения фотошаблоны раздвигаются и в образовавшийся зазор по специальному тракту подается кремниевая подложка. После чего происходит прижатие фотошаблонов к подложке, объективы микроскопа расходятся по сторонам и происходит экспонирование кремниевой подложки от осветителей по верхнему и нижнему световым трактам с лампой ДРШ-350. Затем происходит проявление фоторезиста. В сформированные фотолитографией окна с лицевой стороны подложки проводится диффузия примеси для формирования тензорезисторов, а через окна с обратной стороны подложки происходит травление для формирования чувствительной мембраны.
Недостаток данной операции заключается в сложности контроля качества совмещения фотошаблонов при проведении двухсторонней фотолитографии на кремниевой пластине. Кроме того, описанная установка для совмещения двух фотошаблонов на полупроводниковой пластине не исключает рассовмещения фотошаблонов. При этом даже незначительное рассовмещение от 5 до 10 мкм приводит к смещению положения тензорезисторов, располагающихся на лицевой стороне кремниевой пластины, относительно положения чувствительной мембраны с обратной стороны пластины. В частности, рассовмещение фотошаблонов на величину более 5 мкм приводит к значительному ухудшению выходных параметров сенсоров давления, а именно: снижается выходной сигнал, ухудшается линейность и увеличивается гистерезис.
Из имеющегося уровня техники известно решение по патенту на изобретение СССР SU 317335 сущность технического решения которого заключается в разработке способа совмещения, позволяющего получать совмещенные рисунки, находящиеся на противоположных поверхностях пластины полупроводника, достигаемый тем, что фотошаблон освещают проходящими через пластину полупроводника инфракрасным излучением и фиксируют рисунки на экране преобразователя инфракрасного излучения в видимое.
Недостатком такого способа является громоздкость оптических систем и сложность их юстировки, а также необходимость в проведении дополнительной фотолитографии.
Задачей настоящего изобретения заключается в создании способа контроля качества совмещения фотошаблонов при проведении двухсторонней фотолитографии на кремниевой пластине обеспечивающего точность такого контроля, исключение допуска кремниевых пластин с рассовмещением фотошаблонов, превышающем 1 мкм, на последующие технологические операции и увеличение процента выхода годных изделий
Технический результат достигаемый заявленным изобретением заключается в упрощении способа контроля качества совмещения фотошаблонов при проведении двухсторонней фотолитографии на кремниевой пластине и повышении точности совмещения фотошаблонов при проведении двухсторонней фотолитографии на кремниевой пластине.
Технический результат достигается тем, что способ контроля качества совмещения фотошаблонов при проведении двухсторонней фотолитографии на кремниевой пластине включает помещение кремниевой пластины на столик микроскопа, работающего в видимой и инфракрасной областях спектра и выполненного с возможностью передачи изображения на компьютер с программным обеспечением для обработки получаемых изображений. При этом столик оснащен источником инфракрасного излучения. После помещения кремниевой пластины на столик микроскопа на микроскопе выбирается объектив с пятикратным увеличением и наводится на метку двухсторонней фотолитографии с лицевой стороны пластины таким образом, чтобы метка двухсторонней фотолитографии располагалась по центру объектива. Далее на микроскопе выбирается объектив с двадцатикратным увеличением, наводится на метку двухсторонней фотолитографии с лицевой стороны пластины, после чего производится фиксация контуров метки в программном обеспечении. После фиксации контуров метки двухсторонней фотолитографии с лицевой стороны пластины производится перевод микроскопа в инфракрасный режим, включение источника инфракрасного излучения и наведение на метку с тыльной стороны пластины за счет прозрачности кремниевой подложки в инфракрасном свете. Далее в программном обеспечении производится фиксация контуров метки с тыльной стороны пластины и проводится контроль разности их расположения.
При этом для обеспечения точности контроля двустороннего совмещения меток на фотошаблонах кремниевой пластины, метки на лицевой и тыльной стороне пластине выполнены в разной тональности и имеют прямоугольную форму. При этом длина и ширина метки, выполненной в светлой тональности, выполненной с лицевой стороны кремниевой пластины больше на 1 мкм, чем длина и ширина метки, выполненной в темной тональности на тыльной стороне пластины.
Краткое описание чертежей.
На фиг. 1 представлен пример измерительного комплекса для реализации способа контроля качества совмещения фотошаблонов при проведении двухсторонней фотолитографии на кремниевой пластине, где 1 - исследуемая пластина; 2 - микроскоп; 3 - источник инфракрасного излучения; 4 - видеокамера; 5 - компьютер с программным обеспечением для обработки получаемых изображений.
На фиг. 2 показана метка на лицевой стороне пластины, выполненная в лицевой тональности.
На фиг. 3 показана метка на тыльной стороне пластины, выполненная в темной тональности.
На фиг. 4 показан вид совмещения меток на фотошаблонах кремниевой пластины, в котором 6 - метка темной тональности, выполненная на тыльной стороне пластине; 7 - контур метки светлой тональности, выполненной на лицевой стороне пластины.
С целью контроля точности совмещения фотошаблонов при двусторонних фотолитографиях в заявленном изобретении предлагается способ, основанный на прозрачности кремниевой подложки в инфракрасном свете.
Для осуществления заявленного способа может быть использован измерительный комплекс для проведения контроля двустороннего совмещения (фиг. 1), включающий следующие части: 1 исследуемая пластина; 2 микроскоп; 3 источник инфракрасного излучения; 4 видеокамера; 5 компьютер с программным обеспечением для обработки получаемых изображений
Для обеспечения контроля точности двустороннего совмещения на фотошаблонах кремниевой пластины формируются специальные метки (фиг. 2 - фиг. 3). Они представляют собой прямоугольные фигуры разной тональности. Метка светлой тональности, выполненная на лицевой стороне пластины, имеет размеры 40×60 мкм. Метка темной тональности, выполненная на тыльной стороне пластины, имеет размеры 39×59 мкм.
Способ контроля качества совмещения фотошаблонов при проведении двухсторонней фотолитографии на кремниевой пластине включает в себя следующие этапы:
1. Кремниевая пластина 1 размещается на столике микроскопа 2 лицевой стороной вверх, работающего в видимой и инфракрасной областях спектра и выполненного с возможностью передачи изображения на компьютер с программным обеспечением для обработки получаемых изображений. При этом столик оснащен источником инфракрасного излучения 3.
2. После помещения кремниевой пластины 1 на столик микроскопа на микроскопе 2 выбирается объектив с пятикратным увеличением и наводится на метку двухсторонней фотолитографии с лицевой стороны пластины таким образом, чтобы метка двухсторонней фотолитографии располагалась по центру объектива.
3. На микроскопе 2 выбирается объектив с двадцатикратным увеличением, наводится на метку двухсторонней фотолитографии с лицевой стороны пластины 1.
4. Производится фиксация контуров метки, выполненной в светлой тональности на лицевой стороне пластины в программном обеспечении.
В качестве программного обеспечения может быть использована программа «MCView». Для выполнения указанного действия в данной программе необходимо нажать вкладку «Прямоугольник» 
выбрать пункт 
в интерфейсе программы MCView и обвести контур метки.
5. Перевод микроскопа 2 в инфракрасный режим, включение источника инфракрасного излучения 3 и наведение на метку с тыльной стороны пластины за счет прозрачности кремниевой подложки в инфракрасном свете.
6. Фиксация в программном обеспечении контуров метки с тыльной стороны пластины
7. Контроль разности расположения меток. Подложка считается годной, если, как показано на фиг. 4, в контур фигуры совмещения на лицевой стороне полностью входит фигура совмещения на обратной стороне.
В случае если на кремниевой пластине выполнены несколько меток, например, по краям пластины, то контроль точности двустороннего совмещения на фотошаблонах осуществляется для каждой пары меток. В случае обнаружения рассовмещения хотя бы на одной из меток допускается проводить реставрацию пластин (отмывка фоторезиста и повторение фотолитографии).
Таким образом, заявленный способ контроля качества совмещения фотошаблонов при проведении двухсторонней фотолитографии на кремниевой пластине позволяет обеспечить точность совмещения фотошаблонов при проведении двухсторонней фотолитографии на кремниевой пластине, а также позволяет исключить допуск кремниевых пластин с рассовмещением фотошаблонов, превышающем 1 мкм, на последующие технологические операции, тем самым увеличить процент выхода годных изделий, что подтверждает достижение заявленного технического результата.
Использование для контроля качества совмещения фотошаблонов при проведении двухсторонней фотолитографии на кремниевой пластине. Сущность изобретения заключается в том, что способ контроля качества совмещения фотошаблонов при проведении двухсторонней фотолитографии на кремниевой пластине включает помещение кремниевой пластины на столик микроскопа, работающего в видимой и инфракрасной областях спектра и выполненного с возможностью передачи изображения на компьютер с программным обеспечением для обработки получаемых изображений, при этом столик оснащен источником инфракрасного излучения, выбор на микроскопе объектива с пятикратным увеличением, наведение объектива микроскопа на метку двухсторонней фотолитографии с лицевой стороны пластины таким образом, чтобы метка двухсторонней фотолитографии располагалась по центру объектива, последующий выбор на микроскопе объектива с двадцатикратным увеличением, наведение на метку двухсторонней фотолитографии с лицевой стороны пластины и фиксацию контуров метки в программном обеспечении, перевод микроскопа в инфракрасный режим, включение источника инфракрасного излучения, наведение на метку с тыльной стороны пластины за счет прозрачности кремниевой подложки в инфракрасном свете, фиксацию контуров метки в программном обеспечении, проведение измерения разности их расположения, при этом для обеспечения точности контроля двустороннего совмещения меток на фотошаблонах кремниевой пластины метки на лицевой и тыльной сторонах пластины выполняются в разной тональности, при этом длина и ширина метки на лицевой стороне кремниевой пластины, выполненной в светлой тональности, больше на 1 мкм, чем длина и ширина метки, выполненной в темной тональности на тыльной стороне пластины. Технический результат - обеспечение возможности упрощения способа контроля качества совмещения фотошаблонов при проведении двухсторонней фотолитографии на кремниевой пластине и повышения точности совмещения фотошаблонов при проведении двухсторонней фотолитографии на кремниевой пластине. 4 ил.
Способ контроля качества совмещения фотошаблонов при проведении двухсторонней фотолитографии на кремниевой пластине, включающий помещение кремниевой пластины на столик микроскопа, работающего в видимой и инфракрасной областях спектра и выполненного с возможностью передачи изображения на компьютер с программным обеспечением для обработки получаемых изображений, при этом столик оснащен источником инфракрасного излучения, выбор на микроскопе объектива с пятикратным увеличением, наведение объектива микроскопа на метку двухсторонней фотолитографии с лицевой стороны пластины таким образом, чтобы метка двухсторонней фотолитографии располагалась по центру объектива, последующий выбор на микроскопе объектива с двадцатикратным увеличением, наведение на метку двухсторонней фотолитографии с лицевой стороны пластины и фиксацию контуров метки в программном обеспечении, перевод микроскопа в инфракрасный режим, включение источника инфракрасного излучения, наведение на метку с тыльной стороны пластины за счет прозрачности кремниевой подложки в инфракрасном свете, фиксацию контуров метки в программном обеспечении, проведение измерения разности их расположения, при этом для обеспечения точности контроля двустороннего совмещения меток на фотошаблонах кремниевой пластины метки на лицевой и тыльной сторонах пластины выполняются в разной тональности, при этом длина и ширина метки на лицевой стороне кремниевой пластины, выполненной в светлой тональности, больше на 1 мкм, чем длина и ширина метки, выполненной в темной тональности на тыльной стороне пластины.
| Prem Pal, Yong-Jun Kim, and Sudhir Chandra, "Front-to-Back Alignment Techniques in Microelectronics/MEMS Fabrication: A Review", SENSOR LETTERS Vol.4, 1-10, 2006 | |||
| Matthias Gruber, Detlev Hagedorn, and Werner Eckert, "Precise and simple optical alignment method for double-sided lithography", Optical Society of America, 2001 | |||
| US 5530552 A1, |
