Изготовление фотошаблонов. Методы изготовления фотошаблонов

Изготовление фотошаблонов

Изготовление фотошаблонов - дорогостоящий, трудоемкий про­цесс, требующий высокой квалификации операторов, высокой точности и надежности оборудования, строжайшего соблюдения норм вакуум­ной гигиены.

В современной технологии существует в основном три метода изготовления фотошаблонов:

- оптико-механический (трехступенчатый);

- с помощью генераторов изображений (двухступенчатый);

- с помощью электроннолучевого сканирования (одноступенчатый).

Оптико-механический метод. Первый этап заключается в изготовлении фотооригиналов с по­мощью ручных или автоматических координатографов с программным управлением.

Координатографы — это приборы, предназначенные для вы­пучивания или вырезания в лаковой пленке увеличенного рисунка топологии структуры фотошаблона. Автоматические координатографы - это прецизионные  приборы, где управление перемещением режущего инструмен­та и само его перемещение осуществляются автоматически по задан­ной программе, вводимой в ЭВМ на основании топологии слоя (чертежа). Резцовая головка с тангенциальным управлением является исполнительным органом координатографа, работающего в режиме вырезания оригиналов. Для получения хорошего качест­ва резки проводится автоматический поворот резца в направлении хода движения резцовой головки с высокой точностью.

Автоматический координатограф — это сложный агрегат, со­стоящий из основного чертежного прибора, устройст­ва ввода данных, специализированной ЭВМ для обработки данных, устройства управления перемещением инструментальной каретки и пульта общего управления координатографом, а также всевозмож­ных устройств индикации работы прибора и блоков питания.

В настоящее время принята преимущественно технология вырезания рисунка на непрозрачной для актиничного света пленке, нанесенной на достаточно прочной прозрачной подложке. Для изготовления оригиналов на координатографах обычно применяют крупногабаритные (до 1200х1200 мм и толщиной 6-10 мм при допустимой непло­скостности менее 100 мкм) стеклянные или пленочные (полиэфирные) подложки, покрытые специальной легкоудаляемой не­прозрачной для активного (УФ) света тонкой пленкой.

Следует отметить преимущества как стеклянных, так и пленочных под­ложек. Стеклянные подложки обеспечивают лучшую стабильность по сравне­нию с пленочными при климатических изменениях и могут многократно ис­пользоваться. Пленочные подложки вследствие меньшего веса, гибкости, устойчивости к изломам и ударам более просты в обращении, чем стеклянные; хранить мож­но их в архивах.

Размер изображения на ори­гинале в 100-1000 раз превосходит истинные размеры элемента на микросхеме. Исполнительным инструментом координатографа является алмазный резец, который разрезает пленку по контуру изображения, после чего лишняя пленка снимается с пластины пинцетом. Координатографы должны обеспечивать точность выполнения изображения не хуже ±20 мкм при среднем размере его ~1000х1000 мм. При дальнейшем уменьшении этой погрешностью прак­тически можно пренебречь.

На следующем этапе изготовляют промежуточный фотошаблон с уменьшением в 50-100 раз по сравнению с оригиналом. Умень­шение производят с помощью редукционной камеры. Оригинал, вычерченный в увеличенном масштабе и содержащий топологию структуры изделия, является объектом первичного фотографического уменьшения. Результатом этого процесса являет­ся промежуточный фотошаблон, с которого после одного или не­скольких последующих процессов уменьшения уже получают изображение с размерами рабочего фотошаблона. Обычно достаточно двух фотографических процессов уменьшения: при первом — ори­гинал уменьшают на редукционной камере до промежуточного раз­мера, при втором уменьшении проводится также размножение струк­тур фотошаблона путем последовательной их фотопечати. Вследствие высоких требований к качеству промежуточных фотошаблонов для их изготовления должны применяться специальные высокоточ­ные редукционные камеры.

Редукционная камера должна обеспечивать получение заданных размеров на промежуточном фотошаблоне с высокой точностью (не хуже  ± 1,0 мкм). Обычно камера комплектуется группой объективов, откоррек­тированных на постоянные коэффициенты уменьшения 10, 20, 30, 40 и 50 крат. В целом редукционная камера представляет собой фотографическую уста­новку.

Схема редукционной камеры:

Основными узлами редукционной камеры являются: экран с ис­точниками света, держатель оригинала, объектив и держатель объек­тива, кассета с фотопластиной. Кроме того, конструкция установки включает ряд таких элементов, как рассеивающие стекла, фильтры, затвор, устройства для контроля установки масштаба и изображе­ния.

Фотокамера смонтирована на литой станине 1, которая в свою очередь покоится на амортизаторах 2 и 3. Внутри экрана 4 смонтирован осветитель из стержневых люминесцентных ламп, включаемых с центрального пульта 5. Экран установ­лен на станине на направляющих качения и имеет возможность пере­мещаться вдоль направления оптической оси и может быть закреп­лен в любом выбранном положении.

Манипуляции перемещением кассеты с фотопластиной 6 осу­ществляются с помощью маховичков 7, 8. Объектив наводится на резкость маховичком 9. На рисунке также видны компараторы и микроскоп для наводки на резкость 10. Необходимая длительность экспозиции выбирается с помощью декадных переключателей, поз­воляющих набирать любую выдержку от 1 до 999,9 сек.

Третий этап изготовления фотошаблона – мультиплицирование. Основное назначение систем мультипликации   изготовление эталонных фотошаблонов. Процесс мультипликации заключается в уменьшении изображения структуры, имеющихся на промежуточном оригинале, до окончательного раз­мера согласно чертежу и многократном повторении фотопечатью этих изображений на определенной площади светочувствительной пластины при высокой точности взаимного расположения отдельных структур. Для реализации этих параметров необхо­димо обеспечить как качественную передачу изображений структур с микронными и субмикронными элементами на больших рабочих площадях, с весьма малыми линейными погрешностями тополо­гии, так и точное и воспроизводимое размещение отдельных изображений на заданном поле позиционирования, определяющее, в конечном итоге, степень совмещаемости комплекта фотошаблонов.

В настоящее время существует два метода, позволяющих выполнить указанные выше операции изготовления эталонных фо­тошаблонов: метод последовательной мультипликации единичного изображения, ос­нованный на применении прецизионных шагово-повторных фото­камер (фотоповторителей) и метод одновременной съемки и мультипликации на­бора единичных изображений с помощью линзовых растров.