Объединение альтернативных систем - 2

В.В. Митрофанов

А теперь вернемся к нашим задачам. При изготовлении транзисторов и интегральных схем применяется оптическая фотолитография. Суть ее в следующем. На окисленную поверхность кремния наносится фоторезист, он высушивается и затем на него накладывается фотошаблон (ФШ) - стеклянная пластинка, на одной стороне которой размещен рисунок элементов транзистора, И.С, например окно базы. Таких ФШ для изготовления ИС обычно бывает 12-16, причем рисунки на всех должны совпадать с высокой степенью точности.

.На ФШ два цвета - черный, не прозрачный для света, и отсутствие черного цвета, т.е. прозрачное стекло. Пучок света проходит через рисунок ФШ, и там, где черного цвета нет, свет попадает на фоторезист (ФР) и засвечивает его. После этой операции, которая называется экспонированием, пластинка кремния с фоторезистом, подвергается операции проявления, на которой все те участки фоторезиста, которые не обрабатывались светом удаляются, а те которые освещались, подвергаются термообработке и ФР задубливается, после чего пластинка кремния подвергается химическому травлению. Таким образом на поверхности окисла кремния образуется рисунок, и пластинка кремния готова к дальнейшей операции. Для нас важно подчеркнуть, что фоторезисты существуют двух типов- позитивные и негативные, т.е. один ФР под действием света упрочняется, а другой разрушается.

Что же можно с ними сделать, как их ОБЪЕДИНИТЬ? Вспомните транзистор Шокли. Все было бы хорошо, если бы поверхность кремния была бы идеально гладкой. На самом деле на поверхности кремния есть микроскопические бугорки, выступы, пирамидки, крошки кремния и т,д, которые торчат из ФР, нанесенного на окисел и при контакте с поверхностью ФШ они вгрызаются в черный рисунок, протыкая его и создавая дефект в рисунке. Некоторые бугорки, пирамидки разрушаются образуя крошку, которая также разрушает черный рисунок на ФШ. Можно представить, что через 50 совмещении ФШ становится очень дефектным и его требуется заменять. А он стоит дорого. Конечно первый путь устранения этого брака -надо выращивать такие пластинки кремния, чтобы на их поверхности не было дефектов роста. Второй путь- удалять эти дефекты перед работой. И третий путь - придумать такой фотошаблон, который бы несмотря на дефект в картинке не пропускал бы свет при экспонировании. После долгих споров с изготовителями ФШ было принято решение, на первый взгляд, прекрасное- изготовить ФШ с рисунками с двух сторон! Удалось изготовить несколько ФШ , один из которых был настолько хорош, что работница не хотела его отдавать, когда потребовалась его проверка качества, причем она сделала более тысячи совмещении(контактов). Мы подали заявку на изобретение и буквально через три месяца получили отказ, на основании аналогичного патента выданного Японии. Мы на правильном пути решили мы, и были очень довольны собой. Однако как показали последующие события радость была преждевременной. За год работы больше не получился ни один ФШ. Можно гадать почему, но результат прост - не получаются. Изготовленные ФШ давали громадное искажение рисунка. Руководством было предложено в течение суток предложить новую конструкцию ФШ, либо эту тему снимут. (Как только встал вопрос, что изготовители отказываются от этой работы, так сразу заработала голова -что делать? Но год то пропал!)

Итак, имеем два ФШ- один с рисунком на одной стороне, на другом - рисунки с двух сторон. По правилу следует в качестве образца для совершенствования брать самую простую и дешевую систему. Берем обычный ФШ. Он сам должен защищать себя от образования в нем дефектов, либо пусть дефекты образуются, но они не будут копироваться на пластине кремния. Что мы можем перенести со второго, сложного ФШ на выбранный нами простой фотошаблон? На двухстороннем ФШ искажается рисунок, но дефектов то нет! Почему происходит искажение? Возможно, из -за толщины ФШ. Если его сделать тонким, например, 50мкм, то искажений рисунка не будет, и переноса дефектов не будет! Однако появляется новое осложнение-с таким тонким ФШ никто работать не сможет.

ФШ должен быть тонким, для того, чтобы не было дефектов и был четкий рисунок, и ФШ должен быть толстым, для того, чтобы с ним можно было бы работать. Можно сообразить как разрешить это ФП. Можно изготовить тонкий ФШ и закрепить его на исходном толстом. Технология таких ФШ была нами разработана и позволила получать так называемые дублированные ФШ.

Я не буду приводить экономический эффект и другие показатели - очевидно, что они хорошие, а подчеркну одну особенность такого подхода, о которой мне всегда говорил В.М. Герасимов. В этом случае Вы используете все ресурсы обоих ТС. Нет смысла перебирать ресурсы которых огромное множество.

Сформулируем еще одно противоречие, которое мы использовали при решении этой задачи. Для того, чтобы изображение было четким, контакт между ФШ и пластинкой кремния должен быть плотным, а чтобы поверхность SI с выступами не создавала дефектов, в ФШ нужен зазор. Какой величины? Допустим, пусть зазор будет 5мкм, тогда можно предложить разместить три выступа на ФШ, которые не позволят поверхности с дефектами взаимодействовать с ФШ. Рассмотрим другой вариант - сделаем зазор 50мм. И тут приходит мысль так это же проекционная печать в обычной фотолаборатории! Действительно, к этой мысли можно придти различными путями, но главное - такую фотолитографию сделали! Ну не мы, другие. Еще добавлю, кроме оптической - световой сейчас есть электронная ФЛГ, а дальше предложите сами, какие еще могут быть ФЛГ.

И, наконец, рассмотрим последнюю задачу - измерительную. Я не буду полностью рассматривать причину возникновения задачи, все это изложено в моей книге" От технологического брака до научного открытия". Скажу только, что она возникла, встала предо мной и я сам ее сформулировал, найдя причину брака при изготовлении транзисторов. Необходимо было найти способ, позволяющий изготавливать кремниевые пластинки толщиной 105мкм, причем по толщине 100мкм была проведена диффузия фосфора. а вся остальная толщина - одноомный кремний. Очевидно, что там, где была проведена диффузия фосфора - сопротивление кремния разное в зависимости от толщины кремния. Самое желательное -это в процессе механической обработки-шлифовке и полировке кремния, измерять толщину, но не абсолютную толщину, а чтобы все пластинки имели одинаковую толщину с определенным допуском. Я не могу сказать как мне пришла в голову идея использовать зондовый метод. По видимому зондовых методов есть много, но я в то время знал два -двухзондовый и четырехзондовый. Этот метод используется для измерения поверхностного электрического сопротивления Rs. Используемые у нас головки с зондами требовали аккуратного отношения, считалось, что в условиях цеха они могут быть повреждены. Но ведь есть переносные электроприборы, у которых тоже есть зонды, с помощью которых осуществляют контактирование для измерения параметров плат, приборов и т.д. (Много позже я узнал. что с помощью зондов измеряют сопротивление деревьев, сопротивление Земли. А я то думал, что этот метод придумали "полупроводниковцы"). Итак, зондовый метод позволяет измерить поверхностную концентрацию примесей, а я хотел измерить малую толщину. Я объединил оба метода -один реальный, другой, мной придуманный и все получилось. Я понимаю, что некоторые сочтут, что в данном случае есть натяжки. Да, есть, но уж очень мне хочется чтобы Вы, читатель, попробовали в своей деятельности метод ОАС - объединение альтернативных систем.

В. Митрофанов.