Современное технологическое оборудование для микроэлектроники

В. С. Камлюк
Д. В. Камлюк

СОВРЕМЕННОЕ  

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ  

ОБОРУДОВАНИЕ  

ДЛЯ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ

Рекомендовано учреждением образования «Республиканский  

институт профессионального образования» Министерства  

образования Республики Беларусь в качестве пособия  
для учащихся учреждений образования, реализующих  

образовательные программы среднего специального образования  
по специальностям «Автоматизация технологических процессов  

и производств», «Мехатроника», «Микроэлектроника»

Минск
РИПО
2022

УДК 621.315(076)
ББК 32.844.1я723

К18

А в т о р ы: 

преподаватель УО «Минский государственный 

колледж электроники» В. С. Камлюк;

ведущий инженер ОАО «Связьинвест» Д. В. Камлюк.

Р е ц е н з е н т ы:

цикловая комиссия специальных дисциплин филиала Белорусского  

национального технического университета «Минский государственный  

политехнический колледж» (С. В. Юхновец);  

начальник НТЦ-21 ОАО «Планар-СО»  

кандидат технических наук И. Б. Петухов.

Все права на данное издание защищены. Воспроизведение всей книги или любой ее 

части не может быть осуществлено без разрешения издательства.

Выпуск издания осуществлен при финансовой поддержке Министерства образо-

вания Республики Беларусь.

К18

Камлюк, В. С.

Современное технологическое оборудование для микроэлектроники : 

пособие / В. С. Камлюк, Д. В. Камлюк. – Минск : РИПО, 2022. – 266 с. : ил. 

ISBN 978-985-895-032-3.

В пособии представлены современные виды оборудования полупроводниково-
В пособии представлены современные виды оборудования полупроводниково-

го производства. Приведены основные характеристики технологического оборудо-
го производства. Приведены основные характеристики технологического оборудо-
вания и требования к нему. Рассмотрены вопросы наладки, регулировки и аттеста-
вания и требования к нему. Рассмотрены вопросы наладки, регулировки и аттеста-
ции оборудования. Последовательный ряд описанного оборудования соответствует 
ции оборудования. Последовательный ряд описанного оборудования соответствует 
примерному маршруту изготовления изделий микроэлектроники.
примерному маршруту изготовления изделий микроэлектроники.

Пособие адресовано учащимся, получающим среднее специальное образование 
Пособие адресовано учащимся, получающим среднее специальное образование 

по специальностям «Автоматизация технологических процессов и производств», 
по специальностям «Автоматизация технологических процессов и производств», 
«Мехатроника», «Микроэлектроника». 
«Мехатроника», «Микроэлектроника». 

УДК 621.315(076)
ББК 32.844.1я723

ISBN 978-985-895-032-3                   © Камлюк В. С., Камлюк Д. В., 2022
 
 
 
 
© Оформление. Республиканский институт

 
 
 
                  профессионального образования, 2022

ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ

БИС 
большие интегральные схемы

ВЧ  
высокая частота 

ДЛП 
датчик линейных перемещений

ЗУ  
запоминающее устройство

ИИС 
интерферометрическая измерительная система

ИС 
интегральная схема 

КИА 
контрольно-измерительная аппаратура 

КМОП 
комплементарная МОП-технология 

КУ  
комплекс управления

КФН 
комплекс формирования напряжения

МВП 
механизм вертикальных перемещений 

МДП 
металл–диэлектрик–полупроводник 

МОП 
металл–оксид–полупроводник 

МПО 
механизм предварительной ориентации 

МТО 
механизм точной ориентации 

ОМУ 
оптико-механическое устройство 

ПФО 
промежуточный фотографический оригинал 

РФШ 
рабочий фотошаблон

САИ 
система анализа изображения 

СБИС 
сверхбольшие интегральные схемы 

ЦАП 
цифроаналоговый преобразователь

ЭФШ 
эталонный фотошаблон

ВВЕДЕНИЕ

Установившиеся стандартные технологии производства элек-

тронных изделий, связанные с критическими размерами ключе-
вых элементов (до 130 нм, от 130 до 100 нм и менее 100 нм), по-
требовали соответствующего совершенствования оборудования 
на основе мехатронных модулей и систем, мехатронизационных 
подходов к совершенствованию оборудования, использования ис-
кусственного интеллекта и прецизионных приводов. Уже уровень 
130 нм вызвал необходимость создания кластерных комплексов 
с разными идеологиями, а уровень 100 нм и ниже – кластерных 
комплексов с идеологией «Бочка Лабунова», которые для иссле-
довательских работ применяются повсеместно.

Ключевым элементом в этих кластерных системах являют-

ся сверхвысоковакуумные, высоковакуумные, низковакуумные 
или даже газонаполненные с контролируемой средой модули. 
В ходе создания таких модулей была решена задача прецизион-
ного репо зиционирования; разработаны специальные двухко-
ординатные системы, оснащенные высокоточными датчиками 
линейного перемещения, позволяющие при переносе образца 
из одного модуля в другой с точностью до нескольких десятков 
нанометров оперативно находить заданный участок поверхности 
пластины. Кроме того, конструкция держателя пластины и по-
зиционера обеспечивает возможность репозиционирования об-
разца с точностью 2–3 мкм, что существенно меньше площади 
сканирования.

Была разработана транспортная система комплексов с шести-

позиционными сверхвысоковакуумными радиальными модуля-
ми, с встроенными манипуляторами, обеспечивающими захват 
и перемещение образца из модуля в модуль. Разработан также 
модуль переворота пластин, что обеспечивает возможность рабо-
ты как на одной, так и на обеих их сторонах, и работы в модулях, 
где технологически требуется поворот лицевой части образца.

Введение

Кластер бесшаблонной электронной литографии позволяет 

исключить из классического процесса литографии этап создания 
фотошаблонов, что значительно ускоряет и удешевляет проекти-
рование микросхем и обеспечивает рентабельность мелкосерий-
ного производства сверхбольших интегральных схем (СБИС).

Передовые компании совершают переход на производство 

ультрабольших интегральных схем (УБИС) уровня 32 и 22 нм 
на пластинах диаметром 300 мм. Однако использование суще-
ствующих процессов плазмохимического травления для произ-
водства новых поколений приборов сопряжено с рядом проблем, 
наиболее серьезной из которых является микроскопическая не-
однородность скорости травления. 

Современное технологическое оборудование для обработки 

пластин в плазме использует источники СВЧ-плазмы в условиях 
электронного циклотронного резонанса и источники ВЧ-плазмы 
в условиях возбуждения гелио-ионной волны и с индуктивной 
или трансформаторной связью, например, реактор высокоплот-
ной плазмы TCP в установке 08ПХТ-150/6-006М2 (Электроника 
ТМ1103). 

Методика реактивного ионно-плазменного травления (РИПТ) 

дает возможность управления степенью вертикальности стенок 
за счет изменения угла травления Si и SiO2 от 90 до 50о, т. е. полу-
чения V-образного профиля. 

Тем не менее установившиеся стандартные технологии про-

изводства электронных изделий, связанные с критическими раз-
мерами, например 350 нм, требуют совершенствования оборудо-
вания в связи с ростом диаметра обрабатываемых полупроводни-
ковых пластин (200 и 300 мм). ОАО «Интеграл» (управляющая 
компания холдинга «Интеграл») освоено производство оборудо-
вания для работы с полупроводниковыми пластинами диаме-
тром 200 мм с технологией по критическим размерам 350 нм. 

Для производства микроэлектронных изделий требуется чи-

стая среда – это условие как снижения дефектности в процессе 
изготовления изделий, так и эксплуатации кластерных комплек-
сов. Например, к производству генераторов изображений предъ-
являют следующие требования: класс чистоты – 10; пределы 
стабилизированного значения температуры воздуха – от 19,5 
до 20,5 оС; погрешность поддержания температуры в течение 
12 ч – в пределах ±0,2 оС; относительная влажность воздуха – 

Введение

(50±10) %; для размещения прочих частей генератора требуется 
помещение классом чистоты 1000. Должен также обеспечиваться 
ламинарный поток воздуха. Допустимое виброперемещение ос-
нования, на котором установлено оптико-механическое устрой-
ство (ОМУ), при частотах 5 Гц не должно превышать по ампли-
туде 5 мкм, а от 5 до 20 Гц – 0,3 мкм. 

От оборудования требуется вибрационно-чистая технология. 

Для повышения точности и снижения дефектности необходимо 
исключить микровибрации. Обеспечение вибрационной чистоты 
процессов достигается за счет применения мехатронных моду-
лей движения, интеллектуальных мехатронных модулей, которые 
позволяют минимизировать всевозможные разбросы параметров 
технологических процессов. 

Критерием работоспособности оборудования является уро-

вень привносимой дефектности. Оборудование подлежит про-
верке (аттестации) на привносимую дефектность по всем типам 
дефектов с использованием тестовых и наладочных программ, 
программы аттестации оборудования.

ГЛАВА 1. ОБОРУДОВАНИЕ  
ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФОТОШАБЛОНОВ

1.1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА  
ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФОТОШАБЛОНОВ 

Топология интегральных схем (ИС) включает несколько то-

пологических чертежей отдельных слоев, последовательно фор-
мируемых на подложке. Например, при изготовлении ИС с по-
левыми транзисторами необходимы пять топологических слоев: 
для формирования изолирующих областей, затворов транзисто-
ров, контактных окон, металлизации и защитного слоя. Резуль-
татом проектирования топологии является определяющая число-
вая информация.

Процесс преобразования числовой информации о тополо-

гическом рисунке в геометрические изображения фигур, выпол-
ненные в нужном масштабе с требуемой точностью, называется 
генерированием изображений.

Производство фотошаблонов – многостадийный процесс, 

который в обобщенном виде представлен на рисунке 1.1. В ос-
нове этого процесса лежит автоматическое проектирование с ис-
пользованием современных средств вычислительной техники, 
обеспечивающих проектирование топологии разной сложности 
с высокой точностью размеров.

Для производства промежуточного оригинала используется 

микрофотонаборный метод генерации изображения с помощью 
оптического или электронно-лучевого генератора изображения. 

Глава 1. Оборудование для изготовления фотошаблонов 

Носитель  

числовой информации

Оптический  

генератор 

изображения 

ЭМ-5289

Фотоповторитель  

ЭМ-5062

Установка  

контроля  

топологии 

фотошаблонов 

ЭМ-6329

Установка  

устранения  

дефектов 

шаблона  

ЭМ-5001

Установка 

контактной 

фотолитографии

Электронно-лучевой  

генератор 

 изображений

Зондовая  

электронно-лучевая  

трубка

Зондовая  

ионно-лучевая 

установка

Установка  

проекционной  

фотолитографии  

с мультипликацией  

М1:Х

Установка  

тиражирования  

ЭМ-583

Эталонный (рабочий) 

фотошаблон

Рабочий  

фотошаблон

Полупроводниковая  

пластина

Промежу точный 

оригинал

Промежу точный 

оригинал

Промежу точный 

оригинал

ЭВМ

Рис. 1.1. Схема генерации изображения

1.2. Генератор изображений лазерный многоканальный ЭМ-5289 

1.2. ГЕНЕРАТОР ИЗОБРАЖЕНИЙ ЛАЗЕРНЫЙ  
МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ЭМ-5289

Назначение. Генератор изображений лазерный многока-

нальный ЭМ-5289 (рис. 1.2) предназначен для производства 
промежуточных шаблонов. Установка обеспечивает изготовле-
ние промежуточных шаблонов для изделий с проектной нор-
мой 0,25–0,18 мкм под технологию фотолитографии с использо-
ванием фоторезистов, область максимальной чувствительности 
которых находится в области УФ-излучения. Рисунок форми-
руется сфокусированным лазерным излучением с длиной вол-
ны 257,2 нм. Процесс фотолитографической обработки фотопла-
стин должен быть оптимизирован для λ = 257 нм и субмикрон-
ного элемента (0,35 мкм).

1
2
3
4
6

9

8
7
5

Рис. 1.2. Общий вид генератора изображений ЭМ-5289: 

1 – комплекс формирования напряжений; 2 – основание; 3 – кожух; 4 – стойка;  

5 – блок загрузки; 6 – монитор; 7 – стол оператора; 8 – стойка управления; 9 – тумба

Принцип действия установки основан на формировании 
изображения растрового типа, для которого характерно 
то, что над любой точкой экспонируемого поля в какой-то момент 
времени появляется световое пятно и рисунок синтезируется 
из пятен (пикселей), которые включаются в нужные моменты 
времени. В отличие от классического генератора изображений 
растрового типа данная установка позволяет усреднять случайные 
погрешности при формировании изображения. Печать 
с вложенной сеткой и управлением уровнями интенсивности дает 
возможность увеличивать дискретность описания изображения, 
не увеличивая количество пикселей.

Глава 1. Оборудование для изготовления фотошаблонов 

Требования к заготовкам: 
стеклянные подложки для металлизированных фотошаблонов 
в соответствии со стандартом SEMI P1-92 должны быть изготовлены 
из материала с низким и очень низким коэффициентом 
теплового расширения следующих типоразмеров: 126,6 мм 
(толщина 2,30, 3,80 и 6,25 мм), 152,0 мм (толщина 2,30, 3,05, 3,80 
и 6,35 мм), 177,4 мм (толщина 3,05, 3,80 и 6,25 мм);

дефекты тонких пленок из хрома по классу AA для подложек 

размером 5 и 6 дюймов (126,6 мм и 152,0 мм) с квадратной областью 
качества должны соответствовать стандарту SEMI P2-86 
(спецификация для тонких хромированных пленок для фотошаблонов 
с твердой поверхностью);

дефекты фоторезиста, применяемого для покрытия металлизированных 
фотопластин, по классу AA для подложек размером 
5 и 6 дюймов (126,6 и 152,0 мм) с квадратной областью качества 
должны соответствовать стандарту SEMI P3-90 (спецификация 
фоторезиста / электронно-лучевого резиста для фотопластин 
с твердой поверхностью). 

Технические характеристики:

производительность установки при экспонировании 
фотошаблона СБИС площадью 
не менее 100 × 100 мм2, изд./ч, не менее

1 

размер минимального элемента, мкм, не более 
0,35 

равномерность размера (величина отклонения 
от среднего измеренного значения 
для элементов одинакового номинала), 
мкм, не более

0,025 

неровность края топологического элемента, 
мкм, не более

0,03 

погрешность совмещения второго слоя, 
мкм, не более

0,06 

точность совмещения фотошаблонов, изготовленных 
на установке, мкм, не более

0,05 

точность совмещения (случайная составляющая 
погрешности совмещения слоев, изготовленных 
на установке), мкм, не более

0,05 (при изготовлении 

на кварцевых 
подложках)

минимальный формируемый размер, мкм 
0,35