Академик В. М. Глушков – пионер кибернетики - Деркач В.П. Страница 16

В 60 гг. в КНИИМП внедрены первые в стране наши интегральные диодные линейки и матрицы, нашедшие применение в космической технике и в машинах, созданных в Институте кибернетики. Для предприятий Министерств авиационной и электронной промышленности, Министерства общего машиностроения разработаны новые на то время типы интегральных схем, полупроводниковых приборов и технологии их производства, принятые межведомственными комиссиями. Выполнены исследования эффектов переключения в поликристаллических и стеклообразных полупроводниках. В 1980 г. сдана межведомственной комиссии диодно-матричная БИС для ПЗУ с плотностью 4096 бит на кристалле. Сегодня, когда ведущие фирмы производят ИС с миллионами транзисторов на кристалле, те наши более чем двадцатилетней давности ИС кажутся примитивными. Но тогда авторитетная межведомственная комиссия оценила их как высокое достижение на фоне мирового уровня технологии.

Вместе с НИИ “Пульсар” МЭП СССР Институт кибернетики выполнил пионерные работы в области электроннолучевой микрообработки полупроводниковых материалов и ныне распространенной электронной литографии для формирования субмикронных структур интегральных схем. К началу наших работ практически была доказана возможность использования остро сфокусированного пучка электронов для изготовления p-n переходов, резисторов, туннельных диодов, некоторых типов транзисторов, для формирования соединительных компонентов микросхем, скрайбирования, полимеризации мономеров на подложках и выполнения других тонких операций. В литературе, однако, почти отсутствовали необходимые представления о механизмах взаимодействия электронного луча с материалом мишеней, без чего нельзя правильно устанавливать технологические режимы облучения, оптимальные условия проведения технологических операций. На основе теоретических исследований нам удалось сначала выяснить эти механизмы применительно к электронным пучкам, используемым в качестве инструмента для прецизионного термического воздействия на полупроводник и в качестве зонда для измерения и контроля некоторых параметров технологического процесса и изделий. Были разработаны теоретические основы метода электроннолучевого легирования полупроводников, применявшихся для изготовления диодных логических микроструктур. Исследована кинетика тепловых процессов и все основные стадии легирования: формирование в зоне обработки локального температурного поля, проникновения примеси в расплав полупроводника, распределения ее в твердой фазе при кристаллизации, возникновение в ходе кристаллизации так называемого “выпора”, образующего электрический контакт с легированной зоной.

В последующие годы наши теоретические работы были направлены на более глубокое проникновение в закономерности торможения и рассеяния электронных потоков, выяснение характера распределения выделяемой ими энергии между различными видами атомов и химических связей в материалах сложного состава, механизмов физико-химических реакций, возникновения и движения дефектов структуры и др. Детально изучены вторичные процессы при облучении электронного резиста.

В 1974 г. издана монография “Электроннозондовые устройства” (В. П. Деркач, Г. Ф. Кияшко, М. С. Кухарчук), посвященная физическим основам электроннозондовой техники и методам применения электронного зонда, которая используется в учебных курсах физических факультетов университетов и технических вузов.

Эти работы помогли сформулировать требования к некоторым типам электроннолучевого оборудования, найти диапазоны и точности регулирования энергетических и временных параметров электроннолучевой микрообработки, определить допустимые погрешности при установке луча в обрабатываемую точку, необходимые скорости его перемещения, выбрать правильные принципы построения управляющей системы.

Среди имевшихся в начале 60 гг. технических средств автоматизации не оказалось пригодных для эффективного управления такими тонкими инструментами микрообработки, каким является электронный луч. Существовавшая в то время аппаратура не позволяла получать высокие разрешения, точности позиционирования и скорости перемещения пучка в нужную точку, осуществлять произвольную установку временных и энергетических режимов воздействия электронов на материал. Использование этой аппаратуры приводило к таким трудностям при программировании технологических процессов, что многие технологи считали их непреодолимыми. Необходимо было создать специализированные цифровые технические средства. Поэтому на предприятиях электронной промышленности возникали острые проблемы, связанные с автоматизацией этих процессов, и эти предприятия обращались в наш институт за помощью. Более того, в средине 60-х годов было принято специальное постановление ЦК КПСС и Совета министров СССР, обязывающее Институт кибернетики создать соответствующие технические средства. В порядке выполнения этого постановления, за средства предприятий Минэлектронпрома в 1967 г. была спроектирована и изготовлена быстродействующая специализированная цифровая машина “Киев-67”, которая, по заключению межведомственной комиссии, стала первой отечественной электронной цифровой машиной для управления электроннолучевой микрообработкой материалов и по своим техническим характеристикам и эстетическим качествам превосходила известное зарубежное оборудование аналогичного назначения. На международной выставке “Автоматизация-69” ЭВМ “Киев-67” была удостоена высшей награды. В машине реализован оригинальный входной язык и векторный способ сканирования, благодаря чему настолько упрощено программирование технологических процессов, что оно как проблема перестало существовать для технологов. Оператор записывал исходную информация в цифро-буквенной форме, что по существу не отличалось от той информации, которой он привык пользоваться в своей повседневной работе.

Заложенные в машине “Киев-67” принципы автоматического программного управления электроннолучевыми процессами были развиты при создании ЭВМ “Киев-70”, специально предназначенной для управления процессами электронной литографии. При изготовлении ИС обычно применяют операции фотолитографии. Они поглощают в среднем до 40-50% всех затрат на полный технологический цикл и определяют точность изготовления. От них зависит возможность получения малых размеров элементов схем, которые для совершенствования ИС, повышения степени их интеграции необходимо постоянно уменьшать.

Однако при использовании видимого и ближнего к нему по длине волны ультрафиолетового излучения для экспонирования фоторезисторов в промышленных условиях нельзя получать элементы размером в доли микрона из-за ограничений, вызываемых явлением дифракции и малой глубины резкости, которую дает световая оптика. Электронный луч для этой цели оказывается значительно результативней. Он представляет собой самый точный инструмент и может обеспечить на несколько порядков лучшую пространственную разрешающую способность. Практически уже тогда получали, например, диаметр луча меньше 0,1 мкм при токе больше 10^-9 А и глубине фокуса ±25 мкм, что недоступно для оптических систем. Электронная литография открыла новые возможности для производства сверхбольших интегральных схем с размерами элементов меньше 0,5 мкм.

Но эти преимущества можно было реализовать лишь при условии применения соответствующих средств управления, функции которых и выполняла машина “Киев-70”. В дополнение к описанным выше возможностям она существенно расширяла область обработки, обеспечивала изготовление и совмещение шаблонов с ошибкой, не превышающей 0,1 мкм, была более производительной и управляла не только перемещением луча, но и высокоточным координатным столом с автоматической коррекцией программы по сигналам обратной связи от реперных меток, осуществляла мультипликацию, устанавливала нужный формат электронного пятна или диафрагмы, позволяла сканировать мишень непрерывно с разными временами экспозиции. На основе статистической обработки сигналов, получаемых от передних и задних кромок реперных меток при их многократном электроннозондовом сканировании с последовательным смещением линии сканирования, “Киев-70” автоматически выполняла угловую, линейную коррекции и коррекцию погрешностей отклонения, обеспечивала совмещение координатных осей стола и электроннооптической системы. Впервые была создана возможность относительно простого решения весьма сложной в рамках обычной технологии задачи автоматического прецизионного самого точного на то время совмещения рисунков фотошаблонов, формируемых в различных слоях микросхем, что открыло принципиально новые возможности производства схем с субмикронными размерами компонентов. Сотрудниками института развита