Технология литографических процессов



страница1/5
Дата11.02.2016
Размер4.58 Mb.
  1   2   3   4   5


МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРАЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО

ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОНИКИ

И МАТЕМАТИКИ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИСТЕТ)»


Б.А. Лапшинов
ТЕХНОЛОГИЯ ЛИТОГРАФИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
Утверждено Редакционно-издательским советом института

в качестве учебного пособия



Москва 2011

УДК 621.38

ББК 32.85

Л 24


Рецензенты: докт. техн. наук А.Б. Соколов (ГУ «НИИ МЭИИТ МИЭМ»);

докт. ф.-м. наук А.Н. Магунов (ГБНУ «НИИ ПМТ») .

Лапшинов Б.А.

Л 24 Технология литографических процессов. Учебное пособие – Московский государственный институт электроники и математики. М., 2011.–95 с.

ISBN 5-230-
Изложены принципы и методы выполнения всех операций, составляющих единый технологический процесс фотолитографии. Дан анализ ограничений разрешающей способности традиционной фотолитографии и показаны пути их преодоления. Приведены сведения о развитии литографических процессов и основные принципы их реализации.

Для студентов 3 и 4 курсов обучающихся по специальности 210100 «Электронное машиностроение»

УДК 621.38

ББК 32.85

© Лапшинов Б.А., 2011

Введение
Бурное развитие микроэлектроники, наблюдаемое в последние годы, стало возможным благодаря совершенствованию техники. Первым шагом к возникновению микроэлектроники был переход от электронных вакуумных ламп к твердотельным приборам, изготавливаемым из материалов с полупроводниковыми свойствами.

Лидерство в изобретении транзистора принадлежит сотрудникам лаборатории Bell Telephone Laboratories (1948 г.). Первые транзисторы создавались на основе германия, были точечными, имели нестабильные характеристики, недостаточную надежность, очень высокий уровень шумов и... очень дорогими.

Переход от точечных транзисторов к плоскостным (планарные технологии), так же как и переход от германия к кремнию, был осуществлен фирмой Texas Instrument Incorporation в 1953 году. Применение кремния позволило резко увеличить мощность транзисторов. Освоение групповой планарной технологии изготовления транзисторов, основанной на использовании диффузии, позволило значительно уменьшить их себестоимость.

Первая интегральная схема, а именно с интегральными схемами ассоциируется ныне понятие «микроэлектроника», была выполнена фирмой Fairchild Semiconductor в 1961 году. Эта интегральная схема представляла собой триггер, состоящий из четырех биполярных транзисторов и двух резисторов. В 1963 г. фирма RCA выпустила первую интегральную логическую схему, включающую 16 МОП-транзисторов. И процесс пошел... Быстрому распространению интегральных схем способствовали групповые планарные технологии, отработанные в производстве транзисторов.

19 апреля 1965 года Гордон Мур, ставший впоследствии одним из основателей корпорации Intel, в небольшой статье для юбилейного выпуска журнала Electronics сделал одно из самых знаменитых предсказаний второй половины XX века, которое впоследствии стали называть "Законом Мура". Он подметил, что примерно каждые два года происходит удвоение числа транзисторов в микросхемах, производство которых на текущий момент обеспечивает минимальную стоимость в пересчёте на один транзистор. В дальнейшем это предсказание оправдалось самым блестящим образом. В 1965 году наиболее сложная микросхема состояла всего из 50 компонентов и стоимость одного транзистора была около 1 доллара. К 1975 году стоимость транзистора упала до одного цента, а размер транзисторов сократился так, что на одном кристалле их можно было разместить более 100 000. В сегодняшних процессорах количество транзисторов превышает порой 1 миллиард, а стоимость одного транзистора при этом составляет менее одной десятитысячной цента. Именно по причине этих беспрецедентных темпов повышения сложности изделий при одновременном снижении их стоимости микроэлектроника выделяется из всех остальных отраслей промышленности и с полным основанием может считаться "локомотивом экономики" на протяжении последних 50-ти лет. Если в любой другой отрасли промышленности разработка нового изделия, которое вдвое сложнее предшествующей модели, ведёт к примерно двукратному увеличению стоимости этого изделия, то в микроэлектронике всё происходит с точностью до наоборот!

Гордон Мур в интервью, посвящённом 40-летию его высказывания, заметил, что он, прежде всего, хотел обосновать идею, что интегральные микросхемы - это способ делать вещи дешевле. На самом деле, если комплектующие микроэлектронные изделия каждые два года теряют половину цены, то и любая конечная продукция, в состав которой они входят, тоже неизбежно будет дешеветь. Или возможен другой вариант, при котором через два года появляется новое изделие, выполняющее вдвое больше функций, чем предыдущая версия, но при этом цена остаётся прежней.


Раздел 1. Планарная технология и литография


    1. Место литографии в технологии ИМС

По способу изготовления и получаемой структуре различают два принципиально разных типа интегральных микросхем: полупроводниковые и пленочные. По ряду причин главенствующее положение занимают полупроводниковые микросхемы, представляющие собой основу современной микроэлектроники.



Полупроводниковая интегральная схема — это микросхема, элементы которой выполнены в приповерхностном слое полупроводниковой подложки. Технология их изготовления основана на легировании полупроводниковой (кремниевой) пластины поочередно донорными и акцепторными примесями, в результате чего под поверхностью образуются тонкие слои с разным типом проводимости и р-n - переходы. При этом отдельные слои используются в качестве резисторов, а р-n - переходы предназначены для реализации диодов и транзисторов. Локальное легирование осуществляется с помощью масок, причем роль маски обычно выполняет пленка двуокиси кремния (Si02), покрывающая поверхность кремниевой пластины. «Окна» в этой пленке вскрываются специальными методами. Фрагмент структуры полупроводниковой интегральной схемы приведен на рис. 1.

Пленочная интегральная схема - это микросхема, чьи элементы выполнены в виде пленок, нанесенных на поверхность диэлектрической подложки (стекло, керамика и др.). В зависимости от толщины пленок различают тонкопленочные (1-2 мкм) и толстопленочные (10-20 мкм и выше) интегральные схемы. В толстопленочных технологиях используются пасты различного состава, в тонкопленочных технологиях пленки осаждаются на подложку в вакууме или из газовой фазы. Пленочные микросхемы содержат только пассивные элементы (резисторы, конденсаторы и т. д.), поскольку получить в пленках активные компоненты (транзисторы) пока еще не удалось. Как следствие, такие микросхемы функционально очень ограничены.

Рис. 1. Фрагмент структуры полупроводниковой интегральной схемы


В ответ на подобные ограничения появились гибридные интегральные схемы, которые представляют собой комбинацию пленочных пассивных элементов и активных компонентов, расположенных на общей диэлектрической подложке. Дискретные активные компоненты, входящие в состав таких интегральных схем, называют еще и навесными. Известны и другие «смешанные» микросхемы.

Данные типы микросхем объединяют групповые планарные технологии их изготовления - величайшее научно-техническое достижение XX века.



Микротехнологии — это комплекс групповых прецизионных планарных технологий, разработанных для производства изделий микроэлектроники. Сущность таких технологий проста по смыслу и одновременно сложна по содержанию. Она определяется чередованием целого ряда сложных уникальных процессов. Эти технологии непрерывно модернизировались, но принципы, на которых они основаны, оставались неизменными. Основной целью модернизаций было и есть уменьшение топологической нормы, т.е. характерного размера элемента микросхемы (или увеличение разрешающей способности).

Под разрешающей способностью (разрешением) понимается размер и точность формирования заданного рельефа (рисунка) микросхем. Чем меньше размер и выше точность, тем выше плотность упаковки отдельных элементов внутри микросхемы, тем больше количество логических элементов, размещаемых на единице площади микросхемы, и, соответственно, выше ее функциональные возможности.

В технологии изготовления интегральных микросхем очень важное место принадлежит маскам, обеспечивающим локальный характер напыления, легирования, травления, а в некоторых случаях и эпитаксии. Любая маска есть совокупность отверстий (окон) в слое сплошного материала. Формированием масок в планарной технологии занимается литография. Литография (от греческого lithos — «камень» и grapho— «пишу», «рисую») — способ формирования рельефа (рисунка) в слое металла, диэлектрика или полупроводника. Процесс литографии осуществляется с использованием специальных материалов - резистов, чувствительных к внешнему облучению и способных при этом переходить в нерастворимое устойчивое к действию травителей состояние (негативные резисты) или, наоборот, разрушаться (позитивные резисты).

Основная характеристика процесса литографии - разрешающая способность, то есть способность раздельно воспроизводить мелкие элементы рисунка. Обычно разрешающая способность оценивается по минимальной ширине воспроизводимой линии и определяется преимущественно способом экспонирования резиста и длиной волны воздействующего на него излучения. Теоретики говорят, что предел разрешающей способности - половина длины волны экспонирующего излучения. Всему виной - дифракция света. Практика подтверждает эти теоретические предпосылки. По мере увеличения требований к уровню разрешения литографического процесса длина волны используемого излучения становится все меньше.



Оптическая литография или фотолитография обычно использует излучение с длиной волны λ = 0,36-0,45 мкм. Если поделить пополам это значение, получим теоретически возможное разрешение рисунка микросхемы. На практике оно будет несколько хуже (1-2 мкм). Такой уровень разрешающей способности достаточен для получения большей части современных печатных плат (носителей микросхем), но уже недостаточен для большинства современных интегральных микросхем. Маленький шажок вперед позволило сделать использование глубокого ультрафиолетового излучения (λ = 0,2- 0,3 мкм). Появилась возможность воспроизводить элементы с размерами 0,5 - 0,8 мкм и менее. Большой шаг вперед позволило сделать использование иных, более коротковолновых излучений (рентгенолитография, электронолитография).

Рентгенолитография (λ = 0,2 - 10 нм) — один из наиболее высокоразрешающих методов литографии. Она позволяет получить рисунок с размерами элементов 0,1 мкм и менее.

Электронная литография обладает наиболее высокой разрешающей способностью. Дебройлевская длина волны электрона (электрон - это еще и волна) менее 0, 1 нм. И эффекты дифракции, ограничивающие разрешающую способность электронной литографии, очень малы. Но имеются и другие осложняющие факторы, например, рассеяние электронов в слое резиста, их отражение от подложки, поэтому реально достижимый уровень разрешения хуже. Наибольшее практическое значение получила сканирующая электронная литография. Ее основное достоинство — отсутствие специальных шаблонов для создания требуемой топологии интегральных схем.

И все же специалисты считают, что возможности твердотельной электроники приближаются к своему пределу. А лимитирующей стадией являются именно процессы литографии. Размер составляющих элементов микросхем уменьшается каждые 3 года с коэффициентом 0,7. По другим данным (закон Мура) плотность упаковки элементов микроэлектроники должна удваиваться каждые 1,5-2 года. Для достижения все более высокого уровня разрешения может быть использована «вилка» между теоретически возможным и реально достижимым уровнем разрешения внутри каждого метода литографии. Но для этого требуются новые материалы, новое оборудование и еще многое другое. Да и теоретически возможные пределы достижения высокого разрешения — не беспредельны.

90-,65-, 45-, 32- нм технологии — реалии современной твердотельной электроники. Отработаны, но пока еще преимущественно в лабораториях, и технологии 22 нм. А что же дальше? Дальше, скорее всего, произойдет переход на качественно иной уровень. Впереди - другая электроника. Химические, биологические и иные варианты микросхем будущего позволят реализовать принципиально новый уровень разрешения - уровень, соизмеримый с линейными размерами атомов и молекул. Экспериментальных образцов создано уже более чем достаточно. Вопрос лишь в том, когда это количество перейдет в качество.
пол отеллини демонстрирует микросхемы, выполненные по 22-нанометровой технологии.
Исполнительный директор Intel Пол Отеллини демонстрирует микросхемы, выполненные по 22-нанометровой технологии (2009 год)



    1. Литографические процессы. Сущность, этапы и основные операции

Литография в микроэлектронике – это совокупность фотохимических процессов, создающая на поверхности материала защитный слой требуемой конфигурации и стойкости к агрессивным воздействиям и последующей операции селективного травления или осаждения, использующих этот защитный рельеф.

В большинстве случаев литография проводится по какому-либо технологическому слою, нанесенному на поверхность полупроводниковой пластины. В качестве такого слоя может использоваться пленка SiO2 или Si3N4 , пленка металла, поликремния и др. Проводя литографию по слою диэлектрика (SiO2, Si3N4) формируют конфигурацию маски для локального внедрения легирующей примеси, подзатворного диэлектрика в МДП транзисторах, литография по металлу позволяет формировать топологию токоведущих дорожек, контактных площадок, тонкопленочных резисторов и других элементов ИМС.

Процессы литографии можно разделить на три этапа, каждый из которых включает ряд последовательно выполняемых операций (рис. 2).
Этап 1. Формирование сплошного равномерного слоя резиста на поверхности подложки. Этап включает следующие операции:

а) подготовка поверхности подложки;

б) нанесение слоя резиста;

в) термическая сушка резиста.



Этап 2. Создание рельефной структуры (маски) резиста. Операции этапа:

а) экспонирование резиста;

б) проявление резиста;

в) термическая сушка (задубливание) резиста.

Этап 3. Перенос рельефа резиста на технологический слой, имеющийся на подложке. Операции этапа:

а) травление технологического слоя;

б) удаление резистивной маски;

в) очистка поверхности подложки.

Теоретические основы выполнения этих этапов включают три основных раздела:


  1. прикладную оптику, формирующую заданное изображение в резистивном слое;

  2. прикладную фотохимию, определяющую закономерности поведения резиста в различных ситуациях;

  3. прикладную теорию травления (растворимости или распыления) различных материалов в жидкостных и плазмохимических средах.

В зависимости от длины волны применяемого при экспонировании излучения различают оптическую, рентгеновскую, электронную или ионную литографию (рис. 3). Оптическая литография (фотолитография), стандартная или в глубокой ультрафиолетовой области, в соответствии со способом экспонирования может быть контактной или бесконтактной (на микрозазоре и проекционная). Электронная литография может выполняться путем последовательной передачи топологического рисунка на слой резиста сфокусированным единичным электронным лучом или путем одновременной проекции всего рисунка. То же можно сказать и об ионной литографии.

Последовательность выполнения отдельных операций всех методов литографии является практически одинаковой. Различие состоит только в способе воздействия на слой резистивного материала при выполнении операции экспонирования.

В связи с этим подробно остановимся только на оптической литографии, точнее, на стандартной фотолитографии, использующей для экспонирования резиста ультрафиолетовое (УФ) излучение с длиной волны λ = 310-450 нм: светом (photo) по камню (lithos) рисую (grapho).

Нанесение резиста

Подготовка поверхности подложки

Сушка


резиста
Экспонирование

Проявление

Термообработка

(задубливание)

Травление технологического слоя

Удаление резиста

Очистка подложки

1-й этап


2-й этап

3-й этап


Рис. 2. Последовательность выполнения операций фотолитографии

Следует отметить принципиальные различия между световыми излучениями и излучениями высоких энергий, используемых для экспонирования резистов в других методах литографии. Для поглощения световой энергии характерна селективность. Поглощение же излучений высокой энергии менее избирательно и, за исключением мягкого рентгеновского излучения, почти не зависит от химического строения резиста (полимера). Световая энергия воздействует лишь на валентные электроны в молекулах резиста, в то время как ионизирующее излучение может оказывать влияние и на связанные более прочно внутренние электроны.





Рис. 3. Классификация литографических процессов




    1. Фоторезисты и их свойства

Фоторезисты (актинорезисты) (ФР) - это сложные полимерные композиции, в составе которых имеются пленкообразующие и фоточувствительные к ультрафиолетовому излучению компоненты, растворители и специальные добавки. Последние вводят для улучшения условий пленкообразования (разбавители), изменения фоточувствительности (сенсибилизаторы), повышения адгезии фоторезистивного слоя к подложкам, улучшения стойкости к воздействиям кислот, щелочей, высоких температур и др. Растворители определяют стабильность свойств готовых фоторезистов, влияют на процесс нанесения и последующее высыхание фотослоя.

В качестве полимерной основы большинства фоторезистивных материалов используются: поливиниловый спирт, полиэфиры, полиамиды, фенолформальдегидные и эпоксидные смолы, поливинилацетат, каучуки и др.

Как известно, свет представляет собой поток фотонов (квантов) с энергией:



Е = hv = hc / λ,

где h — постоянная Планка; v— частота колебания электромагнитного поля, создаваемого движущимся фотоном; с — скорость света; λ — длина электромагнитной волны.

Световая энергия, поглощаемая молекулами или атомами вещества, увеличивает запас их внутренней энергии. Если энергия фотона больше определенного значения, то молекула в результате поглощения кванта света может перейти из нормального состояния в возбужденное. Подобное состояние неустойчиво, поэтому она скоро теряет избыточную энергию, возвращаясь к норме. Пути перехода молекулы из одного состояния в другое различны и описываются фотохимическими закономерностями, зависящими от интенсивности света и его распределения на объекте.

Атом резиста, возбужденный квантом света, претерпевает химическое изменение. В этом случае говорят о фотохимическом воздействии света. В фотохимии склонность молекул к фотохимическому превращению оценивают квантовым выходом:



число прореагировавших молекул

γ = -----------------------------------------------

число поглощенных квантов
Согласно закону Эйнштейна каждый поглощенный квант энергии (hv) вызывает возбуждение одной молекулы. Отклонение γ от единицы объясняется тем, что вслед за первичным актом поглощения и возникновением электронно-возбужденного состояния молекулы следуют вторичные (темновые) реакции, которые частично компенсируют результат первичного поглощения (γ < 1) или действуют в том же направлении (γ > 1). Квантовый выход и скорость фотохимических реакций, зависящие от химического строения облучаемых веществ, определяются спектральным составом и интенсивностью падающего света.

На рис. 4 представлено распределение энергий наиболее типичных химических связей в макромолекулах полимеров. Энергия химических связей в полимерах находится в пределах (1,5 - 5) ∙105 Дж/моль и соизмерима с энергией излучения в ультрафиолетовой и видимой областях спектра.



Рис. 4. Распределение энергии химических связей в полимерах

Фотохимические процессы, происходящие в ФР под действием УФ-излучения, можно разделить на две стадии – световую и темновую. На световой стадии в результате поглощения кванта излучения наиболее слабая химическая связь фоточувствительной молекулы разрывается и образуется свободный радикал. На темновой стадии протекают реакции, приводящие к деструкции (разрушению) молекулярных цепей полимера либо, наоборот, к структурированию (сшиванию) молекул в прочную сетку. В результате этого стойкость облученных участков к воздействию проявителя уменьшается или возрастает соответственно.

При поглощении световой энергии в фоторезистах протекают 4 типа фотохимических реакций:

1. Фотораспад (фотолиз) — возбуждение молекулы с последующей ее диссоциацией на активные частицы:

АВ → (hv) →AB' → A+B.


2. Фотоприсоединение — присоединение к возбужденной молекуле другой молекулы того или иного типа:

A+B → (hv) → A+B' → AB.


3. Фотоперегруппировка — перегруппировка атомов в структуре молекулы:

AB+C → (hv) → AB'+C → A+BC.


4. Фотосенсибилизация — перенос энергии возбуждения от одного компонента системы другому:

AB+C → (hv) → AB+C' → AB'+C.


Существуют два класса фоторезистов:

  • позитивные;

  • негативные.


Позитивные ФР

Позитивные ФР — это резисты, локальные участки которых после воздействия излучения за счет фотодеструкции (разрушения) удаляются в проявителях, а необлученные — остаются на подложке и образуют фоторезистивную контактную маску.

Позитивные ФР изготавливают на основе фоточувствительных нафтохинондиазидов (НХД) и фенолформальдегидных смол, являющихся пленкообразующими полимерами. Молекула позитивного ФР имеет строение R1-О-R2, где R1 и R2 — светочувствительная и полимерная части, О — соединяющий их атом кислорода. При поглощении квантов облучения молекула НХД распадается на азот и неустойчивый радикал, который превращается в инденкарбен; последний присоединяет всегда имеющуюся в фоторезисте влагу, образуя инденкарбоновую кислоту (рис. 5):

Рис.5. Инденкарбоновая кислота


Облученные участки фотослоя, в отличие от необлученных, становятся гидрофильными, хорошо смачиваются и удаляются щелочными проявителями.
Негативные ФР

Негативные ФР — это резисты, локальные участки которых под действием излучения в результате фотоструктурирования (сшивания) становятся стойкими к воздействию проявителя и в отличие от необлученных участков остаются на подложке, образуя фоторезистивную маску.

Негативные ФР изготавливают на основе поливинилциннамата или на основе каучуков. Поливинилциннамат (ПВЦ) представляет собой сложный эфир циннамоильной кислоты и поливинилового спирта и имеет общую формулу R1-О-R2, где R1 — фоточувствительная циннамоильная группа; R2 — пленкообразующая часть поливинилового спирта; О — соединяющий их атом кислорода (рис. 6).

При поглощении квантов излучения наиболее слабые в светочувствительных частях молекул химические связи СН = СН разрываются. За счет освободившихся связей происходит фотоструктурирование, т. е. поперечное сшивание молекул ПВЦ в трехмерную сетку.

Негативные ФР на основе каучука наиболее часто представляют собой механическую смесь циклокаучука и добавок, которые в возбужденном состоянии вступают в химическое взаимодействие с каучуком, в результате чего происходит сшивание линейных полимеров каучука образующимися свободными радикалами.

Рис. 6. Строение поливинилциннамата


На рис. 7 показана структура фоторезистивных масок, полученных с применением негативного и позитивного фоторезистов.

Рис. 7. Этапы фотолитографического процесса

1 – полупроводниковая подложка, 2 – активный слой (SiO2, металл),

3 – слой фоторезиста, 4 – фотошаблон


Таким образом, фотолитография (ФЛ) - это технологический процесс (ТП), основанный на использовании фотохимических явлений, которые происходят в нанесенном на подложку слое фоторезиста при его обработке ультрафиолетовым (УФ) излучением через маску (фотошаблон ) и последующей операции формирования маски в слое фоторезиста и травлении технологического слоя через маску в ФР.

Основными параметрами, определяющими технологический уровень ФЛ, являются:



  • минимальный элемент изображения и точность его воспроизведения в ФР по полю изображения, по подложке и в партии обрабатываемых подложек;

  • погрешность совмещения топологических слоев;

  • воспроизводимость формы (рельефа) элементов, протравленных в технологическом слое через маску в ФР;

  • плотность дефектов в технологическом слое, внесенных в процессе литографии.


Свойства фоторезистов

  1. Светочувствительность – это величина, обратная количеству поглощенной световой энергии, необходимой для получения в данном слое фоторезиста определенного фотохимического эффекта, который состоит в потере (в негативном фоторезисте) или приобретении (в позитивном фоторезисте) растворимости облученных участков фоторезиста:


где Е – интенсивность облучения слоя фоторезиста толщиной h, в котором произошел требуемый фотохимический эффект; t – время выдержки; H – экспозиция.

Физический смысл этого критерия состоит в том, что чем меньше требуется экспозиция для изменения растворимости слоя на глубину h, тем более светочувствителен фоторезист. Большинство фоторезистов обладает светочувствительностью к ультрафиолетовой области спектра, лежащей в диапазоне от 300 до 500 нм. Поэтому они экспонируются (освещаются) ультрафиолетовыми лучами от таких искусственных источников, у которых максимумы спектра излучения близки к максимумам спектров поглощения фоторезистов.

Точную характеристику светочувствительности можно получить, учитывая процесс не только экспонирования, но и проявления. Так как проявитель химически взаимодействует с экспонированными и неэкспонированными участками ФР, процесс проявления оказывает прямое влияние на его светочувствительность. В прямой зависимости от данного процесса, а следовательно, и светочувствительности ФР находится качество элементов, формируемых в его слое при проявлении.

Таким образом, критерием светочувствительности негативных ФР является образование после экспонирования и проявления на поверхности подложки локальных полимеризованных участков — рельефа рисунка, т. е. полнота фотохимической реакции полимеризации молекул основы ФР.

Критерием светочувствительности позитивных ФР является полнота разрушения и удаления (реакции фотолиза) с поверхности подложки локальных участков слоя ФР после экспонирования и проявления и образования рельефного рисунка.

Высокая светочувствительность материалов достигается введением в полимерные композиции светочувствительных добавок, позволяющих проводить однонаправленные фотохимические процессы с достаточно высоким квантовым выходом; введением в макромолекулы полимеров определенных химических групп, фотохимические реакции которых приводят к необходимому изменению свойств материала; созданием композиций, содержащих вещества, склонные к фотополимеризации.

ФР характеризуются также пороговой светочувствительностью, определяемой началом фотохимической реакции.



  1. Разрешающая способность фоторезиста - это максимально возможное число раздельно передаваемых одинаковых линий защитного рельефа на 1 мм поверхности подложки:



где R – разрешающая способность, линий/мм; l – ширина раздельно передаваемой линии, мкм.

Иногда разрешающую способность определяют наименьшей шириной линии или наименьшим расстоянием между ними в микрометрах.

Следует различать разрешающую способность ФР и процесса ФЛ в целом. Так, при разрешающей способности фоторезиста около 1000 линий/мм процесс ФЛ позволяет получать разрешающую способность около 600 линий/мм, что объясняется наличием явлений, приводящих к несовершенству переходных участков (от покрытых к непокрытым ФР) в защитном рельефе рисунка после проявления. К таким явлениям относятся дифракция, интерференция, рассеяние и отражение света в системе подложка – ФР - фотошаблон (ФШ) (рис. 8).

Свет в затемненную фотошаблоном область ФР может попасть за счет дифракции 4, диффузионного рассеивания в слое 5 и за счет отражения от подложки 6. Негативные и позитивные ФР будут по-разному реагировать на эти явления. Верхняя часть слоя негативных ФР, частично засвеченная вследствие дифракции и рассеивания света, не окажет существенного влияния, т. к. при проявлении она в основном будет вымыта. Наоборот, нижняя часть слоя ФР, засвеченная в результате отражения от подложки и рассеивания, сохранится, поскольку она достаточно прочно удерживается адгезией. Таким образом, у подложки толщина слоя окажется убывающей (рис. 8, б). В позитивных ФР верхний слой в результате дифракции и рассеивания будет частично засвечен и вымыт при проявлении, т. е. будет округленной верхняя кромка (рис. 8, в). Отражение и рассеивание света также вызовут частичное разрушение нижнего слоя ФР, однако вследствие адгезии проявитель лишь незначительно вымоет эту область.

Рис. 8. Основные источники размытости кромок ФР (а); верхняя часть слоя негативных ФР (б); то же – у позитивных ФР (в);

1 – фотошаблон, 2 – фоторезист, 3 – подложка, 4 – дифракция света, 5 – диффузионное рассеивание; 6 – отражение лучей от подложки


Разрешающая способность процесса ФЛ снижается также из-за бокового подтравливания материала подложки под слоем ФР на границах защитного рельефа (рис. 9). Оно увеличивается при использовании толстых пленок. На рис. 9 изображена зависимость разрешающей способности процесса ФЛ и одного из часто применяемых негативных ФР от толщины слоя ФР. Из рисунка видно, что при достаточно тонких пленках фоторезиста (порядка 0,3 мкм) разрешающая способность процесса составляет около 200 лин./мм, что соответствует ширине линии примерно 3 мкм.

Разрешающая способность процесса во многом определяется также совершенством применяемых ФШ и источников УФ-излучения. Принято считать, что разрешающая способность всего процесса фотолитографии в 1,5 – 2 раза хуже разрешающей способности используемых фоторезистов.

Рис. 9. Боковое подтравливание под слоем ФР: 1 – фоторезист; 2 – пленка, подлежащая травлению (SiO2, металл); 3 – подложка; ε – боковое подтравливание; Δ – глубина травления


  1. Устойчивость к химическим воздействиям. ФР должны обладать высокой устойчивостью к воздействию кислот и щелочей, так как в процессе травления или электролитического осаждения защитный рельеф значительное время (до нескольких минут) контактирует с концентрированными кислотами (плавиковой, азотной, соляной, ортофосфорной, серной) и щелочами (едкими калием и натрием). Кислотостойкость ФР во многом определяется химическим составом его полимерной основы. Для повышения кислотостойкости в состав ФР вводят различные кислотостойкие добавки, например, хлорированный новолак, эпоксидные смолы и др. Высокой кислотостойкостью обладают резисты на основе каучуков.

Кислотостойкость ФР часто оценивают фактором травления:
К = Δ/ε ,

где Δ - глубина травления; ε - боковое подтравливание (рис. 9).

Устойчивость фоторезиста к химическим воздействиям зависит также от толщины и состояния фоторезистивного покрытия.

Травители на защищенных участках рельефа локально проникают сквозь дефекты в пленке ФР (сквозные поры, «проколы», пыль, пустоты). Эти дефекты возникают в результате механических напряжений в процессах нанесения слоя, его сушки, экспонирования и задубливания. При этом чем тоньше слой ФР, тем вероятнее образование подобных дефектов.

Стойкость фоторезистивного покрытия зависит также от адгезии слоя к подложке. Чем она выше, тем меньше ε и, следовательно, при данном Δ выше кислотостойкость. Адгезия ФР определяется физико-химическими свойствами компонентов, входящих в его состав, и условиями проведения процессов ФЛ (нанесение слоя, сушка, экспонирование, термообработка и т. д.).


  1. Равномерность ФР покрытия рассматривается как на отдельно взятой подложке (градиентная погрешность), так и при переходе от одной подложки к другой (воспроизводимость покрытия). Градиентная погрешность толщины ФР и невоспроизводимость ее в серии подложек ухудшают светочувствительность и кислотостоикость и в конечном итоге приводят к снижению процента выхода годных изделий, точности и стабильности их параметров.

Равномерность ФР-слоя зависит от метода и условий его формирования и определяется такими физико-химическими свойствами ФР, как вязкость, плотность, смачиваемость им подложки.

Помимо перечисленных выше имеется еще ряд требований, которые необходимо выполнять при выборе фоторезиста:



  • обеспечение минимального загрязнения изделий продуктами фотохимических реакций;

  • недефицитность материалов;

  • стойкость композиций и их составляющих при хранении;

  • нетоксичность;

• простота применения и др.
Выбор типа ФР для заданной технологии осуществляют путем сравнения основных технологических характеристик позитивных и негативных ФР. Сравнение характеристик, приведенное в таблице 1, объясняет преимущества позитивных ФР, все шире применяющихся в технологии ИМС благодаря их более высокой разрешающей способности.
Таблица 1. Свойства некоторых фоторезистов


Марка

фоторезиста

Тип

Разрешающая способность, лин/мм, при толщине 1 мм

Цвет

ФП-383

Позитивный

400

Оранжевый

ФП-617П

Позитивный

500

Темно-коричневый

ФН-106

Негативный

200

Желтый

ФН-108

Негативный

400

Оранжевый




Каталог: data -> 2012
2012 -> Программа дисциплины [Введите название дисциплины] для направления/ специальности [код направления подготовки и «Название направления подготовки»
2012 -> Программа «Стратегическое и корпоративное управление»
2012 -> Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных ассистентов и студентов для направления 030300. 68 «Психология»
2012 -> Программа дисциплины Теория и методология современной психологии для направления 030300. 68 Психология для магистерских программ
2012 -> Программа исследований (предварительная версия) Москва, лас, январь 2012г
2012 -> Возможные руководители: Шляго нн., Балашов А. И., Котляров И. Д., Тарасова Ю. А., Козлова Ю. А., Рання Н. А., Смирнова Е. Э., Корчагина Е. В., Чуланова Г. Ю.,, Соколова А. А. и др
2012 -> Программа дисциплины Политическая антропология России (курс по выбору) Для направления 030200. 62 Политология
2012 -> Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных ассистентов и студентов для направления 030300. 68 «Психология»
2012 -> Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных ассистентов и студентов направления подготовки 030600. 62 «Журналистика»
2012 -> Программа разработана в соответствии с: Образовательным стандартом ниу вшэ по направлению подготовки 030300. 62 "Психология"; Образовательной программой направления


Поделитесь с Вашими друзьями:
  1   2   3   4   5


База данных защищена авторским правом ©psihdocs.ru 2017
обратиться к администрации

    Главная страница