1. Фотолитографический процесс изготовления планарных структур.
Не думаю.
Фотолитография (ФЛ) — совокупность фото- и физико-химических процессов, применяющихся для получения необходимых размеров и конфигураций компонентов микроэлектронных элементов и устройств.
Негативными резистами называются композиции, пленки которых в местах воздействия актиничного излучения теряют растворимость, в результате чего при последующей обработке соответствующим растворителем (проявлении) с поверхности подложки удаляются только необлученные участки резиста.
Позитивными резистами называются композиции, пленки которых в местах воздействия актиничного излучения изменяют свою растворимость таким образом, что при последующей обработке их соответствующим растворителем с поверхности подложки удаляются только облученные участки резиста.
Фоторезист — это многокомпонентный материал, состоящий из полимерной основы и различных добавок, обеспечивающих в первую очередь повышение светочувствительности, а также такие свойства, как кислотостойкость, вязкость, смачивание и др.
Процесс ФЛ состоит из ряда операций, сущность, назначение и последовательность которых являются, за редким исключением, общими для любого производства, где он применяется. На рис. 9.6 изображена схема типового фотолитографического процесса.
Из материала, нанесенного на подложку, формируется рельеф маски заданной конфигурации путем стравливания засвеченных позитивных или незасвеченных негативных участков фотоэмульсии. Затем обрабатываются незащищенные фоторезистом участки подложки. Вид обработки зависит от назначения процесса ФЛ. Это чаще всего химическое, ионно-плазменное и плазмохимическое травление материала подложки или нанесенного на него слоя. На заключительной стадии процесса, как правило, производится удаление использованной фоторезистивной маски, причем, если при наращивании материал осаждался на фоторезистивный слой, то вместе с последним удаляется и ненужная часть осажденного материала.
П одготовка поверхности подложек предшествует операции нанесения фоторезиста и служит для обеспечения качества фоторезистивного покрытия и его адгезии к подложке. Для подготовки поверхности подложки используют обезжиривание, физико-химическую или плазмохимическую обработку. Растворитель выбирают исходя из требования максимальной степени очистки при минимальном воздействии растворителя на микрорельеф материала подложки.
Формирование фоторезистивного слоя на поверхности подложки— одна из основных операций фотолитографического процесса. Условиями и методами проведения этой операции определяется большинство из названных выше требований, предъявляемых к фоторезистам.
Основные технологические методы нанесения фоторезистов на поверхность подложек: погружение, центрифугирование и распыление (пульверизация). На рис. 9.7 показаны схемы установок для нанесения фоторезиста различными методами.
Другие методы нанесения фоторезистов — распыление пульверизацией, электростатическое нанесение, погружение, полив — применяются не столь широко, но имеют свои особенности.
Распылением (рис. 9.7,6) получают широкий интервал толщины слоев, причем подложка может иметь неплоскую поверхность.
При электростатическом нанесении (рис. 9.7,в) фоторезист диспергируется либо с помощью форсунки, либо само электрическое поле дробит жидкость на мелкие капли диаметром примерно 10 мкм. Заряженные капли ускоряются полем и осаждаются на подложку. Электростатическое нанесение осуществить сложнее, чем простое распыление, поскольку приходится дополнительно учитывать электрические свойства резистов — удельное сопротивление и диэлектрические потери. Основной проблемой является устранение пыли, притягиваемой электростатическим полем.
При методе погружения фоторезист накачивается в ванну с подложками (рис. 9.7,г), а затем вытекает оттуда с регулируемой скоростью. Метод погружения, широко используемый в производстве печатных плат, не применяется в технологии ИМС из-за неравномерности слоя по толщине (клинообразность) и неизбежности покрытия фоторезистом обеих сторон подложки, что приводит к ряду технологических трудностей в процессе фотолитографии.
Д ля нанесения резиста применяется также валковый метод. Схема установки показана на рис. 9.7Д Этот метод обеспечивает равномерность толщины слоя в пределах +5 % и пригоден для нанесения резиста на подложки любого типа, однако используется, главным образом, для изготовления печатных плат.
Основные требования, предъявляемые к методам нанесения фоторезиста: минимальная плотность дефектов в слое, высокая производительность, возможность автоматизации процесса.
Сушка является операцией, завершающей формирование слоя фоторезиста. Она проводится в два этапа: низкотемпературная выдержка нанесенного слоя и высокотемпературная. В процессе низкотемпературной выдержки (10...15 мин) происходит постепенное удаление растворителя и ориентированная укладка макромолекул полимера. Последняя является обязательным условием адгезии слоя к подложке.
Высокотемпературная сушка пленки приводит к интенсивному испарению растворителя и переходу макромолекул полимера в устойчивое состояние. Этот процесс релаксационный и требует некоторого времени.
Нагрев подложек для сушки фоторезиста осуществляется в сушильных камерах, обогреваемых горячим воздухом, ИК-излучением или СВЧ-энергией. При этом основным требованием является равномерность температуры по подложке и партии подложек.
Экспонирование резистов — первое связующее звено в общей последовательности операций литографической обработки пластин, которая завершается созданием вытравленной структуры.
Контактный метод экспонирования (рис. 9.16,6), при котором ФШ находится в контакте с фоторезистивным слоем в процессе экспонирования, широко применяется в серийном производстве ИМС. Перед экспонированием проекция рисунка ФШ должна быть совмещена с рабочим полем подложки создаваемой ИМС. В связи с этими недостатками "контактного метода широко начали применять проекционное экспонирование (рис. 9.17,6).
Изображение ФШ проецируется на подложку с фоторезистом через специальный объектив с высокой разрешающей способностью. Операция совмещения проводится через тот же объектив (рис. 9.17,а).
П рименение проекционного метода экспонирования не только устраняет недостатки контактного метода, но и дает ряд дополнительных преимуществ: повышение срока службы .ФШ ввиду отсутствия контакта с подложкой; возможность применения ФШ с масштабом, превышающим 1:1 (например, 10:1 и 5:1). Применение таких масштабов заметно увеличивает разрешающую способность процесса, хотя и снижает его производительность.
Проявление негативных резистов представляет собой процесс удаления в органических растворителях (толуоле, трихлорэтилене и др.) экспонированных (необлученных) участков резиста.
Проявление позитивных резистов осуществляется в растворителях, удаляющих резист с облученных участков и не оказывающих существенного воздействия на необлученные участки материала. Для проявления позитивных резистов используются растворы неорганических и органических оснований, например 5,5%-ный раствор едкого кали или 2%-ный раствор тринатрийфосфата. С целью регулирования скоростей растворения в проявитель добавляют вещества, замедляющие процесс проявления. Такой проявитель называют буферным. Важной характеристикой проявителей является величина рН раствора.
Часто удается добиться точной передачи размеров на стадии проявленного рельефа фоторезиста, но при травлении возникает значительное растравливание и качество процесса в целом ухудшается. Растравливание и увеличение размеров наблюдаются на фосфоросиликатном стекле. Травление пленок алюминия характеризуется заметно худшей воспроизводимостью, чем травление оксида на кремнии. .
Качество травления можно улучшить, повышая температуру второй сушки резиста, но при этом приходится учитывать возможное оплавление резиста по краю изображения, в результате чего мелкие элементы не вытравливаются. Решать проблему качества травления следует, подбирая оптимальное сочетание типов фоторезиста, травителя и подложки. Особенно сильно качество травления зависит от характеристик нижележащих слоев подложки, а поскольку эти характеристики связаны с другими технологическими процессами, то и от степени отработанности технологии.
Наиболее отрицательно сказываются на качестве травления колебания свойств подложек и отклонения режимов технологических операций окисления, диффузии и отмывки, причем брак после травления неисправим.