8.1 Фотолитография

8.1.1 Фоторезисты

Существуют позитивные и негативные фоторезисты. В позитивных резистах под действием излучения происходит деструкция, а в негативных - полимеризация - сшивание органических молекул. При проявлении удаляются экспонированные участки позитивных резистов, но неэкспонированные участки негативных.

Основными параметрами фоторезистов являются светочувствительность, разрешающая способность, кислотостойкость [2].

Светочувствительностью называют величину, обратную экспозиции Н (энергии излучения на единицу площади), которая приводит к необходимому рабочему эффекту²⁷. Критерий чувствительности негативных фоторезистов – высокие защитные свойства экспонированных участков. Зависимость толщины h_s слоя, в котором произошла полимеризация при экспонировании, от экспозиции H называется характеристической кривой (см. рис. 8.1, а); наилучшее качество рисунка, в частности четкость края, достигается, если h_s близка к полной толщине слоя резиста. Критерий чувствительности позитивного фоторезиста – полное удаление экспонированных участков при проявлении. Полное удаление происходит, если достигнута максимальная скорость проявления. Зависимость скорости проявления от экспозиции (рис. 8.1, б) - характеристическая кривая позитивного резиста.

Другой параметр фоторезиста – разрешающая способность - зависит от толщины слоя и определяется как число задубленных линий на расстоянии 1 мм со свободными от резиста промежутками. Разрешающая способность, характеризующая для данного резиста литографический процесс в целом, обычно определяется как число линий, вытравленных в пленке SiO₂ (толщиной 0,5 - 1 мкм) на 1 мм и чередующихся с линиями SiO₂ такой же ширины.

Рисунок 8.1 - Характеристические кривые негативного (а)

и позитивного (б) фоторезистов

К ислотостойкость определяет устойчивость резистов к воздействию агрессивных сред. Этот параметр принято характеризовать отношением толщины пленки двуокиси кремния h к ширине растравленной области х, которое называют клином травления (см. рис.8.2).

Рисунок 8.2 - Клин травления на границе рельефа:

1 – пленка фоторезиста; 2 – пленка SiO₂; 3 – кремний

Помимо высокой светочувствительности, разрешающей способности и кислотостойкости, фоторезисты должны удовлетворять ряду др. требований, выполнение которых существенно влияет на качество литографического процесса. В частности, они должны достаточно легко наноситься и удаляться с поверхности подложки, обеспечивать получение тонких (от 0,2 до 3 мкм) и сплошных пленок с высокой адгезией, не должны содержать механических включений (например, частиц пыли).

Минимальный размер элемента а_min и толщина слоя резиста h связаны - в определенном приближении - соотношением h < (0,2 - 0,3) а_min. Это соотношение накладывает ограничение на максимальную толщину слоя. Минимальная толщина определяется допустимой плотностью проколов, поскольку с уменьшением толщины плотность проколов увеличивается.

Органические резисты легко разрушаются в процессе плазменного травления. Кроме того, плазменная обработка сопровождается нагревом поверхности, что приводит к дополнительной деградации резистивного слоя. При создании структур с высоким аспектным отношением (отношением высоты линии к ширине) толщина резиста не может превышать ширины линии. Все это приводит к необходимости использования сложных многослойных резистов, в которых обычные полимерные композиции обеспечивают высокую экспозиционную чувствительность, тогда как др. слои - необходимую плазмо- и термостойкость. Поскольку неорганические материалы по своей природе обладают более высокой стойкостью к плазменным и термическим обработкам, представляют интерес неорганические резисты [6, 7].