Фоторезисты

Применяются негативные или позитивные фоторезисты. Фоторезисты, у которых растворимость экспонированного участка уменьшается, называются негативными (ФН), а ФР, растворимость которых после облучения возрастает,—позитивными (ФП). После обработки экспонированного ФР в составе, удаляющем растворимые участки, образуется рельефное изображение (рис.), которое должно быть устойчивым к воздействию технологических факторов.

Рис. Образование рельефа

Фоторезисты, это как правило, сложные полимерные композиции, сформированные из многоатомных молекул.

Основными процессами, протекающими при экспонировании фоторезистов и образующими в итоге рельефное изображение являются

- для негативных ФР:

1. фотополимеризация (последовательное присоединение молекул мономера к активному центру на конце растущей цепи) и образование нерастворимых участков; наиболее типичными для системы, в которой используется этот процесс, являются— эфиры коричной кислоты и поливинилового спирта, называемого сокращенно поливинилциниаматом (ПВЦ);

Цепочка ПВЦ насчитывает тысячи атомов и скручена в длинную спираль, от углеродной основы которой отходят цинамоильные группы. При поглощении излучения с достаточной энергией рвется двойная связь С=С в цинамоильной группе. Возникающие при разрыве свободные связи приводят к образованию мостиков, сшивающих молекулу полимера в химически стойкую трехмерную сетку.

2. сшивание линейных полимеров радикалами, образующимися при фотолизе светочувствительных соединений (фотолиз это возбуждение молекул фотоном с последующим распадом на активные частицы). Использование каучуков с добавками светочувствительных веществ (сенсибилизаторы: бис-азиды и др.) дает возможность получить кислотостойкие ФН; сенсибилизаторы, содержащие двойные связи, которые разрушаются под действием фотонов света. Под действием излучения происходит разложение бисазидов и образуются динитрены, которые вступают в химическую реакцию с молекулами каучука, в результате чего возникает трехмерная сетка.

- для позитивных ФР:

1. фотолиз светочувствительных соединений с образованием растворимых веществ. В большинстве позитивных ФР, называемых нафто-хинондиазидами (НХД), фотолиз приводит к тому, что облученные участки становятся растворимыми в щелочных составах. Молекула НХД, не подвергнутая облучению, химически достаточно устойчива и препятствует взаимодействию ФР с водными растворами щелочей и кислот. После фотолиза эти свойства теряются, экспонированные участки легко смачиваются щелочным проявителем и вымываются.

Способы нанесения ФР

1. Центрифугирование – жидкий ФР растекается под действием центробежных сил. Характерный дефект – краевое утолщение.

2. Распыление – позволяет получать широкий интервал толщины слоев, причем подложка может иметь неплоскую поверхность. Фоторезист наносится из пневматического распылителя. Параметры слоя зависят от давления и температуры воздуха, расстояния от сопла до подложки, вязкости резиста и концентрации сухого продукта, типа растворителя. Расход ФР при распылении можно уменьшить примерно в 10 раз, а дефектность слоя (вследствие отсутствия напряжений) в 3...4 раза по сравнению с пленками, получаемыми центрифугированием. Отсутствие краевого утолщения делает метод распыления особенно эффективным при нанесении фотослоя на прямоугольные подложки.

3. Электростатическое нанесение ФР диспергируется с помощью форсунки либо само электрическое поле дробит жидкость на мелкие капли диаметром примерно 10 мкм. Заряженные капли ускоряются полем и осаждаются на подложку.

4. Полив или окунание - наиболее простой способ нанесения покрытия, когда обрабатываемую подложку погружают в ФР и выводят из него с регулируемой скоростью.

5. Валиковый способ.

Сушка.

В результате этой операции происходит окончательное формирование слоя ФР и удаление растворителя. При этом в пленке ФР происходят сложные релаксационные процессы, уплотняющие молекулярную структуру слоя, уменьшающие внутренние напряжения и повышающие адгезию слоя к подложке. Неполное удаление растворителя из слоя снижает его кислотостойкость: при экспонировании молекулы растворителя экранируют нижележащий слой и после проявления, например, позитивного ФР возникают дефекты в виде нерастворенных микрообластей. При сушке должна обеспечиваться непрерывная диффузия растворителя к поверхности слоя и его испарение с поверхности. Уплотнение структуры должно происходить в направлении от пластины к поверхности слоя, полностью вытесняя растворитель из ФР. Градиент температуры должен быть направлен от поверхности слоя к пластине.

При проведении сушки опасны перепады температур и слишком быстрый нагрев. Максимальную температуру сушки выбирают для конкретного типа ФР, исходя из констант термолиза светочувствительных молекул; при превышении этой температуры изображение не проявляется или для его проявления требуется большее время, в результате чего растет плотность дефектов и падает точность передачи размеров элементов.

При конвективной сушке, осуществляемой в термостатах при невысоких температурах (363...373 К), на поверхности ФР преждевременно образуется сухой слой. Дальнейшее удаление растворителя становится возможным лишь в результате разрыва этого слоя, что увеличивает плотность дефектов. Образование поверхностного сухого слоя можно затормозить, если приготовить ФР на основе смеси растворителей с различной летучестью. В зависимости от состава и толщины фотослоя при конвективной сушке требуется выдержка в течение 10...60 мин.

При инфракрасной сушке источником теплоты является полупроводниковая пластина, поглощающая ИК-излучение, тогда как окружающая среда (очищенный и осушенный инертный газ или воздух) сохраняет примерно комнатную температуру благодаря непрерывной продувке. Так как «фронт сушки» перемешается от пластины к поверхности слоя, качество сушки существенно повышается, а время сокращается до 5...15 мин.

При СВЧ- сушке нагрев пластин осуществляется в процессе поглощения электромагнитной энергии СВЧ-поля. Мощность печей 200...400 Вт, рабочая частота 2,45 ГГц, время сушки — несколько секунд.