Сушка слоя фоторезиста

Окончательному формированию слоя фоторезиста, при котором в нем происходят сложные релаксационные процессы, уплотняющие молекулярную структуру слоя, уменьшающие внутренние напряжения и повышающие адгезию слоя к подложке, способствует сушка. Растворитель при сушке необходимо удалять полностью, так как он экранирует фоточувствительные части молекул при экспонировании. Удаление растворителя можно разбить на два этапа: диффузия из объема слоя к границе слой – атмосфераи испарение с поверхности. Если испарение преобладает над диффузией, то поверхностный слой фоторезиста уплотняется раньше внутреннего слоя и препятствует удалению растворителя изнутри. При этом возникают внутренние напряжения, ослабляющие слой и приводящие к его разрывам. Для более равномерного высыхания фоторезисты приготавливают на смесях растворителей с различными скоростями испарения. Сушку рекомендуют проводить в инертной атмосфере, так как на воздухе возможно окисление молекул фоторезиста.

Основными параметрами процесса сушки являются температура и время. При низких температурах адгезия фотослоя к подложке плохая, преобладает сцепление между собственными молекулами полимера (когезия). При больших температурах в фоторезистах идет термополимеризация (140–200 ^оС) и другие процессы. Качество проведения сушки влияет на все остальные операции фотолитографии.

Применяют следующие виды сушки: конвективную, термокомпрессионную, инфракрасную, СВЧ.

При конвективной сушке, осуществляемой в термостатах при невысоких температурах (90 – 100^оС), на поверхности фоторезиста преждевременно образуется сухой слой. Дальнейшее удаление растворителя становится возможным лишь в результате разрыва этого слоя, что увеличивает плотность дефектов. В зависимости от состава и толщины фотослоя требуется выдержка в течение 10 – 60 мин.

Термокомпрессионная сушка– сушка под давлением азота, позволяющая формировать качественные фотослои, так как присутствующие пары растворителя обеспечивают оптимальные условия для ориентационной релаксации молекул фоторезиста.

При инфракрасной сушкеисточником 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» перемещается от пластины к поверхности слоя, качество сушки существенно повышается, а время сокращается до 5 – 15 мин.

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

Экспонирование слоя фоторезиста

Процесс экспонирования проводят в течение нескольких секунд параллельным пучком ультрафиолетового света с высокой энергией, спектральная характеристика которого согласована со спектральной характеристикой фоторезиста.

Проходя сквозь слой фоторезиста, ультрафиолетовый свет частично поглощается, причем его энергия расходуется на активацию фоточувствительной основы фоторезиста. Поглощение света в фоторезисте происходит в соответствии с законом Бугера – Ламберта – Бера, согласно которому с ростом толщины поглощающего слоя интенсивность прошедшего сквозь него света уменьшается по экспоненциальному закону. Таким образом, по мере углубления в слой фоторезиста уменьшается интенсивность света, а следовательно, снижается его воздействие на фоторезист. При увеличении толщины слоя фоторезиста экспозиция должна быть увеличена, иначе в наиболее глубоких участках слоя не произойдет фотохимических реакций, т.е. фоторезист будет недодержан.

Режимы проявления слоя фоторезиста зависят от времени экспонирования. Необходимую экспозицию устанавливают учитывая тип и светочувствительность фоторезиста, а также толщину его слоя. Оптимальную дозу излучения, обеспечивающую наилучшую четкость изображения, получаемого после проявления, определяют экспериментально.