3. Физика фотолитографии

3.1. Позитивный фоторезист

В оптической литографии и микроэлектронике используются фоторезисты, покрывающие тонкой пленкой поверхность пластины, на которую должно быть нанесено изображение. Фоторезистивная пленка экспонируется в синем или ультрафиолетовом свете, после чего в соответствии с рисунком фотошаблона на ней образуются засвеченные и незасвеченные области. При проявлении происходит селективное удаление резиста в соответствии с полученной экспозицией. Оставшийся рисунок фотрезиста на поверхности пластины используется в качестве маски при проведении травления, металлизации, распыления, испарения или других технологических операций, применяемых в микроэлектронике.

Оптическая литография аналогична обычной фотографии в том смысле, что светочувствительная тонкая пленка изменяет свои химические свойства под действием света, а изображение появляется после соответствующего проявления. Однако как химические процессы, так и результирующие изображения различны. В фотографии с соединениями серебра взаимодействует большое количество фотонов, тогда как в оптической литографии для позитивного резиста разрушение органического соединения происходит в результате поглощения одного фотона. Фотографическое изображение соответствует распределению интенсивности света, литографическое изображение соответствует профилю фотошаблона. Проявление в фотографии - это процесс преобразования активированных светом кристаллов галоидного серебра в металлическое серебро; проявление позитивного фоторезиста - процесс травления. Как видно из табл. 1, эти различия достаточно существенны, поэтому для понимания оптической литографии должна быть построена соответствующая математическая модель.

При проявлении позитивных или негативных фоторезистов удаляются соответственно освещенные или неосвещенные области. Рассмотрим в первую очередь количественную модель литографического процесса при использовании позитивного фоторезиста. Существенные различия между поведением позитивного и негативного резистов приводят к тому, что математический аппарат, описывающий экспонирование и проявление одного из них, неприменим для другого.

Позитивный фоторезист обычно состоит из трех компонентов: смолы, обеспечивающей изготовление резиста в виде тонкой пленки, фото- активного соединения и легко испаряющегося растворителя, позволяющего наносить резист на пластину в жидком виде. В сухой пленке (толщиной 0,3-2 мкм) фотоактивное соединение (ингибитор) препятствует растворению резиста в водно-щелочном проявляющем растворе. Здесь специально упоминается об этой роли ингибитора как вещества, препятствующего растворению резиста. Его разрушение светом создает побочные соединения, которые не препятствуют растворению резиста и увеличивают скорость удаления резиста проявителем.

Таблица 14.1 Сравнение процессов фотографии с оптической литографией

Процесс	Фотография	Оптическая литография
Экспонирование	Многофотонное поглощение	Поглощение одного фотона (разрыв связей для позитивных резистов; полимеризация для негативных резистов)
Формирование изображения	Интенсивность света	Профиль маски
Проявление	Образование кристаллов серебра из скрытого изображения	Травление

Процессы экспонирования и проявления для лучшего понимания целесообразно рассматривать отдельно. Экспонирование светом определенной длины волны вызывает химическое видоизменение в фоторезисте, что приводит к потере его защитных свойств, т.е. разрушению ингибитора. Эффект химического видоизменения локализован в окрестности точки, где произошло поглощение фотона, и уровень экспозиции может изменяться в широких пределах в пленке резиста. Проявление заключается в процессе травления, при котором происходит селективное удаление резиста со скоростью, зависящей от количества разрушенного ингибитора. Связь между процессами экспонирования и проявления определяется количеством ингибитора, оставшегося неэкспонированным.