книги из ГПНТБ / Мазель Е.З. Планарная технология кремниевых приборов

слои толщиной более 2 мкм. Кроме того, в слое, нане­ сенном на центрифуге, всегда есть внутренние напряже­ ния; плотность дефектов довольно высока, в частности, из-за того, что пыль из окружающей среды засасывает­ ся в центр вращающегося диска (диск является своеоб­ разным центробежным насосом).

Прочие методы нанесения фоторезистов — распыле­

(рис. 5-16,6) позволяет получать широкий интервал тол­ щины слоев, причем подложка может иметь неплоскую поверхность. В работе [Л. 5-33] слои позитивного фото­ резиста наносились из пневматического пистолета-рас­ пылителя. Оптимальные режимы нанесения: давление

стеклах по поверхности мезаструктур; минимальные раз­

Заряженные капли ускоряются полем и осаждаются на подложку. Электростатическое нанесение осуществить сложнее, чем простое распыление, поскольку приходится дополнительно учитывать электрические свойства рези­ стов— удельное сопротивление, диэлектрические потери.

Вчастности, нами было показано, что фоторезисты

дует понижать, при этом образуется более качественная пленка. При напряжении 40—45 кв и расстоянии между распылителем и подложкой 15 см нам удавалось нано­ сить пленки позитивных фоторезистов толщиной 0,5 мкм и выше. Основной проблемой явилось устранение пыли, притягиваемой электростатическим полем.

233

В последнее время известное внимание уделяется нанесению фоторезистов поливом или окунанием. Раз­ рабатываются специальные фоторезисты, . например KAR-3 [Л. 5-17, 5-48], непригодные для центрифугирова­

изменении скорости от 5 до 30 см/мин. В работе [Л. 5-24] описано промышленное устройство для нанесения фото­ резистов на стеклянные подложки фотошаблонов: фото­ резист накачивается в ванну с подложками, а затем вы­

Основные причины возросшего интереса к этим методам: минимальная плотность дефектов в слое, высокая произ­ водительность, большие возможности автоматизации процесса.

Формирование слоя фоторезиста завершает первая сушка. При удалении растворителя объем полимера уменьшается, слой стремится сжаться, но жестко скреп­ ленная с ним подложка препятствует этому. Величина и характер возникающих напряжений определяются свойствами фоторезиста и режимами сушки, в частности приближением к температурному интервалу пластично­

ды времени [Л. 5-39]. Сообщалось, что при СВЧ прогре­

чем, это явление пока не объяснено); улучшается и ка­ чество проявления, изображение появляется мгновенно после погружения в проявитель [Л. 5-39]. Для сушки ре­ зистов используют печи мощностью 200—400 вт, работа­ ющие на частоте 2,45 Ггц.

234

Следующими этапами фотолитографической обра­ ботки являются операции экспонирования и совмещения и операция проявления. Экспонирование и проявление, как неоднократно подчеркивалось, неразрывно связаны между собой. В силу этого для выбора режимов, обе­ спечивающих точную передачу размеров, следует приме­ нять методы двухфакторного анализа {Л. 5-40], изменяя одновременно время проявления и экспонирования. На практике часто пользуются методом подбора оптималь­ ного значения одного параметра при фиксации другого. Находят с грубым приближением времена экспонирова­ ния ta и проявления /П р, при которых получается удов­ летворительное качество рельефа. Затем проверяют плотность проколов в слое резиста данной толщины,для чего на пластину окисленного кремния с известной плот­ ностью дефектов в окисле наносят слой резиста, высу­

ния травителя сквозь проколы в слое резиста. При этом предполагается, что рост плотности дефектов вызван только процессом проявления; это допустимо, так как проявление действительно является основной причиной увеличения плотности дефектов в слоях позитивных фоторезистов [Л. 5-41, 5-42]. Рекомендуется параллель­ но проверять плотность дефектов на непроявленном слое. Если при /пр.манс плотность дефектов слишком велика, сле­ дует увеличить толщину слоя пли сменить фоторезист и снова повторить описанные процедуры. Наконец, сни­ мают зависимости точности передачи размеров изобра­ жения от времени проявления при фиксированном вре­ мени экспонирования i3 (рис. 5-18,а) и от времени экс­ понирования при фиксированном времени проявления /П р (рис. 5-18,6). Находят оптимальные времена 4>.опт и Агр.опт, соответствующие точности передачи, близкой к единице. При подборе времени проявления, естествен­ но, нельзя выходить за предел tnp .макс-

Оптимальные времена проявления и экспонирования, обеспечивающие точную передачу размеров, обратно пропорциональны друг другу. Связывающая их зависи­ мость выведена в § 5-2 и показана на рис. 5-10. Жела­ тельно для работы выбирать режимы, лежащие в обла­ сти 2 на рис. 5-10, поскольку при этом обеспечивается

235

высокая устойчивость процесса. Если работать в обла­ сти /, то малые колебания режима проявления придется компенсировать большими изменениями времени экспо­ нирования (чтобы попасть снова на кривую точной пере­ дачи). То же самое относится и к условиям работы

Рис. 5-18. Зависимости размеров проявленного изображения от вре­ мени проявления (а) и экспонирования (б).

в области 3 с той разницей, что здесь малые колебания режима экспонирования компенсируются большими изменениями времени проявления.

Подбирая время экспонирования, следует тщательно стабилизировать остальные факторы, влияющие на точ­ ность передачи размеров изображения: колебания осве­ щенности, неизбежно возникающий зазор между фо­ тошаблоном и резистом, повышение температуры слоя, иногда наблюдающееся при длительном экспониро­ вании.

Для контроля относительной величины освещенности пригодны люксметры типа Ю-16. Рекомендуется прове­ рять равномерность освещения по пластине в 20—30 точках. Это поможет избавиться от серьезных ошибок, когда изменение размеров изображения приписывают изменению времени экспонирования, а на деле оно вы-

236

звано локальными отклонениями освещенности по пло­

ляется френелевская дифракция, особенно заметная при малых размерах изображения. Для уменьшения величи­ ны зазора рекомендуется применять вакуумный прижим шаблона.

Применение для экспонирования мощных ртутных ламп иногда вызывает нагрев столика установки совме­ щения и самой подложки со слоем фоторезиста. Это может привести к возникновению негативного изобра­ жения, особенно если экспозиция подобрана неверно и является слишком большой. Негативное изображение образуется за счет протекания в слое фоторезиста неко­ торых побочных реакций [Л. 5-1], инициируемых нагревом или переэкспозицией и дающих продукты, нераствори­ мые в щелочном проявителе.

Современные установки для экспонирования и совме­ щения представляют собой сложные оптико-механиче­ ские комплексы. Установки характеризуют следующими показателями: методом совмещения, разрешающей спо­ собностью, точностью совмещения, качеством контакта, производительностью, сроком службы фотошаблонов (интенсивность износа), допускаемыми размерами под­ ложки.

Метод совмещения может быть визуальным или фо­ тоэлектрическим; эта характеристика является наиболее общей для любой установки, поскольку от метода сов­ мещения зависят и точность, и разрешающая способ­ ность, и производительность процесса. В последнее вре­ мя созданы фотоэлектрические установки совмещения, точность которых в принципе может достигать ±0,1 мкм, но практически равна примерно ±0,8 мкм [Л. 5-43]. Для работы таких установок нужны специальные маркерные знаки. Один из вариантов выполнения знаков совмеще­ ния описан в работе [Л. 5-44]: на шаблоне они представ­ ляют непрозрачные штрихи, на подложке — вытравлен­ ные канавки с шириной в 2—4 раза большей, чем у штриха. Предварительно проводится с помощью опти­ ческого микроскопа грубое совмещение, после чего включается фотоэлектрический микроскоп и точное со­ вмещение осуществляется либо вручную по показанию гальванометров, либо автоматически, если введена обратная связь на микроманипуляторы столика.

237

Разрешающая способность, или минимальный размер изображения, при визуальном методе определяется ха­ рактеристиками микроскопа установки. Как правило, применяют микроскопы с увеличением, изменяемым плавно или дискретно в пределах от 40—80 раз (обзор )до 100—400 раз (точное совмещение); мини­ мальные размеры изображения 1 мкм.

особенности оператора. Совмещение формально пред­

ной связью. Одна лишь острота зрения глаза зависит от диаметра зрачка, адаптации (привыкания) глаза, места

238

жек. Рабочее время современных установок составляет 45—60 сек для обычных и 5—15 сек для автоматических. Максимальная производительность достигается на авто­ матических системах, где применены фотоэлектрический метод совмещения, автоматический дозатор энергии экспонирования, поточная подача подложек; такая си­ стема заменяет 8—15 операторов [Л. 5-43]. Большим до­ стоинством фотоэлектрических установок является тог факт, что они не требуют обеспечения одновременной резкости изображения на шаблоне и подложке, как при визуальном совмещении. Появляется возможность уста­ новить большой зазор при совмещении и практически свести на нет износ фотошаблонов. Любопытный вари­ ант увеличения срока службы фотошаблонов реализуется в установках с постоянным зазором, остающимся и пос­ ле совмещения, при экспонировании. Конечно, на таких установках трудно получить изображения с размерами менее 5—10 мкм. Но не стоит забывать о том, что при экспонировании с зазором не передаются мелкие дефек­ ты, т. е. там, где требования к отсутствию дефектов вы­ соки, а к разрешающей способности низки, применение подобного принципа весьма полезно [Л. 5-46].

Для проявления экспонированного слоя используют водные щелочные растворы: 0,3—0,5%-ный раствор едко­ го кали, 1—2%-ный раствор тринатрийфосфата, органи­

автоматизировать процесс. При проявлении важно конт­ ролировать температуру: на рис. 5-18,а показано, как сильно меняются размеры проявленного изображения с изменением температуры раствора. Лучше всего экс­ периментально снять зависимость, аналогичную приве­ денной на рис. 5-18,а, и с ее помощью установить допу­

239

ров проявленного изображения от рН проявителя: видно,

температуры. Примерный режим: 10—15 мин при ком­ натной температуре, 20—25 мин в термостате при 120°С,

У резистов, приготовленных на смеси резольной и ново-

при термообработке рельефа заметно улучшает качество фотолитографии. Было показано, что мелкие проколы в слоях толщиной 0,6—0,7 мкм действительно заплывают, но затем в этих «ослабленных» местах травление все равно происходит, и прокол передается на окисел.

240

рис. 5-21 приведены сравнительные характеристики травления этих подложек [Л. 5-48]. Окисел, легирован­ ный бором, травится почти с той же скоростью, что и

Время травления, мин

Рис. 5-21. Травление иелегированного и ле­ гированного окислов в буферном травителе.

иелегироваиный, и только у самой границы с кремнием скорость возрастает. Наоборот, легированные фосфором окислы травятся сначала гораздо быстрее, затем ско­ рость травления спадает. Соответственно будут отличать­ ся профили на границе вытравленных в окисле релье­ фов. Следует отметить, что эти соображения носят общий характер, а конкретный процесс травления зави­ сит от степени легирования окисла примесями. Богатые бором и фосфором примесно-силикатные стекла травят­ ся очень быстро; скорость травления фосфорно-силикат-

рис. 5-22,а. Для борьбы с подобным явлением применя­