1. Нанесение фоторезиста:

   • Нанесение фоторезиста осуществляется методом центрифугирования. При этом методе на пластину, которая устанавливается на столике центрифуги и удерживается на нем вакуумным прессом, фоторезист подаётся капельницей-дозатором. Когда столик приводится во вращение, фоторезист растекается тонким слоем по поверхности пластины, а его излишки сбрасываются и стекают в кожух. Используя метод центрифугирования, можно в зависимости от вязкости фоторезиста регулировать толщину его слоя, изменяя частоту вращения центрифуги.

   • Выбирая толщину слоя фоторезиста, необходимо учитывать, что он должен обладать высокой разрешающей способностью и не терять стойкости к травителю. Кроме того, слой фоторезиста не должен иметь дефектов в виде проколов, количество которых с уменьшением толщины увеличивается. Следовательно, толщина слоя фоторезиста должна быть наименьшей, но достаточной для обеспечения его малой дефектности и стойкости к травителю.

2. Сушка (бэкинг):

   • Пластина нагревается на горячей плите или в печи для удаления растворителя из фоторезиста, что улучшает его адгезию и устойчивость.

   • Неверные условия сушки могут отрицательно влиять на светочувствительность фоторезиста, так как при повышении температуры разлагаются светочувствительные компоненты.

3. Совмещение и экспонирование:

   • Предварительно пластину размещают на предметном столике так, чтобы слой фоторезиста был сверху, и закрепляют фотошаблон в подвижной рамке над поверхностью пластины. Между пластиной и фотошаблоном должен быть зазор для свободного перемещения рамки. После выполнения совмещения пластину прижимают к фотошаблону и экспонируют слой фоторезиста.

   • Через фотошаблон (маску) фоторезист облучается ультрафиолетовым (УФ) светом (при контактном экспонировании).

   • Передача элементов рисунка на слой фоторезиста зависит от оптической плотности темных и светлых участков рисунка фотошаблона, резкости и ровности их краёв и коэффициента отражения металлизированного слоя фотошаблона

   • В зависимости от типа фоторезиста экспонированные участки либо становятся растворимыми (позитивный фоторезист), либо нерастворимыми (негативный фоторезист).

4. Проявление:

   • Подложка обрабатывается химическим раствором (проявителем/слабые водные растворы щелочей, например, 0.6 %-ый раствор КОН), который удаляет растворимые участки фоторезиста, формируя нужный рисунок.

5. Задубливание (вторая сушка):

   • Сушка – задубливание проявленных участков слоя фоторезиста обеспечивает изменение его структуры в результате полимеризации. Вследствие этого повышается стойкость слоя фоторезиста к воздействию травителей и улучшается его адгезия к пластине.

   • Отличается от первой более высокой температурой. При повышенных температурах происходит пластическая деформация слоя фоторезиста, затягиваются мелкие отверстия, поры и дефекты.

6. Этапы обработки после проявления:

   • Травление: Используется для удаления материала подложки в открытых областях.

   • Нанесение слоёв: Плёнки материалов (например, металлов, диэлектриков) могут быть осаждены через "окна" в фоторезисте.

7. Снятие фоторезиста:

   • После завершения травления или осаждения фоторезист удаляется химическим методом или плазмой.

Особенности фотолитографии в микросистемной технике

1. Высокая точность и разрешение:

   • Позволяет создавать структуры с размерами от десятков нанометров до нескольких микрометров.

   • Разрешение зависит от длины волны света, используемого в процессе, и свойств оптической системы.

2. Многослойные процессы:

   • Для создания сложных микросистемных структур часто требуется повторная фотолитография с нанесением новых слоёв, что требует точного совмещения масок (алайнмента).

Варианты фотолитографии

Вид литографии	Принцип работы	Преимущества	Недостатки	Применение
Оптическая	Использует свет (UV, DUV, EUV)	Высокая производительность, массовое производство	Ограничено разрешением света	Основной метод в микроэлектронике
Электронно-лучевая	Пучок электронов рисует структуры	Высокое разрешение (до нескольких нм)	Медленная, дорогая	Создание масок, прототипов
Ионно-лучевая (FIB)	Использует ионный пучок	Точность, возможность локальной обработки	Низкая производительность	Модификация поверхностей, сложные структуры
Рентгеновская	Рентгеновские лучи с длиной волны 0.1–10 нм	Высокое разрешение	Сложное и дорогое оборудование	Нанотехнологии, прецизионные структуры
Наноимпринтная (NIL)	Механическое тиснение в фотополимер	Низкая стоимость, простота	Ограниченное разрешение	Массовое производство наноструктур
Голографическая	Интерференция световых волн	Создание сложных узоров	Требует точной оптики	Производство периодических наноструктур
Взрывная	Использует энергию взрыва для создания узоров	Высокая энергия воздействия, возможность работы с твёрдыми материалами	Ограниченная точность, сложность управления процессом	Прототипирование, создание уникальных структур

Преимущества фотолитографии в микросистемной технике

1. Высокая точность:

Позволяет создавать микро- и наноструктуры с минимальными допусками.

2. Массовое производство:

После создания фотошаблона процесс можно повторять многократно, что снижает затраты.

3. Универсальность: Подходит для широкого спектра материалов и процессов.

4. Возможность интеграции:

Совместима с технологиями микроэлектроники, что позволяет создавать интегрированные микросистемы.

Ограничения фотолитографии

1. Разрешение ограничено длиной волны:

Для структур размером менее 100 нм требуется использование продвинутых технологий, таких как электронно-лучевая литография.

2. Длительность процесса:

Создание сложных многослойных структур требует значительного времени и высокой точности.

3. Затраты на оборудование: Высокая стоимость масок и фотолитографических установок.

Двусторонняя фотолитография — это технология, применяемая в микросистемной технике для создания структур, где требуется высокая точность обработки обеих сторон подложки. Этот процесс позволяет синхронизировать рисунки на противоположных сторонах подложки, что особенно важно для создания объёмных микроструктур, таких как мембраны, каналы и отверстия.

Процесс двусторонней фотолитографии

1. Подготовка подложки:

   • Наносится защитный слой (например, оксид кремния) на обе стороны пластины.

   • Затем сверху наносится слой фоторезиста.

2. Первое экспонирование:

   • На одной стороне подложки проводится фотолитография, создавая первый рисунок. Это основа для совмещения второй стороны.

3. Совмещение и второе экспонирование:

   • Пластина переворачивается, и проводится экспонирование второй стороны с выравниванием относительно первой маски.

4. Проявление:

   • После обоих экспонирований рисунок формируется на обеих сторонах подложки.

5. Травление или осаждение:

   • Травление материала подложки или нанесение дополнительных плёнок выполняется синхронно или поэтапно с обеих сторон.

Ограничения

1. Сложность процесса:

   • Требуется высокоточное оборудование и строгий контроль над выравниванием масок.

2. Стоимость:

   • Оборудование для двухсторонней фотолитографии дороже, чем стандартные установки для однослойной обработки.

3. Ограничения по толщине подложки:

   • Точные процессы сложнее реализовать на толстых подложках, так как совмещение становится менее точным.

4. Риск повреждения:

   • Работа с обеими сторонами подложки увеличивает вероятность механических повреждений или загрязнений.