4. Литьё (casting)

• Принцип: резист заливается на поверхность подложки, равномерно распределяется и затем полимеризуется.

• Преимущества:

  • Простота метода.

• Недостатки:

  • Невозможность получения очень тонкого слоя.

• Применение: менее точные технологии.

5. Нанесение методом распыления центрифугой

• Совмещает спрей-костинг и центрифугирование. Резист распыляется на подложку, которая одновременно вращается.

Адгезия резистов

Адгезия резиста к подложке — критически важный параметр, определяющий качество последующих технологических процессов. Плохая адгезия приводит к отслаиванию резиста и дефектам литографии.

Факторы, влияющие на адгезию

1. Состояние поверхности подложки:

   • Загрязнения и пыль снижают адгезию.

   • Наличие оксидных слоёв (например, на кремнии) может ухудшать сцепление.

2. Свойства резиста:

   • Тип и химический состав резиста.

   • Вязкость раствора.

3. Процесс нанесения:

   • Равномерность слоя.

   • Термическая обработка.

Способы улучшения адгезии

1. Очистка подложки:

   • Химическая очистка (например, смесью H₂SO₄ и H₂O₂).

   • Плазменная обработка для удаления органических загрязнений.

   • Ультразвуковая очистка.

2. Использование адгезионных слоёв:

   • Гидрофобизация: нанесение тонкого слоя праймера (например, HMDS — гексаметилдисилазана), который улучшает сцепление резиста с подложкой.

   • Физическая обработка: травление поверхности для создания микронеровностей.

3. Термическая обработка:

   • Нагрев подложки перед нанесением резиста улучшает адгезию за счёт испарения влаги.

4. Контроль влажности и температуры:

   • Уменьшение уровня влажности в помещении снижает образование гидратных слоёв на подложке.

Применение методов нанесения резистов

1. Микроэлектроника:

   • Фотолитография для формирования слоёв в интегральных схемах.

2. Микроэлектромеханические системы (MEMS):

   • Маскировка структур для травления и напыления.

3. Нанотехнологии:

   • Нанесение резистов для создания наноструктур.

Методы нанесения резистов и обеспечение их адгезии являются ключевыми этапами фотолитографических процессов. Выбор метода зависит от требований к толщине, равномерности слоя и типа обрабатываемой подложки.

24. Фотолитография. Способы экспонирования. Разрешающая способность.

Фотолитография — это процесс, используемый в микроэлектронике и нанотехнологии для формирования тонких паттернов на поверхности материалов, таких как кремний. Этот процесс является основным методом для производства микросхем и других устройств с микро- и наноразмерами.

Фотолитография включает несколько этапов, среди которых важнейшими являются экспонирование и проявление. Экспонирование — это этап, на котором через фотошаблон (маску) проходит свет или ультрафиолетовое излучение, формируя на подложке изображение будущего паттерна. Разрешающая способность определяет, насколько мелкие детали можно нанести с помощью фотолитографии.

1. Основы фотолитографии

Фотолитография включает несколько ключевых этапов:

1. Нанесение фоторезиста: На подложку наносится тонкий слой фоточувствительного материала (фоторезист).

2. Экспонирование: Подложка с фоторезистом подвергается воздействию света или ультрафиолетового излучения через фотошаблон.

3. Проявление: Обработанная подложка подвергается химическому проявлению, в результате чего фоторезист удаляется с определённых участков, оставляя на подложке желаемый паттерн.

4. Травление: Для удаления материала с поверхности используется химическое или плазменное травление.

2. Способы экспонирования в фотолитографии

Процесс экспонирования в фотолитографии включает различные методы в зависимости от типа используемой установки и требуемой точности. Рассмотрим несколько основных способов экспонирования:

1. Стандартное (оптическое) экспонирование:

• Это наиболее распространённый метод, использующий ультрафиолетовое (УФ) излучение. Он применяется для создания микросхем и других устройств с размерами в микро- и нанометровом диапазоне.

• Ультрафиолетовый свет используется для освещения через фотошаблон, проектируя изображение на слой фоторезиста.

2. Экспонирование с помощью электронного луча (e-beam lithography):

• В этом методе используется поток электронов, который вместо света экспонирует фоторезист.

• Этот способ позволяет достигать очень высокой разрешающей способности и используется для производства очень мелких структур на подложке, таких как наноразмерные компоненты и структуры.

• Экспонирование с помощью электронного луча более точное, но менее быстрое и более дорогостоящее.

3. Литография с использованием ионов (ion-beam lithography):

• Вместо фотонов или электронов используется поток ионов для экспонирования материала.

• Этот метод используется в некоторых специализированных применениях, например, в наноразмерных исследованиях, где требуется высокая точность и малое разрешение.

4. Инфракрасная литография:

• Использование инфракрасного излучения вместо УФ-лучей может быть полезным при определённых условиях, например, для более толстых слоёв фоторезиста.

5. Литография с использованием фемтосекундных лазеров (фемтосекундная литография):

• Этот метод использует лазеры с длительностью импульса в фемтосекунды для экспонирования фоточувствительного материала.

• Он используется для создания наноразмерных структур с высокой точностью.

3. Разрешающая способность фотолитографии

Разрешающая способность фотолитографии — это способность метода создавать детали определённого размера на подложке. В контексте фотолитографии разрешающая способность определяется как минимальный размер структуры, который можно нанести на материал.

Факторы, влияющие на разрешающую способность:

1. Длина волны излучения:

   • Разрешающая способность напрямую зависит от длины волны света, используемого в процессе экспонирования. Чем короче длина волны, тем выше разрешение. Например, ультрафиолетовый свет с длиной волны 193 нм позволяет создавать более мелкие структуры, чем свет с более длинными волнами.

   • Для достижения более высокой разрешающей способности применяются экстремальные ультрафиолетовые (EUV) технологии, где длина волны составляет порядка 13.5 нм.

2. Открытая апертура объектива (NA, Numerical Aperture):

   • Апертурное число объектива играет важную роль в разрешении. Чем выше значение NA, тем лучше разрешающая способность. Это связано с тем, что более высокое NA позволяет более точно фокусировать свет и уменьшать размер светового пятна.

3. Тип фоторезиста:

   • Фоторезисты с высокой чувствительностью и специфическими химическими свойствами позволяют создавать более тонкие и точные структуры.

4. Решение проблемы дифракции:

   • На мелких структурах становится важным контролировать явление дифракции, которое ограничивает возможности фотолитографии. Современные методы, такие как облучение с высоким NA и использование специализированных масок, помогают преодолевать эти ограничения.

5. Использование техник улучшения разрешения:

   • Для улучшения разрешающей способности могут применяться дополнительные методы, такие как облучение с использованием дифракционных решёток, многократная экспозиция или химическое усиление.

Границы разрешающей способности:

• Современная фотолитография с использованием эксимерных лазеров (с длиной волны 193 нм) позволяет достигать разрешения порядка 7-10 нм в самых современных технологиях.

• Для ещё более мелких структур применяются методики с экстремальным ультрафиолетовым (EUV) излучением, что даёт возможность работать с размерами порядка 3-5 нм.