4.1.1 Параметры фр

Светочувствительность –величина , обратная экспозиции , требуемой для перевода ФР в растворимое или нерастворимое состояние (экспозиция определяется экспериментально и зависит от толщины пленки ФР ).

Разрешающая способность – максимальное число линий одинаковый ширины , которое можно получить в ФР на 1 мм.

Для получения изображений размером 3-5 мкм необходимо использовать фоторезисты с разрешающей способностью не хуже 1000-1500 линий на мм .

Разрешающая способность R и ширина линий Lсвязаны между собой соотношением

R=1000/2L

Под шириной линии L и разрешающей способностью R следует понимать значения ,которые могут быть получены на проявленном фоторезисте .

Стойкость к воздействию агрессивных факторов – величина пропорциональная времени отслаивания пленки в используемом травителе, оно должно быть по крайней мере на порядок выше времени проявления .

Стабильность эксплуатационных свойств – определяется временем службы ФР при определенных условиях хранения и использования.

4.1.2.Способы нанесения фр

Для нанесения слоя фоторезиста на пластину применяют методы центрифугирования ,пульверизации ,электростатического нанесения ,окунания ,полива. Самое широкое применение в полупроводниковой технологии нашел метод центрифугирования , так как он при несложном оборудовании позволяет получать пленки фоторезиста с разбросом по толщине ± 10 % .Толщина фоторезиста зависит от скорости вращения центрифуги и вязкости фоторезиста.

Метод центрифугирования позволяет формировать слой ФР на подложке с диаметром до 350 нм. Формирование слоя происходит за 20..30 c.При нанесении ФР на неподвижную подложку время между нанесением жидкого резиста и включением центрифуги должно быть минимальным (0.5…1с), чтобы вязкость ФР не менялась в результате испарения растворителей.

Нанесение ФР пульверизацией (распылением) позволяет получать широкий интервал толщин слоев и может использоваться для неплоских поверхностей.При этом расход ФР можно уменьшить примерно в 10 раз , а дефективность слоя (вследствие отсутствия напряжений ) в 3…4 раза по сравнению с центрифугированием , а отсутствие краевого утолщения делает этот метод особенно эффективным при нанесении ФР на прямоугольные подложки.

При электростатическом нанесении ФРдиспергируется с помощью форсунки , либо само электрическое поле дробит жидкость на мелкие капли диаметром около 10 мкм. Заряженные капли ускоряются полем и осаждаются на подложку.

Нанесение ФР окунанием – наиболее простой способ нанесения покрытия ,когда обрабатываемую подложку погружают в ФР и выводят из него с регулируемой скоростью.

Качество пленок в этом случае определяется типом установки , режимом нанесения ,свойствами ФР , параметрами подложек (размеры, свойства поверхности ).

17.Подготовка подложек к нанесению фоторезиста, нанесение и сушка фоторезиста. Совмещение и экспонирование подложек. Контактная и проекционная фотолитография. Пути повышения разрешающей способности фотолитографии.

Подготовка подложек к нанесению фоторезиста, нанесение и сушка фоторезиста.

Конструктивные элементы подложки

- Основной (или базовый) срез подложки предназначен для базирования (ориентации) пластин в технологическом оборудовании. В последующем параллельно базовому срезу будет располагаться одна из сторон кристалла ИМС. Скругление края по периферии подложки производится с целью предотвращения появления сколов и трещин. Дополнительные срезы служат для визуального определения ориентации, типа электропроводности и удельного сопротивления кремниевых пластин и наносятся относительно базового под углом 45, 90 или 180°.

Требования к качеству полупроводниковых подложек условно делят на две группы:

Требования к геометрическим параметрам;

Требования к качеству поверхности.

Параметры качества поверхности

1. Шероховатость поверхности;

2. Глубина нарушенного слоя;

3. Минимальная дефектность.

Определяются:

– качеством (бездефектностью) исходного материала,

– качеством подготовки поверхности подложек,

– эффективностью очистки подложек от загрязнений.

Классификация методов очистки подложек

Обезжиривание в органических растворителях

В основе метода лежат процессы замещения адсорбированных молекул примесей молекулами растворителей. В результате десорбции молекулы загрязнений переходят с очищаемой поверхности подложки в приповерхностный слой растворителя и далее равномерно распределяются в его объёме. Используемые материалы: трихлорэтилен, толуол, спирты, бензин, ацетон.

Недостаток метода:

неполное удаление загрязнений вследствие уравнивания скоростей десорбции и адсорбции. Т.е, наблюдается вторичное загрязнение поверхности из объёма растворителя.

Очистка подложек в очищающих растворах:

Основана на химическом взаимодействии компонентов растворов с загрязнениями поверхности. Органические загрязнения разрушаются, окисляются до легкорастворимых форм или до образования газообразных веществ и воды. Обработка в щелочных растворах основана на разложении жиров щелочью и переводе их в легкорастворимые мыла. Очистка поверхности от атомов и ионов металлов, оксидных, сульфидных и нитридных пленок проводится в кислотных растворах.

Удаление атомных и ионных загрязнений с помощью кислот основано на вытеснении атомов и ионов металлов ионами водорода.

Объёмная химическая обработка реализуется погружением кассет с пластинами в ванну, заполненную технологическим раствором.

Отличительные особенности:

для каждого технологического раствора, используемого в техпроцессе, должна быть отдельная ванна;

-для каждого технологического раствора устанавливается регламент замены, исходя из количества обработанных в одном объёме раствора пластин и срока годности раствора;

-нагрев технологического раствора осуществляется непосредственно в ванне;

- отмывка пластин от технологического раствора производится в специальных ваннах с проточной деионизованной водой;

- сушка пластин после отмывки осуществляется на специальном оборудовании, чаще всего в центрифуге.

Химическая обработка в аэрозолях реализуется путем обработки пластин в специальной ванне-центрифуге, в которую в виде аэрозолей вначале подается технологический раствор или его компоненты, затем деионизованная вода, а в конце – очищенный азот для высушивания пластин.

Характерные особенности:

– каждая пластина проходит обработку в новой порции технологического раствора;

– в одной ванне реализуются все стадии процесса химической обработки подложек.

Последовательность очистки поверхности подложек от загрязнений

Большинство методов очистки требует последовательного использования нескольких очищающих растворов:

1) Удаление органических загрязнений;

2) Удаление слоёв оксида;

3) Удаление механических частиц;

4) Удаление металлических и ионных примесей.

Очередность применения технологических растворов:

– Травитель КАРО;

– Раствор плавиковой кислоты;

– Перекисно–аммиачный раствор (ПАР);

– Перекисно–соляный раствор (ПСР).

При выборе способа нанесения фоторезиста необходимо руководствоваться следующими исходными данными:

1. Требуемая толщина и неоднородность по толщине пленки фоторезиста

2. Размеры, геометрия и вес подложки

3. Текстура поверхности подложки

4. Допустимые потери фоторезиста

Следует рассмотреть три основных метода нанесения

Нанесение центрифугой

Несколько миллилитров резиста наливается на поверхность подложки, закрепленной на центрифуге. Центрифуга приводится во вращение с числом оборотов 2-6 тысяч в минуту. Через 10-30 секунд на подложке формируется пленка резиста. Центрифугирование обеспечивает высокую однородность толщины пленки. Поэтому центрифугирование является наиболее распространенной техникой в микроэлектронике.

К недостаткам центрифугирования относятся:

• Требование симметричности подложки к вращению. Несимметричность подложки приводит к возникновению на краях подложки бортиков - утолщений пленки фоторезиста.

• Поверхность подложки должна иметь высокую степень гладкости. Если подложка имеет развитую текстуру, то подъемы на текстуре могут оказаться непокрытыми фоторезистом.

• Большие потери фоторезиста. Для формирования пленки используется всего несколько процентов фоторезиста, остальное количество фоторезиста отбрасывается центрифугой на боковые стенки.

Все предлагаемые нами фоторезисты могут наноситься центрифугированием.

Нанесение распылением

Фоторезист может наноситься на подложку путем распыления тончайших капель через форсунку или ультразвуковую головку под давлением азота. Преимуществом аэрозольного распыления фоторезиста является возможность покрытия поверхности произвольного размера и формы. Аэрозольное распыление позволяет покрыть поверхность практически с любой текстурой.

Главным недостатком аэрозольного распыления является относительно высокая неоднородность пленки резиста по толщине слоя. Если при центрифугировании разнотолщинность пленки не превышает 10 нм, то при распылении разнотолщинность слоя достигает 1 мкм. Однако для многих процессов этого достаточно. Например, для изготовления печатных плат вполне достаточна разнотощинность на уровне 1 мкм .

Нанесение окунанием

Подложка вытягивается с определенной скоростью из резервуара, наполненного резистом. Чем ниже скорость вытягивания, тем меньше толщина пленки. Этот метод является основным в производстве офсетных пластин для полиграфии.

Очевидным преимуществом метода окунания является возможность покрытия резистом поверхностей произвольного размера. Образующаяся пленка является очень гладкой, хотя толщина пленки может меняться существенно по поверхности подложки. Потери резиста являются минимальными (если не учитывать 50% расхода резиста, идущего на покрытие задней стороны подложки). К недостаткам метода окунания следует отнести необходимость заполнения фоторезистом изначально резервуара достаточно большого объема.

Совмещение и экспонирование подложек. Контактная и проекционная фотолитография

Фотолитография – процесс формирования на поверхности подложки (или основания изделия) элементов приборов микроэлектроники с помощью чувствительных к высокоэнергетическому излучению (ультрафиолетовому свету, электронам, ионам, рентгеновским лучам) покрытий, способных воспроизводить заданное взаимное расположение и конфигурацию этих элементов.

Экспони́рование — процесс облучения светочувствительного материала актиничным электромагнитным излучением.

Из оптической фотолитографии наибольшее распространение получила контактная фотолитография, сущность которой заключается в следующем: фотошаблон с помощью специальной установки совмещения и экспонирования плотно прижимают к покрытой слоем фоторезиста подложке, после чего экспонируют пучком параллельных лучей света слой ИС в масштабе 1:1.

Контактная фотолитография позволяет получать элементы ИС с размерами до 1,5—2,0 мкм при зазоре между фотошаблоном и слоем, равным 1 мкм, на значительных рабочих площадях. Существенным недостатком является необходимость непосредственного контакта фотошаблона с фоторезистивной маской, что может приводить к повреждению как фотошаблонов, так и масок.

Одним из наиболее перспективных методов фотолитографии является проекционная фотолитография, преимущества которой заключаются прежде всего в отсутствии механического контакта фотошаблона со слоем фоторезиста, нанесенного на металлическую пленку. Это полностью устраняет возможность повреждения фотошаблона при совмещении, в результате срок его службы значительно увеличивается и, следовательно, увеличивается выход годных приборов.

Существуют два основных вида совмещения: отделенное от проекционного объектива (глобальное) и совмещение через проекционный объектив (локальное).

КОНТАКТНАЯ ФЛ:

Фотошаблон устанавливается по трем жестким упорам на плиту шаблонодержателя, фиксируется вакуумом и ориентируется при помощи манипулятора шаблонодержателя таким образом, чтобы знаки совмещения нафотошаблоне находились в поле зрения объективов микроскопа совмещения. Совмещение рисунков фотошаблона и пластины производится манипулятором совмещения, наблюдение за процессом совмещения производится микроскопом. Объективы принадлежат микроскопу с разведенным полем зрения, так что правый глаз видит точку на правой стороне шаблона и пластины, а левый - точку слева.

В этом совмещенном положении пластина приводится в соприкосновение с шаблоном и проводится еще одна проверка на точность совмещения. По окончании совмещения производится экспонирование от осветителя, при этом микроскоп автоматически отводится.

ПРОЕКЦИОННАЯ ФЛ:

Метки совмещения имеют форму в виде канавок травления (рис. 7.3.), на которых рассеивается падающий световой пучок и создается их оптический контраст по отношению к остальному полю. Профиль канавки травления зависит от ориентации подложки.

Процесс совмещения выполняется с помощью фотоэлектрического микроскопа, который регистрирует сигнал, поступающий от метки совмещения на подложке, и сравнивает его с сигналом, поступающим от такой же метки на фотошаблоне. Для совмещения меток координатная система перемещает подложку и фотошаблон, а также поворачивает фотошаблон относительно оси проекции.

Уменьшенное изображение рисунка, получающееся на пластине в результате экспонирования называют модулем. Модуль может состоять из одного или нескольких кристаллов в зависимости от размеров той или иной микросхемы. Кристаллы друг от друга отделяются дорожками скрайбирования На дорожках, отделяющих друг от друга модули, располагаются метки контроля шага мультипликации, по которым определяют такие важные характеристики МГЮ и установки как разворот и немасштаб. На рис. 7. 4 представлены метки контроля шага мультипликации.

Пути повышения разрешающей способности фотолитографии.

Во-первыхраз­решающая способность позитивных резистов выше, чем негатив­ных.

_{RES = K*(./ﮑ}NA)

к - константа,

Л-длина волны,

NA - числовая апертура.

NA = nsin а

n- коэффициент преломления среды, а - половина угла расхождения лучей.

Наиболее очевидный путь для повышения разрешающей способности литографии - использование при экспозиции более коротковолновыхизлучений, например, мягкого рентгеновского (с длинами волн 1-2 нм). Этот путь находится в стадии исследования. Однако простое уменьшение длины волны не решает проблему совмещения рисунков.

Одним из слабых мест классической фотолитографии является механический контакт фотошаблона с пластиной, покрытой фоторезистом. Такой контакт никогда не может быть совершенным и сопровождается разного рода искажениями рисунка. Конкурирующим методом является проекционная фотолитография, при которой рисунок фотошаблона проектируется на пластину с помощью специальной оптической системы.

За последние годы разработаны методы электронной литографии. Их сущность состоит в том, что сфокусированный пучок электронов сканируют {т. е. перемещают «построчно») по поверхности пластины, покрытой резистом, и управляют интенсивностью пучка в соответствии с заданной программой. В тех точках, которые должны быть «засвечены», ток пучка максимален, а в тех, которые должны быть «затемнены», - минимален или равен нулю. Диаметр пучка электронов находится в прямой зависимости от тока в пучке: чем меньше диаметр, тем меньше ток. Однако с уменьшением тока растет время экспозиции. Поэтому повышение разрешающей способности (уменьшение диаметра пучка) сопровождается увеличением длительности процесса. Например, при диаметре пучка 0,2-0,5 мкм время сканирования пластины, в зависимости от типа резиста и размеров пластины, может лежать в пределах от десятков минут до нескольких часов.