Экспонирование фоторезиста.

Экспонирование фоторезиста осуществляется контактным способом, способом с микрозазором и проекционным способом.

Экспонирование контактным способом выполняется после совмещения рисунков и устранения зазора между фотошаблоном и подложкой до их полного контакта. Источниками ультрафиолетового излучения служат ртутно-кварцевые лампы. Для согласования спектров поглощения фоторезиста и излучения источника применяют светофильтры. Равномерное освещение поверхности фотослоя осуществляется параллельным пучком излучения, который формируется системой кварцевых линз. На фотослой позитивного фоторезиста толщиной 0,5 мкм можно передать элементы размерами 1 мкм.

Недостатками контактного способа являются механические повреждения рабочих поверхностей шаблона и подложки, которые определяют небольшой срок эксплуатации шаблона. В слои фоторезиста фотошаблон вдавливает пылинки, микрочастицы стекла и др. Кроме того, частицы, непрозрачные для УФ – излучения и находящиеся между фотошаблоном и фотослоем, также вызывают дефекты фотомаски. Невозможно получить полный контакт между фотошаблоном и подложкой. Причинами этого является искривление пластин после термообработок, присутствие между ними посторонних частиц, неравномерность толщины пленок и фотослоя и др. Частичные зазоры усиливают дифракционные эффекты и служат причиной дополнительного увеличения размеров элементов.

Экспонирование с микрозазором отличается от контактного экспонирования тем, что после совмещения между подложкой и фотошаблоном существует зазор 10...25мкм. Это значительно уменьшает повреждение фотошаблона и увеличивает срок его использования. Тем не менее, наличие зазора при экспонировании усиливает влияние дифракции света на точность передачи рисунка. Разрешающая способность уменьшается.

Проекционный способ экспонирования базируется на получении изображения фотошаблона на поверхности слоя фоторезиста с помощью специального объектива с высокой разрешающей способностью. Шаблон размещен на значительном расстоянии от подложки, что исключает его износ. Способ пошагового мультиплицирования применяют, чтобы уменьшить влияние неравномерности толщины слоя фоторезиста и неплоскостности поверхности подложки. Фотошаблон содержит увеличенное в 4...20 раз изображение топологии одного или нескольких кристаллов. Все участки пластины экспонируют поочередно. Преимуществами пошагового проекционного экспонирования является высокая точность совмещения, слабая чувствительность к неплоскостности подложки, высокая разрешающая способность. При изготовленные СБИС проекционный метод экспонирования является основным.

Термообработка фоторезиста. Для полного удаления растворителя из фоторезиста нанесенный слой сушат. Чаще применяется инфракрасная сушка. Пластина поглощает инфракрасное излучение, и сама становится источником тепла. Сушка происходит от пластины к поверхности слоя, что существенным образом повышает качество сушки и сокращает время сушки.

После экспонирования и проявления фоторезиста проводится вторая сушка (задубливание) при температуре 130…200С в течении 1…1,5ч. Целью этой операции является повышение химической стойкости фоторезиста и его адгезии к подложке.

Совмещение выполняют визуально на той же установке, что и последующее экспонирование, путем наложения при наблюдении под микроскопом рисунков шаблона и подложки. Точность совмещения зависит:

от точности совмещения фотошаблонов в комплекте,

точности воспроизведения топологического рисунка предыдущим фотолитографическим процессом

и точности самой операции совмещения.

Для совмещения шаблонов друг с другом в комплекте и каждого шаблона с рисунком на подложке применяются специальные топологические рисунки - фигуры совмещения в виде колец, крестов, штрихов и др. Точность самой операции совмещения зависит от точности оборудования, совершенства фигур совмещения и индивидуальных способностей оператора.

Экспонирование контактным способом (соответственно и весь процесс литографии называют контактной фотолитографией) выполняется после совмещения рисунков и устранения зазора до полного контакта шаблон - подложка.

Проявление - процесс удаления лишних в фотослое участков в соответствии с локальным облучением при экспонировании.

П р о я в л е н и е н е г а т и в н ы х ф о т о р е з и с т о в представляет собой простое растворение необлученных участков в органических растворителях: толуоле, трихлорэтилене, диоксане и др. Проявитель должен обладать хорошей растворяющей способностью и минимальным воздействием на облученные участки фотослоя. При заниженной экспозиции облученные участки сильно набухают, что приводит к искажению рисунка и, следовательно, к уменьшению разрешающей способности фотолитографического процесса. Если экспонирование выполнено при оптимальной экспозиции, перепроявление негативного фоторезиста неопасно, поэтому процессы проявления легко автоматизировать.

П р о я в л е н и е п о з и т и в н ы х ф о т о р е з и с т о в н а о с - н о в е НХД сопровождается химической реакцией превращения полученной при экспонировании инденкарбоновой кислоты в хорошо растворимую соль, которая затем легко вымывается. В качестве проявителей применяют слабые водные и водно-глицериновые щелочные растворы КОН, NаОН, Nа₃РО₄ ^. Н₂О.

Проявление в растворе тринатрийфосфата сопровождается химической реакцией: Если слой проэкспонирован не полностью, раствор окрашивается в малиновый цвет, так как часть молекул кислоты превращается не в соль натрия, а соединяется с неразрушенными молекулами НХД, образуя краситель. Если молекулы НХД разрушены полностью на всю глубину фотослоя, проявитель остается бесцветным.

Термообработка (вторая сушка, задубливание) проводится для удаления проявителя, воды, повышения химической стойкости и адгезии фотомаски к подложке. У негативных фоторезистов сушка сопровождается термополимеризацией, у позитивных - разрушением молекул и частичной сшивкой полимерных составляющих.

Чтобы не произошло ухудшения качества фотомаски, сушку проводят в два – три этапа с постепенным подъемом температуры до максимальной. Для большинства фоторезистов максимальная температура второй сушки 150 ^оС, общее время 1... 1,5 ч. Облучение перед второй сушкой большой дозой глубокого ультрафиолета (ГУФ) устраняет пластическое течение резиста при термообработке и существенно улучшает качество фотомаски.

Передача изображения с фотомаски на материал слоя ИС выполняется двумя способами: Травление жидкостное и травление сухое

Удаление фотомаски имеет целью также тщательную очистку от всех загрязнений подложки в процессе фотолитографии.

Плазмохимическое удаление фотомаски - наиболее эффективный и безопасный процесс, одновременно обеспечивает и очистку пластин.