Файл: 000810.pdf

Іонно-променева літографія передбачає використовування іонних пучків для експонування резистів. На практиці можливе різне поєднання методів літографії для отримання топології на шаблоні і оброблюваній поверхні пластини.

У технології мікроелектроніки процеси літографії широко застосовуються при формуванні напівпровідникових і плівкових структур, отриманні шаблонів, локальному глибинному травленні напівпровідників, діелектриків, металів, виготовленні вивідних рамок, балочних виводів, стрічкових носіїв, необхідних для складання ІМС, а також для створення захисних масок при локальному легуванні напівпровідникових пластин і хімічному електрохімічному або вакуумному нанесенні плівок.

Широке застосування методів літографії обумовлено рядом їх властивостей:

−гнучкістю методів, що дозволяють легко переходити від однієї топології до іншої шляхом зміни шаблону;

−високою відтворністю і роздільною здатністю;

−універсальністю, що забезпечує застосування процесів для найрізноманітніших цілей (травлення, легування, осадження);

−високою продуктивністю, обумовленою груповим процесом оброблення.

Від досконалості процесів літографії залежать ступінь інтеграції і швидкодія ІМС, які визначаються мінімальними розмірами елементів, а також якість і надійність ІМС.

Процеси літографії безперервно удосконалюються у напрямі підвищення прецизійності і зменшення топологічних розмірів.

Контактна фотолітографія. Фотолітографія є складним технологічним процесом, заснованим на використовуванні необоротних фотохімічних явищ, що відбуваються у фоторезистивних шарах при локальному опромінюванні їх ультрафіолетовим промінням. Основним робочим інструментом для фотолітографії є фотошаблон, а для формування фоторезистивного шару застосовують фоторезисти. Сутність контактної фотолітографії в тому, що при передаванні топологічного зображення з фотошаблону на фоторезист фотошаблон щільно прилягає до поверхні пластини (підкладки) з нанесеним фоторезистом.

Фотошаблон – плоскопаралельна пластина з прозорого матеріалу для цілей фотолітографії, на яку нанесений рисунок у вигляді непрозорих і прозорих для світла певної довжини хвилі ділянок, створюючих топологію одного з шарів структури ІМС або групи ІМС, багато разів повторених в межах активного поля пластини. Фотошаблон може бути у вигляді негативного або позитивного зображення фотооригіналу, одержаного шляхом його багатократного фотографування (з метою зменшення) з високим ступенем, точності. Рисунок ІМС на фотошаблоні,

128

що є декількома сотнями або тисячами зображень, що повторюються, одержують в масштабі 1:1.

Процес отримання фотошаблону з розмноженим зображенням називають мультиплікуванням.

Розрізняють еталонні, проміжні і робочі фотошаблони.

Еталонний – це перший фотошаблон в процесі виготовлення з повним набором зображень структур, з якого звичайно одержують проміжні (первинні) або робочі копії фотошаблонів.

Проміжний (первинний) фотошаблон – це копія, одержана контактним або проекційним методом з еталонного фотошаблону у вигляді його дзеркального відбиття. Він служить для отримання фотодруком робочих фотошаблонів.

Для виконання фотошаблонів застосовують фотопластини з роздільною здатністю до 1200 ліній/мм і високороздільну оптику. Виготовляють фотошаблони, за допомогою яких реалізуються елементи ІМС розміром 0,7 – 6,4 мкм (межа роздільної здатності оптичних систем

0,11 мкм).

Робочі фотошаблони бувають двох типів: емульсивні, які дозволяють проводити не більше 20 операцій контактного друку, і металізовані з плівкою хрому, які дозволяють проводити до 3000 операцій контактного друку. Процес отримання фотошаблону вимагає особливої уваги і високої точності при виконанні операцій.

Фоторезизти – світлочутливі і після прояву стійкі до дії агресивних середовищ (кислот, лугів) речовини. Світло, діючи на ці матеріали або руйнує молекули, або викликає їх додаткову полімеризацію. За способом утворення рисунка на поверхні напівпровідникової пластини фоторезисти ділять на негативні і позитивні. У негативного фоторезисту при освітленні зростає ступінь полімеризації і захищена фоторезистом ділянка має вигляд світлої плями, а з неосвітлених ділянок при проявленні фоторезист видаляється. Позитивний фоторезист при освітленні руйнується і при проявленні видаляється з освітлених ділянок, а світла пляма дає не захищену фоторезистом ділянку. Фоторезисти поділяють також на кислотостійкі і лугостійкі. Критеріями оцінювання фоторезистів є чутливість, кислотостійкість і роздільна здатність.

Чутливість – ступінь полімеризації залежно від тривалості дії світла. Її оцінюють величиною S , обернено пропорційною експозиції Н:

наприклад, така методика визначення кислотостійкості: створення на підкладці захисного шару фоторезисту у вигляді трикутника з висотою, яка перевищує в 10 разів його підкладку, витримка цього зразка в травленні протягом певного часу і вимірювання величини зменшення загостреної вершини трикутника. Одержаний результат вважають оцінкою кислотостійкості.

Стійкість фоторезисту до хімічних дій залежить не тільки від хімічного складу, але також від товщини і стану фоторезистивного покриття, зокрема від його адгезії до підкладки. Тому кислотостійкість фоторезистів часто оцінюють чинником травлення

де h – глибина травлення; х – бічне травлення.

Чим менше значення х при заданій товщині h , тим вища кислотостійкість.

Роздільна здатність – число чітко помітних ліній (штрихів) однакової ширини, розташованих паралельно із зазором, рівним ширині штриха, які фоторезист дозволяє створювати на 1 мм довжини:

1000–2000 ліній/мм. При фотолітографії розрізняють ще роздільну здатність всього процесу отримання конфігурацій в захисній масці на підкладці.

Безконтактна фотолітографія. При формуванні ІМС підвищеного ступеня інтеграції на пластинах великого діаметра, що досягається підвищенням роздільної здатності, граничної точності поєднання при мінімальній густині дефектів методом літографії, контактна фотолітографія має обмежене застосування.

Основними чинниками, що обмежують можливості контактної фотолітографії, є:

−неминучість механічного пошкодження робочих поверхонь фотошаблонів і пластин, що вимагає частої заміни фотошаблонів;

−вдавленя у фоторезистивний шар пилинок, мікрочастинок і ін., а також налипання фоторезисту на фотошаблоні при щільному контакті фотошаблону з фоторезистом;

−неможливість забезпечення повного щільного контакту фото-шаблону з пластиною через неідеальність площинної контактної поверхні, що приводить до зниження роздільної здатності;

−неминучість зсуву фотошаблону щодо пластини при переході від поєднання, коли рисунки, що суміщаються, розташовані в різних площинах до експонування.

130

Безконтактна фотолітографія не має цих обмежень. Вона здійснюється двома методами: на мікрозазорі і проекційним.

Фотолітографія на мікрозазорі заснована на використовуванні ефекту подвійного або множинного джерела випромінювання, яке створюється в системах експонування спеціальної конструкції. Ультрафіолетове проміння падає на фотошаблон і підкладку похило під однаковими кутами до загальної оптичної осі системи експонування. За рахунок нахилу променя дифракційні явища за прозорими ділянками фотошаблону усуваються або зводяться до мінімуму, рівномірність опромінювання країв пластини поліпшується, підвищується точність передавання рисунка. Завдяки виключенню дифракційних явищ досягається висока роздільна здатність. Так, наприклад, при шарі позитивного фоторезисту завтовшки 1,8 мкм можна одержати елемент рисунка менше 2 мкм (при зазорі фотошаблон – підкладка 10 мкм) або менше 3,5 мкм (при зазорі 30 мкм). Розмір зазору може точно задаватися

мікрозазорі значно складніше, ніж установки для контактного експонування. Разом з тим системи дозволяють знизити час експонувань до 2 – 5 с і забезпечують рівномірність освітлення підкладок великої площі.

Проекційна фотолітографія відрізняється від контактної технікою виконання операцій поєднання і експонування. Процес поєднання спрощується, оскільки за допомогою спеціальних об'єктивів зображення фотошаблону проектується на площину пластини або, навпаки, зображення пластини проектується на площину фотошаблону і таким чином оператор спостерігає зображення пластини й фотошаблону в одній площині. У зв'язку з цим виключаються проблема глибини різкості об'єктиву і пов'язана з нею проблема точного установлення малого зазору пластина – фотошаблон. Тривалість поєднання зменшується, точність підвищується. Після поєднання зазор між пластиною і фотошаблоном залишається і зображення фотошаблону проектується на площину пластини.

Роздільна здатність проекційної фотолітографії вища, оскільки виключається дифракція випромінювання в зазорі. Метод проекційної фотолітографії більшою мірою, ніж метод контактної фотолітографії, дозволяє автоматизувати процес виробництва ІМС.

Основна технічна трудність проекційної фотолітографії – складність розроблення високороздільних об'єктивів на великі поля зображень, тому одночасне проектування повного рисунка фотошаблону на підкладку не завжди здійсниме. У разі ж послідовного поелементного проектування зображення, яке можна виконувати за допомогою фотоповторювачів, продуктивність проекційної фотолітографії різко знижується.

131