Файл: Курносов, А. И. Технология производства полупроводниковых приборов учеб. пособие.pdf

матические углеводороды, диоксан, ксилол. Нередко используют смеси из нескольких растворителей с различными значениями уп­ ругости паров. Это в значительной мере улучшает процесс пленкообразования, снижает количество пор и напряжение в пленке. Уль­ трафиолетовое поглощение фоторезистов на основе нафтохинондиазидов (НХДА) по сравнению с фоторезистом ПВЦ несколько сдви­ нуто в сторону длинных волн.

Позитивные фоторезисты ФП-330 и ФП-383 представляют собой растворы светочувствительных продуктов и новолачной смолы в диоксане. Применяют их в качестве светочувствительных материалов при изготовлении полупроводнико­ вых приборов и тонкопленочных интегральных схем. Внешний вид позитивных фоторезистов — вязкая прозрачная жидкость оранжевого цвета. Вязкость кинема­ тическая равна 5,9±0,5 ест. Разрешающая способность 400 лин/мм. Кислотолроницаемость пленки фоторезиста толщиной 1 мкм характеризуется плотностью дефектов двуокиси кремния. Для фоторезиста ФП-330 она составляет 0,75 мм-2,

Основой позитивных фоторезистов являются светочувствительные продукты № 330 и № 383.

Светочувствительный продукт № 330 состоит из эфира 1,2-нафтохинондиа-

и бензоле. Его используют для изготовления позитивного фоторезиста ФП-330. Светочувствительный продукт N° 383 состоит из эфира 1,2-нафтохинондиа- зид-(2)-5-сульфокислоты и бромированной новолачной смолы № 18. Этот про­ дукт растворим в диоксане, диметилформамиде; плохо растворим в ацетоне, этилацетате, нерастворим в воде, этиловом спирте, толуоле. Его используют для

изготовления позитивного фоторезиста ФП-383.

Светочувствительные продукты представляют собой порошок желтого цвета. Они содержат до 5% азота, 0,5% влаги и 1,5% нерастворимых примесей.

Для определения применимости фоторезистов в технологии из­ готовления полупроводниковых приборов используют три основных критерия: чувствительность, разрешающую способность и кислотостойкость.

Критерием чувствительности для негативных фоторезистов яв­ ляется образование после экспонирования и проявления локальных участков задубленных или полимеризованных областей пленки; для позитивных фоторезистов — полнота разрушенного локального уча­ стка пленки. Таким образом, критерием чувствительности служит четкость изображения, полученного в пленке фоторезиста после эк­ спонирования и проявления. Для получения четкого изображения необходимо, чтобы пленка фоторезиста имела резко очерченную границу между областями вымытого и оставшегося на поверхности пластины фоторезиста.

Существует зависимость между толщиной пленки фоторезиста и экспозицией. При малых экспозициях (недодержках) пленка фо­ торезиста коробится и ее свойства ухудшаются. При больших эк­ спозициях (передержках) качество края изображения ухудшается за счет рассеяния света на границах непрозрачных участков фото­ шаблона.

Разрешающая способность фоторезиста определяется числом линий равной толщины, которые могут быть получены (без

69

слияния) на 1 мм поверхности пластины в результате проведения процесса фотолитографии. Особую роль этот критерий играет при выборе фоторезистов для получения изображений элементов с раз­ мерами порядка 1 мкм. Для получения изображений элементов размером 5—10 мкм необходимо выбирать фоторезисты с разре­ шающей способностью не менее 500—1000 линий на 1 мм. На вели­ чину разрешающей способности может оказывать влияние толщи­ на исходной пленки фоторезиста. Обычно используют пленку фото­ резиста толщиной 0,5—1 мкм.

Для определения разрешающей способности фоторезистов при­ меняют штриховые миры. Миры представляют собой стеклянную пластину с нанесенными на нее штрихами, ширина которых изме­ няется от одного до нескольких десятков микрон. Определение раз­ решающей способности фоторезиста производится путем экспони­ рования его через миру и подсчета числа задубленных линий, при­ ходящихся на 1 мм поверхности пластины.

Нередко то или иное значение разрешающей способности отно­ сят не к фоторезисту, а ко всему процессу фотолитографии.

Кислотостойкость фоторезистов является важным критерием его оценки, так как последующие после экспонирования технологиче­ ские операции связаны с использованием сильных травителей, со­ ставленных из азотной, плавиковой, соляной и других кислот. Не­ стойкость фоторезиста определяют по следующим признакам: частичное разрушение пленки, отслаивание пленки от подложки, локальное растравливание и подтравливание пленки на границе микроизображения. Первые два вида нарушения пленки фоторези­ ста при химической обработке свидетельствуют о полной его непри­ менимости для изготовления полупроводниковых приборов и могут служить критериями забраковывания всей партии приготовленного фоторезиста. Два других вида нестойкости пленки (локальные и краевые растравливания) допустимы в определенных пределах. Критерием кислотостойкое™ фоторезиста в этом случае может слу­ жить величина краевого и локального растравливания.

Для определения кислотостойкое™ используют способы, кото­ рые основаны на измерении величины стравливания края изобра­ жения. Обычно измеряют ширину клина, который образуется на краю пленки после травления. Степень локального растравливания и пористости слоя фоторезиста выявляют микроскопическим ана­ лизом поверхности пластины после процесса травления.

§ 3.3. Фотошаблоны и способы их получения

Фотошаблоны могут быть прямыми и обратными в зависимости от того, повторяет рисунок на фотошаблоне оригинал или является его негативным отображением.

Чаще всего основу фотошаблонов изготавливают из оптического стекла, рисунок на поверхность стекла наносят фотографическим методом.

70

К фотошаблонам предъявляют следующие основные требования: а) высокая разрешающая способность; б) достаточно большая площадь рабочего поля; в) высокая контрастность;

г) высокая оптическая плотность непрозрачных участков;

Требование высокой разрешающей способности фотошаблона диктуется необходимостью получения изображений порядка единиц и десятых долей микрона. Для получения рисунка с такими малы­ ми размерами разрешающая способность эмульсии фотошаблона должна быть выше 1000 линий/мм.

Рабочая поверхность фотошаблона обычно имеет размеры 40X40 мм2, что соответствует диаметру полупроводниковой пласти­ ны 35—40 мм. Это позволяет расположить на ней от 50 до несколь­ ких тысяч (в зависимости от типа полупроводникового прибора) однотипных элементов.

В последнее время наметилась тенденция на использование кремниевых пластин значительно большего диаметра (60 и даже 80—90 мм), что в свою очередь требует и соответствующего увели­ чения площади рабочего поля фотошаблонов.

Увеличение диаметра пластин ведет к дальнейшему повышению производительности процессов групповой обработки.

Наличие чередующихся прозрачных и непрозрачных участков на малых площадях фотошаблона требует высокой контрастности и большой оптической плотности непрозрачных участков и отсут­ ствия вуали на прозрачных участках. Обычно берется оптическая плотность непрозрачных участков не менее 2.

Точность геометрических размеров рисунка фотошаблона связа­ на с геометрическими размерами активной структуры готового при­ бора.

Точность размера шага между отдельными элементами обуслов­ лена необходимостью последовательного совмещения нескольких фотошаблонов, входящих в один комплект, а также тем, что на заключительной стадии обработки проводится скрайбирование. Точ­ ность по шагу должна быть не хуже 0,5 мкм.

Фотошаблоны не должны иметь на поверхности царапин, про­ колов фотоэмульсионного слоя, пятен и т. п. Количество дефектных элементов рисунка не должно превышать 1%.

Требования высокой стойкости фотошаблонов к истиранию обус­ ловлены многократным технологическим процессом экспозиции фо­ торезиста, который проводится контактным способом. Частое при­ жатие фотошаблона к полупроводниковой пластине приводит к его истиранию. Эмульсионные фотошаблоны выдерживают около 20 операций контактной печати, а металлизированные фотошабло­ ны — до 500.

71

Плоскостность рабочей поверхности фотошаблона должна быть не хуже 0,5 мкм на длине 25 мм во избежание зазоров между фо­ торезистом и шаблоном при контактной печати.

Существует несколько способов изготовления фотошаблонов. Рассмотрим основные из них.

Оптико-механический способ создания фотошаблона начинают с вычерчивания увеличенного оригинала изображения. Предвари­ тельно рассчитывают размеры оригинала с увеличением в 100— 1000 раз. Вычерчивание производят с помощью координатографа на стекле, покрытом непрозрачным лаком. Резцом из алмаза или карбида вольфрама обводят контур оригинала изображения, и лиш­ нюю пленку лака удаляют пинцетом. Вокруг оригинала обычно

Рис. 3.1. Схема изготовления фотошаблона

вычерчивают прямоугольную . или квадратную рамку, отграничи­ вающую область, которая принадлежит одному структурному эле­ менту и является базой для расположения микроизображений. Оригинал изображения фотографируют на фотопластинку с умень­ шением в 50—100 раз в проходящем свете для повышения контрастности. Полученный фотооригинал помещают в проекцион­ ный автоматический фотоштамп, где производится экспонирование изображения на фотошаблон с уменьшением до окончательных размеров и мультипликация (размножение) рисунка (рис. 3.1). Столик фотоштампа, на котором расположен будущий фотошаб­ лон, перемещается в двух направлениях с заданным шагом с точ­ ностью до 1 мкм. При этом рамки, обрамляющие микроизображе­ ния, частично перекрываются, образуя прямоугольную сетку, об­ легчающую процесс совмещения фотошаблонов.

Фотоштампы обычно многоместные (9 мест), что позволяет проводить распечатку всего комплекта фотошаблонов (3—7 шт.) одновременно.

72

Заключительной операцией технологического процесса изготов­ ления фотошаблонов является создание рабочих копий. Эту опе­ рацию осуществляют путем контактной перепечатки. Количество копий, которые можно снять с первого образца (эталона), не пре­ вышает 20—30.

Наиболее радикальным способом улучшения стойкости фото-' шаблонов к истиранию является контактное изготовление с эмуль­ сионных эталонов металлизированных копий.

Для изготовления металлизированных фотошаблонов на по­ верхность оптического стекла наносят тонкий слой хрома толщи­ ной около 1 мкм. Пленку хрома напыляют в вакууме или осажда­ ют из металлоорганических соединений.

На стеклянные пластинки, покрытые пленкой хрома, наносят фоторезист и проводят контактную печать. После экспонирования

Рис. 3.2. Схема получения изображения с помощью линзового растра:

1 — пучок света; 2 — диафрагма-оригинал; 3 — линзовый растр; 4 — про­ екция изображения оригинала; 5 — фотопластинка

и снятия фоторезиста для получения нужного рисунка осуществля­ ют травление открывшихся участков хрома. Готовые металлизиро­ ванные фотошаблоны выдерживают несколько часов при повышен­ ной температуре (порядка 100—150° С) для упрочнения пленки металла и улучшения сцепления ее со стеклом.

Линзоворастровый способ изготовления фотошаблонов отли­ чается от предыдущего тем, что мультипликация изображений осуществляется автоматически.

Линзовый растр представляет собой множительную оптическую систему, состоящую из большого количества маленьких линз — объ­ ективов, размещенных по определенному закону на одной основе, имеющей вид плоскопараллельной пластины. Светофокусирующая поверхность линзовых элементов растра может быть сферической, цилиндрической, эллиптической, параболической, конической и др. Наиболее часто используют сферическую поверхность линзовых элементов.

Если перед линзовым, растром поставить фотографируемый предмет, а в фокальной плоскости растра — фотопластинку, то каждая линза растра спроектирует данный предмет на фотослой в заданном размере. На рис. 3.2 показана схема получения изобра­ жения с помощью линзового растра.

73