Методы нанесения фоторезистивных покрытий. Операции совмещения и экспонирования. Контактная, бесконтактная и проекционная печать.
Базовой деталью является подложка , на поверхности которой формируется заданный рельеф. Подложкой может служить:
Металлическая фольга, сетка, из которых после экспонирования, проявления и последнего травления изготавливают трафареты (маски) для нанесения элементов ГИМС
Диэлектрическая пластина (стекло, ситалл, керамика) с нанесенными на ее поверхность слоями того или иного материала. Из этого материала методом селективного травления или методом контактной маски формируются пленочные элементы.
В полупроводниковой технологии подложкой может быть полупроводниковая монокристаллическая пластина, на поверхности которой формируют рисунок окисла или проводника.
Подготовка поверхности подложки служит для обеспечения качества фоторезистного покрытия. Она заключается в обезжиривании поверхности подложки.
Методы нанесения ФР-покрытий
Центрифугирование заключается в нанесении на подложку в определенный дозе жидкого ФР, получают необходимую толщину за счет вращения ротора центрифуги с заданной скоростью. Процесс растекания происходит под действием центробежной силы и сил сопротивления, обусловленных вязкостью жидкости
. Недостатки метода центрифугирования:
неустранимое краевое утолщение фоторезиста, которое составляет ≈10% от толщины ФР. В полупроводниковых ИМС, чтобы исключить влияние этого недостатка, все пластины делают с фаской;
наличие внутренних напряжений в пленке фоторезиста.
Этих недостатков не имеет метод пульверизации
Пульверизация – формирование слоя фоторезиста происходит из осажденных на подложку дискретных капель, которые, перекрываясь, образуют сплошной слой.
Распылительная установка имеет емкость с фоторезистом. Из этой емкости под давлением фоторезист подается в пульверизатор, туда же по трубопроводу подается газ – носитель, например, сжатый чистый воздух.
Достоинства:
Отсутствие краевых утолщений, равномерность покрытия
Возможность контроля толщины покрытия
Минимальное внутреннее напряжение
Высокая адгезия
Недостаток: затягивание пыли и других загрязнений при подаче жидкости.
Погружение в раствор- самый простой способ нанесения ФР
Недостатки:
Неравномерность толщины
Неизбежное двустороннее покрытие
На практике чаще всего наносят ФР толщиной 0,5 -1,5 мкм, разрешающая способность 200-500 линий на 1 мм.
Контроль после нанесения производится на отсутствие механических включений и разрывов. После нанесения ФР подвергается сушке. В процессе сушки из ФР удаляется растворитель (испаряется), идет процесс плотной упаковки молекул фоторезиста. Уменьшается внутреннее напряжение, увеличивается адгезия.
Методы сушки
1-конвективная; 2-инфракрасная; 3- СВЧ
Конвективная – выполняется в термостатах при температуре порядка до 120°С. Время сушки 15-30 минут.
Инфракрасная – в инфракрасных печах, 5-15 минут. Пример установки инфракрасной сушки УИС-1.
СВЧ – осуществляется в СВЧ печах мощностью 200-400 Вт, на частоте 2,45 ГГц. Время сушки – 1секунда
При конвективной сушке, источником высокой температуры является нагретый воздух (120°С), таким образом сушка идет снаружи. На поверхности фоторезиста преждевременно образуется сухой слой и дальнейшее удаление растворителя (внутренних слоев) осуществляется только за счет разрыва слоя (наружного), это увеличивает дефекты.
При ИК сушке ИК излучение поглощается самой пластиной-подложкой. И она является источником теплоты, а окружающий воздух поддерживается соответствующим комнатной температуре. Сушка идет изнутри.
У СВЧ сушки 1 недостаток – это сложность оборудования, необходимо экранировать рабочий персонал от облучения.
После сушки экспонирование должно проводиться не позднее чем через 10 часов, при этом подложки хранятся в эксикаторах- сосудах, защищающих их от адсорбции влаги.
Формирование фоторезистивной маски
Включает в себя совмещение и экспонирование, проявление и термообработку (2-я сушка)
Совмещение и экспонирование
Ультрафиолетовому облучению подвергаются только локальные участки фоторезиста в соответствии с тем рисунком, который надо получить на подложке. Для этого проекцию рисунка фотошаблона совмещают с рабочим полем подложки или с рисунком предыдущего слоя микросхем.
Совмещение проводят в тех же установках что и последующее экспонирование, для совмещения применяют микроскопы оптические или фотоэлектрические. Совмещение выполняют с помощью специальных меток.
Точность совмещения при фотоэлектрическом методе достигает от 0,05 до 0,1 мкм.
Источником УФ является ртутно-кварцевые лампы высокого давления, они излучают УФ с длиной волны 300-400 нм.
В зависимости от расстояния между ФШ и подложкой различают:
контактную печать (контактная ФЛ), бесконтактную печать, проекционную печать.
Контактная ФЛ– является самым первым методам формирования рисунка. ФШ плотно накладывается на покрытую ФР пластину и экспонируется. Плотность достигается вакуумным прижимом. Разрешающая способность R-2 мкм, ограничивается дифракционными эффектами.
Недостаток: изнашивание ФШ при многократном использовании. Плотные соприкосновения приводят к дефектам на ФШ и ФР. Допустимое число экспозиций зависит от степени интеграции ИМС (от сложности рисунка)
Для эмульсионных ФШ допускается до 10 экспозиций. Металлическое покрытие – до 100 покрытий.
R можно повысить до 0,5 мкм, если использовать глубокий УФ (200-260 нм).
Бесконтактная ФЛ – экспонирование с сохранением микрозазора между фотошаблоном и подложкой. Этот метод уменьшает количество дефектов, возникающих из-за плотного контакта, однако дифракция проходящего света уменьшает R, и уменьшает четкость рисунка, R~7мк.
Проекционная печать – совмещение и экспонирование осуществляется с помощью системы линз, в этом случае ФШ может использоваться бесконечное число раз, т.е. оправдывается использование дорогих ФШ. R определяется глубиной резкости оптической системы, которая должна быть менее 10 мкм, R- 5 мк
Преимущество – возможность использовать ФШ с масштабом рисунка больше чем 1:1
