Ще складнішим є вибір фоторезиста серед існуючих негативних матеріалів, так як їх основні параметри досить близькі один до одного. Можна відмітити, що склади на основі циклокаучуку краще проявляють свої властивості на підкладках, які не містять мідь, а фоторезисти на основі полівінілциннамата володіють не достатньою адгезією до поверхні SiO2з великим вмістом води, в той час, як склади на основі циклокаучуку мало чутливі до сіланольних груп.
Позитивні фоторезисти. Відрізняючись своєю високою роздільною здатністю і точністю виготовлення елементів інтегральних мікросхем в достатньо широкому технологічному діапазоні, позитивні фоторезисти займають у даний час домінуюче положення в мікроелектронній технології.
До складу усіх фоторезистів входять світлочутливі компоненти хінондіазидного типу, полімерні складові, система розчинників і різні добавки, що регулюють властивості матеріалу.
О-хінондіазиди використовуються, як правило, у виді різних сульфо- або амідоефірів, що дозволяє значно поліпшити їхню розчинність і сумісність з полімерами. Так, о-хінондіазиди можуть використовуватися у виді сульфоефірів з різними фенолформальдегідними смолами.
Однією з особливостей позитивних фоторезистів порівняно з негативними є те, що їх складові являються жорстколанцюговими смолами з невеликою молекулярною масою і низькомолекулярними світлочутливими компонентами. Їх плівкоутворення у великій степені залежить від системи розчинників, їх енергетичних властивостей, співвідношення швидкостей випаровування і часу центрифугування [1].
В техніці експонування і проявлення позитивних фоторезистів порівняно з негативними є дві основні відмінності: режими проявлення можуть в значній мірі коректувати режими експонування; плівки позитивних фоторезистів практично не чутливі до впливу кисню.
Фоторезисти мають сенсометричні характеристики, до яких відносять світлочутливість і контрастність [9]. Вони визначаються із характеристичної кривої фоторезиста. Характеристична крива представляє собою залежність товщини шару на експонованих областях після проявлення від експозиції Н. Експозиція Н - це енергія випромінювання , що припадає на одиницю шару фоторезиста:
Н = Е/t.
Тут Е - енергетичнаосвітленістьповерхні шару; t - час експонування.
1.2. Методи виготовлення і характеристики фотошаблонів
Для одержання комплекту фотошаблонів - набору стекол із суміщенням множинних зображень, що мають малі розміри елементів і велику загальну площу - застосовуються три методи (або їх поєднання): оптико-механічний, об'єднуючий проекцію малої площі з послідовною високороздільною мультиплікацією і заснований на застосуванні фотоповторювачів; сканування, у якому використовуються модулюючі по тривалості або амплітуді світлові або електронні пучки; растровий, який здійснюється за допомогою лінзових, дзеркальних або голографічних растрових пристроїв. В даний час оптико-механічний метод найбільш розповсюджений [3,4]. Розглянемо загальну схему процесу виготовлення комплекту фотошаблонів і сучасне устаткування для його здійснення.
При організації процесу доцільно виділити два види інформації: основну - про топологію структур і додаткову (або вторинну) - про тип шаблонів, мультиплікацію, порядок контролю і т.д. Схема виготовлення фотошаблонів приводиться на рис.1.4.
Спочатку розробляється технічне завдання на комплект фотошаблонів. Формується основна і додаткова інформація, причому остання грає досить важливу роль. До неї відносяться:
1. Указівки про тип шаблонів - із прозорими елементами на темному полі або з темними елементами на світлому. Такий розподіл має значення як для зменшення і мультиплікації (оскільки від типу шаблона будуть залежати умови експонування), так і для контролю шаблонів. При контролі важливо знати тип фотошаблона, тому що ним визначається характер небезпечних дефектів. Наприклад, фотошаблон для створення бази транзистора представляє прозорі вікна на темному полі і небезпечними дефектами є непрозорі острівці хрому.
2. Інформація про мультиплікацію. Крім кількості мультиплікативних структур позначаються пропуски структур, що полегшують суміщення і контроль, а також будь-які інші неперіодичні зображення.
3. Контрольна інформація, яка поділяється на два види. Один вид (задаючий) показує, яким чином виконуються помітки суміщення й обов'язкові для складних приладів тестові структури, що дозволяють перевіряти роздільну здатність фотолітографії, технологічні параметри (поверхневий опір, дефекти окисла) і електричні параметри пристрою. До другого виду відносяться вказівки про методику і критерії контролю характеристик виготовлених шаблонів: розмірів, сумісності, критичних областей, дефектів і т.д.
Наступною стадією є виготовлення оригіналів, що здійснюється в основному за допомогою ручних і автоматичних координатографів. Прагнення підвищити швидкість виготовлення складних оригіналів привело до того, що звичайні методи вирізки замінилися фотографічними. Прикладом реалізації фотографічного методу служить автоматичний координатограф, у якому пучок світла малює зображення на фотопластині або лазерний пучок випалює зображення в тонкоплівковому покритті.
Існують два фотографічних методи створення проміжного зображення [3]: фотонабірний метод і метод сканування модулюючим пучком світла. Фотонабірний генератор зображень містить наступні основні вузли:
- джерело освітлення з ртутною лампою надвисокого тиску;
- діафрагма змінюваної конфігурації, наприклад у виді пелюстків, що сходяться, які утворюють прямокутні отвори різного розміру (до 65 тис. варіантів), діафрагма може також повертатися на 90° (з дискретним кроком, наприклад, 0,2°) відносно центра;
- високоякісний об'єктив, що проектує зі зменшенням в 10 разів отвір діафрагми на фотопластинку;
- координатний стіл, що переміщається по двох осях з високою точністю (порядку ±0,5 мкм); переміщення столу здійснюється серводвигунами й керується лазерними інтерферометрами;
- керуюча ЕОМ, у яку вводиться програма послідовної роботи генератора, що містить наступні основні операції: установлення довжини, ширини і кута повороту діафрагми; установлення координати однієї з крапок елемента зображення; переміщення по осях і поворот столу; експонування.
Ще більшої продуктивності дозволяє досягти генератор зображень зі скануючим променем. В одному з можливих варіантів такого генератора промінь гелій-неонового лазера модулюється по визначеній програмі, потім попадає на обертове десятигранне дзеркало і фокусується в площині фотопластинки. Грань дзеркала розвертає світлову пляму в лінію, відбувається зрушення столу з фотопластинкою і наступна грань створює нову лінію, що перекривається частково з першою. Конфігурація зображення, що виходить, визначається тривалістю світлових імпульсів, числом оборотів дзеркала і швидкістю переміщення столу. За допомогою такого генератора проміжний фотошаблон середньої складності створюється за 10-12 хвилин замість 24 годин, необхідних при роботі з автоматичним координатографом.
Мультиплікація здійснюється за допомогою фотоповторювачів, що представляють собою сумісність високороздільної редукційної камери (або декількох) з точним координатним столом. Для мультиплікації також потрібні об'єктиви дуже високої якості, але з трохи різними характеристиками. Для досягнення гранично високої здатності (більш 1000 ліній/мм) робоче поле об’єктива приходиться зменшувати; в більшості випадків його діаметр не перевищує 4-8 мм [3,4].
1.3.Технологія фотолітографії
Процес контактної фотолітографії, схема якої приведена на рис.1.5, починається з обробки підкладок. У виробництві сучасних напівпровідникових приладів найчастіше використовуються кремнієві підкладки, на поверхню яких нанесені плівки двоокису кремнію, домішково-силікатних стекол (фосфоро- і боросилікатних) металів (алюмінію, молібдену).
Для оцінки якості підкладки застосовують візуальний контроль і вимір кута змочування краплею води. При візуальному контролі в темному полі мікроскопа при збільшенні приблизно 200Х фіксують поверхневі забруднення, що виявляються у виді світних точок. Контроль здійснюється звичайно в 5 областях , припустима кількість точок у полі зору мікроскопа залежить від складності приладу: для великих інтегральних схем, наприклад, допускається не більш 1-2 світних крапок.
Вимірювання кута змочування краплею води роблять за допомогою установки контролю кута змочування [4]. На підкладку наносять краплю чистої води, і на екрані проектора вимірюють кут Θв, утворений нею з площиною підкладки. Цей кут подає непряму інформацію про адгезію шару фоторезисту, указуючи на ступінь змочування підкладки водними розчинами травників. Чим менший Θв, тим, мабуть, більше протравлення під захисними ділянками; чим більший кут змочування водою, тим краще якість фотолітографії.
Нанесення шару резиста на підкладку найчастіше здійснюється центрифугуванням (рис.1.6,а). При включені центрифуги рідкий фоторезист розтікається під дією відцентрових сил. Прилягаючий до підкладки граничний шар формується за рахунок зрівноважування відцентрової сили, пропорційної числу оборотів, і сили опору, що залежить від когезії молекул резиста. З якоюсь точністю когезія характеризується в'язкістю розчину, так що товщина шару прямо пропорційна в'язкості і обернено пропорційна числу оборотів центрифуги.
Для великих змін товщини шарів застосовують регулювання в'язкості резиста, а підбираючи число оборотів, домагаються точно необхідної товщини.
Час центрифугування мало впливає на параметри шару; для формування шару досить 20-30 с. Якщо резист подається з дозатора або крапельниці на нерухому підкладку, час між нанесенням рідкого резиста і включенням центрифуги повинен бути мінімальним (0,5-1 с), щоб в'язкість резиста не мінялася в результаті випаровування розчинників.