Лабораторная работа №1

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

ОЦЕНКА РАЗРЕШАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ПРОЦЕССА

ФОТОЛИТОГРАФИИ

При воспроизведении изображения на светочувствительных слоях (фотоэмульсии, фоторезисте) предельное разрешение будет зависеть от условий передачи изображения, свойств слоев и способа их фотохимической обработки.

Н а практике разрешающая способность определяется по предельному числу линий, воспроизведенных на 1 мм длины изображения. Типовым тестовым объектом микролитографии является решетка с одинаковыми прозрачными и непрозрачными полосами (линиями) (рис. 6). В этом случае разрешение эквивалентно пространственной частоте решетки с шагом P:

В данной работе необходимо оценить влияние

на разрешение следующих факторов:

1. Времени экспонирования

2. Микрозазора между фотошаблоном и слоем

фоторезиста

Рис. 6. Ширина линии и период решетки

1. Определение оптимального времени экспонирования

Время экспонирования фоторезиста является важным параметром фотолитографии по следующим причинам. Разрешающая способность негативных сшивающихся фоторезистов ограничена дифракцией излучения, рассеянием падающего и отраженного экспонирующих излучений. Это ведет к паразитной засветке края неэкспонированных участков и вызывает частичную полимеризацию слоя, что приводит к появлению ореола, увеличивающего действительный размер изображения. Поэтому в целом ширина линии растет с ростом дозы экспонирования.

В связи с этим, время экспонирования должно быть достаточным для полной фотополимеризации экспонированных участков и, вместе с тем, минимально возможным для уменьшения потери разрешения.

Задачей данного раздела работы является определение минимального времени экспонирования, обеспечивающего максимальное разрешение.

Рис. 7. Универсальный тестовый шаблон.

Расширяющийся растр в центре шаблона предназначен для контроля разрешения, матрица окружностей на поле шаблона - для контроля совмещаемости

Для оценки разрешения и влияния на него различных факторов будем использовать центральную часть универсального тестового шаблона (рис. 7).

Следует провести ряд экспериментов при постепенном изменении времени экспонирования и выбрать наилучший результат. Результаты представить в графическом виде.

2. Оценка влияния микрозазора на разрешение

Используя установленное ранее оптимальное время экспонирования оценить влияние микрозазоров при экспонировании. Для этого при ранее определенном оптимальном времени провести:

1. экспонирование при отключенном прижиме фотошаблона,

2. экспонирование «эмульсией вверх».

Результаты представить в графическом виде и проанализировать.

3. Оценка времени экспонирования по шаблону с градацией

оптической плотности.

В общем случае, время, необходимое для фотополимеризации зависит от чувствительности фоторезиста и мощности источника излучения.

Чувствительность указывается изготовителем фоторезиста, он же обычно поставляет специальные шаблоны с участками, имеющими строго фиксированные градации оптической плотности. Например, широко известный шаблон Стоуффера (Stouffer) содержит 21 участок, оптическая плотность которых изменяется от совершенно прозрачного – участок 1, до совершенно непрозрачного – участок 21. Изменение плотности между смежными участками подобрано таким образом, что для ультрафиолетового излучения переход к соседнему участку требует увеличения времени экспонирования в раз при той же мощности источника.

После экспонирования шаблона Стоуффера и проявления на фоторезисте находится участок с максимальным номером («номер экспонирования»), в котором еще сохранились остатки фоторезиста (на нашем рисунке это № 5). Найденное значение сравнивается с диапазоном номеров, рекомендуемых производителем фоторезиста, например 9…12.

Далее следует коррекция времени экспонирования. Очевидно, что для сохранения на заготовке участков с более высокими номерами необходимо увеличить время экспонирования, так, чтобы суммарная экспозиция даже на мало прозрачных участках была достаточна для сшивки.

В нашем примере для получения среднего номера из заданного диапазона (примем его равным 10) необходимо увеличить время в

1,414 1,414 1,414 1,414 1,414 = 5,66 раз.

Если полученный номер экспонирования превышает рекомендуемый, это означает, что время экспонирования завышено. Для его коррекции используется процедура, аналогичная ранее рассмотренной, но исходное время делится на полученный коэффициент.

Рис. 8. Шаблон

Стоуффера

Используемый фоторезист “Riston” имеет большие допуски на технологические параметры, что облегчает его промышленное использование. Поэтому в спецификации данного фоторезиста указан довольно широкий диапазон номеров шаблона фирмы - производителя. Данный шаблон аналогичен шаблону Стоуффера и имеет 25 участков с различной оптической плотностью. Диапазон приемлемых номеров участков составляет 10…18.

Задачей данного раздела работы является оценка номера шаблона “Riston” , характеризующего фоторезист, применяемый в наших лабораторных условиях.

По - существу нам необходимо определить номер шаблона и соответствующее ему время экспонирования, обеспечивающее максимальное разрешение. Для этого предварительно определяется время экспонирования с максимальным разрешением, а затем при этом времени определяется соответствующий номер. В дальнейшем он может использоваться для контроля параметров установки экспонирования при длительной ее эксплуатации.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Задайте размеры линий на микроизображении (например: 0,2 мкм, 1,0 мкм, 50 мкм) и рассчитайте показатель разрешения как "число пар линий на миллиметр".

2. При ближайшем рассмотрении линии растра тестового шаблона (рис. 7) оказываются клиновидными. Тем не менее, он используется для оценки разрешения, аналогично растрам с параллельными линиями (рис. 6). Обоснуйте возможность такого использования тестового шаблона.

3. Составьте примерный график зависимости разрешения от величины времени экспонирования. Что будет с фоторезистом при явно недостаточном времени экспонирования? При слишком большом времени экспонирования?

4. Как повлияет на разрешение отключение прижима фотошаблона и экспонирование "эмульсией вверх"?

5. Для фоторезиста производителем задан номер 12 по шаблону Стоуффера. При подборе времени экспонирования получен "номер экспонирования" № 18. Как нужно корректировать время экспонирования: увеличивать или уменьшать и во сколько раз?

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

М ГТУ им. Н.Э. БАУМАНА КАФЕДРА МТ -11 ЛАБОРАТОРИЯ "МИКРОТЕХНОЛОГИЯ"

СТУДЕНТ…………………………… ГРУППА МТ 11 - 6… ДАТА ….. .……………….. 20… г.

ОТЧЕТ

ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ № 1

ОЦЕНКА РАЗРЕШАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ

КОНТАКТНОЙ ФОТОЛИТОГРАФИИ

1. Универсальный тестовый шаблон:

Клиновой растр Шкала отсчета

1. Зависимость разрешения от времени экспонирования:

Оптимальное время экспонирования:___________

Максимальное разрешение:____________________

Разрешение без прижима:______________________

Разрешение при экспонировании

"эмульсией вверх" :___________________________

Проявитель:___________­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­______________________

Температура проявления :_____________________

1. Номер экспонирования по шкале "Riston" :____________

На обороте листа привести ответы на вопросы для самопроверки.