1. 5.3. Сушка слоя фоторезиста.

2. Сушка после центрифугирования необходима для отверждения фоторезиста за счет удаления из него растворителя. Типовые режимы сушки

• 90 - 100^оС в течение 20-30 мин в конвекционной печи

• 75-8°C в течение 45 с на горячей плите

• при ИК нагреве сушка ведется несколько минут

• при сушке в поле СВЧ используют печи мощностью 200-400 Вт, работающие на частоте около 2,5 ГГц. Этот метод весьма производителен: время сушки – несколько секунд.

Н
аиболее высокое качество слоя фоторезиста при достаточно высокой производительности обеспечивает сушка на горячей плите

Сушку подложек со слоем фоторезиста выполняют в тщательно контролируемой среде, чтобы избежать попадания пыли.

5.4. Совмещение фотошаблона с подложкой и экспонирование

Для экспонирования кремниевых пластин с нанесенным на них фоторезистом в основном используются следующие методы (см. рис ):

• контактное экспонирование

• экспонирование с зазором

• п
  роекционное экспонирование

В каждом из этих методов необходима операция совмещения фотошаблона с подложкой, предшествующая операции экспонирования. Операции совмещения и экспонирования проводят последовательно на одной и той же установке.

Для совмещения используются специальные двупольные микроскопы, позволяющие наблюдать рассовмещения топологий фотошаблона и подложки в левой (L) и правой (R) частях рабочей зоны. Обычно для контроля рассовмещений используют специальные реперные знаки в виде крестов или прямоугольников.

Для экспонирования фоторезиста используются ртутно-кварцевые лампы высокого и сверхвысокого давления мощностью 100-500 Вт, наибольшая интенсивность которых находится в диапазоне длин волн 0,3-0,4мкм. Диаметр поля экспонирования в современных УСЭ должен быть не менее 150 мм, а разброс освещенности по всему полю не должен превышать 5-10%.

Последовательное выполнение совмещения и экспонирования на одной и той же установке резко снижает производительность линий фотолитографии, при этом УСЭ оказывают значительное влияние на брак из-за неточной передачи размеров элементов и погрешностей их совмещения.

5.5. Проявление изображения в фоторезисте

Проявление негативных резистов на основе каучуков является процессом удаления неэкспонированных участков в органическом растворителе: толуоле, трихлорэтилене и т.д.

Для проявления позитивных резистов на основе нафтохинондиазидов чаще всего используют слабые водные щелочные растворы, например, (0,3-0,5)% раствор едкого калия КОН.

В настоящее время повсеместно применяют способ пульверизации проявителя, улучшающий качество проявления (особенно при малых размерах изображений) и позволяющий автоматизировать процесс.

При проявлении очень важно контролировать температуру и величину рН проявителя. При изменении величины рН всего лишь на десятую долю размер элемента меняется примерно на 10% от номинала.

5.6. Сушка проявленного слоя

Сушка проявленного слоя проводится при температуре 120-180^оС в течение 1-1,5 часов для удаления проявителя, повышения химической стойкости и адгезии слоя к подложке. От температуры и характера повышения её во время сушки зависит точность передачи размеров изображений. Резкий нагрев вызывает оплывание краев, поэтому для точной передачи малых (1-2 мкм) размеров следует применять плавное или ступенчатое повышение температуры. Примерный план обработки позитивного фоторезиста ФП-383: 10-15мин при комнатной температуре, затем 20-25мин в термостате при 120^оС и 20-30мин при 150^оС.

5.7. Травление диэлектрических и металлических покрытий

Т равление участков подложки, не защищенных фоторезистом, происходит не только вглубь, но и в стороны (боковое подтравливание), под слой фоторезиста. Вследствие бокового подтравливания размеры вытравливаемых окон (например, в двуокиси кремния) увеличиваются, а размеры токопроводящих полосок (например, алюминиевых) становятся меньше.

Скорость травления регулируется концентрацией травителя или введением в его состав специальных буферов, замедляющих процесс.

П ерспективным методом является ионное травление, заключающееся в бомбардировке поверхности подложки положительными ионами какого-либо газа, обычно аргона. При ионном травлении одновременно происходит удаление как материала подложки, так и слоя фоторезиста. Поэтому глубина рельефа зависит от скорости травления и толщины слоя фоторезиста. Достоинство ионного травления в высокой скорости травления, хорошем качестве края рельефа и возможности его получения на любых материалах.

5.8. Удаление фоторезиста

Удаление фоторезиста имеет важное значение, так как от этой операции зависит качество последующих технологических операций: окисления, диффузии, нанесения металла и др. Удаление должно обеспечивать хорошую очистку поверхности от загрязнений, внесенных в процессе фотолитографии. В настоящее время используются следующие методы удаления фоторезиста:

• деструкция полимера в концентрированных кислотах

• обработка в органических растворителях;

• плазмохимическая обработка;

При обработке в кислотах подложки погружают на 5-30 мин в нагретую более 60^оС концентрированную серную или азотную кислоту или их смесь. Дальнейшая обработка в органических растворителях очищает поверхность подложек.

При обработке в органических растворителях подложки погружают в нагретые растворители: диоксан, диметилформамид, толуол, ксилол или смеси этих растворителей. Температура нагрева – от 60 до 100^оС, длительность обработки – от 1 до 15 мин.

Повысить качество обработки и сократить время снятия фоторезиста в 10-20 раз можно интенсифицированием процесса с помощью ультразвука.

Плазмохимическая обработка заключается в окислении слоя фоторезиста при повышенной температуре в атмосфере ионизированного газа. Высокочастотное поле и бомбардировка подложек ионами газа нагревают их до 150-200^оС. При такой температуре ионы кислорода активно окисляют органические продукты фоторезиста до СО, СО₂ и паров воды, откачиваемых вакуумным насосом. Скорость удаления слоя фоторезиста от 0,05 до 0,3 мкм/мин; длительность обработки 1-1,5 мин. Процесс удаления фоторезиста плазмохимическим методом не зависит от режимов его термообработки, легко управляем, происходит в чистой среде, нетоксичен.

6. Фотошаблоны

Ф
отошаблоны (ФШ) занимают особое место в технике формирования изображений в микроэлектронике. Они являются носителями информации о топологии интегральных схем и основными инструментами при их производстве. Фотошаблоны используются во всех методах репродуцирования микроизображений: теневом, проекционном, сканирующем.

Фотошаблон содержит в себе весь объем информации о формируемом изображении, причем перенос информации происходит параллельно, все изображение формируется одновременно или отдельными частями (сканирующий перенос). Современные ИС могут включать более 25 слоев, такое же количество совмещающихся между собой фотошаблонов должно быть изготовлено на этапе подготовки производства ИС.

В терминах физической оптики фотошаблон является объектом, изображение которого строится оптической системой. Поэтому он может быть представлен в виде пространственного амплитудного модулятора светового потока, экранирующего часть распространяющегося через оптическую систему волнового фронта. Экранирование светового излучения осуществляется маскирующими тонкопленочными покрытиями (фотоэмульсией, пленками хрома Cr, окиси железа Fe₂O₃, силицида молибдена MoSi )

6.1.Технология изготовления фотошаблонов

Как объект изготовления фотошаблон представляет собой стеклянную или кварцевую пластину (substrate) толщиной не менее 3 мм, на одной стороне которой напылено маскирующее покрытие, чаще всего из хрома. Иногда дополнительно наносится слой антиотражающего покрытия (Anti Reflectiv - AR).

Д
ля формирования топологии на заготовку (blank)фотошаблона наносится слой фоторезиста, далее в хромовой пленке методами фотолитографии выполняется изображение одного слоя будущей интегральной схемы.

Отметим, что фотошаблоны для передачи изображения в масштабе 1:1 включают изображение всех модулей формируемого слоя, а фотошаблоны для проекционного экспонирования с уменьшением - увеличенное изображение одного или нескольких модулей.

Этапы изготовления ФШ, показанные на рисунке, включают электронно-лучевое, лазерное или оптическое генерирование в слое фоторезиста изображения очередного топологического слоя ИС, проявление скрытого изображения и травление маскирующей пленки хрома (этапы 1- 3).алее следует удаление фоторезиста, контроль критических размеров и координатточности фотошаблона (этапы 4-6). После тщательной отмывки фотошаблона проводится контроль дефектов и при необходимости - их удаление или напротив - восстановление нарушений в маскирующем покрытии (этапы 7-9).

П
осле окончательной очистки фотошаблона (этап 10) на нем закрепляют рамку с натянутой на нее прозрачной пленкой (pellicle), предохраняющей рабочую поверхность от попадания на нее микрочастиц в процессе работы шаблона (этап 11 ). Проводится окончательная проверка и шаблон отправляется заказчику (этап 12).

Из рассмотрения основных этапов изготовления фотошаблонов следует, что их основными параметрами являются:

• Точность выполнения размеров элементов, особенно минимальных

• Точность координатного расположения элементов

• Дефектность

Современные программные продукты, используемые при проектировании топологий ИС или печатных плат, позволяют представить описание топологии в цифровом и графическом виде. При подготовке к этапу генерирования изображения фотошаблона полученная от разработчика информация обрабатывается и представляется в виде, наиболее удобном для изготовления шаблона.

Прежде всего, производится разбиение топологического рисунка на множество отдельных фигур простейшей формы - прямоугольников или трапеций (см. рис.). Специальная программа оптимизирует не только вид разбиения, но и последовательность формирования отдельных фигур, что позволяет минимизировать время и погрешности обработки.

6.2. Материалы, применяемые для изготовления фотошаблонов.

Заготовки для фотошаблонов (blanks) представляют собой стеклянные подложки, на которые последовательно нанесены слои хрома, анти-отражающего покрытия (anti-reflective - AR) и фоторезиста. Основные параметры заготовок фотошаблонов для подложек из четырех видов стекла приведены в таблице.

Отметим такие важные параметры заготовок, как неплоскостность и коэффициент термического расширения - они оба существенно влияют на координатную точность комплекта фотошаблонов.

6.3. Типы фотошаблонов

Фотошаблоны в масштабе 1:1 содержат полный массив изображений отдельных модулей, целиком передаваемых на подложку при экспонировании. Они изготавливаются на оптических или электронно-лучевых генераторах изображений с минимальными погрешностями размеров и расположения элементов.

В контактной фотолитографии такие фотошаблоны называются Эталонными Фотошаблонами (ЭФШ, Masters 1X), а получаемые с них копии - Рабочими Фотошаблонами (РФШ, Copies). РФШ используются для непосредственного репродуцирования изображений на кремниевые подложки.