Введение в электронные технологии

Москонский государстненный технический университет имени Н.Э. Бйумйнй УДК 776 ББК 30.6! В 24 Рецензент сй/И. Киселев Введение в электронные технологии: В 24 Методические указания к лабораторным работам по курсу «Физические основы электронных технологий» / Е.В. Булыгина, Ю.Р. Степапьянц, Ю.Б. Цветков, Е.С. Ильин, Р.Ш. Тахаутдвнов; Под.

род. Ю.В. Панфилова. — Ми Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. — 42 си нл, 1БВН 5-7038-2548-2 Могол<<пес«ие указания содержат лабораторные работы по фотолитогрпфнчес«пы процессам, процессам осаждения тонких пяегюк н терыова«ууыиым процессам фотолитографии. Для студентов, изучающих курсы «Физические основы мпкротехиологий», <<Фнзпчоск«с ос<юпы электронных технологий». Ил. 23. Табл. УДК 776 ББК 30.61 Екатерина Вадимовна Булыгина Юрий Рубеновнч Степаньинц Юрий Борисович Цветков Евгений Сергеевич Ильин Ринат Шаукатович Тахаутдннов ВВЕДЕНИЕ В ЭЛЕКТРОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Мви<адические указаиия Редактор О.

М Королева Корректор 770. Малютиг<а Компьтерная верстка А.Ю. Ураловой Подписано в печать 23.06.2004. Формат 60»34/16. Бумага офсетная. Печ. л. 2,75. Уел. печ. л. 2,44. Уч.-нзд, л. 2,25. Тйраж!00 экз. Изд. % 25. Заказ Издательство МГТУ нм. И.Э. Баумана. 105005, Москва, 2-я Бауманская ул., 5. !БА 5-7038-2548-2 13М1ТУ нм. Н.Э. Баумана, 2004 ОСНОВЫ ПРОЦЕССА ФОТОЛИТОГРАФИИ Фотолитография — это технологический процесс, применяющийся при микрообработке различных плоских заготовок методами локального удаления материала (травленне, абразивная обработка) или локального нанесения материала (напыление, гальваника, химическое осаждение). Суть фотолитографии состоит в следующем. На поверхность обрабатываемой заготовки наносится тонкий слой фоточувствительного кислотостойкого полимера — фоторезиста, в котором формируются сквозные рельефы («окна») заданных размеров н формы, лля чего слой фоторезиста экспонируется через фотошаблон, а затем проявляется.

Фотошаблон, содержащий требуемую топологию «окон», освещается равномерным потоком ультрафиолетового излучения, его изображение непосредственно или через оптическую систему передается в фоторезист. Прн облучении через прозрачные «окна» фотошаблона облучаемые участки фоторезиста необратимо меняют свои химические свойства, формируется скрытое изображение рисунка фотошаблона.

В результате проявления скрьггое изображение в фоторезисте превращается в рельеф. Методы фотолитографии широко применяются в полиграфии, художественной обработке изделий и других современных технологиях. Рассмотрим применение фотолитографии на примере микро- обработки печатных плат. В этом случае процесс включает следующие основные этапы (рис. 1): д а в ЦШШ1Ш1Ш Рис. 1. Эгти<ы фотолитогрвфии па примере обработки печатных плат; а — фопьгпропаппыв стек»от»истопит; б — нанесение фоторезисга; в — совмощ<п<ие фотоюаблоиа; г- экспо«прова«не; д — проявление; е — локальное травление мели; аг — удаление фоторезиста а) подготовку исходной поверхности заготовки — фольгированного стеклотекстолита; б) нанесение на заготовку (подложку) негативного пленочного фоторезиста, например, марки «Шзтоп» фирмы «Оа Ропь>; в) совмещение фотошаблона с изображением на заготовке; г) экспонирование фоторезиста через фотошаблон ультрафиолетовым излучением, в результате этого в слое фоторезиста образуется скрытое изображение рисунка фотошаблона; д) проявление, т.

е. превращение скрытого изображения в рельеф в фоторезисте; е) локальное травление слоя медной фольги на стеклотекстолите; ж) удаление фоторезиста. Рассмотрим характеристики фоторезистов. Фоторезисты должны иметь следующие свойства: высокую чувствительность и разрешающую способность; устойчивость к воздействию агрессивных кислотных травителей; хорошую адгезию к подложке; механическую прочность.

Основой всех фоторезистов служат полимерные материалы, обладающие хорошими пленкообразующими н адгезиониыми качествами. Главной особенностью фоторезистов является то, что под действием излучения определенной длины волны в облученных участках фоторезистов происходят необратимые изменения — они резко меняют растворимость в соответствующих проявителях. Различают позитивные и негаиптеные фоторезисты. В негативных фоторезистах облученные участки благодоря фолюполимерпэауии становятся стойкими к воздействию прояви- необлученных учасзков остаются на под- 2 ложке при проявлении !!)! (рнс. 2, а). В позитив- 3 )!!! ных фоторезисзвх об! ! ! ! ! лученные участки за счет фоп>пдеспзрукз)ии распюряются (удаляются) в проявителях, а а 6 нсоблуче нные осзвРпе.3. В>ормнроааниа фо>ор«>нсп>аной маски а ноппианом (а) и познтнм>ом (6) фо>орюис>ак после пролалония; торезистивную маску З->)кпопазиоп 4-подложка (рис.

2, б). ! ! ! Рассмотрим свойства негативного пленочного фоторезисга, наиболее широко применяемого при микрообработке печатных плат. В негативном фоторезисте экспонирование ультрафиолетовым излучением приводит к поперечной сшивке молекул базового полимера и к резкому увеличению молекулярной массы молекул, т. е. к образованию трехмерной сетки соединенных между собой полимерных молекул (рис. 3).

При этом резко уменьшается растворимость образовавшейся полимерной структуры в проявителе. Рис. 3. Соелинание молекул мономора а полимерные макромолекулы В современном производстве печатных плат широко применяетсл пленочный негативный фоторезист марки «Шзгоп» фирмы «Опрело>, он содержит фотополимеризуюшуюся смесь и краситель для контроля степени проявления фоторезиста.

Важным параметром фоторезистивной маски является,, профиль рельефа, сформированного в фаторезисте. Все боковые стенки профиля рельефа должны быть практически вертикальными и должны иметь резкие, точно определяемые границы с поверхностью слоя медной должна быть глянцевой и иметь резкие или слегка за- Рис. 4. Профиль фоторезистивной маски ем»о м»»» е»Ф» ~»Р и н»я мм»в» »» ч» ч «»»»н~ Ф~ Ф т 2 При контроле фоторезистивной маски с помощью микроскопа часто обнаруживаются отклонения параметров профиля от требуемых (рис.

5). Основными причинами отклонений являются: неточный подбор времени экспонирования, неплотный прижим фотошабпона к заготовке, нерезкость края нзобразкения на фотошаблоне, Рие. 5. Характеристики профиля а пленочном фоторезиете: а — реальные; б — требуемые Рассмотрим особенности выполнения основных этапов прок цесса фотолитографии. При лодготловкв ловвпхноспзи необходимо, чтобы на поверхности заготовки печатной платы не было загрязнений (частиц пыли, органических загрязнений), адсорбированных жидкостей, газов. Поверхность заготовки (подложки) должна иметь требуемую шероховатость для того, чтобы исключить отслаивание фоторезиста от подложки во время травления и местное протрввливание участков, защищенных фоторезистом.

Очистка поверхности печатных плат производится водными растворами и смесями моющих средств при воздействии на обрабатываемую поверхность водными струями и щетками. Между последовательными этапами очистки предусмотрены операции отмывки заготовок теплой проточной водой. Контроль качества очистки проводится по смачиваемости поверхности платы холодной водой.

Вода, налитая на поверхность платы, должна образовывать на ее поверхности сплошную пленку, не имеющую зон разрыва. Отмытую заготовку сушат струей очищенного воздуха, после этого она подается на операцию нанесения фоторезиста, 6 Негативный пленочный (сухой) фоторезист наносится на подготовленную заготовку печатной платы прн помощи специального устройства — ламинатора — методом накатки. Перед нанесением заготовку и валки ламинатора разогревают до температуры 80...120 'С, чтобы фоторезнст прилип к заготовке, Сухой фоторезнст выполняется в виде многослойной пленки, в которой слой клейкой фотополимеризующейся смеси сверху покрыт пленками майлара и полиолефина (рис. 6). Светочувствительный слой экспонируется через майлар, предохраняющий этот слой от проколов при прижиме к фотошаблону, а также изолирующий его от кислорода внешней среды.

Рне. б. Сухой пленочный фоторезист типа «ИзЗон» фирмы «Гзлропй ! — покроаная пленка из майлара; 2 — полимерный пленочный фоторезиет; 3 — разделительная пленка из полнолефина Чувствительность сухих пленок, изготовляемых толщиной 30...50 мкм, составляет около 30...75 мДж/см на длине волны 365...430 нм. Совмезмение фотошаблона с заготовкой необходимо для точного расположения контактных площадок с металлизированнымн отверстиями заготовки. Совмещение проводится для каждой заготовки путем перемещения фотошаблона в горизонтальной плоскости по двум ортогональным направлениям и его вращения относительно вертикальной оси.

Совмещение контролируется визуально или с помощью оптических приборов. В нашем примере используется другой вариант совмещення— по штифтам, которые устанавливаются в соответствующие пары отверстий печатной платы и фотошаблона. Экспонирование в контактной фотолитографии ведется при плотном прижиме фотошаблона к подложке. Это должно уменьшить рассеяние излучения, которое искажает профиль ин- тенсивностн падающего излучения и соответственно профиль рельефа в фоторезисте. Следует иметь в виду, что обеспечить плотный контакт даже для гибкого пленочного фотошаблона довольно сложно. Прослойка воздуха между фотошаблоном и подложкой, пылинки и другие инородные частицы между ними — главные причины того, что между фотошаблоном н подложкой могуг остаться микрозазоры.