2007_03_70 (Раздаточные материалы)

TEP#15(3):TvEP.qxd24.04.200710:21Page 70Технологии в электронной промышленности, № 3’2007Школа производства ГПИС.Фотолитография.Первый этап: формирование слоя резистаТрудно представить себе производство микроэлектроники без процесса литографии.Сегодня данный процесс применяется не только при изготовлении непосредственно тонкои толстопленочных слоев гибридно-пленочных интегральных микросхем (ГПИС),но и при изготовлении трафаретов для их производства.Максим Шмаковmxm-shmakov@yandex.ruроцесс литографии в производстве ГПИСприменяется в основном для тонких пленок.В толстопленочной технологии он применяется для изготовления прецизионных элементов.ПВалерий Паршин, к. т.

н.Немного из историиТермин «литография» произошел от греческих словlithos – камень и grapho – пишу, рисую1. Изобретеннаяв Германии А. Зенефельдом на рубеже XVIII–XIX вв.,литография ко второй его четверти стала распространенным художественным средством. Технология производства микросхем (МС) заимствовала литографию из полиграфической промышленности.Внедрение контактной фотолитографии в полупроводниковое производство в 1957 г. (Примечание.В 2007 г. исполняется 50 лет как фотолитография используется в электронной промышленности.) определило дальнейшее развитие элементной базы электроники и позволило перейти от дискретных элементов к интегральным [1].К основным достоинствам фотолитографического процесса следует отнести:• возможность получения элементов ИМС весьмамалых размеров практически любой конфигурации;• универсальность метода, позволяющего изготавливать трафареты для напыления пленок и сеткографии, селективно травить напыленные пленочные слои, осуществлять глубинное травлениеи диэлектрических подложках и т.

д.;• возможность применения групповой технологии,обеспечивающей получение миллионов элементов ИМС за одну операцию и на одном виде оборудования.Сущность, этапы и основные операциилитографического процессаПроцесс литографии можно разделить на триэтапа, каждый из которых включает ряд операций(рис. 1).Теоретические основы процесса ФЛ включают триосновных раздела [2]:1) прикладную оптику, формирующую заданное изображение на фоторезистивном слое;2) прикладную фотохимию, определяющую закономерности поведения ФР в различных ситуациях;3) прикладную теорию травления (растворимостиили распыления) различных материалов в жидкостных, газовых плазменных и плазмохимических средах.Классификация методов литографииВ зависимости от длины волны применяемого излучения различают оптическую, рентгеновскую,электронную или ионную литографию (рис.

2).Оптическая литография (фотолитография), стандартная или в глубокой ультрафиолетовой области,в соответствии со способом экспонирования можетбыть контактной или бесконтактной (на микрозазоре и проекционная). Рентгеновская литографияможет выполняться путем последовательной передачи топологического рисунка на слой резиста сфокусированным единичным электронным лучом илипутем одновременной проекции всего рисунка. То жеможно сказать и об электронной литографии [1].В связи с применяемыми излучениями из разныхобластей спектра по предложению В. П. Лаврищевабыл введен термин «актинолитография», учитывающий любые виды излучения [2].В связи с тем что при производстве ГПИС нецелесообразно использовать длины волн <200–300 нм,то подробно остановимся только на оптической литографии (фотолитографии), точнее, на стандартной фотолитографии (длина волны λ = 310–450 нм).Следует отметить принципиальные различиямежду световыми излучениями и излучениями высоких энергий.

Для поглощения световой энергии характерна селективность. Поглощение же излученийвысокой энергии менее избирательно и, за исключе1Светом (photo) по камню (lithos) рисую (grapho).70www.finestreet.ruTEP#15(3):TvEP.qxd24.04.200710:21Page 71Электронные и ионные технологиинием мягкого рентгеновского излучения, почтине зависит от химического строения полимера. Световая энергия воздействует лишь на валентные электроны в молекулах, в то времякак ионизирующее излучение может оказывать влияние и на связанные более прочновнутренние электроны [2].Оптическая литография(фотолитография)Рис. 1. Этапы (I, II, III) и операции (1–8)литографического процесса:I – формирование слоя резиста; II – передачарисунка на слой резиста; III — передача рисункана материал ИМСФотолитография (ФЛ) – это технологический процесс (ТП), основанный на использовании фотохимических явлений, которыепроисходят в нанесенном на подложку слоефоторезиста (ФР) (Примечание.

В литературеможно также встретить термин «актинорезист») при его обработке ультрафиолетовым(УФ) излучением через маску (фотошаблон(ФШ)) и последующей операции формирования маски в слое фоторезиста и травлении технологического слоя через маску в ФР [3].Основными параметрами, определяющимитехнологический уровень ФЛ, являются:• минимальный элемент изображения и точность его воспроизведения в ФР по полюизображения, по подложке и в партииобрабатываемых подложек;• погрешность совмещения топологическихслоев;• воспроизводимость формы (рельефа) элементов, протравленных в технологическомслое через маску в ФР;• плотность дефектов в технологическом слое,внесенных в процессе литографии.Формирование слоя резистаДанный процесс должен обеспечить получение равномерных по толщине бездефектныхфотослоев с хорошей адгезией к подложке присохранении исходных свойств применяемых ФР.1.

Подготовка поверхности подложек.Подготовка поверхности подложки к нанесению ФР состоит из нескольких операцийи является индивидуальной для каждого конкретного случая в зависимости от материалаподложки, технологии его получения, состояния поверхности и дальнейшего назначенияРис. 3. Клин травления при передаче рисункас фотомаски на пленку ФРРис.

4. Поверхность, смачиваемая жидкостью:а) плохо; б) хорошомаски. Под подложкой в фотолитографических процессах подразумевается тот материал, на котором формируют резистивный слой.Если фотомаска используется для локального травления, то качество передачи рисунка на подложку зависит в основном от адгезии маски к подложке и от способности травителя проникать под слой фотомаскипо границам окон. Адгезия фотослоя увеличивается с повышением смачивания поверхности подложки ФР.

Проникновение травителя под слой фотомаски, приводящее к растравливанию подложки (рис. 3), в своюочередь, зависит от смачивания поверхностиподложки травителем или водой. Критериемсмачиваемости является краевой угол смачивания поверхности твердого тела жидкостью(рис. 4). Оптимально подготовленнойк ФЛ поверхностью является поверхность, которая хорошо смачивается ФР и плохо смачивается водой, т. е. для которой выполняется условие:Θф → 0°, Θв → 180°.Эти условия не противоречат друг другу длябольшинства полимерных ФР, так как они, будучи сами гидрофобными, хорошо смачиваютгидрофобные, а не гидрофильные поверхности.Таким образом, подготовленная к нанесениюфоторезиста поверхность должна быть очищена от загрязнений, а также должна обладать свойством гидрофобности.Требования к очистке, содержащиеся в ОСТ107.750878.001-87, состоят в следующем.1.

Очистка подложек должна включать:• обработку моющими средствами;• промывку;• просушку.Рис. 2. Классификация литографических процессовwww.finestreet.ru71TEP#15(3):TvEP.qxd24.04.200710:22Page 72Технологии в электронной промышленности, № 3’20072. Выбор моющих средств для обработки подложек, за исключением полиамидных, производится в соответствии с ОСТ 4Г 0.029.233-84.Обработку подложек из керамики нужно производить с использованием ультразвукового(УЗ) воздействия на частоте не менее 18 кГц.3. Обработку полиамидных подложек производить в хромовой смеси (серная кислота1000 мл, вода деионизованная 100 мл, калийдвухромовокислый 75 г).4.

Промывку подложек производить в проточной дистиллированной или деионизованной воде.5. Сушку подложек, за исключением полиамидных, производить при температуре120±5 °С в течение 15±5 мин.Допускается производить сушку подложекв центрифуге при использовании специальных линий очистки подложек, в которых предусмотрена такая сушка.6. Сушку (отжиг) полиамидных подложекпроизводить в среде инертного газа при температуре не менее 200 °С в течение 60±5 мин.7. Поверхность подложки, прошедшей очистку, должна быть чистой, без подтеков, пятени инородных предметов.8.

Очистку подложки следует производить непосредственно перед нанесением на нееслоев. В обоснованных случаях допускается перерыв между окончанием очистки и началом нанесения слоев, который не долженпревышать 6 ч при хранении подложекв эксикаторе с силикагелем или 24 ч при хранении в шкафу с защитной средой.2.

Нанесение слоя резиста.Нанесенный на предварительно подготовленную поверхность подложек слой ФРдолжен быть однородным по толщине по всемуих полю, без проколов, царапин (т. е. бытьсплошным) и иметь хорошую адгезию.Наносят слой ФР в максимально обеспыленной среде. Перед употреблением обязательно фильтруют в специальных фильтрах.Существуют следующие методы нанесения ФР:• центрифугирование;• распыление (пульверизация);• электростатический метод;• окунание;• полив;• накатка.Наиболее распространенными являютсяпервые два метода, о которых мы подробнои расскажем, остальные затронем толькос точки зрения их достоинств и недостатков.Метод центрифугирования (рис.

5)Центрифугирование в основном применяется для круглых подложек, т. е. пластин кремния и других полупроводников, но с помощьюнесложной доработки установки для данногометода нанесения ФР можно приспособитьи для прямоугольных пластин (рис. 6).На несложном оборудовании наносят слоиФР, погрешность толщины которых составляет ±5%.

На подложку 2, которая устанавливается на столике 3 центрифуги и удерживается на нем вакуумным присосом, ФР подается капельницей-дозатором 1. (Примечание.Время между нанесением жидкого ФР и вклю-Рис. 5. Схема установки для нанесения слояФР центрифугированием:1– дозатор (капельница);2 – подложка; 3 – столик; 4 – кожух для сбораизбытка ФР; 5 – вакуумные уплотнители;6 – электродвигатель; 7 – трубопровод к вакуумномунасосуРис.