Информационная система поддержки принятия решений при проектировании процесса ультрафиолетовой литографии (1090501), страница 4
Текст из файла (страница 4)
1.1.7 Зависимость толщины участков негативного фоторезиста,экспонированного различными дозами (экспозициями) УФ излучения ипроявленного обработкой в органическом растворителе.Фоторезист содержит светочувствительное вещество, поглощающее УФсвет с длинами волн из определенного интервала. Определить этот интервалможно, исходя из спектров поглощения фоторезиста. Областью поглощениярезиста является область длин волн, когда оптическая плотность резистнойпленки не менее 0.2.
Указанная область называется областью спектральнойчувствительности фоторезиста.26Естественно, что в зависимости от длины волны фоторезист будетпоглощать свет поразному. Различаться будут и дозы экспонирования,необходимые для формирования на стадии проявления пленки, толщина которойсоставляет некоторую долю от исходной.Следующим важным свойством резистов является их разрешающаяспособность. Ее определяют как способность резиста к созданию резистной маскисзаданнымиспособностьминимальнымизадаетсякакразмерамичислоэлементов.
Частолинийравнойширины,разрешающаяразделенныхпромежутками такой же ширины и умещающихся в 1 мм.Следует различать разрешающую способность фоторезиста и разрешающуюспособность процесса литографии с его использованием. На практике необходимоориентироваться на разрешающую способность фотолитографического процесса.Величиной, тесно связанной с разрешающей способностью, является контрастфоторезиста,. Контраст можно назвать мерой разрешающей способностифоторезиста. Для того, чтобы обеспечить высокую разрешающую способность,фоторезист должен иметь большую величину контраста, такую, чтобыотраженный от подложки или появившийся благодаря дифракционным эффектамсвет не влиял на формирование фоторезистной маски.
От контраста зависит,прежде всего, профиль формируемой фоторезистной маски; в меньшей степени отнего зависят размеры критических элементов сформированных фоторезистныхмасок [7]. Контраст определяют из характеристических кривых (см. рис. 1.1.7).Теоретически определенная величина контраста равна [4]= logHminНmax(1.1.2)Здесь Hmin и Нmax – дозы УФ облучения, соответствующие полному удалениюфоторезиста и образованию областей с максимальной толщиной.Фоторезистычастоприменяютдлятравленияподложкичерезсформированную из них фоторезистную маску. Поскольку в состав большинства27травителей входят кислоты, то одним из важнейших свойств резистной маскиявляется ее кислотостойкостьСтойкость фоторезиста к химическим воздействиям зависит не только отсостава, но и от толщины и состояния резистной маски.
Стойкость фоторезиста ктравлению оценивают при помощи фактора травления=ℎ(1.1.3)Здесь h – глубина травления; x – боковое расстравливание. Чем меньшебоковоерасстравливаниепризаданнойглубинетравления,темвышекислотостойкость фоторезиста.ВыделяютПозитивныенесколькофоторезистыпринципиальноилифоторезистыразныхнатипаосновефоторезистов.системыорто-нафтохинондиазид-новолачные смолы (НХД/НС) являются "рабочей лошадкой" вмикроэлектронной промышленности в течение более, чем 40 лет и наиболеераспространены в настоящее время [6,7]. Их можно использовать дляэкспонированияУФсветомсразличнымидлинамиволн,например,соответствующих I- (365 нм) и G-(436 нм) линиям ртутно-кварцевых ламп и дажесетом с длиной волны 248нм. Кроме того, фоторезисты этого класса используютсяв технологии толстых пленок для получения магнитных головок, имеющих малыеразмеры, микропереключателей, планарных микромоторов, микроиндуктивныхэлементов, планарных СВЧ-устройств и т.п.
(вставить картинку).Фоторезисты на основе системы НХД/НС (рис. 1.1.8) обычно содержат всвоемсоставеортонафтохинондиазидное(2-диазо-1(2Н)-нафталенон-5-сульфонатное) производное и новолачный полимер, растворенные в подходящемрастворителе (диглиме, реже – диоксане). Фоторезистные пленки наносятсяцентрифугированием (помещением капли фоторезиста на подложку, (вставитькартинку) закрепленную на вращающемся с большой скоростью роторецентрифуги). Полимерная основа фоторезиста – новолачная смола придает ему28такие важные свойства, как хорошее пленкообразование, отличную адгезию,удовлетворительную стойкость к действию кислородной плазмы.Рис.
1.1.8. Фоторезисты на основе системы НХД/НСВ промышленных фоторезистах НС представляют из себя сложные смесимета-и пара-крезольных олигомеров с молоекулярной массой 960-2400. ЧистаяНС хорошо растворяется в водных растворах щелочи. Добавление НХД кноволачной смоле приводит к существенному уменьшению скорости растворенияполимера в водном растворе щелочи по сравнению с растворимостью чистой НС.Водородные связи между НХД и новолачными макромолекулами образуютфизические сшивки [6,7 ]. Механизм получения рельефных изображений можнопредставить следующим образом.
В необлученном фоторезисте образуютсямежмолекулярные водородные связи между молекулами новолака и DNQ-best,причем одна молекула DNQ-best может образовать водородные связи с двумяразличными макромолекулами. Образование водородных связей уменьшаетсвободный объем системы НХД-НС до величины меньшей, чем необходима дляэффективной диффузии молекул воды вглубь полимерной пленки, благодаря чемурастворимость фоторезиста сильно уменьшается. Облучение УФ светом приводитк разложению НХД групп. Схема процесса [4,7] показана на (рис.
1.1.9).29Рис. 1.1.9 Разложение фоторезистов на основе системы НХД/НСФотохимическое разложение НХД приводит к карбену и молекулярномуазоту. Затем карбен перегруппировывается в кетен. Кетен является чрезвычайнореакционно способной частицей и взаимодействует со следами воды собразованием инден-карбоновой кислоты. Инден-карбоновая кислота в отличиеот НХД является гидрофильной.
В настоящее время наиболее используемымпроявителем является водный раствор тераметиламмоний гидроксида [5].Кетен может реагироватьнетолько сводой, но и принимать участие вреакции межмолекулярной димеризации (рис. 1.1.9) снепрореагировавшимиНХДгруппами,декарбоксилированиячастностиприсоединениекетенакНХДидекарбонилирования.группеилиВинденкарбоновойкислотеприводит к красителю.Рис. 1.1.10. Реакция межмолекулярной димеризацииПрисутствие оснований в фоторезисте вызывает декарбоксилированиеинденкарбоновой кислоты (рис. 1.1.10). Иногда такая реакция используется дляполучения негативной резистной маски на фоторезистах НХД-НС [4].
В качествемодификаторов типа изображения могут выступать имидазол, триэтаноламин ит.п.30Рис. 1.1.11. Декарбоксилирование инденкарбоновой кислотыКетен может реагировать с макромолекулами новолачных смол, если вода вноволачном полимере совсем не содержится. Эта реакция приведет кобразованию сшивок новолачных макромолекул (рис. 1.1.12).Рис. 1.1.12 Реакция сшивок новолачных макромолекулМеханизмомполучениярезистногоизображениявнегативныхфоторезистах на основе системы полимер – органический азид являетсяфотосшивание макромолекул диазидами и подобными им соединениями.Механизм реакций, приводящих к формированию резистных рельефов (рис.1.3.2.2) в таких резистах, может быть представлен при помощи следующей схемы.(1.1.4)Рис.
1.1.13 Механизм реакций, приводящих к формированию резистных рельефов31Под действием света диазид выделяет молекулу азота и превращается внитрен. Нитрен присоединяется к двойной связи полимера с образованием"диазиридиновых мостиков" или сшивок. Если в полимере двойных связей нет, тодинитрен будет внедряться в C–H связи.Чтобы полимер стал нерастворимым, необходимо образование 2 сшивок наодну молекулу. Квантовый выход распада ароматического диазида равенпримерно 0.5, следовательно, критическая доза фотохимического приданияполимеру нерастворимости должна быть 50 мДж∙см.2Кислород обычно ингибирует образование сшивок, улавливая молекулынитренов и превращая их в нитрозо-и гидросоединения [4,5].(1.1.5)Фоторезисты с использованием циклизованного натурального каучука в качествеполимерной основы и ароматического диазида в качестве фотоинициатора,подвержены сильному набуханию при проявлении и имеют очень низкийконтраст (γ = 0).
Для преодоления этих недостатков используются фенол-икрезолформальдегидные смолы в качестве полимерной основы и "белые азиды"(рис. 1.1.14), (т.е. диазиды, поглощающие более коротковолновый, по сравнениюс обычно применяемыми, УФ свет).Рис. 1.1.14. Диазиды поглощающие коротковолновый УФ свет«белые азиды»321.2. Основные понятия и представления о проектированиитехнологического процесса ультрафиолетовой литографии1.2.1. Блочно-иерархический подход к проектированию технологическогопроцесса ультрафиолетовой литографииСовременные технические изделия микро- и наноэлектроники представляютсобой сложные системы, включающие в свой состав большое количестворазнородных подсистем. Поэтому производство таких изделий является задачейчрезвычайно ответственной и непосредственно включает в себя стадииконструированиямикроэлектронныхизделий,разработкутехнологиипроизводства, а также создание новых производственных модулей или внедрениена уже существующие производства.Производство изделий микро- и наноэлектроники можно представить в видеиерархической структуры, состоящей из большого количества взаимосвязанныхблоков.
В свою очередь, блоки состоят из некоторого набора узлов и имеютсложную иерархическую структуру. И так до нижнего уровня иерархиитехнологического процесса, элементами которого служат неделимые компоненты.Назовем последние базовыми элементами (БЭ).Рис. 1.2.1. Иерархия технологии микроэлектронного производстваНарис.1.2.1приведенаиерархияструктурымикроэлектронногопроизводства. На каждом иерархическом уровне имеется свое представление о33системе и элементах. То, что на i -м уровне называлось элементом, становитсясистемой на i 1 уровне.
[9]По ЕСКД различают следующую иерархию изделий машиностроения:детали – сборочные единицы – комплексы – комплекты. В соответствии с ЕСТДустановлена такая иерархия уровней технологии: маршрутная – операционная –технологические переходы. Для технологии базовыми элементами служаттехнологическое оборудование, инструмент, оснастка, технологические среды,приспособленияииерархическогоуровнятехнологическийт.п.Как–переходэлементыониобразуюттехнологическийкакэлементпереход.входитвсистемуВсвоюсистемупервогоочередь,следующегоиерархического уровня – технологическую операцию.
Наконец, технологическаяоперация как элемент входит в систему следующего уровня иерархии –маршрутную технологию. [9]Проектированиевсеготехнологическогопроцессаультрафиолетовойлитографии в комплексе представляет собой сложную научно-техническуюзадачу большой размерности. Решение такой задачи не под силу даже самоймощной современной ЭВМ. Поэтому для ее решения целесообразно использоватьблочно-иерархичный подход, в основу которого положена идея, аналогичная идееметода динамического программирования Беллмана [8]. Проектирование приблочно-иерархическом подходе ведется последовательно сверху вниз.
На каждомиерархическом уровне ставится и решается задача проектирования систем этогоиерархическогоуровня.Так,наверхнемуровнерассматриваетсявесьтехнологический процесс в целом. Для его описания используется наименеедетализированное представление, отражающее самые общие черты и особенностипроектируемого технологического процесса. На каждом следующем уровнепоследовательной разработки степень детализации описания возрастает. При этомтехнологический процесс уже рассматривается не в целом, а отдельнымиблоками.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
