Реферат: Фоторезисты (ФР), виды, требования к ним, методы нанесения

Рисунок 7.3.1. Схемы гидромеханической отмывки подложек цилиндри­ческой (а) и конической (б) щетками:

1 - форсунка, 2 - щетки, 3 - подложка

Для формирования полупроводниковых структур исполь­зуют пленки полупроводников (Si, Ge, GaAs), диэлектриков (оксида SiO₂ и нитрида Si₃ N_7.3.1 кремния, примесно-силикатных стекол) и металлов (Al, V, W, Ti, Аи), а также силицидов и оксидов тугоплавких металлов.

Поверхность подложек с выращенными термическим окис­лением пленками SiO₂ сразу после образования пленки гидрофобна. Поэтому рекомендуется непосредственно после окис­ления, не превышая межоперационное время более 1 ч, пере­давать подложки на фотолитографию. Через несколько часов поверхность подложек с пленкой SiO₂ становится гидрофиль­ной, на ней адсорбируются молекулы воды из атмосферы, угол смачивания уменьшается до 20 - 30 ° и адгезия фоторезиста падает, что приводит к браку. Для придания поверхности таких подложек гидрофобных свойств их термообрабатывают при 700 — 800 ° С в сухом инертном газе или в вакууме.

Если слой фоторезиста наносят на пленку примесно-силикат-ного стекла, следует иметь в виду, что поверхность боросиликат-ного стекла гидрофобна и аналогична по поведению пленке SiO₂ а фосфоросиликатного стекла гидрофильна (угол смачи­вания не превышает 15 °). Гидрофобные свойства поверхности фосфоросиликатного стекла придают термообработкой при 100 — 500 °С в течение 1 ч в сухом инертном газе или в ваку­уме. Режим термообработки выбирают в зависимости от тех­нологии изготовления и конструкции микроэлектронного изделия. Гидрофобность силикатных стекол повышают также обработкой их в трихлорэтилене или ксилоле.

Характеристики поверхности пленок Al, V, W, Ti и Аu наносимых вакуумным распылением, зависят от режима про­ведения процесса и смачиваемости подложек. Перед фотоли­тографией пленки обязательно обезжиривают в растворителях.

Эффективным методом повышения адгезии фоторезиста к пленке является ее обработка в парах специальных веществ — адгезивов, придающих поверхности гидрофобные свойства. Наиболее распространенным адгезивом является гексаметил-дисилазан.

Нанесение слоя фоторезиста. Нанесенный на предваритель­но подготовленную поверхность подложек слой фоторезиста должен быть однородным по толщине по всему их полю, без проколов, царапин (т. е. быть сплошным) и иметь хорошую адгезию.

Наносят слой фоторезиста на подложки в обеспыленной сре­де, соблюдая технологические режимы. Используемый фото­резист должен соответствовать паспортным данным. Перед употреблением его необходимо профильтровать через специаль­ные фильтры, а в особо ответственных случаях (при производ­стве БИС) обработать на центрифуге при частоте вращения 10 - 20 тыс. об/мин в течение нескольких часов. Это делают для того, чтобы удалить из фоторезиста инородные микрочас­тицы размером менее 1 мкм, которые могут привести к бра­ку фоторезистивного слоя. Кроме того, необходимо проверить вязкость фоторезиста и довести ее до нормы.

Для нанесения слоя фоторезиста на подложки используют методы центрифугирования, пульверизации, электростатичес­кий, окунания и полива. Кроме того, применяют накатку пленки сухого фоторезиста.

Методом центрифугирования (Рисунок 7.3.2), наиболее широко используемым в полупроводниковой техно­логии, на несложном оборудовании наносят слои фоторезиста, толщина которых колеблется в пределах ± 10 %. При этом методе на подложку 2, которая устанавливается на столике 3 центрифуги и удерживается на нем вакуумным присосом, фоторезист подается капельницей-дозатором 1. Когда столик приводится во вращение, фоторезист растекается тонким слоем по поверхности подложки, а его излишки сбрасываются с нее и стекают по кожуху 4. При вращении центрифуги с большой частотой происходит испарение растворителя и вязкость фото­резиста быстро возрастает.

Рисунок 7.3.2 (cлева). Установка несения слоя фоторезиста центрифугирова­нием:

1 — дозатор (капельница), 2 — подложка, 3 - столик, 4 - кожух для сбора избытка фо­торезиста, 5 - вакуумные уп­лотнители, 6 - электродвига­тель, 7 - трубопровод к ва­куумному насосу

Рисунок 7.3.3(справа). Зависимость толщины слоя фото­резиста от частоты вращения центрифуги при различных коэффициентах его вяз­кости:

1 - v0,05 см/с, 2 - v= 0,04 см/с, 3 - v = 0,02 см/с

Наносимые центрифугированием слои фоторезиста могут иметь дефекты в виде "комет", образующиеся, если на поверх­ности подложек имелись остаточные загрязнения или фоторезист был плохо отфильтрован. Такие дефекты выглядят, как направ­ленные от центра локальные утолщения или разрывы слоя фоторезиста.

Полуавтомат для нанесения слоя фоторезиста центрифуги­рованием состоит из блоков центрифуг и дозаторов, блока управления, а также блока подачи и приема подложек и выпол­нен в виду двух треков. В блоке центрифуг имеется электро­двигатель малой инерционности, частота вращения которого контролируется специальным электронным блоком. Подложки удерживаются на столиках центрифуг вакуумным присосом, создаваемым системой вакуумной откачки. Блок дозаторов укреплен на задней стенке полуавтомата. Дозирование фоторе­зиста ведется с помощью электроиневмоклапанов, а подача осуществляется под давлением азота. Блок управления обес­печивает согласование работы всех блоков полуавтомата.

Полуавтомат предназначен для одновременного нанесения слоя фоторезиста по двум трекам, на которые загружаются стандартные кассеты с 25 подложками. После нанесения фото­резиста подложки поступают в разгрузочную кассету или прохо­дят по треку на сушку в конвейерную печь.

Достоинствами методами центрифугирования являются его простота, отработанность и удовлетворительная производитель­ность оборудования, а также возможность нанесения тонких слоев фоторезиста с небольшим разбросом по толщине. Недос­татки этого метода — трудность нанесения толстых слоев фото­резиста (более 3 мкм), необходимость тщательного контроля его коэффициента вязкости и режимов работы центрифуги.

Метод пульверизации (Рисунок 7.3.4), являющийся весьма перспективным, основан на нанесении слоя фоторезиста в виде аэрозоля с помощью форсунки, действующей под дав­лением сжатого воздуха или инертного газа. Подложки распо­лагаются на расстоянии в несколько сантиметров от форсунки, и фоторезист, осаждаясь в виде капель, покрывает их сплош­ным слоем. Метод пульверизации позволяет в автоматическом режиме вести групповую обработку подложек. При этом тол­щина слоя фоторезиста составляет от 0,3 до 20 мкм с точностью не хуже 5 %.

Достоинствами метода пульверизации являются: возмож­ность изменения толщины слоя фоторезиста в широких преде­лах: однородность слоев по толщине; отсутствие утолщений по краям подложек; нанесение фоторезиста на профилирован­ные подложки (в малейшие углубления и отверстия): сравнительно малый расход фоторезиста; высокая производитель­ность и автоматизация процесса; хорошая адгезия слоя к под­ложкам (лучшая, чем при центрифугировании).

Недостатки этого метода состоят в том, что при его исполь­зовании необходимо специально подбирать растворители, так как слой фоторезиста не должен стекать по подложкам. Кроме того, следует тщательно очищать фоторезист и используемый для пульверизации газ.

Основными элементами установки для нанесения слоя фоторезиста .пульверизацией являются форсунка-пульверизатор и стол, на котором закрепляют подложки. Для равномерного покрытия подложек слоем фоторезиста стол и форсунка переме­щаются в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

Рисунок 7.3.4. Нанесение слоя фоторезиста пульверизацией:

1 — область разрежения, 2 — сопло, 3 — форсунка, 4 — регули­рующая игла, 5 — распыляющий газ, 6 - подача фоторезиста

При электростатическом методе (Рисунок 7.3.5) спой фоторезиста наносят на подложки в электрическом поле напряженностью 1—5 кВ/см. Для создания такого поля между подложкой 3 и специальным кольцевым электродом 2 подают постоянное напряжение 20 кВ. При впрыскивании фоторезиста форсункой 1 в пространство между электродом и подложкой капельки фоторезиста диаметром в несколько микрометров заряжаются, летят под действием электрического поля к под­ложке на ней.

Этот метод имеет высокую производительность и позволяет наносить слой фоторезиста на подложки большой площади. Недостаток его - трудность стабилизации процесса и сложность оборудования.

Методы окуна­ния и полива явля­ются простейшими среди всех методов нанесения слоя фоторезиста.