Урок Проявление фоторезиста
Проявление — это процесс удаления лишних в фоторезисте участков. Если фоторезист позитивный — вымываются засвеченные ультрафиолетовым светом участки; если фоторезист негативный — вымываются незасвеченные участки ( см. рисунки в первой теме «Фотолитография. Назначение основных операций»).
После проявления на поверхности подложек остается защитный рельеф — фоторезистивная маска нужной конфигурации.
Проявителями позитивных фоторезистов являются слабые водные и водно-глицериновые щелочные растворы КОН, NaOH.
Проявителями негативных фоторезистов являются органические растворители: бензол, толуол, трихлорэтилен и др.
Дня каждого
фоторезиста существуют оптимальные
сочетания времени экспонирования и
времени проявления, обеспечивающие
наилучшее качество проявленного рисунка.
Проявление осуществляют погружением в раствор, выдержкой в парах проявителя или распылением на вращающуюся подложку.
После проявления следует операция тщательной промывки подложек в протоке деионизованной воды.
При контроле проявленного рисунка под микроскопом проверяют точность совмещения, размеры элементов рисунка и качество их контура, плотность микродефектов. При неудовлетворительном качестве проявленного рисунка фоторезист удаляют с подложки и повторяют все операции фотолитографии.
Задубливание фоторезиста
Задубливание (вторая сушка) проводится для повышения химической стойкости фоторезиста к травителю и улучшения адгезии фоторезиста к подложке.
При повышенных
температурах в слое фоторезиста
затягиваются мелкие отверстия, поры,
дефекты.
Чтобы не произошло ухудшения качества фотомаски, задубливание проводят в два- три этапа с постепенным подъемом температуры до максимальной. Для большинства фоторезистов максимальная температура задубливания — 150°С, общее время 1-1,5 часа.
Более высокие температуры вызывают разрушение слоя фоторезиста: поверхность покрывается мелкими трещинами и рельеф полностью теряет свои защитные свойства.
Задубливание слоя фоторезиста выполняют на том же оборудовании и теми же методами, что и первую сушку.
Урок Травление технологического слоя
Операция фотолитографии «Травление технологического слоя» — это удаление участков технологического слоя, не защищенных маской фоторезиста (см. рисунки в первой теме «Фотолитография. Назначение основных операций»).
Травление является
ответственной операцией, так как брак
после травления неисправим.
Требования, предъявляемые к травителю:
1. Травитель должен быть избирательным (селективным), т.е. должен травить только нужный технологический слой, не взаимодействуя с подложкой и фоторезистом.
2. Травитель не должен образовывать продуктов реакции, способствующих отслаиванию фоторезиста и подтравливанию.
3. Травитель должен обеспечивать оптимальную скорость травления (чтобы, с одной стороны, было минимальное количество дефектов, а с другой стороны, чтобы можно было точно контролировать время травления).
Травление бывает жидкостным и сухим.
В состав жидкостного травителя входят:
Окислитель — для образования окисла на поверхности технологического слоя;
Растворитель — для растворения и удаления образовавшегося окисла,
Замедлитель (или ускоритель) реакции.
Процесс
жидкостного травления
Изменение размеров элементов рисунка не должно превышать указанных допусков!
При плохой адгезии фоторезиста травитель может проникать под него на значительное расстояние, в этом случае боковое подтравливание становится недопустимо большим.
. Основными параметрами жидкостного травления являются время травления, температура и концентрация травителя.
Для травления пленок SiO2 применяют плавиковую кислоту HF и травители на ее основе (например, буферный травитель HF : NH4F : Н2О =1 : 3 : 7 )
Для
травления пленок Si3N4 используют травители на основе
ортофосфорной кислоты Н3РO4.
Для травления пленок алюминия применяют как кислотные, так и щелочные травители.
Примечание: сухое травление смотри в теме «ПХТ».
Формирование плёнки фоторезиста1.Режимы формирования плёнки фоторезиста
В фоторезисты введена специальная добавка, обеспечивающая высокую степень однородности пленки по толщине. Локальная разнотолщинность пленки не превышает 10 нм.  Номинальное значение толщины пленки фоторезиста, указано в таблице для стандартных условий (скорость вращения центрифуги 3000 об/мин, время вращения 40 сек, 21 оС, влажность 45 % и т.д.). Такая толщина пленки не обязательно будет формироваться в условиях потребителей. Толщина (мкм) = const / (скорость)1/2Величина const определяется одним замером толщины пленки фоторезиста при фиксированной скорости вращения центрифуги для данных условий.2.Предварительная сушка пленки фоторезиста:
Назначение предварительной сушки — это удаление растворителя и таким образом высушивание резистивной пленки.  Из-за высокой точки кипения растворителя (>130 Если фоторезист подвергается в течение длительного периода воздействию высоких температур выше 100 оC, то светочувствительный нафтохинондиазид термически разлагается и литографическая эффективность пленки падает. Поэтому температура в конвективном шкафу 90 оC и время сушки 30 минут являются нормальными. Необходимо обратить внимание, что сушильный шкаф должен быть конвективным с принудительной циркуляцией. В противном случае время сушки возрастает на время, необходимое для достижения в шкафу без конвекции стационарной температуры 90 Ситуация меняется, если сушка осуществляется на горячей плите. В этом случае время сушки укорачивается обычно до 40-50 сек. Так как кремний является хорошим проводником тепла, то равновесная температура достигается уже примерно через 10 сек. По этой причине температура сушки на горячей плите обычно на 10-20 оC выше, чем в печи. Приемлемые условия сушки на горячей плите — это 110 о Экспонирование:
Все позитивные фоторезисты чувствительны к ультрафиолетовому свету, поэтому обычно используются ртутные лампы. Энергия света должна поглощаться фотоактивным соединением — нафтохинондиазидом.  При экспонировании нафтохинондиазид превращается в инденкарбоновую кислоту. Эта кислота затем растворяется в щелочном проявителе. Спектральная чувствительность фоторезиста определяется двумя факторами: ниже 310 нм новолачная смола, входящая в состав фоторезиста проявляет сильное поглощение, предотвращая проникновение ультрафиолетового света в пленку фоторезиста, выше 440 нм нафтохинондиазид проявляет слабое поглощение на «хвосте» вплоть до 475 нм, выше этих длин волн фоторезист совершенно прозрачен и не проявляет светочувствительности. Таким образом, все работы с пленкой фоторезиста могут проводиться при желтом освещении.Вышеуказанном диапазоне длин волн есть три максимума эмиссии ртутной лампы при: 365 нм (i-линия), 405 нм (h-линия) и 436 нм (g-линия). Современные проекционные установки используют либо выделенную фильтрами линию длин волн (главным образом g и i -линии), либо две, либо все три линии -широкополосное экспонирование. Во время экспонирования поглощение светочувствительного нафтохинондиазида падает из-за превращения в инденкарбоновую кислоту. Экспонирование позитивного фоторезиста следует выполнять при контролируемых окружающих условиях, особенно относительной влажности и температуры. Это требование вытекает из того, что превращение нафтохинондиазида в проявляемую инденкарбоновую кислоту требует одной молекулы воды на одну молекулу нафтохинондиазида. Если воды нет, то нафтохинондиазид сшивается в нерастворимое соединение, экспонированные зоны пленки не будут проявляться в проявителе. Необходимая для реакции вода не содержится в пленке, а адсорбируется как влага из атмосферы. Верхний предел относительной влажности не определяется самим фоторезистом, однако, если относительная влажность выше 60%, на поверхности подложки будет абсорбироваться слишком много воды, что в конечном итоге приводит к потере адгезии фоторезиста. По этой причине можно рекомендовать относительную влажность на уровне 45%. Гигроскопичную поверхность подложки можно обрабатывать HMDS до нанесения фоторезиста. Оптимизация условий экспонирования для фоторезистов ФП-05Ф — ФП -20Ф приведена в разделе оптимизация. Пост — экспозиционная сушка (до проявления).В большинстве случаях нет необходимости в пост — экспозиционной сушке. Экспонированный фоторезист может проявляться немедленно после экспонирования. Однако в некоторых случаях литографическая эффективность может быть улучшена путем применения пост — экспозиционной сушки (после экспонирования и до проявления). Особенно это касается экспонирования монохроматическим светом (степперы g- и i — линии). Энергия света, поглощаемая слоями фоторезиста, меняется по толщине пленки. Эта вариация обусловлена в первую очередь интерференцией падающего и отраженного от подложки света. В результате этого явления образуются так называемые «стоячие волны», видимые вдоль профиля стенки с помощью электронного микроскопа. Так как большинство поверхностей вызывают фазовый сдвиг волны на 1800 для отраженного света, то на поверхности раздела фоторезист- подложка будет наблюдаться минимум интенсивности света. Если поверхностный слой подложки является прозрачным (окись кремния), то становится существенным толщина слоя окиси кремния. В результате этого явления на подложке может оставаться тончайший «налет» слабо экспонированного фоторезиста, который не удаляется при проявлении. Для удаления этого слоя приходится прибегать к существенному переэкспонированию фоторезиста. Стоячие волны являются видимой частью интерференционного эффекта. Этот эффект приводит к значительному изменению дозы экспонирования при изменении толщины пленки вдоль поверхности. Изменение толщины на 65 нм (четверть длины волны g — линии) может привести к 20% изменению дозы экспонирования. Для i-линии и ДУФ-фоторезистов этот эффект еще сильнее. Такие изменения толщины пленки наблюдаются на любой поверхности.
Эти эффекты могут быть минимизированы с помощью пост — экспозиционной сушки. Температура для этой сушки должна быть на 20 оС выше температуры предварительной сушки, а время около 45 — 60 сек. В процессе этого нагрева происходит до определенной степени диффузия экспонированного и не экспонированного нафтохинондиазида и в результате наблюдается выравнивание различий в скорости растворения и, таким образом выглаживание профиля фоторезиста. Чем выше разность температур между предварительной сушкой и пост — экспозиционной сушкой, тем быстрее процесс диффузии. Однако температура пост — экспозиционной сушки не должна превышать 130 оС, чтобы избежать значительного термического разложения нафтохинондиазида. Наилучшее решение 110 оС в течении 50 сек. Кроме того введение пост — экспозиционной сушки улучшает адгезию и термическую стабильность профиля фоторезиста.Проявление
Экспонированные области фоторезиста растворяются на стадии проявления. Условия проявления определяются прежде всего типом фоторезиста. Каждая марка фоторезиста имеет оптимальное время проявления. В большинстве случаев время проявления находится в пределах 20 — 50 сек, только фоторезисты большой толщины (> 3 мкм) требуют большего времени проявления. Температура проявления сама по себе не является критической и обычная комнатная температура (20 — 25 оС) является приемлемой, однако для воспроизводимости процесса важно поддерживать температуру проявителя постоянной в пределах +1 оС. Более детально стадия проявление для фоторезистов ФП-05Ф — ФП-20Ф обсуждается в разделе оптимизация фотолитографического процесса. ЗадубливаниеЦель стадии задубливания — это дальнейшая стабилизация пленки фоторезиста перед травлением. Обычная температура 140 оС в течение 30 минут в конвективном шкафу. На стадии задубливания удаляется остаточный растворитель, происходит термическое разложение нафтохинондиазида и структурирование пленки фоторезиста. Эти процессы улучшают адгезию и стойкость пленки к травителям.Необходимо иметь в виду два фактора:
I ступень:110 оС-15 мин II ступень:120 оС-15 мин III ступень:140 оС-15 мин.  Оптимизация.На графике приведены кривые проявления фоторезистов ФП-10Ф, ФП-15Ф и ФП-20ФЭкспонирование осуществлялось параллельным, полным светом лампы ДРШ-1000 при освещенности света в плоскости пленки фоторезиста 15.000 — 20.000 люкс. На практике используют ртутные лампы разной мощности, полный или монохроматический свет, освещенность меняется в процессе старения лампы, часть световой энергии поглощается фотошаблоном, люксометры требуют постоянной калибровки. Поэтому возникает важный вопрос об оптимальном времени экспонирования. Время экспонирования и время проявления тесно связаны между собой. Недостаточное время экспонирования требует в последующем перепроявления фоторезиста. Для фоторезистов с небольшим контрастом (малая устойчивость пленки фоторезиста) недостаточное экспонирование можно частично выправить перепроявлением. Однако разрешение фоторезиста при этом падает, профиль стенок фоторезиста становится более пологой. Для высококонтрастных фоторезистов необходима оптимизации времен экспонирования и проявления, при этом достигается практически вертикальность профиля стенок фоторезиста.  Фоторезисты ФП-10Ф, ФП-15Ф, ФП-20Ф являются контрастными фоторезистами, требующие оптимального выбора времени экспонирования. Из приведенного выше графика видно, что начиная с определенного для каждого фоторезиста времени экспонирования наблюдается резкое увеличение время проявления. Данная точка является критической. При недостаточном времени экспонирования пленка фоторезиста будет проявляться очень долго. Приведенные графики позволяют оптимизировать время экспонирования, путем фиксирования времени проявления фоторезиста. Таким образом, оптимальные времена проявления составляют: Фоторезист ФП-10Ф — 15-20 сек Фоторезист ФП-15Ф — 30-35 сек Фоторезист ФП-20Ф — 45 -50 сек Исходя из этих данных, подбирают требуемое время экспонирования фоторезиста для конкретных аппаратных условий. Если время экспонирования недостаточно, то пленка будет проявляться более длительное время вне указанных пределов проявления для определенного фоторезиста. |
||||||||||||||||||||||||
Это одна из причин, обеспечивающих высокую разрешающую способность позитивных фоторезистов с практически вертикальными стенками профиля. В начале экспонирования облучаемая зона поверхности пленки становится более прозрачной по сравнению с не экспонируемой зоной. Таким образом, на поверхности пленки формируется виртуальная фотомаска для экспонирования нижележащих слоев, превращение нафтохинондиазида протекает далее в пленке фоторезиста до подложки.
По этой причине фоточувствительность фоторезиста резко падает при относительной влажности менее 30%.
Если время экспонирования велико, то время проявление сокращается, но это нежелательно с точки зрения производительности процесса.10. Какие проявители оптимальны для фоторезиста и как такие факторы, как концентрация проявителя и температура, влияют на результат?
Во время проявления пленка позитивного тонового резиста структурируется путем удаления экспонированных областей, в то время как неэкспонированные участки удаляются, если используются негативные резисты. Для достижения воспроизводимых результатов настоятельно рекомендуется температура от 21 до 23 °C 0,5 °C.
Allresist предлагает два различных типа проявителей: буферные системы (AR 300-26, AR 300-35) или проявители без ионов металлов (без буфера) TMAH (AR 300-44 … 475):
Проявитель AR 300-26 представляет собой буферную систему с высокой активностью, которую предпочтительно использовать для проявления толстых пленок резиста > 5 мкм, если требуется высокая контрастность, крутые края и короткое время проявления.
Этот проявитель, поставляемый в виде концентрата проявителя, разбавляется деионизированной водой и может также использоваться для проявки распылением.
Проявитель AR 300-35 представляет собой буферную систему с широким рабочим диапазоном и, в частности, характеризуется широким диапазоном изменения контрастности и чувствительности. Этот универсальный проявитель, подходящий для большинства фоторезистов, поставляется в виде концентрата проявителя, который можно разбавлять деионизированной водой. Неразбавленный раствор проявителя в первую очередь предназначен для проявления резистивных пленок толщиной 3–6 мкм. Этот проявитель подходит для поверхностей, содержащих алюминий, так как он (в отличие от других проявителей) не разрушает алюминий.
Линейка проявителей AR 300-40 включает четыре проявителя без ионов металлов различных концентраций, которые особенно хорошо отвечают высоким требованиям микролитографических приложений в полупроводниковой промышленности.
Использование этих проявителей сводит к минимуму возможность загрязнения поверхности подложки ионами металлов. Они обладают отличными сетчатыми свойствами и работают как водные щелочные растворы, не оставляя следов. Каждый проявитель адаптирован к различным системам сопротивления AR-P 3000-5000 и 7000.
Проявители без ионов металлов более чувствительны к изменениям разбавления, чем буферные системы. Эти проявители следует разбавлять очень осторожно, по возможности с помощью весов и непосредственно перед использованием, чтобы гарантировать воспроизводимость результатов.
Более высокие концентрации проявителя приводят к повышенной светочувствительности проявочных систем с позитивным резистом. Требуемая энергия воздействия сведена к минимуму, а время разработки сокращено, что обеспечивает высокую производительность. Возможными недостатками могут быть более высокая темная эрозия неэкспонированных участков, а также низкая стабильность процесса (слишком быстрая реакция).
При использовании более высоких концентраций проявителя негативные резисты требуют более высокой дозы облучения для сшивания.
Более низкие концентрации проявителя обеспечивают более высокую контрастность, т.е. пленок позитивного резиста и уменьшить потерю толщины резиста в неэкспонированных или частично экспонированных краевых областях даже при более длительном времени проявления. Наилучшие значения контрастности могут быть получены с тщательно разведенными буферными системами (AR 300-26, AR 300-35). В этом случае необходимая энергия воздействия обязательно увеличивается. Негативные резисты требуют более низкой дозы облучения (для сшивки) при более низких концентрациях проявителя. Однако время полного развития увеличивается. Эмпирическое правило для силы проявителя: высокая скорость (сильный) или высокая контрастность (слабый).
Срок службы проявочной ванны для иммерсионной проявки ограничен такими факторами, как производительность процесса и поглощение CO 2 из воздуха.
Пропускная способность зависит от доли открытых площадей. Поглощение CO 2 также вызвано частым открыванием бутылки с проявителем и приводит к снижению скорости проявления.
Существуют различные методы проявления:
Иммерсионное проявление: Пластина полностью погружается в ванну и перемещается.
Проявление лужицы: определенное количество проявителя помещается на пластину, затем пластина осторожно поворачивается вперед и назад.
Проявление распылением: Проявитель распыляется через сопла на вращающуюся пластину. Это развитие значительно быстрее, чем другие методы.
Во время водной щелочной разработки не должно быть перерывов. Если пластины промыть водой после проявления, а затем продолжить проявление, скорость проявления значительно возрастет.
Проявитель позитивного фоторезиста | Здравоохранение и окружающая среда | Продукты
Проявитель фоторезиста позитивного типа
Проявитель фоторезиста позитивного типа компании Tokuyama «SD Series» представляет собой химические вещества, используемые в процессах фотолитографии (проявления) для формирования схем в полупроводниковых пластинах.
Серия SD состоит из продуктов высокой чистоты с очень небольшим количеством примесей, таких как ионы металлов и ионы хлора. Эти серии подходят для микрообработки, потому что их можно использовать для создания четких рисунков схем.
Поскольку «SD Series» представляет собой сильный органический щелочной раствор, его также можно использовать в качестве заменителя неорганического щелочного раствора.
Tokuyama имеет транспортные базы в Японии, Тайване, Сингапуре и Китае и укрепляет свою систему поставок современным производителям полупроводников.
Обзор продукта
| Общие названия | Проявитель фоторезиста позитивного типа, гидроксид тетраметиламмония (TMAH) | ||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Химическая формула | Н(СН 3 ) 4 ОН | ||||||||||
| Упаковка/ способ доставки | Канистры, химические барабаны, полиэтиленовые канистры | ||||||||||
| Классы |
| ||||||||||
| Общее применение |
| ||||||||||
| Осторожно | Классифицируется как сильное щелочное вещество с коррозионными свойствами.  |
продукт (20%)