Совмещение и экспонирование

В процессе изготовления ИМС фотолитография проводится несколько раз. При
первой фотолитографии, когда поверхность подложек еще однородна,

фотошаблон ориентируют относительно базового среза подложки.

Начиная со второй фотолитографии, необходимо совмещать рисунок шаблона с рисунком на подложке, полученным в технологическом слое при проведении предыдущей фотолитографии.

Для полного формирования ИМС необходим комплект фотошаблонов (для каждой фотолитографии свой шаблон) со строго согласованными друг относительно друга рисунками.

Совмещение выполняют визуально на той же установке, что и последующее экспонирование, путем наложения (при наблюдении под микроскопом) рисунков шаблона и подложки. Совмещение ведется по специальным рисункам - фигурам совмещения, выполненным в виде колец, крестов, штрихов и т.п. Для предотвращения царапанья, сколов и стирания поверхности шаблона и фоторезиста между ними устанавливают микрозазор (10-25 мкм).

После выполнения совмещения подложку прижимают к фотошаблону и экспонируют слой фоторезиста. Ультрафиолетовый свет проходит через прозрачные места фотошаблона и пронизывает слой фоторезиста, лежащий под ними, изменяя на этих участках растворимость фоторезиста. Процесс экспонирования контролируют временем облучения.

Такой способ экспонирования называют контактным.

При контактном способе экспонирования неизбежны механические повреждения соприкасающихся поверхностей фотошаблона и пластины, которые приводят к дефектам на пластине и шаблоне (вдавленные в фоторезист пылинки, микрочастицы стекла, прилипший к фотошаблону фоторезист и другие). Из- за механического износа пленочного рисунка необходима частая замена фотошаблонов. К достоинствам контактного способа относят его отработанность, высокую производительность и невысокую стоимость.

Способ экспонирования с микрозазором отличается от контактного экспонирования только тем, что после совмещения между подложкой и шаблоном остается зазор (10-25 мкм), при котором и облучают фоторезист. Из-за наличия зазора достигаемые минимальные размеры элементов увеличиваются с 2 мкм (при контактном способе экспонирования) до 4 мкм (при экспонировании с микрозазором). Но зазор значительно уменьшает повреждения шаблонов и увеличивает срок их службы.

Оба способа экспонирования (контактное и с микрозазором) проводятся на установке ЭМ-576 ( точность совмещения-0,5 мкм).

Проекционное экспонирование заключается в получении изображения в слое фоторезиста с помощью оптической системы со специальным объективом. Шаблон расположен на значительном расстоянии от подложки, его износ полностью исключен.

При проекционном экспонировании применяют способ шагового мультиплицирования с уменьшением масштаба. Фотошаблоны, называемые промежуточными фотооригиналами (ПФО), содержат увеличенное в 4- 20 раз изображение одного кристалла. После совмещения и экспонирования этого одного кристалла столик установки перемещают на один шаг и в новом положении подложки производят совмещение и экспонирование следующего участка (кристалла). И так до полного экспонирования всей подложки.

Совмещение осуществляется на каждом шаге с помощью специальных знаков (меток) совмещения в виде вытравленных канавок на подложках и непрозрачных штрихов на фотошаблоне. Процессы совмещения и экспонирования автоматизированы.

Достоинства проекционного экспонирования:

1. Высокая точность совмещения ( 0,1 мкм );

2. Минимальные размеры получаемых элементов -1 мкм;

3. Высокий срок службы фотошаблонов;

4. Более низкая дефектность на пластине (по сравнению с контактным методом).

Недостатки проекционного экспонирования:

1. Низкая производительность;

2. Если наПФО имеется дефект, то он повторяется в каждом кристалле на пластине (повтор).

Проекционное совмещение и экспонирование выполняется на установках ЭМ-584, ЭМ-584 А.

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. Увеличение времени экспонирования уменьшает время проявления. С ростом температуры скорость проявления растет.

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