Комплект технологічної документації з оптичною контактної літографії
Розробив студент: Сьомін В. В.
МГОУ
Москві 2010 р.
Введення
Оптична літографія об'єднує в собі такі галузі науки, як оптика, механіка та фотохімія. При якому типі друку погіршується різкість краю (рис. 1). Проекція двовимірного малюнка схеми веде до зменшення крутизни краю, тому потрібен спеціальний резист, в якому під впливом синусоїдально модульованим інтенсивності пучка буде формуватися прямокутна маска для подальшого перенесення зображення травленням. Якщо дві щілини розміщені на деякій відстані один від одного, то неекспоніруемий ділянку частково експонується з наступних причин:
1) дифракція;
2) глибина фокуса об'єктива;
3) низькоконтрастних резист;
4) стоячі хвилі (Відбиття від підкладки);
5) заломлення світла в резисте.
Таким чином, завдання фотолітографії полягає в тому, щоб забезпечити поєднання і відтворити в резисте двовимірний малюнок фотошаблона з точністю в межах В± 15% від номінального розміру його елементів і з 5%-ним допуском на необхідний нахил країв. Пошарове суміщення приладових структур повинно здійснюватися з точністю не гірше В± 25% від розміру мінімального елемента. Використовувані в фотолітографії джерела експонуються випромінювання бувають як точковими (лазери), так і протяжними (ртутні лампи). Спектр випромінювання цих джерел лежить в трьох основних спектральних діапазонах: Далекий УФ від 100 до 200-300 нм;
Середній УФ 300-360 нм; Близький УФ від 360-450.
Сучасні літографічні процеси в технології ППП і ИС.
Щільність елементів у кристалі ІМС досить велика і до теперішнього часу істотно перевищила рубіж 100000. Це досягнуто за рахунок зменшення мінімального геометричного розміру, який вже складає величину порядку 1 мкм. Останнє обставина пов'язана з удосконаленням в першу чергу таких технологічних процесів як літографія, плазмове травлення і локальне окислення.
Процеси легування, а також нарощування шарів різних матеріалів покликані сформувати вертикальну фізичну структуру ІМС. Необхідні форма, розміри, елементів і областей в кожному шарі структури забезпечуються процесом фотолітографії
Розробники ряду зарубіжних фірм вважають, що в технології НВІС на сучасному рівні з успіхом можна використовувати оптичну літографію (фотолітографію). Її граничні можливості оцінюються в 2 мкм, хоча припускають, що доступно досягнення ліній мікронної ширини. Відомо, що роздільна здатність літографічного процесу не може бути менше довжини хвилі світла, використовуваного для експонування. Для фотолітографії ця межа становить 0, 5 мкм при використанні когерентного яскравого джерела світла з довжиною хвилі 200 нм при тривалому експонуванні. Можливості оптичної літографії визначаються в більшій ступеня точністю суміщення і розкидом робочих параметрів апаратури. Успішно працює апаратура, що дає 2 мкм при фотолітографії з малим зазором на пластинах діаметром більше 100 мм. Таку ж роздільну здатність має рентгенівська літографія з зазором. Електронно-променева літографія дає дозвіл 0, 4 мкм, але через високу вартість і низьку продуктивність використовується лише для виготовлення фотошаблонів та спеціальних ІС.
В результаті вважають, що протягом найближчих років оптична літографія залишиться основним технологічним методом формування малюнків БІС. Використання когерентного світла в дальньому ультрафіолеті і фоторезистів, чутливих до світла з довжиною хвилі 0, 24 мкм, а також застосування лазерних пристроїв суміщення дозволить досягти дозволу в 1 мкм. У таблиці 1 наведені основні параметри, що використовуються в технології ВІС літографічних процесів, а на рис. 1 показана взаємозв'язок мінімального розміру з вартістю технологічного процесу.
Традиційно класичним процесом є контактна фотолітографія, при якій фотошаблон безпосередньо стикається з напівпровідникової пластиною, на поверхню якої завдано фоторезист. Основним недоліком контактної фотолітографії є обмежене число циклів контактування (як правило не більше 70-80) і зменшення виходу придатних по циклах. Однак сучасний рівень контактної фотолітографії досить високий і в умовах серійного виробництва становить 3 мкм. Установки з номінальними 3 мкм - проектними нормами успішно застосовують для виготовлення ВІС з мінімальним розміром всього 2, 5 мкм.
Паралельно інтенсивно реалізувався перехід від контактної фотолітографії і літографії з зазором до проекційної фотолітографії, де експонування здійснюється через проміжний шаблон, віддалений від пластини на кілька мм, причому іноді з зменшенням розмірів при проектуванні.
Таблиця 1
Основні параметри літографічних процесів
Спосіб літографічного процесу
Мінімальна ширина лінії, мкм
Помилка суміщення, мкм
Контактна фотолітографія О» = 360-460 нм
1, 25 - 1, 5
0, 25-1, 0
Проекційна фотолітографія О» = 360-460 нм
0, 75-1, 0
0, 1-0, 2
Електронна літографія О» = 50-100 нм
0, 25
0, 03
Рентгенівська літографія О» = 0, 1-10 нм
0, 5
0, 03-0, 05
Рис. 1 Взаємозв'язок мінімального розміру з вартістю його реалізації різними літографічних процесами.
Сучасні системи проекційної літографії в масштабі 1:1 розраховані на 1 мкм топологічну проектну норму і передбачають, на приклад, обробку пластин діаметром 125 мм при точності суміщення малюнків всіх верств не гірше В± 0, 25 мкм.
Фоторезисти.
Фоторезисти - це світлочутливі і стійкі до агресивно чинників, що впливають речовини, що представляють собою складні полімерно-мономерні системи, у яких під дією випромінювання протікають фотохімічні процеси. Під дією світла в такому синтетичному полімері відбувається або структурування (зшивання), або деструкція (Руйнування) молекулярних ланцюгів. У першому випадку Фоторезисти називають негативними, а в другому - позитивними. Сучасні позитивні Фоторезисти (ФП) - це складні ефіри нафтохінондіазідов сульфокислоти і фенолформальдегідних смол. Умовно його структуру можна представити як R1-O-R2, де R1 і R2-світлочутлива і полімерна складові частини фоторезиста відповідно, а О - з'єднує їх кисень.
Критерієм застосовності фоторезиста є його чутливість, роздільна здатність і кислотостійкість.
Чутливість фоторезиста - це величина, зворотна експозиції, тобто освітленості, помноженої на час. При цьому, чутливість позитивного фоторезиста - це повнота руйнування освітлених ділянок плівки. Чутливість для негативного фоторезисту ФН - навпаки, закріплення після експонування і прояви локальних ділянок плівки фоторезиста, підданих освітленню. В обох випадках необхідно забезпечити чіткість зображення, тобто різко окреслену кордон між областями віддаленого при прояві і залишився фоторезиста. Кордон поглинання фоторезиста - 0, 28-0, 4 мкм (ультрафіолетова область спектра випромінювання).
Роздільна здатність фоторезиста - це число ліній рівної товщини, які можуть бути отримані (без злиття) на 1 мм поверхні пластини в результаті процесу фотолітографії.
де L - ширина лінії в мкм. Для отримання малюнка з елементами ІС розміром ~ 5-7 мкм, застосований фоторезист повинен мати R ≥ 500 лин/мм. Роздільна здатність фоторезиста залежить від мінімальної товщини плівки фоторезиста, здатної витримати вплив агресивного середовища. Відношення товщини плівки до мінімальної ширині ліній для кращих негативних фоторезистів складає 1:2-1:3, в той час як для позитивних - 1:1. Краща роздільна здатність позитивних фоторезистов дозволяє використовувати їх при в...
