Фоторезисты (ФР), виды, требования к ним, методы нанесения (стр. 2 из 3)

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.

При окунании подложки погружают на несколько секунд в ванну с фоторезистом, а затем с постоянной скоростью вытягивают из нее в вертикальном положении специальными подъемными устройствами и сушат, установив вертикально или наклонно.

Полив фоторезиста на горизонтально расположенные подложки обеспечивает лучшую по сравнению с окунанием однородность слоя по толщине. Следует отметить, что при этом методе неизбежны утолщения слоя фоторезиста по краям.

Окунание и полив применяют для нанесения слоя фоторезиста на подложки больших размеров, а также его толстых слоев (до 20 мкм) на обе стороны подложек. Недостаток этих методов - неоднородность слоя фоторезиста по толщине.

Общим недостатком нанесения жидких фоторезистов является трудность получения сплошных слоев заданной толщины.

Накатка пленки сухого фоторезиста значительно упрощает процесс и обеспечивает получение равномерного покрытия на подложках большой площади. Пленочный фоторезист представляет собой трехслойную ленту, в которой слой фоторезиста заключен между двумя полимерными пленками: одна (более прочная) является несущей, а другая — защитной.

Предварительно защитную пленку удаляют, а фоторезист вместе с несущей пленкой накатывают валиком на подложки, нагретые до 100 °С. Под действием температуры и давления фоторезист приклеивается к подложке. При этом его адгезия к подложке выше, чем к несущей пленке, которую затем снимают.

Рисунок 7.3.5. Нанесение фоторезиста в электростатическом поле:

1 - форсунка, 2 - кольцевой электрод, 3 — подложка, 4 — столик

Недостатки этого метода - большая толщина (10 — 20 мкм) и низкая разрешающая способность слоя сухого фоторезиста. Поэтому накатку пленки сухого фоторезиста используют только при больших размерах элементов ИМС.

Сушка слоя фоторезиста. Для окончательного удаления растворителя из слоя фоторезиста его просушивают. При этом уплотняется молекулярная структура слоя, уменьшаются внутренние напряжения и повышается адгезия к подложке. Неполное удаление растворителя из слоя фоторезиста снижает его кислотостойкость. Для удаления растворителя подложки нагревают до температуры, примерно равной 100 °С. Время сушки выбирают оптимальным для конкретных типов фоторезистов.

Температура и время сушки значительно влияют на такие важные параметры фоторезистов, как время их экспонирования и точность передачи размеров элементов после проявления. Большое значение при сушке имеет механизм подвода теплоты. Существует три метода сушки фоторезиста: конвекционный, инфракрасный и в СВЧ-поле.

При конвективной сушке подложки выдерживают в термокамере при 90 — 100 °С в течение 15 — 30 мин. Недостаток этого метода — низкое качество фоторезистового слоя.

При инфракрасной сушке источником теплоты является сама полупроводниковая подложка, поглощающая ИК-излучение от специальной лампы или спирали накаливания. Окружающая среда (очищенный и осушенный инертный газ или воздух) при этом сохраняет благодаря непрерывной продувке примерно комнатную температуру. Так как "фронт сушки" перемещается от подложки к поверхности слоя фоторезиста, качество сушки по сравнению с конвективной существенно выше, а время сокращается до 5 - 10 мин.