Комплект технологической документации по оптической контактной литографии (стр. 4 из 8)

атомарные загрязнения – атомы тяжёлых металлов, Ag, Cu, Fe, осевшие на поверхность пластины из химических реактивов в виде микрозародышей. Химическую очистку от загрязнений осуществляют путём обработки в органических растворителях, кислотах и деионизованной воде. Альтернативой органическим растворителям являются перекисно-аммиачные смеси, перекись водорода окисляет органические загрязнения и переводит их в растворимое состояние. Качество такой отмывки выше ещё и потому, что водные растворы аммиака способны к комплексообразованию с ионами меди, серебра и др.

Процесс отмывки полупроводниковых пластин деионизованной водой ведем, в аппарате OSTEC ADT 976 постоянно измеряя электрическое сопротивление воды. По мере снижения концентрации примесей сопротивление воды постепенно повышается. При установлении постоянного сопротивления воды процесс отмывки считаем законченным.

1.1 Качество отмывки определяем в темном поле микроскопа Nikon Eclipse L200А при увеличении в 300х по числу светящихся точек.

2. Нанесение фоторезиста

Наибольшее распространение получило центрифугирование, позволяющее использовать несложные устройства с центрифугой. Толщина плёнки фоторезиста зависит от вязкости, времени нанесения, скорости вращения центрифуги, температуры и влажности среды. Плёнка фоторезиста должна быть равномерна (не хуже ±10%) по толщине и иметь хорошую адгезию к подложке. Последнего добиваются путём предварительного отжига пластин при различных температурах в зависимости от материала покрытия: SiO2 - 900-10000С в атмосфере кислорода, примесносиликатное стекло – 5000С в атмосфере кислорода, Al – отжиг в аргоне при 3000С.

Применение пульверизации для нанесения фоторезиста позволяет автоматизировать процесс, однако связано с большим расходом материала и более сложным контролем за толщиной покрытия. Метод окунания применяют редко, так как, несмотря на простоту и возможность ручного исполнения он не даёт воспроизводимых результатов.

После очистки наносим на пластину слой позитивного фоторезиста фп - 383 толщиной 1.0 мкм. отфильтрованного и разбавленного до степени вязкости (6.0 cCm). Нанесение фоторезиста производим методом центрифугирования в аппарате OSTEC EVG®101, наносим 6-10 капель фоторезиста в центр пластины и распределяем по поверхности при скорости вращения центрифуги 3800 об./мин в течение 30 сек.

3. Первая сушка

Назначение первой сушки фоторезиста состоит в удалении растворителя, уплотнения и уменьшения внутренних напряжений в плёнке, что улучшает адгезию фоторезиста к подложке. Используют три метода сушки: конвективная, ИК-сушка – нагрев от лампы или спирали, и СВЧ - сушка – нагрев за счёт поглощения энергии СВЧ - поля. Последние два метода предпочтительны, так как осуществляют нагрев от подложки и, тем самым, обеспечивают полное удаление растворителя.

После обработки на центрифуге фоторезист сушим: в таре при температуре 20 оС в течение 20 мин; в сушильном шкафу Sawatec HP 150 при температуре 97 оС в течение 30 мин; в таре при температуре 20 оС в течение 35 мин.

4. Совмещение пластины с фотошаблоном.

В процессе изготовления кристалла ИМС фотолитография повторяется многократно, и необходимо каждый раз осуществлять совмещение рисунков топологии кристалла ИМС. Для совмещения используют сложные оптико-механические комплексы, позволяющие осуществлять совмещение визуально, вручную и автоматически. В первом случае сначала проводят совмещение строк и столбцов (так называемое грубо совмещение), а затем точное совмещение по реперным знакам с точностью в пределах 1 мкм. Автоматизированный способ совмещения обеспечивает точность совмещения до 0, 1 мкм. Оптическая система обеспечивает обзор при увеличении 40-80х и точное совмещение при 100-400х

Топологию ранее проведенных процессов с фотомаской совмещаем через микроскоп в аппарате OSTEC EVG620

5. Экспонирование

В качестве источника излучения используют ртутные лампы характеризующиеся высокой интенсивностью излучения, параллельностью светового пучка и его равномерностью. Время экспонирования подбирают экспериментально и обычно в пределах 15-20 с.

Облучение фоторезиста светом с длинной волны 400 нм. производим в том же аппарате что и совмещение OSTEC EVG620

6. Проявление

Характер и условия проявления фоторезиста зависят от его вида и условий предварительной сушки и экспонирования. Проявление позитивных фоторезистов связано с удалением облучённых участков при обработке в водных щелочных растворах 0, 3-0, 5% KOH или 1-2% растворе тринатрийфосфата. Проявление негативных фоторезистов – простое растворение необлучённых участков в органических растворителях (толуол, диоксан и др.). Особенностью проявления позитивных фоторезистов по сравнению с негативными является отсутствие набухания необлучённых участков. Поэтому они имеют большую разрешающую способность и меньшую зависимость её от толщины плёнки фоторезиста.

После экспонирования удаляем не облученные участки фоторезиста проявителем УПФ-1Б, производим удаление в том же аппарате что и нанесение OSTEC EVG®101, в течение 30 секунд при температуре 20 оС и 1000 об./мин.

7. Полимеризация

Для придания устойчивости фоторезиста к последующему воздействию агрессивных сред проводят вторую сушку (так называемое термическое структурирование). При этом температуру увеличивают плавно с выдержкой через 10-20 мин.

Полимеризацию фоторезиста проводим в сушильном шкафу Sawatec HP 150 при температуре 130 оС в течение 30мин.

8. После проявления и полимеризации фоторезиста проводим 100% контроль фотомаски по размерам элементов в 3-4-х точках при увеличении 400х. микроскопом Nikon Eclipse L200А.

9. Травление является завершающей стадией формирования рисунка элементов ИМС. При этом должно быть обеспечено минимальное искажение геометрических размеров, полное удаление материала на участках, не защищённых фоторезистом, высокая селективность воздействия травителя. Составы травителей на характерные слои структур ИМС: SiO2 и примесносиликатные стёкла – HF:NH4F:H2O=1:3:7; Si3N4 – H3PO4 в смеси с P2O5; Al – H3PO4:HNO3:CH3COOH:H2O=15:7:3:1.

10. Снятие пленки фоторезиста

Заключительной операцией процесса фотолитографии является удаление фоторезиста, т.е. той фотомаски, которая выполнила свою задачу по формированию рисунка ИМС. Для этого возможно 3 способа: химическая деструкция – разрушение фоторезиста в серной кислоте или в смеси H2SOsub>4:H2O2=3:1; удаление в органических растворителях – ацетон, диметилформамид и др.; плазмохимическая деструкция – обработка в низкотемпературной ВЧ кислородной плазме при давлении 102-103 Па. Плазмохимическое травление (ПХТ) обладает значительным преимуществом как процесс более производительный, более эффективный, дешёвый и поддающийся автоматизации.

Для удаления старой фотомаски, из фоторезиста ФП-383, пользуемся аппарат OSTEC EVG®101, и смывателем СПР-01Ф, удаление производим в течение 3 минут и 1000 об./мин. после чего промываем дистиллированной водой и сушим в центрифуге аппарата.

11. после удаления фотомаски проводим контроль качества полученного рельефа рисунка в подложке микроскопом Nikon Eclipse L200А при увеличении 400х.

Выбор и описание технологического оборудования

Внешний вид установки отмывки и сушки OSTEC ADT 976 представлен на рис. 6 а, принципиальная схема рис. 6 б. Установка последовательно осуществляет струйную обработку пластин деионизованной водой и сушку горячим азотом при одновременном центрифугировании.

Блок отмывки и сушки выполнен в виде цилиндрической камеры 11, через дно которой введен вал центрифуги 14. Привод вращения центрифуги 10 содержит электродвигатель постоянного тока с регулируемым числом оборотов. На валу центрифуги закреплены держатели для 8и пластин. Камера закрывается сверху крышкой 8, которая в рабочем состоянии прижимается к торцу камеры через прокладку 7 с помощью вакуумной рубашки 6. В центре установки закреплен патрубок 9 с форсунками, через которые подается вода для струйной обработки и азот для сушки. Подача воды и азота управляется последовательным включением электромагнитных клапанов 3, в магистрали подачи азота установлен электрический подогреватель 4. В дне камеры выполнено дренажное отверстие 13, сбоку расположен патрубок для соединения с вытяжной вентиляцией 12. Патрубок 1 деионизированная вода патрубок 2 азот патрубок 5 вакуум

Установка совмещения и экспонирования OSTEC EVG620 представлена на рис 7, она состоит из модуля предварительного позиционирования рис 8, манипулятора рис. 9, калибратора рис 10, блока экспонирования рис 11.

Модуль предварительного позиционирования рис 8 состоит из блока предварительного позиционирования a, транспортера b и манипулятора c. Механизм позиционирования подложек a выполнен в виде столика 2 с вакуумным зажимом, вокруг которого установлены 3и ролика, Ролики 1 не имеют собственного привода, ролик 3 получает вращение от электродвигателя. Вращение подложки контролирует датчик 4, определяя положение ее бокового среза, раструб воздушной завесы 11 не дает пыли подлетать к столику. После предварительного позиционирования рука 6 транспортера b накрывает подложку вакуумным захватом 8 подключенного к шлангу вакуума 5. Вращаясь на шарнире 7, рука транспортера устанавливает подложку на поворотный диск 10 манипулятора 9.

Рис. 8 Принципиальная схема модуля предварительного позиционирования уст. OSTEC EVG620

Манипулятор рис. 9 обеспечивает перемещение подложки по ортогональным осям и ее поворот при совмещении с фотошаблоном.

Рис. 9 Принципиальная схема манипулятора установки OSTEC EVG620

Внутри литого корпуса 1 установлен поворотный диск 7 с вакуумным зажимом, соединенный с механизмом вертикальных перемещений рис 10. Поворотный диск центрируется тремя подшипниками 5. Угловой поворот диска 7 производится электродвигателем 9, который по средствам тяги 6, и связанного с ней упора 11, поворачивает диск 7. Перемещение по оси X осуществляется с помощью электродвигателя 10, который по средствам тяги 6, и связанного с ней эксцентрика 4, воздействует на панель 3. Для перемещения по оси Y используется электродвигатель 8, который по средствам тяги 6, и связанного с ней эксцентрика 4, воздействует на панель 3. С противоположных эксцентрикам сторон панель 3 зажимается подпружиненными подшипниковыми упорами 2.