Санкт-Петербургский Государственный Электротехнический Университет им. Ульянова – Ленина «ЛЭТИ»

Кафедра ФЭТ

Отчет

По лабораторной работе № 8

«Изучение процесса контактной фотолитографии»

Преподаватель: Шаповалов В. И.

Студенты: Сафина Л.А.

Егорова О.П

Кочкин Е.С.

Группа 8202

Санкт-Петербург

2011г.

1.Цель работы.

1. Ознакомление с технологической установкой и процессом контактной

фотолитографии.

2. Приобретение практических навыков проведения процесса ФЛ.

2. Схема технологического процесса фотолитографии.

Фотолитография (ФЛ) относится к методам трафаретной локальной микрообработки, позволяющим получать рельеф требуемой конфигурации на диэлектрических, металлических или полупроводниковых пленках. Суть процесса ФЛ заключается в создании на поверхности пленки защитного рельефа требуемой конфигурации с помощью светочувствительного материала (фоторезиста) с последующей локальной обработкой незащищенных участков пленки химическими, электрохимическими, плазмохимическими и другими методами.

Фоторезист (ФР) представляет собой сложную полимерную или мономерную структуру, в которой под действием излучения определенного спектрального состава в процессе экспонирования протекают фотохимические процессы, приводящие к изменению ее растворимости. В зависимости от характера протекающих фотохимических процессов фоторезисты делятся на негативные (НФР) и позитивные (ПФР). ПФР приобретает растворимость экспонированных участков в результате реакции фотораспада полимера, а НФР теряет растворимость экспонированных участков в результате реакции полимеризации мономера.

Рис. 1 1 – подложка; 2 – рабочая пленка, на которой дол-

жен быть сформирован рисунок, заданный фотошаблоном; 3 – пленка фоторезиста; 4 – фотошаблон (ФШ); 5 и 6 – защитный рельеф фоторезиста (фото-

резистивная маска).

Базовой характеристикой технологического процесса является проектная норма, под которой понимается минимальный топологический размер микросхемы, формируемый с помощью ФЛ.

Изучение ФЛ в учебной лаборатории проводится на оборудовании, которое не позволяет получить высокое разрешение, достигнутое в промышленности. Однако оно дает возможность на примере контактной ФЛ продемонстрировать последовательность выполнения операций и получить конкретный результат в виде определенного рисунка, сформированного на металлической или другой пленке. Приводимые далее отдельные параметры, характеризующие ФЛ, относятся к процессу, поставленному в учебной лаборатории.

Рис.2 Процесс фотолитографии.

Следует заметить, что все этапы процесса тесно взаимосвязаны, оказывают влияние друг на друга и только в совокупности определяют качество процесса ФЛ. Однако, все причины, приводящие к на рушению качества ФЛ, условно можно разбить на две группы: неточная передача размеров и локальные дефекты.

2. Таблица экспериментальных результатов.

Контролируемый объект	Качественные характеристики	Линейные размеры
ФШ	Четкие границы, ровные линии, присутствуют дефекты за счет контакта.	В = 75 мкм – светлая полоса С = 50 мкм = расстояние между ними.
ФР-пленка	Линии рисунка ровные и четкие. Блестящая, прозрачная, ровная, гладкая поверхность, легко повреждаемая, за счет механического воздействия(например пинцетом). Присутствуют добавки.	Размеры определяются скоростью вращения и типом ФР.
ФР-маска	Задубливание происходило при Т = 130 оС, t = 10 мин.	A = 3*25 мкм – полоса В = 2*25 мкм – расстоние
Пленочные элементы микросхемы	Существуют разрывы и повреждения	А = 75 мкм; В = 50 мкм

2. Анализ полученных результатов.

Основные требования к фотолитографии: высокая разрешающая способность, минимально привносимая дефектность и большая производительность, которые определяются обычно свойствами фоторезистов, параметрами фотолитографического оборудования и чистотой технологического помещений.

Причины, приводящие к нарушению качества ФЛ, условно можно разбить на две группы: неточная передача размеров и локальные дефекты.

Неточная передача размеров ФЛ определяется:

– погрешностью изготовления ФШ ΔФШ ≤ 0.4 мкм;

– погрешностью совмещения Δсов ≤ 0.8 мкм;

– погрешностью формирования ФР-маски ΔФРМ. Значение ΔФРМ определяют следующие факторы: тип ФР, оптимальность экспозиции и времени проявления, толщина ФР-слоя, отражательная способность рабочей пленки и ФШ, зазор между ФШ и пленкой ФР, оптические явления в слое ФР;

– погрешностью травления Δтр (перенос рисунка ФР-маски на рабочую пленку). Значение Δтр зависит от степени анизотропии процесса травления A, которая равна отношению скоростей травления рабочей пленки в вертикальном vв и горизонтальном vг направлениях: A = vв vг .

Рис. 3 Влияние погрешности.

В данной лабораторной, при такой точности эксперимента, мы не наблюдали неточной передачи размеров погрешности и размеры ФШ и пленочного элемента микросхемы полностью совпали а = 75 мкм, в = 50 мкм.

Мы проверили как наличие трещин, царапин и пыли на ФШ отражается на рисунке элемента микросхемы. Специально созданные нами погрешности мы четко увидели в микроскоп. Такие механические дефекты сильно отражаются на работе элемента.

К основным характеристикам ФР относятся:

1) светочувствительность – величина, обратная количеству поглощенной световой энергии, требуемой для перевода ФР в растворимое или нерастворимое (в зависимости от типа ФР) состояние;

2) разрешающая способность R – максимально возможное число раздельно передаваемых полос защитного рельефа на 1 мм поверхности. Значение R определяется размерами полимерных молекул ФР. ПФР, применяемый в учебной лаборатории, имеет R = 1000…2000 лин/мм, НФР имеет R = 500…1000 лин/мм. Однако следует отличать разрешающую способность ФР от разрешающей способности процесса ФЛ, которая значительно ниже, так как зависит от многих технологических факторов.

3) стойкость ФР к химическим воздействиям – величина, пропорциональная времени сохранения маскирующих свойств пленки ФР в используемом травителе. Стойкость зависит как от химического состава полимерной основы ФР, так и от состояния пленки ФР;

4) стабильность ФР – определяется сроком службы ФР, т. е. стабильностью его фотохимических свойств при определенных условиях хранения и использования.

При изготовлении интегральных схем процесс повторяют многократно на различных технологических слоях материала и при этом каждый последующий рисунок должен быть совмещен с предыдущим.

5. Выводы:

В данной лабораторной мы практически ознакомились с технологией контактной фотолитографии, а так же приобрели практические навыки проведения процесса ФЛ . Понаблюдали за каждым этапом данного процесса, осмотрели и охарактеризовали каждый материал. Каждый изготовленный материал мы наблюдали в микроскоп и отслеживали процесс формирования пленки. И так же специально создали погрешности и посмотрели их влияние на процесс.

Из анализа можно сделать вывод, что очень большую роль в фотолитографии играет чистота помещения, где производится процесс, так как пыль вносит большое количество дефектов на каждой стадии процесса.

При наличии современных фоторезистов и отработанной технологии качество фотолитографии во многом определяется качеством фотошаблонов, а производство их является в настоящее время одним из наиболее сложных процессов, связанных с фотолитографией. 

5