Фоторезисти. Позитивни и негативни фоторезисти
Работни страници
Съдържанието на произведението
Като светлочувствителни материали в полупроводниковата индустрия се използват различни състави на основата на органични вещества. Основното свойство на такъв състав - значителна промяна във физикохимичните свойства под действието на облъчване с актинична светлина - се обяснява с фотохимични реакции между компонентите на състава, в резултат на което в някои случаи молекулите на веществото се омрежват в полимерни структури, в други - междумолекулните връзки се разрушават. В резултат на това разтворимостта на филм от такова вещество в проявители със специален състав се променя по такъв начин, че на облъчени места филмът преминава от неразтворимо състояние в разтворимо състояние за някои вещества (положителен FR) или от разтворим в неразтворим (отрицателен FR) за други вещества.
Позитивните фоторезистинай-често се синтезират на базата на нафтохинонови диазиди. Принципът на действие на тези фоторезисти е заместването (унищожаването) на диазогрупата с други функционални групи под действието на светлината, в резултат на което фоторезистният филм става разтворим в алкални проявители.
В негативния фоторезисткато основен компонент се използва поливинил цинамат, който се получава чрез естерификация на поливинил алкохол. Необлъчен поливинил цинамат се разтваря добре в органични разтворители: толуен, хлоробензен, смеси от толуен с хлоробензен и др. При облъчване с актинична светлина филмът от поливинил цинамат преминава и неразтворимото съединениепоради образуването на триизмерна структура от молекули (поради фоточувствителната цинамоилова група, съдържаща двойна въглеродна връзка C=C, която се разкъсва при облъчване с UV светлина и води до омрежване на молекулите на поливинил алкохол в триизмерна структура).
Поливинил цинаматите са чувствителни към ултравиолетовия диапазон на спектъра с дължина на вълната от 330 nm или по-малко, но с помощта на специални сенсибилизатори, границата на чувствителност може да бъде значително изместена към областта на дългите вълни на спектъра до 450 nm.По-специално, конвенционалната оптика, а не кварцът, може да се използва за експониране на положителен фоторезист. Това обстоятелство прави позитивния фоторезист по-подходящ за проекционен печат.
Основните изисквания към фоторезистите произтичат от технологичните особености на тяхното приложение.
Светлочувствителните материали трябва да образуват хомогенни разтвори с дадена степен на вискозитет, за да се осигури равномерно нанасяне на непрекъснат тънък (0,3 - 0,6 микрона) филм, който изсъхва достатъчно бързо. Фоторезистните състави не трябва да имат механични неразтворени включвания (прах) с размер на частиците над 0,1 - 0,2 микрона, в противен случай тези частици образуват пробиви в обработения фоторезист филм.
Фоторезистните филми трябва да имат достатъчновисока адхезиякъм субстратите иустойчивост на ецващи веществас различен състав, поддържащи добра адхезия по време на ецване и осигуряващи релефно ецване до необходимата дълбочина, определена от технологичния процес на производство на основния продукт. Фоторезистите трябваосигуряват достатъчновисока разделителна способностспособност, както и възпроизводимо релефно гравиране с минимални напречни размери. В допълнение към съставите на фоторезистите се налагат изисквания за стабилност на техните свойства във времето и от партида на партида.
В местната и чуждестранната индустрия са създадени голям брой фоточувствителни материали, които отговарят на горните изисквания. Основните фоторезисти, намерили най-широко приложение в индустрията, също са дадени в табл. 6.3.
Разделителната способност на дадените фоторезисти зависи от дебелината на филма и, когато се намали до 0,2–0,3 µm, може да достигне 1200–2000 линии/mm,, което прави възможно фотогравирането на структури с различни конфигурации с размери на структурните елементи до 1 µm или по-малко.
Изображенията, получени върху фоторезистентни филми, имат по-остри ръбове, отколкото могат да осигурят емулсиите с висока разделителна способност. Това явление се дължи на факта, че по своята същност фоторезистите имат молекулярна, а не гранулирана структура, която е характерна за всички фотографски емулсии на базата на сребърни халогенидни съединения.
Все пак трябва да се помни, че разделителната способност на фоторезиста се определя върху проявения релеф, а разделителната способност на процеса на фотолитография като цяло се определя след гравирането на филма върху субстрата. Разделителната способност на процеса до голяма степен се влияе както от условията на експозиция (време, осветяване), така и от качеството на обработката на плочите след експозиция (време за проявяване, киселинна устойчивост на FR, време за ецване).
Подкиселинна устойчивостFR се разбира устойчивостта на фоторезиста към действието на агресивни среди по време на операции на ецване, т.е. при получаване на релеф върху основата. За целта вфотолитографията върху полупроводникова пластина използва киселини: азотна, флуороводородна и др., при производството на фотомаски, като правило, солна киселина.
Недостатъчната киселинна устойчивост на фоторезиста се проявява в следното: фоторезистът е гравиран в краищата на релефа (което променя геометричните размери на шаблона), а също така се отлепва от субстрата по време на ецване или е напълно унищожен (което е напълно неприемливо).