Фотолитография. 
Основы автоматизации технологических процессов

Процесс фотолитографии (рис. 1.4) включает стадии:

• • формирование пленки фоторезиста (операции 1−3);
• • получение изображения на фоторезисте (операции 4—6);
• • перенос изображения на оксид или метатл (операция 7).

Операции 8—12 обеспечивают выполнение технологического процесса на соответствующих стадиях.

Для очистки поверхности (операция 1) и травления (операция 7) используются как химические, так и вакуумно-плазменные методы, рассмотренные ранее. К оборудованию для.

Рис. 1.4. Технологический процесс фотолитографии:

• 1 — очистка пластины; 2 — нанесение фоторезиста; 3 — сушка;
• 4 — совмещение и экспонирование; 5 — проявление; б — сушка

и задубливание; 7- травление; 8 — подача фоторезиста; 9 — комплект фотошаблонов; 10 — подача проявителя; 11 — подача травитсля; 12 — удаление фоторезиста

нанесения пленки фоторезиста (операция 2) предъявляются следующие требования:

• — нанесенная пленка не должна иметь дефектов (проколов, вкраплений, разрывов и т. п.);
• — толщина пленки должна быть воспроизводимой от процесса к процессу и равномерной по площади пластины;
• — пленка должна иметь хорошую адгезию к поверхности пластины.

Для нанесения пленки фоторезистов используются центрифугирование, распыление, окунание, накатка. Наибольшее распространение в настоящее время получило оборудование для центрифугирования. В нем пленка формируется иод действием центробежных сил, растягивающих каплю фоторезиста на поверхности быстровращающейся пластины. Неравномерность толщины пленки при этом не превышает ±10%.

В состав установок обычно входят: центрифуга, на которой могут размещаться одновременно от одной до десяти пластин; механизм крепления пластин (обычно вакуумный присос); форсунка для дозированной подачи фоторезиста; устройства для загрузки и выгрузки пластин.

Получение качественной пленки возможно только в условиях высокой очистки среды (нулевой или первый класс электронной гигиены). Допускается от одной до четырех пылинок диаметром 0,5 мкм и более в литре воздуха. Нанесение производится в неактиничном свете, длина волны которого зависит от типа фоторезиста.

Процесс сушки (операция 3) определяет такие важные показатели пленки, как адгезия, наличие внутренних напряжений, которые могут приводить к появлению трещин, и стойкость к кислотам.

В оборудовании для сушки используются методы нагрева в ИКи СВЧ-дианазонах. Нагрев производится в печи в среде инертного газа (обычно осушенного азота). Температура в рабочей камере стабилизируется с погрешностью ±5 ° С.

Большое внимание при конструировании печей и выборе режима сушки уделяется скорости испарения растворителя из пленки и удалению паров из рабочего пространства. Это объясняется тем, что в процессе сушки могут образовываться проколы при прохождении пузырьков газа через пленку. Для уменьшения разрывов и проколов сушка проводится в две стадии: сначала при комнатной температуре, а затем при нагреве до 100—140 °С.

Повышение качества пленки достигается применением термокомпрессионной сушки, которая осуществляется при давлении (5—7) • 10⁵ Па. В этом случае сушка проводится в одну стадию при температуре 200 °C; полученная пленка хорошо обрабатывается в холодных растворителях.

В состав установок для сушки входят: рабочая камера с источниками И Кили СВЧ-нагрева, стол для размещения пластин, источники питания нагревателя, газовая система. Установки для сушки должны помещаться в вытяжные шкафы, поскольку при сушке испаряются вредные вещества.

Формирование топологии на фоторезистивной пленке осуществляется путем облучения через маску-фотошаблон (операция 4). Для последовательно получаемых изображений (см. рис. 1.2, 1.3) используются разные шаблоны, которые изготавливаются в виде комплекта. Изображения должны быть совмещены друг с другом с высокой точностью.

В производстве используются установки для контактной и проекционной печати. В состав установок обычно входят: устройства совмещения автоматические или ручные, механизм фиксации пластины и фотошаблона, оптическая система, координатный стол, осветитель, устройства загрузки и выгрузки пластин. Установки совмещения и экспонирования эксплуатируются в помещениях нулевого или первого класса электронной гигиены.

Задача проявления (операция 5) — сформировать на пленке фоторезиста защитную маску с нужной топологией. Рисунок получают обработкой облученных зон реактивами. При использовании позитивных фоторезистов пленка после химической обработки разрушается, а у негативных фоторезистов — полимеризуется.

При проявлении пластина последовательно обрабатывается несколькими реактивами, выявляющими рисунок, фиксирующими свойства материала и растворяющими необлученную область (негативный процесс) или области, подвергнутые облучению (позитивный процесс). Операция заканчивается промывкой.

В установках для проявления проявитель на пластину подается методами полива, распыления, окунания.

Повышение требований к качеству процессов фотолитографии, увеличение объемов выпуска ИМС, а также необходимость исключения человека из непосредственного участия в технологический процессе привели к созданию автоматических и автоматизированных линий фотолитографии. Общими принципами построения таких линий являются:

• • индивидуальная обработка пластин методом «из кассеты в кассету», исключающая участие оператора в перегрузке пластин;
• • автоматическая транспортировка пластин либо на воздушной подушке, либо с помощью транспортера в специальных спутниках;
• • автоматическая установка пластин в рабочую позицию и обратная передача на транспортер;
• • управление операциями с помощью микропроцессорных систем, связанных с ЭВМ более высокого уровня, откуда поступают программы обработки пластин.

Транспортная система таких линий представляет собой закрытый канал, защищенный от проникновения пыли и актиничного освещения. При трении движущиеся механизмы транспортной системы не должны образовывать пыль и электростатические заряды.