Процессы проявления фоторезиста

Следует отметить, что во время экспонирования только часть ОНХД разрушается, а около 30% остается без изменения. При проявлении в щелочном растворе происходит реакция азосочетания исходного ОНХД с инденкарбоновой кислотой с образованием азокрасителя, что приводит к окрашиванию освещенных участков копии. В целом процесс проявления можно представить протекающим в 4 стадии: смачивание поверхности проявляющим раствором; диффузия раствора сквозь поры и трещины слоя, набухание слоя; ослабление адгезионной связи и отслаивание пленки от подложки; механическое удаление пленки.

Ввиду малых толщин копировального слоя все эти стадии проходят очень быстро. Смачивание является первым актом действия проявляющего раствора на освещенный слой. Хорошее смачивание обусловлено наличием карбоновых кислот и новолачных фенол-формальдегидных смол в пленке. По мере проникновения проявителя к подложке происходит набухание пленки, в процессе которого образуются водорастворимые соли карбоновых кислот, растворяется новолачная смола, образуются водорастворимые азокрасители между разрушенными и исходными диазокомпонентами и диспергируется пленка В связи о тем, что в состав пленки входят и щелоченерастворимые компоненты (эпоксидные смолы), полного химического растворения пленки не происходит. За счет отслаивания пленки от подложки и растворения отдельных составляющих диспергированные частички удаляются механическим воздействием.

Обычно в качестве проявляющих растворов используют 2−5%-ные растворы трехзамещенного фосфорнокислого натрия или 1−2%-ные растворы кремнекислого натрия. Могут быть использованы 0,2−0,5%-ные растворы едкого натра. Состав, концентрация и температура проявляющих растворов играют исключительно важную роль в процессе проявления. Хотя основное назначение проявления состоит в удалении освещенных участков копировального слоя, не менее важно, чтобы неосвещенные участки при этом не изменяли своих физико-химических свойств. А поскольку в состав пленок входят щелочерастворимые фенолформальдегидные смолы, то при проявлении происходит частичное разрушение слоя и на неосвещенных участках Степень этого разрушения зависит от перечисленных выше параметров проявляющих растворов, а также от времени (скорости) проявления щелочестойкости копировального слоя.

Окончательное формирование в пленке фоторезиста изображения элементов схем происходит при обработке соответствующими растворами экспонированных покрытий и соответствующем удалении облученных (для позитивных составов) или необлученных (для негативных) участков. В проявлении негативных и позитивных фоторезистов имеются достаточно четкие различия, которые обусловлены химической природой полимерных материалов, входящих в состав фоторезистов, и типом протекающих фотохимических реакций. Для всех негативных фоторезистов характерно протекание процессов фотохимического сшивания и применения в процессах проявления органических растворителей. Процесс проявления негативных составов является типичным физико-химическим процессом растворения полимеров.

Для существующих позитивных фоторезистов процесс проявления более сложен и основан на химическом взаимодействии продуктов фотолиза о-нафтохинондиазидов и фенольных смол со щелочными составами и последующем физико-химическом удалении продуктов реакции.

Проявление негативных фоторезистов. Одновременно с проявлением и последующей промывкой и сушкой негативных фоторезистов происходят следующие процессы:

• 1)Диффузия молекул проявителя в облученную и необлученную части пленки фоторезиста;
• 2)Набухание облученных и необлученных участков пленки;
• 3)Растворение необлученных участков пленки и переход молекул полимера в объем растворителя;
• 4)Формирование конфигурации элементов;
• 5)Очистка необлученных участков поверхности от остатков фоторезиста;
• 6)Испарение растворителя из объема облученных участков пленки фоторезиста и возвращение ее к первоначальным геометрическим размерам.

Облученные участки пленки фоторезиста (в зависимости от дозы облучения) могут содержать в своем составе сшитые макроструктуры, отдельные полимерные молекулы и разветвленные системы. Проявитель для негативных фоторезистов должен обладать, с одной стороны, хорошей растворяющей способностью по отношению к исходному полимеру, а с другой — минимальным воздействием на облученные участки пленки. Проявитель должен вызывать минимальное набухание облученных участков и, следовательно, минимальное искажение геометрических размеров. Набухание облученных участков зависит в основном от количества сформировавшихся поперечных связей и свойств сшитого полимера. При недостаточной экспозиции облученные участки будут либо полностью растворяться, либо набухать до такой степени, что пленка может оторваться от поверхности подложки, либо настолько увеличиваться в объеме, что соседние элементы схемы соединяются между собой. Поэтому для негативных фоторезистов правильность выбора экспозиции определяется не только по получению определенной геометрии элементов, но и по набуханию облученных участков фоторезиста.

Для негативных фоторезистов, экспонированных в оптимальных режимах, перепроявление неопасно, поэтому процессы проявления этих составов достаточно просто автоматизируются. Проявление фоторезистов может проходить либо в статических условиях, либо методом распыления жидкости. При определенных минимальных размерах элементов изображения и расстояний между ними проявление сильно затрудняется вследствие невозможности удаления неэкспонированного полимера из промежутков между элементами.

Проявление позитивных фоторезистов. Как уже отмечалось, проявление облученных участков позитивных фоторезистов на основе нафтохинондиазидов по своей природе имеет химический характер:

Рисунок 1.5 — Химический характер нафтохинондиазидов.

Образующаяся соль инденкарбоновой кислоты растворима в воде и при проявлении переходит в раствор. Кроме того, в пленке фоторезиста содержатся фенольные смолы, которые также растворимы в водно-щелочных растворах. Особенностью проявления позитивных фоторезистов является практически полное отсутствие набухания необлученных участков, поэтому разрешающая способ-ность позитивных фоторезистов в меньшей степени зависит от толщины покрытия.

Еще одна особенность проявления позитивных фоторезистов — их чувствительность к перепроявлению, т. е. к чрезмерно длительному пребыванию пленки фоторезиста в проявителе. Чем выше скорость растворения облученных участков пленки V0 и одновременно ниже скорость растворения необлученных участков Vн, тем избирательнее работает проявитель.

Введение

в проявитель поверхностно-активных веществ уменьшает его поверхностное натяжение, увеличивает смачиваемость фоторезиста и способствует более эффективному удалению облученных участков и уменьшению клина проявления.

Стабильность геометрических размеров элементов при перепроявлении зависит от целого ряда факторов, основными из которых являются: а) химическое строение фоторезиста; б) концентрация и температура проявителя; в) качество пленки фоторезиста и ее адгезия к поверхности подложки, и следовательно, режимы формирования и сушки пленки фоторезиста; г) время экспонирования; д) индукционный период и скорость растворения необлученных участков пленки.

Места попадания дифрагированного света в область геометрической тени можно рассматривать как участки с увеличенной скоростью растворения необлученной пленки. Стабильная и воспроизводимая реализация скрытого изображения элементов, сформированных при экспонировании, возможна лишь при оптимизации всех режимов пленкообразования фоторезиста и использовании пленок фоторезистов, обладающих максимальной селективностью при воздействии проявителя на облученные и необлученные участки.