6.3. Фоторезисты

6.3.1. Основные требования к фоторезистам

Проблема создания фоторезистов включает в себя, кроме разработки методов повышения светочувствительности полимеров, подбор и синтез пленкообразующих полимерных и светочувствительных компонентов, разработку композиций и выявление оптимальных условий их применения. Специфика практического использования фоторезистов определяет перечень предъявляемых к ним требований, которым они должны отвечать:

• высокая интегральная светочувствительность и необходимая спектральная чувствительность;

• высокая разрешающая способность;

• однородность по всей поверхности, беспористость и стабильность во времени слоя фоторезиста с высокой адгезией к материалу подложки;

• получение резко дифференцированной границы между участками, защищенными и не защищенными фоторезистом;

• устойчивость к химическому воздействию;

• отсутствие загрязнений продуктами фотохимических превращений фоторезиста;

• доступность материалов, относительная простота, надежность и безопасность применения;

• наличие специфических проявителей и травителей.

Значение спектральной чувствительности фоторезистов позволяет обоснованно выбрать источники излучения, рационально подобрать условия неактиничного освещения помещения для фотолитографических работ. В настоящее время в производстве полупроводниковых приборов широко применяются как позитивные, так и негативные фоторезисты. Позитивные фоторезисты обладают высокой разрешающей способностью и позволяют получить четкие границы изображения. Негативные используются преимущественно в процессах, связанных с глубоким травлением металлов, гальваническими процессами. Весьма ценным свойством их является отсутствие ионов щелочных металлов при проявлении, что особенно важно в полупроводниковой технике. При совместном применении негативных и позитивных фоторезистов облегчается совмещение и контроль поля, исключаются промежуточные операции при совмещении.

6.3.2. Формирование фоторезистивных пленок

Природа растворителя оказывает исключительно сильное влияние на процесс формирования пленки фоторезиста. Наиболее широко распространенный метод формирования таких пленок – центрифугирование. Данный метод состоит из двух этапов: нанесение на подложку светочувствительного раствора и получение необходимой толщины пленки за счет вращения ротора центрифуги с заданной скоростью. В некоторых случаях при формировании пленок фоторезистов наблюдается плохое смачивание ими поверхности подложек. Это явление устраняется механическим распределением фоторезиста по всей поверхности подложек, что обусловливает, однако, повышенную неравномерность формируемых пленок по толщине и увеличивает их загрязненность.

Формирование пленок фоторезистов характеризуется двумя процессами: испарением летучих компонентов фоторезиста и возникновением структуры пленки, определенной условиями испарения растворителей и степенью взаимодействия компонентов системы. Известно, что испарение растворителя из пленки можно представить в виде двух этапов: свободного испарения (испарения чистой жидкости) и замедленного испарения (удаления связанного с полимером растворителя). Замедленное испарение объясняется рядом факторов:

• при испарении растворителя увеличивается концентрация раст­воренного вещества и снижается упругость паров растворителя;

• при уменьшении концентрации растворителя повышается вязкость системы полимер – растворитель и замедляется диффузия молекул растворителя;

• из-за сил притяжения, возникающих между молекулами полимера и растворителя, последний удерживается в пленке.

Основными физическими величинами, влияющими на скорость испарения чистой жидкости, являются упругость паров и молекулярная масса жидкости. Скорость испарения, или степень летучести, служит сравнительной характеристикой растворителя, причем за условную единицу принимают скорость испарения диэтилового эфира. По степени относительной летучести растворители классифицируют на 3 группы: легколетучие – с относительной летучестью менее 7, среднелетучие – с относительной летучестью 7–35 и тяжелолетучие – более 35. Каждая из трех групп играет определенную роль в технологических процессах изготовления пленок. Высокая скорость испарения растворителя приводит к образованию больших внутренних напряжений в пленке, так как ее структурные элементы не успевают с достаточной полнотой осуществить процесс релаксации до начала перехода системы в высоковязкое состояние. Тяжелолетучие компоненты снижают скорость испарения и способствуют растворению полимера в случае его частичного выделения на поверхности системы. Однако при использовании одного тяжелолетучего растворителя возможны «натеки» в пленке за счет слишком медленного увеличения вязкости системы. Применение очень легколетучих растворителей вызывает сильное охлаждение пленки, приводящее к конденсации влаги из воздуха, что ведет к осаждению полимера в виде пористых белесых покрытий.