6.3.3. Роль поверхности в процессе фотолитографии

В процессе фотолитографии при проведении травления решающими являются такие свойства фоторезиста, как стойкость к агрессивным средам и адгезия к поверхности твердого тела. Адгезия пленки фоторезиста зависит от химического состава и строения самого фоторезиста, поверхности твердого тела и режимов формирования адгезионных соединений. Качественно оценивать адгезию полимерных пленок можно, используя явления смачивания поверхности твердых тел адгезивами. Смачивание заключается в том, что поверхность твердого тела, соприкасавшаяся с атмосферой, замещается поверхностью соприкосновения твердого тела с жидкостью. Одним из главных критериев смачиваемости является краевой угол смачивания (), измеренный внутри жидкой фазы (рис. 6.2).

Рис. 6.2. Смачиваемость твердого тела жидкостью

На степень смачивания, т. е. на величину краевого угла , существенное влияние оказывают как свойства жидкости, так и поверхностное состояние твердого тела. Сорбция посторонних веществ на поверхности твердого тела, ее шероховатость, структура могут резко изменить величину краевого угла. Вода на свежеобработанной поверхности золота имеет краевой угол, равный 7°, в присутствии паров бензола он увеличивается до 80°. Следовательно, краевой угол смачивания можно использовать в качестве критерия не только для выбора оптимальных режимов формирования адгезионных соединений, но и для оценки воспроизводимости состояния исследуемых твердых поверхностей и методов их обработки. Этот вывод особенно важен для процессов фотолитографии при изготовлении интегральных схем, где многократно используются твердые поверхности.

Контакт между фоторезистом и подложкой, необходимый для получения хорошей адгезии, может быть ухудшен поверхностными примесями. Поверхностные загрязнения, такие как пыль, масла, адсорбированные газы, ионы легирующих примесей или монослои от предыдущих покрытий фоторезиста, могут создавать области слабой адгезии. Удаление очевидных видимых примесей,таких как жир, отпечатки пальцев или пыль может способствовать получению чистой поверхности, однако часто ряд адсорбированных примесей обнаружить весьма трудно. Некоторые сильно адсорбированные примеси остаются связанными с поверхностью даже при температурах до 400 С и их можно удалить лишь обработкой в горячей серной или азотной кислотах.

Плоскость подложки имеет также большое значение для получения хорошей адгезии. Чем глубже микротрещины и провалы в поверхности подложки, тем труднее высвободить окклюдированный воздух, который будет создавать области слабой адгезии. Это особенно важно при проведении повторных фотолитографических процессов уже на рельефных пластинах. Жидкость удаляет воздух с твердой поверхности, если угол контакта между тремя фазами, измеренный в жидкой фазе, чрезвычайно мал и процесс протекает с помощью капиллярных сил, задерживаясь из-за более высокой вязкости. Существует также фактор времени для высвобождения воздуха, хотя и было показано, что жидкость, попавшая в поры или во впадины, не будет заполнять данное пространство далее определенной глубины, независимо от временного интервала.

Для устранения этого явления фоторезист может наноситься на неподвижную поверхность с возможностью его последующего растекания по подложке и затем центрифугироваться. Увеличение вязкости фоторезиста снижает скорость высвобождения воздуха с поверхности подложки. При нанесении фоторезиста на неподвижную поверхность до начала центрифугирования должно пройти достаточно времени, чтобы обеспечить высвобождение воздуха. Независимо от способа нанесения фоторезиста захват воздуха можно уменьшить путем использования однородных и плоских пластин.

Вышеперечисленные факторы являются лишь предпосылкой для обеспечения адгезии фоторезистивных покрытий к подложке. Сама же адгезия будет определяться в первую очередь химическим строением полимеров и их физическим состоянием. Как показывает анализ фоторезистов, при их создании используются в основном аморфные полимеры, а так как адгезия покрытий определяется не только условием пленкообразования, но и режимами сушки и второй термообработки фоторезистивных покрытий, при этом большое значение приобретает совпадение этих режимов с температурными переходами полимера, которые определяются экспериментальными методами.