6.4.1. Оптические явления в системе фотошаблон – фоторезист – подложка

Облучение пленок фоторезистов через фотошаблон вызывает появление в них скрытых изображений, выражающееся в локальном изменении их физико-химических параметров и, в первую очередь, растворимости. Возникновение скрытого изображения и последующее его превращение в видимое зависит от оптимально выбранного соотношения режимов экспонирования и проявления, при котором формируется наиболее точное изображение и достигается максимальная разрешающая способность. Это соотношение в свою очередь зависит при прочих равных условиях от свойств фоторезиста, а именно, его светочувствительности, области актиничного поглощения, кинетики протекания фотохимических процессов. Кроме того, следует учитывать физико-химические свойства покрытия: адгезию, однородность, наличие внутренних напряжений, отношение к проявителю и т. д.

Зарождение скрытого изображения в слое фоторезиста в процессе экспонирования в системе источник света – фотошаблон – фоторезист – подложка и последующая реализация этого изображения при проявлении, а также предельные возможности контактной фотолитографии во многом зависят от оптических эффектов в системе. Среди оптических явлений, влияющих на процесс экспонирования, в первую очередь следует отметить дифракционные явления, эффекты отражения, интерференцию. Именно эти эффекты будут определять предельную возможность контактной фотолитографии по разрешающей способности и те побочные явления, которые приводят к деформации изображения или появлению технологического брака, снижающего выход фотолитографического процесса. В этом плане представляет интерес проследить кинетику зарождения изображения в пленке фоторезиста с последующей его реализацией при проявлении, оценить удельное влияние каждого явления для воспроизведения элементов различных геометрических размеров и сформулировать основные требования высокоточного воспроизведения геометрических размеров элементов.

Современная технология изготовления интегральных схем выдвигает требования воспроизведения размеров элементов менее 1 мкм на рабочем поле диаметром 150–300 мм. Реализация предельных параметров оптико-механического оборудования в фотолитографии в значительной степени зависит от конструктивных параметров системы фотошаблон – подложка, которые в свою очередь зависят от плоскостности фотошаблона и подложки и метода контактирования.

Воспроизводимо получать элементы субмикронных размеров не удается в основном из-за дифракционных явлений, степень проявления которых зависит от плоскостности рабочих сторон контактирующих поверхностей, т. е. воздушного зазора в системе фотошаблон – подложка. Отмечается, что для получения субмикрон-ных размеров элементов необходима плоскостность поверхности фотошаблона не менее 0,5 мкм на рабочем поле.

Рис. 6.5. Возникновение «стоячей волны» при полном отражении от подложки:

1 – падающая волна, 2 – первичная волна, 3 – волна, отраженная от подложки, 4 – вторичная волна

Актиничный световой поток, прошедший через фотошаблон и пленку фоторезиста, может трансформироваться различным образом. Часть его поглощается фоторезистом. Однако другая его часть доходит до поверхности подложки и может быть отражена ею. Отраженный световой поток, возвращаясь в пленку фоторезиста, интерферирует с проходящим светом, вызывая появление дополнительных оптических эффектов, и реагирует с молекулами фоторезиста, вызывая дополнительное его экспонирование в местах, защищенных темными участками фотошаблона. Одним из таких оптических эффектов является появление «стоячих волн» (рис. 6.5).

Развитие техники фотошаблонов привело к появлению цветных фотошаблонов, одним из основных достоинств которых является значительно меньший коэффициент отражения маскирующего покрытия (от 50–60 % для хромированных до 5–15 % для цветных покрытий). Меньшее значение коэффициента отражения поверхности цветного покрытия по сравнению с хромированным увеличивает устойчивость процессов экспонирования и проявления, а также повышает точность воспроизведения геометрии элементов фотошаблонов.