6.4.2. Процессы проявления фоторезистов
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:
диффузия молекул проявителя в облученную и необлученную части пленки фоторезиста;
набухание облученных и необлученных участков пленки;
растворение необлученных участков пленки и переход молекул полимера в объем растворителя;
формирование конфигурации элементов;
очистка необлученных участков поверхности от остатков фоторезиста;
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 о-нафтохинондиазидов по своей природе имеет химический характер:
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, поэтомуразрешающая 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