7.2. Экспонирование

При экспонировании производится проецирование (с помощью излучения) на поверхность резиста рисунка, изготовленного на шаблоне. Шаблон представляет собой плоскопараллельную пластинку с рисунком, состоящим из прозрачных и непрозрачных для определенного вида излучения участков. Требование к экспонированию: высокая разрешающая способность, высокая контрастность, точность воспроизведения всех размеров рисунка. Некоторое размытие изображения при экспонировании связано с такими оптическими явлениями, как дифракция на краях непрозрачного участка шаблона, интерференция в резистной пленке (образовании стоячей волны), малая глубина фокуса используемой оптики.

При изготовлении интегральной схемы, получаемые в каждом ее слое элементы должны находиться в заданных относительно друг друга позициях. Этим определяются жесткие требования на совмещение пластины и шаблона (не более 20% размера минимального элемента). В технологии изготовления интегральных схем используется контактная или проекционная литография (в последнем случае шаблон и пластина находятся на некотором расстоянии). В контактной литографии чаще всего используется глобальное (по всей пластине) механическое совмещение пластины и шаблона по меткам совмещения (кресты, квадраты и т.п.). Совпадения меток добиваются механическим перемещением стола с шаблоном при неподвижном положении пластины (точность совмещения не выше мкм). Для прецизионного совмещения ( мкм) используются методы: детектирование света на краю элементов схемы; сравнение сигналов отраженного света; регистрация света, дифрагировавшего на зонной пластинке.

7.3. Проявление изображения в резисте

Проявление представляет собой процесс контролируемого удаления резиста с экспонируемых (позитивный резист) и неэкспонируемых (негативный резист) участков. В основном используется жидкостный (мокрый) способ проявления. Состав проявителя выбирается в зависимости от состава и свойств резиста. Проявители на водной основе являются наиболее дешевыми и безопасными. В настоящее время развивается «сухое» проявление, основанное на различии в летучести соединений в газовой атмосфере (где присутствует фреоны и кислород) или на удалении резиста с помощью плазмы.

7.4. Методы формирования рисунка в функциональных слоях интегральных схем

После того, как топологический рисунок сформирован в резистной пленке, необходимо перенести это изображение без искажений в функциональный слой (металлический, диэлектрический или полупроводниковый) для получения различных элементов: резисторов, конденсаторов, p-n-переходов, межсоединений и т.д. Формирование топологического рисунка в функциональных слоях осуществляется с помощью травления и состоит в избирательном удалении материала в немаскированных резистом участках слоя. В субмикронной технологии жидкостные методы обработки не могут обеспечить достаточной точности получения функциональных элементов, поэтому в основном используются «сухие» методы: ионно-лучевое травление; ионно-плазменное; плазмохимическое.

Ионно-лучевые методы травления основаны на распылении поверхностных слоев материала функционального слоя под действием бомбардировки ионами инертных газов. Если энергия ионов, менее 10–50 эВ распыление материала не происходит. При увеличении энергии ионов до нескольких десятков кэВ коэффициент распыления растет почти линейно, затем, с ростом энергии ионов выше 50 кэВ уменьшается в связи с имплантацией бомбардирующих ионов в мишень-подложку.

К проблемам, возникающим при ионно-лучевом травлении, относятся, в основном, две. Первая – резистные маски зачастую имеют скорость распыления большую, чем материалы, подвергающиеся травлению. Это требует либо использования достаточно толстых резистов (что ведет к снижению литографического разрешения), либо применения в качестве маски материалов с небольшим коэффициентом распылении (например, тугоплавких металлов), что усложняет проблему формирования маски. Вторая проблема – образование радиационных дефектов (ионизационных и позиционных). Для устранения обратимых дефектов используют отжиг в восстановительной или инертной атмосфере при температуре .

К достоинствам ионно-лучевого травления относятся возможность обработки практически любых твердых материалов и высокая анизотропность, а к недостаткам – низкие селективность и скорость процесса травления. Для изменения скорости травления можно использовать ионы различных химически активных газов: так, ионы кислорода увеличивают скорость травления полимерных материалов (резистов) и уменьшают скорость травления металлов в десятки раз; ионы галогеноуглеродов ( ) повышают скорость и селективность травления в 3–10 раз.

При ионно-плазменном травлении мишень-катод бомбардируется ионами плазмообразующего газа (инертного или химически активного). Этого можно добиться, например, используя обрабатываемую мишень в качестве катода в тлеющем разряде. Метод ионно-плазменного травления обладает достаточно высокой скоростью и анизотропией, но низкой селективностью, которую можно увеличить соответствующим выбором реакционных газов.

Удаление поверхностных слоев при плазмохимическом травлении основано на химическом взаимодействии обрабатываемого материала с химически активными частицами, образующимися в плазме. На первом этапе осуществляется ионизация рабочих газов в электрическом разряде, затем активные частицы диффундируют к поверхности обрабатываемого материала, где адсорбируются и взаимодействуют с обрабатываемой поверхностью.

Дальнейшие технологические разработки ведутся в направлении увеличения скорости, улучшения анизотропности и селективности процесса травления, а также к улучшению понимания сложных физико-химических закономерностей процессов сухого травления.