Фоторезисты. Позитивные и негативные фоторезисты

Фоторезисты

В качестве светочувствительных материалов в полупроводнико­вой промышленности применяют различные составы на основе органических веществ. Основное свойство такого состава — существенное изменение физикохимических свойств под действием облучения актиничным светом — объясняется фотохимическими реакциями между компо­нентами состава, в результате которых происходит в одних случаях сшивание молекул вещества в полимерные структуры, в других — разрушение межмолекулярных связей. В результате растворимость пленки такого вещества в проявителях специального состава изме­няется таким образом, что в облученных местах пленка переходит для одних веществ из нерастворимого состояния в растворимое (позитивный ФР) или из растворимого в нерастворимое (негативный ФР) для других веществ.В пленке позитивного фоторезиста после проявления на облученных участ­ках получаются окошки, для негативного фоторезиста картина будет обратной (негативной) — облученным участкам будет соответство­вать нерастворенная пленка.

Позитивные фоторезисты чаще всего синтезируются на основе нафтохинондиазидов. Принцип действия этих фоторезистов заключается в замене (деструкции) диазогруппы на другие функциональные группы под действием света, в результате чего пленка фоторезиста приобретает растворимость в щелочных проя­вителях.

В негативных фоторезистах в качестве основной составляющей применяют поливинилциннамат, который получают этерификацией поливинилового спирта. Необлученный поливинилциннамат хорошо растворяется в органических растворителях: толуоле, хлорбензоле, смеси толуола с хлорбензолом и др. При облучении актиничным светом пленка поливинилциннамата переходит и нерастворимое соединение за счет образования трехмерной структуры молекул (из-за светочувствительной циннамоильной группы, содержащей двойную углеродную связь С=С, которая разрывается при облучении УФ светом и приводит к сшиванию молекул поливинилового спирта в трехмерную структуру).

Поливинилциннаматы  чувствительны  к  ультрафиолетовой   об­мети спектра с длиной волны от 330 нм и меньше, но с помощью специальных сенсибиллизаторов граница чувствительности может быть существенно смещена в длинноволновую область спектра до 450 нм. Позитивные фоторезисты имеют длинноволновую границу ;сточувствительности в районе 460-480 нм,что снимает ряд требований к прозрачным материалам при конструировании аппаратуры для экспонирования. В частности, для экспонирования позитив­ного фоторезиста  можно использовать обычную оптику, а не кварцевую.  Это  обстоятельство  делает  позитивный  фоторезист  более удобным для проекционной печати.

Основные требования, предъявляемые к фоторезистам, вытекают из технологических особенностей их применения.

Светочувствительные материалы должны образовывать однород­ные растворы заданной степени вязкости, с тем чтобы обеспечить равномерное нанесение сплошной тонкой (0,3 – 0,6 мкм)пленки, высыхающей достаточно быстро. Фоторезистивные составы не должны иметь механических нерастворенных включений (пыли) с размерами частиц более чем 0,1 - 0,2 мкм, в противном случае эти частицы образуют проколы в обработанной пленке фоторезиста.

Пленки фоторезистов должны иметь достаточно высокую адгезионную способность к подложкам и стойкость к травителям раз­ного состава, сохраняя при травлении хорошую адгезию и обеспе­чивая травление рельефа на необходимую глубину, определяемую технологическим процессом изготовления основного изделия. Фото­резисты должны обеспечивать достаточно высокую разрешающую способность, а также воспроизводимую гравировку рельефа с ми­нимальными поперечными размерами. Кроме того, к составам фоторезистов предъявляются требования стабильности их свойств во времени и от партии к партии.

В отечественной и зарубежной промышленности создано боль­шое количество фоточувствительных материалов, отвечающих указанным выше требованиям. Основные фоторезисты, нашедшие наи­более широкое применение в промышленности, приведены и табл. 6.3.

Разрешающая способность приведенных фоторезистов зависит от толщины пленки и при ее снижении до 0,2-0,3 мкм может достигать 1200-2000 лин/мм, что позволяет фотогравировать структуры самых различных конфигураций с размерами элементов структур до 1 мкм, и менее.

Изображения, полученные на фоторезистовых пленках, имеют более четкие границы, чем могут обеспечить фотоэмульсии высокой разрешающей способности. Это явление обусловлено тем, что по своей природе фоторезисты имеют молекулярную, а не зернистую структуру, характерную для всех фотоэмульсий на основе галоидных соединений серебра.

Однако следует помнить, что разрешающая способность фоторезиста определяется на проявлен­ном рельефе, а разрешающая способность процесса фотолитографии в целом определяется после травления пленки на подложке. На разрешающую способность процесса в значительной степени оказывают влияние как условия экспонирования (время, освещенность), так и качество обработки пластин после экспони­рования (время проявления, кислотостойкость ФР, время травления).

Под кислотостойкостью ФР понимается стойкость фоторезиста к воздействию агрессивных сред при выполнении операций травле­ния, т. е. при получении рельефа на подложке. Для этой цели в фотолитографии на полупроводниковой пластине используются кислоты: азотная, плавиковая и др., при производстве фотошаблонов — как правило, соляная кислота.

Недостаточная кислотостойкость фоторезиста проявляется в сле­дующем: фоторезист подтравливается на краях рельефа (что изменяет геометрические размеры рисунка), а также отслаивается от подложки при травлении или  разрушается полностью (что является совершенно недопустимым).