Автор работы: Пользователь скрыл имя, 09 Июня 2015 в 11:29, реферат
Термин литография (от греческого lithos — камень, grapho — пишу) первоначально служил для обозначения способа печати, в котором в качестве печатной формы использовался шлифованный известняк. На его гидрофильную (смачиваемую водой) поверхность при помощи жирового карандаша вручную наносили рисунок. Олеофильные места изображения смачивались гидрофобной печатной краской, в то время как свободная поверхность известняка, увлажненная водой, печатную краску не воспринимала. Печатная краска с литографического камня (первой формы плоской печати) с помощью прижима переносилась на бумагу. Перед каждым нанесением краски поверхность известняка снова смачивали водой.
Термин литография (от греческого lithos — камень, grapho — пишу) первоначально служил для обозначения способа печати, в котором в качестве печатной формы использовался шлифованный известняк. На его гидрофильную (смачиваемую водой) поверхность при помощи жирового карандаша вручную наносили рисунок. Олеофильные места изображения смачивались гидрофобной печатной краской, в то время как свободная поверхность известняка, увлажненная водой, печатную краску не воспринимала. Печатная краска с литографического камня (первой формы плоской печати) с помощью прижима переносилась на бумагу. Перед каждым нанесением краски поверхность известняка снова смачивали водой.
Принцип избирательной лиофилизации поверхности был распространен на многослойные металлические подложки, у которых слои различных металлов отличались по гидрофильности. При стравливании верхнего слоя по определенному рисунку образовывалось рельефное изображение, одни элементы которого (один металл) воспринимали олеофильную краску, а вторые (другой металл) ею не покрывались.
Если при травлении образуется выпуклый рельеф (высота около 5 мм), как это получается при травлении цинковых или магниевых пластин, то можно получить печатную форму для высокой печати. Печатная краска переносится с рельефа на бумагу тиснением. В противоположном случае печатная краска переносится на бумагу с вытравленных углублений, и речь тогда идет о глубокой печати.
Для того чтобы провести стравливание по определенному рисунку, необходимо защищать места, которые не следует подвергать травлению, слоем материала, устойчивого при этой химической операции. Такие материалы называют резистами (англ. resist— устойчивый). Если резист является светочувствительным и это свойство удается использовать для создания слоя резиста с нужным рисунком, то такой резист называют фоторезистом.
Принцип создания негативных и позитивных изображений под действием света отражен на рисунке 1.1.
Рисунок 1.1- Принцип негативных и позитивных светочувствительных слоев: А — негативный процесс; Б — позитивный процесс;
1 — резист; 2 —слой диоксида кремния; 3 — кремний.
Основой фотолитографии является такой результат взаимодействия света (обычно в области 340—430 нм) со светочувствительным компонентом фоторезиста, который обусловливает изменение физико-химических свойств участков экспонированного слоя, не защищенных маской (шаблоном), в первую очередь — растворимости и летучести. Это дает возможность при последующем проявлении удалить или неэкспонированные места (негативный процесс А), или экспонированные (позитивный процесс Б), тем самым получить рельефное изображение в слое резиста. Полученный таким образом рельеф («контактная маска») служит затем защитным слоем при селективном травлении или металлизации поверхности подложки в открытых местах, что дает возможность перенести рельефное изображение на подложку. Степень соответствия элементов изображения имеющихся на шаблоне служит мерой качества литографического процесса в целом. Тем не менее, последующие операции с первичным изображением также влияют на конечный результат, что заставляет весь литографический процесс рассматривать комплексно.
Использование фоторезистов в полиграфии дало возможность фотомеханического изготовления не только рельефных, но и плоских печатных форм. При печати с плоских форм печатная краска с гидрофильных печатающих элементов может переноситься на бумагу при помощи промежуточного валика. Такой способ печати называется офсетной печатью. В офсетных печатных формах в качестве гидрофобных печатающих элементов могут быть использованы непосредственно слои фоторезиста, или фоторезист может быть маской для травления полиметаллических подложек, в которых после смачивания один металл, например хром, служит гидрофильной частью, а другой — медь — гидрофобной. При использовании монометаллических пластин, в частности алюминиевых, контакт поверхности алюминия с некоторыми светочувствительными слоями вызывает их каталитическое разложение. Для предотвращения этого поверхность алюминия окисляют (часто с помощью анодирования), а также обрабатывают специальными составами; механическое зернение способствует лучшей адгезии резистного слоя. Светокопировальные составы применяют для изготовления не только собственно печатных форм, но и шаблонов, в том числе и в цветной печати. Разработка резистов для изготовления полиграфических форм развилась в самостоятельное направление, привлекающее активное внимание исследователей.
Травление по рельефу, созданному резистом, было использовано впервые вскоре после второй мировой войны для серийного производства проводниковых схем в электротехнической промышленности. Они получили название «печатные схемы» или «печатные платы», поскольку тиражировались способами, применяемыми в полиграфии. Большинство печатных плат производилось сначала сеткографией, заключающейся в образовании изображения посредством продавливания на подложку полимерного материала (печатной краски) через тонкую сетку. На поверхности подложки тонкие капельки раствора полимерного материала сливаются, образуя рельеф требуемой конфигурации, служащий резистом для травления меди. Использование фоторезистов дало возможность повысить разрешение рельефа и автоматизировать производство печатных плат.
Повышение требований к технологии литографии и фоторезистам произошло примерно 40 лет назад благодаря резким изменениям в технологии производства электротехнических устройств и приборов.
Роль фотолитографии в полупроводниковой технике становится ясной, если обратиться к рассмотрению транзистора с р-n-переходом. Искусственное резкое изменение типа доминирующей примеси в части объема кристаллического полупроводника ведет к появлению р-n-переходов. Биполярный транзистор составлен из двух взаимосвязанных р-n-переходов, взаимодействие между которыми обеспечивает база (рисунок 1.2).
Рисунок 1.2 - Схема отдельного биполярного р—п—р -транзистора: 1-диоксид кремния; 2 — кремний; 3 — эмиттер; 4— база; 5 — коллектор.
Эмиттер образован областью полупроводника с очень высокой концентрацией акцепторных примесей р++, база имеет значительную концентрацию доноров п+, а коллектор образован полупроводником с низкой концентрацией примесей в р-области. Присоединение проводников осуществляется при помощи омических контактов, р—n-переход может быть использован для образования четырехполюсного электронного элемента, способного регулировать ток на выходе без потери мощности. Регулировка осуществляется приложением напряжения на входе, образованном р—n -переходом, включенном в непроводящем направлении. Соединение активных и пассивных элементов посредством проводников образует интегральную схему. Увеличение плотности размещения элементов схемы за счет уменьшения их размеров 104 на 1 мм2 (микроминиатюризация) дало толчок к развитию электроники (микроэлектроника). В производстве интегральных схем используется в основном кремний, в частности, потому, что его диоксид образует изолирующий слой для последующего введения примесей в требуемые области кремния. Кроме диоксида кремния Si02 применяются и другие диэлектрики, например нитрид кремния Si3N4. Резкое увеличение плотности элементов оказалось возможным только в результате развития фотолитографии на базе использования фоторезистов. На кремниевую подложку со слоем диэлектрика наносят резист и проводят экспонирование. Так как схемы имеют малые размеры, то на каждой отдельной подложке одновременно изготовляют ряд схем, поэтому экспозиционная маска (шаблон) часто содержит соответствующее число изображений одного типа. На кремниевую подложку нанесены метки, предназначенные для точного совмещения маски перед экспонированием.
Полученное в результате фотолитографии рельефное изображение шаблона в слое резиста (негативное или позитивное), нанесенного на слой диоксида или нитрида кремния, служит защитной маской при вытравливании этих диэлектриков до кремния; в эти окна при последующих операциях идет диффузия примесей в кремний. При этом получают требуемые характеристики отдельных транзисторов и схемы в целом. Большая интегральная схема содержит десятки тысяч транзисторных элементов, соединенных проводниками: алюминием или поликристаллическим кремнием с высоким содержанием примесей. Для образования сложной интегральной схемы литографический процесс надо проводить несколько раз, при этом каждый элемент схемы должен быть воспроизведен с требуемой точностью.
Первая интегральная схема была изготовлена в I960 г. фирмами Fairchild Semiconductor и Texas Instruments (США). Результатом этого революционного открытия служит современное использование микроэлектронных устройств в вычислительной технике, приборах связи, медицинской аппаратуре, бытовой электронике и, к сожалению, в военной технике. Средний размер электронного элемента, составлявший в 1976 г. 8 мкм, снизился в 1982 г. до 2 мкм, а в 1985 году производство перешло к субмикронным элементам.[1]
Выводы: основой литографии является
Литография - это процесс формирования в актиночувствительном слое, нанесенном на поверхность подложек, рельефного рисунка, повторяющего топологию полупроводниковых приборов или ИМС, и последующего переноса этого рисунка на подложки.
Актиночувствительным называется слой, который изменяет свои свойства (растворимость, химическую стойкость) под действием актиничного излучения (например, ультрафиолетового света или потока электронов). Литографические процессы позволяют: получать на поверхности окисленных полупроводниковых подложек свободные от слоя оксида области, задающие конфигурацию полупроводниковых приборов и элементов ИМС, в которые проводится локальная диффузия примесей для создания р-n-переходов; формировать межсоединения элементов ИМС; создавать технологические маски из резистов, обеспечивающие избирательное маскирование при ионном легировании.
Широкое применение литографии обусловлено следующими достоинствами: высокой воспроизводимостью результатов и гибкостью технологии, что позволяет легко переходить от одной топологии структур к другой сменой шаблонов; высокой разрешающей способностью актиничных резистов; универсальностью процессов, обеспечивающей их применение для самых разнообразных целей (травления, легирования, осаждения); высокой производительностью, обусловленной групповыми методами обработки.
Процесс литографии состоит из двух основных стадий: формирования необходимого рисунка элементов в слое актиночувствительного вещества (резиста) его экспонированием и проявлением; травления нижележащего технологического слоя (диэлектрика, металла) через сформированную топологическую маску или непосредственного использования слоя резиста в качестве топологической маски при ионном легировании. В качестве диэлектрических слоев обычно служат пленки диоксида Si02 и нитрида Si3N4 кремния, а межсоединений — пленки некоторых металлов. Все пленки называют технологическим слоем.
В зависимости от длины волны используемого излучения применяют следующие методы литографии:
В зависимости от способа переноса изображения методы литографии могут быть контактными и проекционными, а также непосредственной генерации. Наибольшее распространение получила фотолитография.
Фотолитография — это сложный технологический процесс, основанный на использовании необратимых фотохимических явлений, происходящих в нанесенном на подложки слое фоторезиста при его обработке ультрафиолетовым излучением через маску (фотошаблон).
Технологический процесс фотолитографии можно разделить на три стадии:
Последовательность выполнения основных операций при фотолитографии показана на рисунке 1.3.
Рисунок 1.3- Последовательность выполнения основных операций при фотолитографии.
Поверхность подложек предварительно очищают, чтобы обеспечить их высокую смачиваемость и адгезию фоторезиста, а также исключить посторонние включения. Затем на подложки тонким слоем наносят слой фоторезиста (светочувствительную полимерную композицию) и сушат его для удаления растворителя.
Совмещение фотошаблона с подложкой и экспонирование выполняют на одной установке. Цель операции совмещения — совпадение рисунка фотошаблона с нанесенным на предыдущей операции на подложку рисунком. Далее слой фоторезиста экспонируют — подвергают воздействию ультрафиолетового излучения через фотошаблон. В результате этого рисунок с фотошаблона переносится на слой фоторезиста. При проявлении слоя фоторезиста отдельные его участки вымываются и на подложке при использовании позитивного фоторезиста остаются неэкспонированные (незасвеченные) участки, а если применялся негативный фоторезист, то экспонированные. Затем слой фоторезиста термообрабатывают при повышенной температуре, т. е. задубливают, вследствие чего происходит его частичная полимеризация и повышается стойкость к травителю.
Заканчивается процесс фотолитографии травлением незащищенных фоторезистом участков подложки, созданием рельефного рисунка на технологическом слое и удалением остатков фоторезиста. Таким образом, слой фоторезиста служит для передачи рисунка с фотошаблона на технологический слой. [2]
С точки зрения литографии электронное излучение интересно главным образом тем, что его длина волны на несколько порядков меньше, чем УФ-излучения, поэтому с помощью пучка электронов можно в принципе сформировать изображение на несколько порядков меньшее, чем с помощью света. Электронным пучком легко управлять, его можно сфокусировать в пятно диаметром менее 10 им. Такая фокусировка необходима для формирования топологического рисунка с субмикронными размерами элементов.