Основы фотолитографии

Время движения ленты 10+1мин

 

Режимы ИК-сушки для фоторезиста ФП9120-1.8  приведены в    таблице 2.4.

Таблица 2.4-Режимы ИК-сушки фоторезиста ФП1920-1.8

Зона	Зона 1	Зона 2	Зона 3
Температура	80+30С	90+30С	110+30С

Время движения ленты 11+1мин

Все пластины были заэкспонированы и проявлены рабочим проявителем N2. Качество полученной Фоторезистивной копии отвечает требованиям ДРО 754 832 ТК.

Для улучшения адгезии ф/р и повышения химической стойкости к жидкостным травителям было проведено дополнительное ИК- и                УФ- задубливание.

Контроль пластин под микроскопом показал хорошую термостабильность фоторезиста ФП9120-1.8.

В зависимости от маршрута изготовления приборов пластины после ИК, УФ-термообработок были подвергнуты химическому или плазмохимическому травлению. Затем, после снятия фоторезиста, были проконтролированы под микроскопом. Все пластины удовлетворяли требованиям ДРО 734898КК. Полученные результаты занесены в       таблицу 2.5.

Таблица 2.5- Результаты контроля пластин под микроскопом

№ партии	Тип ф/р	Фотоли-тография	Время экспо-я, ед	время проявл., сек	Вид трав-ления	Примечание
27026 27032 27031	S1813 SP15	Si3N4 11 ф/л	45	35	ПХТ	Удовлетворяют требованиям ДРО 734898КК
	ФП9120- 1.8.		42	33
26048 26041	S1813 SP15	нырок	30	25	Ионное легирование	Удовлетворяют требованиям ДРО 734898КК
	ФП9120-1.8.		27	22
30029	S1813 SP15	металл	55	30	Тр-ль №11	Удовлетворяют требованиям ДРО 734898КК
	ФП9120-1.8.		52	27
43099	S1813 SP15	контакты	50	28	Тр-ль №16	Удовлетворяют требованиям ДРО 734898КК
	ФП9120-1.8.		47	25
43087	S1813 SP15	Пассива-ция	60	30	Тр-ль №15	Удовлетворяют требованиям ДРО 734898КК
	ФП9120-1.8.		55	30

 

 

 

 

 

 

Таблица 2.6 -Режимы нанесения и сушки фоторезистивной пленки

Выводы :

1. Массовое опробование фоторезиста ФП 9120-1.8 показало, что на изделиях на всех слоях кроме ф/л “затвор”, “контакты ”,”металл” с ПХТ Al, “пассивация” качество фоторезистивной копии удовлетворяют требования ТК.
2. Для обеспечения качества травления SiO2 при создании знаков совмещения необходимо выполнять дополнительно операцию “плазмохимическая зачистка ” перед ПХТ SiO2.
3. Фоторезист ФП9120-1.8 не обеспечивает получения размеров элементов 1.2-2.5 мкм из-за низкой воспроизводимости в процессах создания фоторезистивной копии и последующего ПХТ и жидкостного травления в сравнении с фоторезистом S1813SP15.
4. Фоторезист ФП9120-1.8 обладает хорошими адгезионными свойствами при проявлении, плазмохимическом и жидкостном травлении. Имеет хорошую термостабильность при температуре 135, 160, 195 0С. Светочувствительность фоторезиста ФП9120-1.8 на 15% выше, чем фоторезиста S1813SP15.

 

2.3. Опробование модели отражения с целью повышения качества фокусировки и совмещения.

Опыт изготовлений схем большого уровня интеграции с плотной упаковкой элементов и высокими требованиям к точности воспроизведения линейных размеров и точности совмещения технологических слоев свидетельствует, что для уменьшения брака на операциях фотолитографии при конструировании таких изделий необходимо учитывать особенности функционирования основных систем проекционного фотолитографического оборудования. Так, вследствие неудачного выбора комбинаций толщин технологических пленок при разработке КД на БИС из-за интерференционного подавления отражения от подложки излучения рабочих спектральных диапазонов систем автофокусировки и совмещения установок ЭМ584А на фотолитографии нередко наблюдается повышенный уровень реставраций и брака.

С целью снижения уровня реставраций и брака на операциях совмещения и фокусировки фотолитографического процесса разработана и опробована в серийном производстве для оптимизации толщин технологических слоев модель отражения излучения от многослойных систем диэлектрических пленок на кремниевой подложке. При конструировании схем большого уровня интеграции с повышенными требованиями к технологии и разработке технологии БИС она позволяет рассчитать оптимальные толщины технологических пленок, соответствующие максимальному уровню отражения излучения рабочих спектральных диапазонов систем автофокусировки и совмещения установок проекционном печати. При этом обеспечивается надежная работа данных систем при выполнении изделии и следовательно высокая точность воспроизведения линейных размеров элементов фоторезистных маскирующих покрытий и совмещения технологических слоев.

При разработке модели использовались основные положения теории "Преломления и распространения излучения в тонких пленках" Френеля. Алгоритм модели базируется на суммировании на выходе системы пленок (в воздухе) многократных переотражений излучения от их оптических границ слоев. Для его реализации получена система рекурентных аналитических соотношений позволяющих, используя выражение для коэффициента интерференционного отражения излучения от оптических границ одной пленки построить программу вычисления коэффициента отражения системы N-пленок (N=1,...n). В этом случае может быть получен спектр отражения в любом из поддиапазонов спектрального диапазона 408-880 нм. При этом во всем спектральном диапазоне 488-888 нм учитываются оптические дисперсионные свойства материалов пленок, что обеспечивает хорошее соответствие рассчетных спектров реальным, полученным на микроспектрофотометре "MPUSP", что обеспечивает высокую точность воспроизведения спектров, наглядность результатов моделирования и удобство в практическом использовании.

Модель "отражения" прошла опробования в цехе 25. С ее помощью проводилась оптимизация толщин диэлектрических пленок и фоторезиста для изделий серий 541, 1500, 588, 584, 583 на системах пленок: Si02/ФП51ПК, Si02/ПКК/ФП051МК, Si02/Si3N4/ФП851ПК, по причине низкого уровня отражения излучения от подложки и неустойчивой работы систем автофокусировки и совмещения установки ЭМ584А. Результаты моделирования приведены на Фиг.1,2,3. и в табл.1.

Результаты опробования модели "отражения":

Рабочий спектральный диапазон системы совмещения установки ЭМ584А - 520-590 нм. Система автофокусировки в качестве источника излучения использует He-Ne лазер и работает на длине волны 633 нм. На графике 1 Фиг.1 представлен спектр отражения, полученный для композиции пленок Si02/ ФП851ПК на Si подложке с толщинами 0.29 мкм и 1.2 мкм соответственно. Согласно графику 1 в диапазоне 523-530 нм и на длине волны 633 нм для данных значений толщин SiO2 и ФП851ПК наблюдается интерференционное подавление отражения излучения от подложки. В ходе моделирования для композиции пленок SiO2 /ФП851ПК на Si подложке в диапазоне 1...2 мкм получены следующие значения оптимальных толщин фоторезиста ФП051МК: 1.1 мкм, 1.29 мкм, 1.49 мкм, 1.68 мкм, 1.876 мкм.

На графике 2 Фиг.1 показан спектр отражения для композиции пленок SiO2 /ФП851ПК на Si подложке с оптимальной толщиной фоторезиста ФП851ПК 1.1 мкм. При этом в рабочих спектральных диапазонах систем совмещения и автофокусировки имеют место максимумы отражения, что обеспечивает качественную работу данных систем.

На Фиг.2,3 представлены результаты оптимизации толщин композиций пленок блоков поликремния (ПКК) и нитрида кремния. При этом для блока ПКК композиция (SiO2 /ПКК/ SiO2 /ФП851ПК на Si подложке), как видно из Фиг.2, оптимальными являются толщина ПКК 0.29 мкм и толщины фоторезиста ФП051ПК 1.165 мкм, 1.359 мкм. Моделирование показывает, что для данного блока оптимальными также являются толщины фоторезиста: 1.553 мкм, 1.748 мкм, 1.9417 мкм. На графиках 2,3 Фиг.2 представлены два оптимальных спектра, соответствующих толщинам ПКК 0.29 мкм и ФП051ПК - 1.165 мкм и 1.359 мкм, и спектр отражения (график 1) для неоптимизированной комбинации толщин ПКК- 0.27 мкм и               ФП051МК - 1.2 мкм, соответствующих КД. На Фиг.3 претавлены спектры отражения для оптимальных толщин Si3N4 - 0.11...0.13 мкм и фоторезиста - ФП051ПК - 1.0 мкм, 1.2 мкм. Моделирование отражения показало, что для данного блока оптимальными для фоторезиста являются также значения толщин 1.365 мкм, 1.565 мкм, 1.765 мкм, 1.950 мкм, 2.150 мкм.

В таблице 1 приведены сравнительные данные по электрическим сигналам датчиков фокусировки для оптимизированных и неоптимизированных комбинаций толщин, анализ табличных данных показывает:

1. полученные при работе с моделью "отражения" комбинации толщин являются оптимальными для устойчивой и качественной работы системы автофокусировки установки ЭМ584А;
2. модель "отражения" адекватно описывает интерференционное отражение излучения от многослойных систем диэлектрических пленок на Si подложке.
3. оптимизация толщин комбинаций технологических пленок эффективно влияет на коэффициент отражения подложки и работу систем автофокусировки и совмещения установки проекционной печати ЭМ584А.

Таким образом, для улучшения работы систем фокусировки и совмещения установки ЭМ584А и увеличения за счет этого процента выхода годных схем на фотолитографии, при конструировании схем большего уровня интеграции необходимо в КД закладывать оптимальные для работы данных систем комбинации толщин пленок.

Аналогично изделиям серий 541,506,1588,583,584 для увеличения процента выхода годных схем с помощью модели "отражения" необходимо провести оптимизацию толщин и для изделий других серий выполняемых цехах ПО.

Модель "отражения" может использоваться в метрологии для уточнения оптических дисперсионных свойств диэлектрических пленок, что важно для увеличения точности работы метрологических приборов, использующих принципы микроспектрофотометрии, как измеритель линейных размеров MPVCD-2 и MPVSP-толщиномер, а также для их калибровки.

Выводы:

1. Оптимизация толщин технологических пленок эффективно влияет на отражение излучения от кремниевой подложки и работу систем фокусировки и совмещения установки проекционной печати ЭМ584А. Для увеличения процента выхода годных схем большего уровня интеграции и уменьшения процента реставраций на операции фотолитографии по причине плохой работы систем совмещения и фокусировки для данных схем необходимо проведение оптимизации толщин технологических слоев.
2. С помощью модели "отражения" проведена оптимизация толщин технологических слоев для улучшения работы систем автофокусировки и совмещения установок ЭМ584А для изделий серий 541,508,1588, 585,584 цеха 25.

 

Экспериментальные результаты, показывающие влияние оптимизации толщины фоторезистовой пленки на основании модели "отражения" на уровень сигнала фокусировки (композиция Si/SiO2(3нм)/ фоторезист) отображены в таблице 2.6.

Таблица 2.6 – Зависимость толщины резистивной пленки и сигнала фокусировки

Толщины фоторезиста, мкм (эксперимент)	Сигнал фокусировки, В	Оптимальные толщины фоторезиста, мкм (рассчет)
Фоторезист ФП051МК
1,09	0,32	0,965
1,155	1,5	1,165
1,260	0,1	1,360
1,387	0,97	1,360
1,577	1,2	1,553
1,900	0,8	1,942
2,334	1,2	2,330
SP1813 SP15
0,920	0,6	0,960
0,964	1,5	0,960
1,033	0,4	1,165
1,137	1,3	1,165
1,293	0,46	1,360
1,530	0,4	1,550

 

Как видно из таблицы, для данных толщин сигналы фокусировкики более чем в 10 раз превышают уровень сигнала, соответствующий наиболее распространено в изделиях серий 508, 541, 588, 533, 584  толщине фоторезиста 2 мкм.

2.4. Краткая инструкция по применению фоторезистов

Параметры фоторезистов ФП-05Ф,   ФП-10Ф, ФП-15Ф, ФП-20Ф приведены в таблице

Параметр		значение
		Марка фоторезиста
		ФП-05Ф	ФП-10Ф	ФП-15Ф	ФП-20Ф
1	Внешний вид фоторезиста	жидкость темно-красного цвета
2	Относительная скорость фильтрации, отн. ед., не более	0,01 (г-1)	0,01 (г-1)	0,01 (г-1)	0,01 (г-1)
3	Массовая доля воды, %, не более	1	1	1	1
4	Внешний вид пленки фоторезиста	гладкая без радиальных полос
5	Разрешающая способность, мкм, не более	0,5	0,8	1,5	1,8
6	Толщина пленки фоторезиста, мкм	0,45-0,55	1-1,1	1,5-1,6	1,2-2,1
7	Устойчивость пленки фоторезиста к проявителю,  мин., не менее	15	30	45	60
8	Локальная разнотолщинность, нм, не более	< 10	< 10	< 10	< 10
9	Светочувствительност мдж/см2, не хуже	25	50	75	125
10	Термостойкость	140	140	140	140
11	Адгезия по 2 мкм элементу	Хор.	Хор.	Хор.	Хор.
12	Проявитель	1%КОН	1%КОН	1%КОН	1%КОН