Диплом_9282 / 2023ВКР928224Зикратова

Таблица 3.1 - Зависимость толщин плёнок для ФР от частоты вращения центрифуги

Одна и та же толщина плёнки ФР достигается при разных режимах на-

несения, что обусловлено различием вязкости их композиционных составов;

изменяется она вот так – RD–2700 25cp > DSAM–3020 > SPR350–1,2.

На рисунке 3.1 приведены зависимости толщины фоторезистивных плёнок от частоты оборотов ротора центрифуги для наглядности.

Рабочая толщина плёнки ФР, используемая на предприятии и обуслов-

ленная рельефом производимых структур составляет около 1,45 мкм. В соот-

31

ветствии с этим для каждого ФР был подобран режим нанесения (частота

вращения центрифуги), а результаты сведены в таблицу 3.2.

Таблица 3.2. – Режимы нанесения ф/р пленок

Для этой толщины в дальнейшем проводились некоторые испытания.

RD–2700 25cp:

Рабочая толщина плёнки (около 1,45 мкм) была получена при частоте вращения центрифуги ω = 4500 об/мин. На рисунке 3.2 (а) представлено рас-

пределение толщины плёнки по поверхности пластины, отклонение толщины плёнки по диаметру пластины составило ±0,5%.

DSAM–3020:

Получена рабочая толщина плёнки (1,45 мкм) при ω = 3000 об/мин. Ве-

личина толщины плёнки по охватываемой поверхности не выходит за преде-

лы 1,45±0,8% (рисунок 3.2, б).

SPR350–1, 2:

Для дальнейших испытаний отобраны пластины с толщиной фоторези-

стивной плёнки hср = 1,49 мкм (толщина плёнки сформирована при ω = 2750

об/мин). Толщина плёнки по диаметру пластины разнится в пределах ±4,3%.

Замер толщин плёнок по поверхностям пластин производилось на ус-

тановке Filmetrics F50A.

32

а) – для фоторезиста RD–2700 25cp при ω = 4500 об/мин, б) – для фоторезиста DSAM–3020 при ω = 3000 об/мин, в) – для фоторезиста SPR350–1,2 при

ω= 2750 об/мин

3.2Исследование стойкости плёнки фоторезиста в проявителе

Фиксировали толщины растворения плёнок в проявителях. Кремниевые пластины, покрытые ФР (RD–2700 25cp/DSAM–3020), выдерживались при

TPEB = 110 0C, затем проявлялись в растворе MF–26A (RD–2700 25cp, приме-

ним и для SPR350–1,2) и в П–236А–МФ (DSAM–3020) в течение 60 секунд при частоте вращения 80 об/мин. Проявители П–236А–МФ и MF–26A по со-

ставу схожи (являются аналогами), поэтому можно считать, что плёнки тра-

вились в одном и том же растворе. Для ФР SPR350–1,2 данные взяты из со-

ставленного ранее отчёта.

Из таблицы 3.2 можно сказать, что восприимчивость к травителю сни-

жается от DSAM–3020 к RD–2700 25cp.

Таблица 3.3 - Исследование стойкости фоторезистивных плёнок в проявителях MF–26A/ П–236А–МФ

33

При процедуре проявления растворение толщин плёнок, по технологи-

ческому регламенту предприятия (основан на отработанности и согласован-

ности процессов изготовления выпускаемой продукции), не должно превы-

шать 20 нм.

3.3 Определение оптимальной дозы экспонирования фоторезиста

Экспонирование плёнок фоторезистов производилось на установке

проекционной фотолитографии Canon FPA-3000i4. Время проявления также

составляло 60 секунд.

RD–2700 25cp:

Отсняв тестовые структуры фоторезиста при различных дозах экспо-

нирования (с 600 до 2100 с шагом в 100 Дж/м2) пришли к выводу, что опти-

мальная доза составляет H = 1000 Дж/м2 (i– линия) – ознакомиться можно из

рисунка 3.3.

Недопроявленные

участки

2 0,6

а) б)

Рисунок 3.3 – Тестовые структуры на разрешающую способность для RD–2700 25cp: а) – общий вид линий при дозе экспонирования H = 1000

Дж/м2, б) – измерение толщины линии при H = 800 Дж/м2 (контрольный размер 0,6 мкм)

34

На рисунке 3.3 (б) видны слоистые участки – это остатки фоторезиста,

которые недополучили энергию для протекания реакции фоторазложения и,

как следствие, не повысили свою растворимость в проявителе, а значит экс-

позиция H = 800 Дж/м2 была недостаточной для получения чётких контуров линий (размеры от участка к участку линий разные). На рисунке 3.3 (а) вид-

ны чистые, чётко оформленные линии при H = 1000 Дж/м2, удостовериться в одинаковости ширины по всей длине можно из рисунка 3.4 (б); сглаженность краёв линий объясняется огибанием света препятствий, на границе пропус-

кающих и поглощающих элементов ФШ, вследствие чего отчасти засвечи-

ваются закрытые участки фоторезиста, а затем смываются при проявлении – получается покатый профиль.

DSAM–3020:

Подборочная, оптимальная доза экспозиции составила 800 Дж/м2.

SPR350–1,2:

Из достоверного отчета экспозиционная доза составляла около 750

Дж/м2 для прежнего ФР.

3.4 Контроль разрешающей способности фоторезистивной пленки

Из технической документации следует, что разрешающая способность фоторезиста RD–2700 25 cp – 0,7 мкм, для DSAM–3020 – 0,8 мкм, а для

SPR350-1,2 – 0,5 мкм. Для выяснения разрешающей способности произведе-

но снятие тестовых структур на установке проекционной фотолитографии

Canon FPA-3000i4 и фиксирование размеров на электронном микроскопе

Tescan Mira 3.

RD–2700 25cp:

На изображении 3.4 (а) при размерах меньших 0,5 мкм наблюдаются явно выраженные неровности и смыкания между полосками характерных размеров, а круговые элементы вообще не видны, так что разрешающая спо-

35

собность не хуже 0,5 мкм – минимальные, наиболее отчетливо отображенные

элементы именно такого размера.

0,6 мкм

ность при дозе экспонирования H = 1000 Дж/м2: а – тестовые структуры с отмеченными размерами, б – измерение толщины линии (контрольный размер

0,6 мкм)

В документах от производителя указана разрешающая способность

около 0,7 мкм. Из рисунка 3.4 разрешающая способность где-то 0,55–0,6 мкм.

DSAM–3020:

Из рисунка 3.5 (б) понятно, что размеры промежутка между фоторези-

стивными линиями и ширина самой линии приблизительно совпадают (490

нм ≈ 504 нм), поэтому можно считать, что размер минимально отображаемо-

го элемента не меньше 0,5 мкм, хотя в буклете указана несколько иная раз-

решающая способность – 0,8 мкм.

ность при экспозиционной дозе H = 800 Дж/м2: а – тестовые структуры, б – измерение толщины линии

36

Главное условие заключается в получении после фотолитографии тес-

товых контрастных структур, размер которых не превышает 0,6 мкм. Это

требование также прописано в технологическом регламенте предприятия.

SPR350–1,2:

Из рисунка 3.6 (а) можно отметить, что разрешающая способность фо-

торезиста несколько отличается от предоставленной цифры в документации

(получается 0,55–0,6 мкм, вместо 0,5 мкм). При определении снова-таки об-

ращали внимание на характер получившихся структур.

а) б)

Рисунок 3.6 – Тестирование SPR350–1,2 на разрешающую способность при дозе экспонирования H = 750 Дж/м2: а) – тестовые структуры, б) – визу-

альный осмотр круговых элементов (контрольный размер 0,6 мкм)

Чёткое отображение структур начинается с размеров элементов около

0,55 мкм. На рисунке 3.6 (б) показан пример структуры другой формы пре-

дельного (максимального) разрешения.

3.5 Исследование стойкости к травлению фоторезистивной маски, покрывающей различные слои

Было проведено травление слоёв Al, SiO2 (получены ПХО и термиче-

ским окислением), Si* (поликремния) под масками фоторезистов: DSAM–3020

и RD-2700 25cp.

Все ф/р плёнки задубливались:

1)Маски из DSAM–3020 и SPR350–1,2 в термостате при 90 15 мин, а

после при 120 60 мин

2)Маска из RD–2700 25cp на горячей плите при 120оC 3 мин

37

Ради сравнения добавлены данные о SPR350–1,2.

Проводились как ЖТ, так и ПХТ, а также их комбинация. Вся инфор-

мация по составам и смесям для удобства и формирования мнения о воспри-

имчивости к основным компонентам травителей ф/р масок сведена в таблицу

3.4. В начале каждого подпункта указаны допуски на растрав.

Таблица 3.4 – Составы травильных растворов и газовых сред для сухого травления

При плазмохимическом осаждении слой SiO2 получается более одно-

родным по своему составу в сравнении со слоем, наращиваемым термиче-

ским способом, поскольку осуществляется при низких температурах (вместо

950–1200 0C используют 750–900 0C), за счет чего снижается термодиффузия и встраивание в кристаллическую структуру примесей из среды камеры

(азот, натрий и так далее). Вследствие этого ЖТ SiO2, полученного ПХО,

протекает с более высокой скоростью, а значит нет необходимости использо-

вать раствор более концентрированный раствор с плавиковой кислотой и фторидом аммония.

38

3.5.1 Травление слоя SiO2 (получен ПХО)

После ЖТ и ПХТ SiO2 (получен ПХО) изменения размеров не превы-

шают 0,1 мкм на сторону. В таблицу 3.5 помещены все сведения, полученные на данном этапе и, из которых можно заключить, что все маски годны к при-

менению, так как выполнено основное условие о сохранности форм и соблю-

дения норм по растраву.

Таблица 3.5 – Режимы травления слоя оксида кремния, полученного ПХО

Процессы для ф/р масок были проведены при отличающихся ФШ

(рисунок 3.7), но формы на изменения размеров практически никак не влия-

ют.

а) б)

Рисунок 3.7 – Вытравленные контактные окна в SiO2 (получен ПХО): а) – квадратное окно после травления с маской из ФР RD-2700 25cp, б) – восьмиугольное окно после травления с маской из ФР DSAM – 3020

Для ФР RD–2700 25cp выполнялось сперва ЖТ, а после ПХТ, а для ФР

DSAM–3020 травился в плазме с жидкостным дотравливанием и судя по ри-

сунку 3.7 эта перестановка местами разных типов травления выполняется для

изменения размера клина травления. Обе маски сохранили изначальные фор-

мы контактных окон.

39

3.5.2 Травление слоя SiO2 (получен термическим окислением)

Приемлемое отклонение размеров составляет 0,2 мкм на сторону при ЖТ SiO2 (получен термическим окислением), что оказалось достижимым лишь для маски из заменяемого ФР (таблица 3.6).

Таблица 3.6 – Режимы травления слоя оксида кремния, полученного термическим окислением

Посмотрев на рисунок 3.8 (а, б) можно увидеть, что вытравленные окна

крупнее, приобрели неправильную, несимметричную форму, что связано с

подмасочным подтравливанием, возможно, из-за нарушений адгезии к по-

верхностному слою или растворения фоторезиста травителем. В итоге обра-

зовались окна, размеры которых не только сильно отличаются от требуемых

цифр, но и различаются между собой. Некоторые окна не дотравились – ри-

сунок 3.8 (а).

пользовании маски из ФР RD–2700 25cp, в) – контактное окно после снятия маски из ФР DSAM–3020

40