Электроника
Технология и оборудование для производства полупроводников,
Мьо Хейн Зо, аспирант Ануфриенко В.В., кандидат технических наук, профессор (Московский государственный институт электронной техники)
ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВАЛИКА, ОБРАЗУЮЩЕГОСЯ НА КРАЯХ ПОДЛОЖЕК ПРИ НАНЕСЕНИИ ФОТОРЕЗИСТА НА ЦЕНТРИФУГЕ
В настоящее время создание и массовое производство ИС и других электронных приборов, имеющих высокое быстродействие, минимальные размеры и вес, обусловлены высокой разрешающей способностью, которая определяется совершенством фотомаски, получаемой в литографическом процессе.
Для выполнения современных требований, предъявляемых к фотолитографическим процессам — качество, высокая разрешающая способность, воспроизводимость — должны наноситься тонкие (1,0 мкм и менее) и однородные фоторезистивные покрытия с допуском толщины около ±5%.
На рис.1 представлена типовая зависимость разрешающей способности от толщины пленки.
К операции нанесения и к самой пленке предъявляются следующие требования:
1). возможность нанесения пленки контролируемой толщины;
2). широкой диапазон толщин наносимых пленок;
3). равномерность толщины пленки по площади подложки;
4). отсутствие проколов и трещин в пленке;
5). устранение или уменьшение валика, образующегося по краям подложки вследствие действия сил поверхностного натяжения;
6). хорошая адгезия пленки фоторезиста к подложке;
7). воспроизводимость результатов.
Выбор метода нанесения фоторезистивных покрытий обусловлен указанными требованиями и свойствами самих растворов фоторезистов, хотя многие из них можно наносить различными методами, не изменяя их состав, или меняя лишь растворитель или его концентрацию. С развитием технологии производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем коли-
Рис .1. Зависимость разрешающей способности от толщины пленки
чество методов нанесения пленок фоторезистов увеличилось. Однако, наибольшим распространением пользуется метод центрифугирования — нанесение в поле центробежных сил.
Нанесение пленки фоторезиста на центрифуге обычно проводится следующим образом. Этапы нанесения пленки на центрифуге показаны на рис. 2.
Подложка укладывается и фиксируется вакуумным присосом на патроне вертикального шпинделя.
Из дозатора на центральную часть подложки подается раствор фоторезиста (рис. 2.1). Включается электропривод, приводящий во вращение шпиндель с определенной угловой скоростью. (Время разгона центрифуги должно быть не более 50 мс.) Возникающие центробежные силы заставляют раствор растекаться по поверхности подложки. Образуется ради-ально расширяющийся поток жидкости рис (2.2).
Рис.2. Этапы нанесения пленки
На рисунке 3 показаны радиальные линии тока жидкости, которые.визуально хорошо заметны, когда в раствор был введен мелкодисперсный порошок сажи. '
Рис.3. Фотография линий тока раствора, растекающегося на подложке при центрифугировании рис2 2
Так как высота слоя жидкости, растекающегося на подложке, имеет конечное значение и не превышает десятых долей миллиметра, то влияние сил вязкости столь же существенно, как влияние инерционных сил.
Поэтому по высоте расширяющегося потока происходит возрастание относительной скорости от нуля у поверхности подложки до некоторого значения во внешнем слое потока. На рис.4 показана эпюра скоростей для слоев жидкости по высоте растекающегося потока.
скорости слоев жидкости ]
)
у
у
/
Рис.4. Эпюра скоростей для слоев жидкости по высоте растекающегося потока
Внешний слой, имеющий большую радиальную скорость, собирается в круглую утолщенную зону, являющуюся фронтом расширяющегося потока. Позади утолщенной зоны остается тонкая пленка, быстро затвердевающая вследствие испарения летучего компонента -растворителя (рис.5). <|
I
Рис.5. Фрагмент скоростной киносъемки, иллюстрирующий растекание раствора на прямоугольной подложке
2
По достижении края подложки внешний слой сбрасывается действующей на него центробежной силой. Однако, на краях подложки в результате проявления сил поверхностного натяжения сохраняется утолщение — краевой валик. Образование валика на краю подложки обусловлено силами поверхностного натяжения.
Толщина формируемой пленки соизмерима с толщиной пограничного слоя и может быть представлена в виде математической модели[1].
8 = 2,7,|-.
а
(1)
где V — вязкость раствора, м2/с ю — угловая скорость, с-1
С учетом концентрации, летучести растворителя и усадки пленкообразующего компонента фоторезиста зависимость для толщины пленки фоторезиста можно определить следующим образом:
' V
8ф = К
(2)
где К — опытный коэффициент, характерный для данного фоторезиста.
Экспериментально установлено, что величина краевого валика в значительной степени зависит от скорости центрифугирования а , т. е. величины центробежной силы ¥ц на краю подложки. С возрастанием Гц величина валика уменьшается.
Рассмотрим условия равновесия между центробежной силой и силой поверхностного натяжения действующими на краевой валик.
Предположим, что он имеет круговое сечение с радиусом г и вращается с угловой скоростью а (рис.6). В пункте А давление Рк, возникающее вследствие кривизны по-
верхности и проявления сил поверхностного натяжения, уравновешивается давлением Р. производимым центробежной силой.
(3^
Рис. 6. Сечение валика и схема сил, действующих на него Величина Рк определяется из выражения:
Р =<1+1) ■
гдест — коэффициент поверхностного натяжения, Н/м; г — радиус валика, м;
Я — радиус подложки, м. л
Величина Р определяется следующим выражением
Р = 2Яа2рг,
где р — плотность жидкости, кг / м3.
Тогда для равновесного валика можно записать
а\ - + — | = 21а2рг .
I г Я) ^
Так как Я >> г , то можно пренебречь величиной 1/К Тогда из уравнения (5) можно определить диаметр меридионального сечения равновесного валика
(4)
(5)
2ст
(6)
2г = й =
Яагр
Экспериментальное исследование по измерению размеров валика показало, что ширина образующегося на краю подложки валика имеет по абсолютной величине значения, несколько большие, чем получаемые по формуле (6). Расхождение объясняется тем, что действительное сечение краевого валика имеет форму вытянутой полукапли. Это можно видеть, наблюдая валик в интерференционном микроскопе по расположению интерференционных линий на валике (рис.7). Деформация валика связана с действием на него при центрифугировании помимо сил поверхностного натяжения, еще и массовых.
Рис.7. Фотография интерференционной картины на валике, полученная в поле зрения окуляра МИИ - 4.
Для расчета ширины валика следует ввести в формулу (6) коэффициент у, учитывающий деформацию валика.
Анализ экспериментальных данных показал, что у зависит от числа Фруда Ггц =
а2 Я
£
С возрастанием числа Ггц величина у уменьшается, т. е. сечение валика приближается к кругу. Экспериментально найдено среднее значение у = 2,3 для диапазона чисел
Ггц = 15 * 1530.
Используя выражение (6) с учетом значения коэффициента деформации у, получим вы-
ражение для ширины валика
а = у.
2ст
= 2,3
Яа2р ' у
2ст
Яа2р
(7)
Уменьшение валика по толщине вследствие его деформации приближенно можно при-
1
нять пропорциональным величине -, а сокращение толщины валика за счет испарения
2у
растворителя учитывается коэффициентом К.
Тогда для решения практической задачи нахождения высоты к валика можно, используя зависимость (6), записать
К
к = ■
2у V
2ст
Яа2р
= 0,307К
2ст
Яа2р
(8)
а
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Аннуфриенко В.В., Неустроев С.А., Новикова Е.М, Влияние режимов центрифугирования на толщину и стабильность толщины пленок фоторезиста - В сб: Электронная техника, сер. 10 Технология и организация производства, 1970, вып1(33).
2. Лойцянский Л.Г. Ламинарный пограничный слой. М.: Физматгиз, 1962.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.