Фотолитография — ключевой технологический процесс микро- и наноэлектроники, позволяющий создавать сложные структуры на поверхности полупроводниковых пластин. В центре этого процесса — тонкие плёнки, обеспечивающие как формирование маски, так и защиту, а также функции резистивного слоя.
Тонкие плёнки в фотолитографии выполняют несколько критически важных задач:
Фоторезист — органический полимер, чувствительный к свету определённой длины волны. Он наносится на поверхность подложки тонкой плёнкой толщиной от десятков до сотен нанометров.
Химический состав и структура фоторезиста определяют разрешающую способность, контраст и чувствительность.
Антирефлективные покрытия наносятся под фоторезист для уменьшения отражений света от подложки, что предотвращает стоячие волны и интерференцию.
Для улучшения адгезии фоторезиста к подложке часто применяют промежуточные плёнки, например, из силиконовых соединений, оксидов или других материалов.
При использовании нескольких этапов фотолитографии и травления тонкие защитные плёнки предотвращают повреждения или нежелательные химические реакции на нижележащих слоях.
Основной метод нанесения фоторезиста и некоторых других органических плёнок. Раствор равномерно распределяется по поверхности вращающейся подложки, формируя плёнку с заданной толщиной.
Используется для нанесения неорганических промежуточных и защитных плёнок.
Методика для нанесения тонких металлических или диэлектрических плёнок, применяемых в технологических этапах.
Толщина плёнки определяет её оптические свойства и качество маски. Важен точный контроль толщины на уровне нескольких нанометров, поскольку вариации влияют на разрешение и точность переноса рисунка.
Адгезия плёнки к подложке и между слоями определяет устойчивость маски к химическим и механическим воздействиям в процессе проявления, травления и очистки.
Фоторезист и защитные плёнки должны сохранять структуру и свойства при контакте с проявителями, травильными растворами и газами.
Ровная и гладкая поверхность плёнки минимизирует дефекты и искажения в изображении.
В основе лежит фотохимическая реакция, вызывающая изменение растворимости полимера. Процесс включает:
Важным параметром является распределение интенсивности света по глубине плёнки, что зависит от её оптических свойств и толщины.
Дефекты в интерфейсе могут приводить к ухудшению адгезии и образованию нежелательных артефактов.
Возникают из-за различий теплового расширения и механических свойств между слоями, что может привести к растрескиванию или отслаиванию плёнок.
Поверхностная энергия подложки и плёнки влияет на равномерность нанесения, форму капель раствора при spin-coating и итоговую морфологию.
При переходе к техпроцессам с размером критического элемента менее 10 нм возрастают требования к контролю толщины и однородности плёнок.
Разработка фоточувствительных материалов с улучшенной чувствительностью и разрешением.
Использование спектроскопии, рентгеновской дифракции, электронного микроскопа для анализа структуры и качества плёнок.
Многоуровневые фотолитографические процессы требуют тщательного согласования физических свойств и химической совместимости всех используемых плёнок.
Эффективность и качество фотолитографического процесса напрямую связаны с глубоким пониманием физических свойств, структуры и взаимодействия тонких плёнок на поверхности. Контроль этих параметров позволяет создавать микро- и наноструктуры с высоким разрешением и минимальными дефектами.