Способ допроявления фоторезиста на пьезоэлектрических подложках
Владельцы патента RU 2416676:
Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "ЭЛПА" с опытным производством" (ОАО "НИИ "ЭЛПА") (RU)
Изобретение относится к области микроэлектроники, в частности к микроэлектронике интегральных пьезоэлектрических устройств на поверхностных акустических волнах (фильтры, линии задержки и резонаторы), которые находят широкое применение в авионике и бортовых системах. Способ включает размещение подложек с нанесенным слоем фоторезиста в плазмохимическом реакторе и обработку слоя фоторезиста в кислородсодержащей среде, при этом подложки размещают в плазмохимическом реакторе на подложкодержателе, а допроявление фоторезиста проводят одновременно на всех размещенных подложках в плазме смеси кислорода и инертного газа, в которой в качестве инертного газа используют гелий или неон, или аргон, при этом содержание кислорода находится в пределах 5-15 об.%, а инертного газа - в пределах 85-95 об.%. при давлении в реакционной камере 80-150 Па, плотности ВЧ-мощности в пределах 0,02-0,04 Вт/см3 и времени обработки в пределах 40-300 с. Технический результат: увеличение производительности и выхода годных за счет повышения степени очистки при допроявлении фоторезиста на пьезоэлектрических подложках (кварц, ниобат и танталат лития и др.) путем введения в газовый разряд инертного газа. 1 табл.
Областью применения изобретения является микроэлектроника, а более конкретно - микроэлектроника интегральных пьезоэлектрических устройств на поверхностных акустических волнах (ПАВ) (фильтры, линии задержки и резонаторы), которые находят широкое применение в авионике и бортовых системах.
В технологии изготовления пьезоэлектрических изделий используют операции нанесения резиста и формирования изображения металла. Известно, что в результате сложного спирального движения резиста при его нанесении толщина его после нанесения имеет разброс не менее 6-20 нм. Вследствие локальных флуктуации таких параметров, как толщина резиста и концентрация проявителя, в результате нанесения и проявления резиста могут появиться искажения рисунка (остатки резиста в виде лучей, неровная нижняя кромка резиста). Все это вызывает необходимость введения в процесс изготовления операции допроявления резиста.
Известен способ допроявления фоторезиста, приведенный в патенте США №3930913 по классу 204/164 публ. 1976 г и принятый нами за аналог. В этом способе допроявление резиста проводят в плазме смеси (O2+N2).
Недостатками этого способа являются: во-первых, отсутствие чистоты обработки вследствие осаждения нелетучих полимеров и соединений(например, СН2N4 с температурой плавления 156°С), которые образуются при взаимодействии этой плазмы с удаляемой органикой, на обрабатываемой поверхности, а, во-вторых, задубливание фоторезиста вследствие чрезмерного нагрева и наличия мощного ультрафиолетового облучения при обработке в плазме смеси (N2+O2).
Известен способ допроявления фоторезиста, раскрытый в У.Маро. Микролитография. М., Мир, 1990, с.842 и принятый нами за прототип. В этом способе при допроявлении фоторезиста в плазме кислорода, подложки размещают на подложкодержателе, помещенном в плазмохимическом реакторе внутри перфорированного алюминиевого цилиндра. Недостатком этого способа является малая производительность вследствие потери ВЧ-мощнности и концентрации химически активных частиц (радикалов кислорода) за счет рекомбинации радикалов на металлической поверхности перфорированного цилиндра.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является достижение технического результата, заключающегося в увеличении производительности, и увеличение выхода годных за счет повышения степени очистки при допроявлении фоторезиста на пьезоэлектрических подложках (кварц, ниобат и танталат лития и др.) путем введения в газовый разряд инертного газа. Данный технический результат достигается в способе допроявления фоторезиста на пьезоэлектрических подложках, включающем размещение подложек с нанесенным слоем фоторезиста в плазмохимическом реакторе, обработку слоя фоторезиста в кислородсодержащей среде, причем подложки размещают в плазмохимическом реакторе на подложкодержателе, а допроявление фоторезиста проводят одновременно на всех размещенных подложках в плазме смеси кислорода и инертного газа, где в качестве инертного газа используют либо гелий, либо неон, либо аргон, при этом содержание кислорода находится в пределах 5-15 об.%, а инертного газа - в пределах 85-95 об.%. при давлении в реакционной камере 80-150 Па при плотности ВЧ-мощности в пределах 0,02-0,04 Вт/см3, и времени обработки в пределах 40-300 с. Таким образом, отличительными признаками изобретения является то, что пьезоэлектрические пластины размещают на подложкодержателе в плазмохимическом реакторе, а процесс допроявления проводят в плазме смеси кислорода и инертного газа, где в качестве инертного газа используют либо гелий, либо неон, либо аргон, при этом содержание кислорода находится в пределах 5-15 об.%, а инертного газа - в пределах 85-95 об.%. при давлении в реакционной камере 80-150 Па при плотности ВЧ-мощности в пределах 0,02-0,04 Вт/см3, и времени обработки в пределах 40-300 с.
Перечисленные отличительные признаки позволяют достичь указанного технического результата, заключающегося в увеличении производительности и выхода годных за счет повышения степени очистки при допроявлении фоторезиста. Размещение подложек в плазмохимическом реакторе на подложкодержателе позволяет увеличить производительность обработки до 2,5 раз по сравнению с аналогичными результатами, полученными с размещением пластин на подложкодержателе внутри перфорированного цилиндра в плазмохимическом реакторе. Увеличение производительности обработки происходит за счет того, что в плазмохимическом реакторе, свободном от перфорированного цилиндра, нет потерь ВЧ-мощнности и концентрации химически активных частиц (радикалов кислорода) за счет отсутствия рекомбинации радикалов на металлической поверхности перфорированного цилиндра. Повышение степени очистки при допроявлении фоторезиста происходит за счет введения в плазму инертного газа, что вызывает уменьшение парциальной концентрации углерод-кислородных радикалов, инициирующих радикальную полимеризацию. За счет этого происходит уменьшение влияния процесса осаждения полимера при допроявлении фоторезиста, что вызывает удаленияе гидрофильной полимерной пленки, что, в свою очередь, обеспечит резкое увеличение адгезии наносимого резиста и обеспечит высокое качество обработки и увеличение производительности и выхода годных фотолитографической операции вскрытия контактных окон резонаторов на ПАВ. В ходе этой обработки происходит уменьшение на 12-150 нм толщины слоя резиста, что составляет 2-12% от исходной толщины резиста.
Возможно, что процесс допроявления резиста в плазме происходит следующим образом. В плазме газовой смеси, содержащей кислород и инертный газ, происходит процесс удаления органики радикалами кислорода. Однако присутствие в смеси инертного газа в количествах в 7-20 раз больших, чем кислорода, пропорционально снижает вероятность образования радикалов RO и ROO (где R - углеводород). Вследствие гибели на атомах инертного газа радикалов RO и ROO, инициирующих образование нелетучих полимеров, образование этих полимеров газовой фазе также подавляется. Отсутствие в процессе такой обработки нелетучих полимеров на обрабатываемой поверхности и является причиной высокой чистоты процесса.
При содержании в газовой смеси кислорода менее 5 об.% скорость удаления резиста значительно уменьшается, а при содержании кислорода в смеси более 15 об.% происходит образование и осаждение нелетучих полимеров из плазмы. При проведении процесса допрояаления фоторезиста при плотности ВЧ-мощности менее 0,02 Вт/см3 производительность процесса недостаточна, а при плотности ВЧ-мощности более 0,04 Вт/см3 рост скорости обработки замедляется. При проведении процесса при полном давлении менее 80 Па производительность недостаточно большая, а при полном давлении более 150 Па происходит образование нелетучих полимеров. При проведении допроявления фоторезиста при размещении обрабатываемых пластин на подложкодержателе в плазмохимическом реакторе производительность процесса допроявления в среднем в 2.5 раза больше производительности, полученной при размещении пластин на подложкодержателе внутри перфорированного цилиндра в плазмохимическом реакторе.
Примеры реализации способа.
Пример 1
На поверхность кварцевых пластин наносили слой диазо-новолачного фоторезиста марки ФП-1М толщиной 600 нм. После проведения операций экспонирования, проявления и сушки фоторезиста при температуре 95-100°С на этих пластинах проводили процесс допроявления фоторезиста (см. пример 2 в таблице) в плазме смеси 8 об.% кислорода и 92 об.% гелия. Этот процесс проводили при плотности ВЧ-мощности 0,025 Вт/см, при полном давлении 120 Па и времени воздействия 110 с при размещениии обрабатываемых пластин в реакторе. При этом выход годных на операции взрывной фотолитографии на кварцевых пластинах составил 100%. Для сравнения, при проведении этой же обработки в плазме чистого кислорода (см. пример 1 таблицы) выход годных составлял 70%.
Пример 2
После проведения операций экспонирования, проявления и сушки фоторезиста при температуре в диапазоне 95-100°С на этих пластинах проводили процесс допроявления фоторезиста в плазме смеси 15 об.% кислорода и 85 об.% неона. Этот процесс проводили при плотности ВЧ-мощности 0,04 Вт/см3, при полном давлении 80 Па в течение 40 секунд.
Пример 3
После проведения операций экспонирования, проявления и сушки фоторезиста при температуре в диапазоне 95-100°С на этих пластинах проводили процесс допроявления фоторезиста в плазме смеси 5 об.% кислорода и 95 об.% аргона. Этот процесс проводили при плотности ВЧ-мощности 0,02 Вт/см3 при полном давлении 140 Па в течение 300 с.
В таблице приведены основные примеры реализации способа.
| Зависимость выхода годных на операции обратной фотолитографии от параметров плазмы. | ||||||||
| Состав травящего газа, об.% | Плотность ВЧ-мощности, Вт/см3 | Полное давление, Па | Время обработки, с | Выход годных на операции обратной фотолитографии, % | ||||
| № | O2 | Не | Ne | Ar | ||||
| 1 | 100 | 0 | 0 | 0 | 0,025 | 120 | 110 | 70 |
| 2 | 8 | 92 | 0 | 0 | 0,025 | 120 | 110 | 100 |
| 3 | 7 | 93 | 0 | 0 | 0,04 | 110 | 60 | 100 |
| 4 | 15 | 85 | 0 | 0 | 0,04 | 90 | 40 | 100 |
| 5 | 5 | 0 | 95 | 0 | 0,02 | 150 | 90 | 100 |
| 6 | 7 | 0 | 93 | 0 | 0,04 | 110 | 60 | 100 |
| 7 | 15 | 0 | 85 | 0 | 0,04 | 80 | 100 | 100 |
| 8 | 5 | 0 | 0 | 95 | 0,02 | 140 | 300 | 100 |
| 9 | 8 | 0 | 0 | 92 | 0,03 | 150 | 130 | 100 |
| 10 | 15 | 0 | 0 | 85 | 0,04 | 80 | 150 | 100 |
Способ допроявления фоторезиста на пьезоэлектрических подложках, включающий размещение подложек с нанесенным слоем фоторезиста в плазмохимическом реакторе и обработку слоя фоторезиста в кислородсодержащей среде, отличающийся тем, что подложки размещают в плазмохимическом реакторе на подложкодержателе, а допроявление фоторезиста проводят одновременно на всех размещенных подложках в плазме смеси кислорода и инертного газа, в которой в качестве инертного газа используют гелий, или неон, или аргон, при этом содержание кислорода находится в пределах 5-15 об.%, а инертного газа - в пределах 85-95 об.%. при давлении в реакционной камере 80-150 Па, плотности ВЧ-мощности в пределах 0,02-0,04 Вт/см3 и времени обработки в пределах 40-300 с.
