78.158.23.189: +Оборудование

2026-03-10T11:24:15Z

+Оборудование

Новая страница

'''Фотолитогра́фия''' — метод получения определённого рисунка на поверхности материала, широко используемый в [[микроэлектроника|микроэлектронике]] и других видах [[Микротехнология|микротехнологий]], а также в производстве [[Печатная плата|печатных плат]]. Один из основных приёмов [[планарная технология|планарной технологии]], используемой в [[Производство полупроводниковых устройств|производстве полупроводниковых приборов]].

Суть процесса фотолитографии сводится к тому, что вначале на обрабатываемую поверхность наносится тонкая фоточувствительная [[полимер]]ная плёнка ([[фоторезист]]). Затем эта плёнка засвечивается через [[фотошаблон]] с заданным рисунком. Далее проэкспонированные участки удаляются в проявителе. Получившийся на фоторезисте рисунок используется для таких технологических этапов планарной технологии, как [[травление]], [[электроосаждение]], [[вакуумное напыление]] и другие. После проведения одного из этих процессов оставшийся, не удалённый при проявлении, фоторезист также удаляется.

Принципиальное отличие фотолитографии от других видов литографии заключается в том, что экспонирование производится светом (видимым или [[Ультрафиолетовое излучение|ультрафиолетовым]]), тогда как в других видах литографии для этого используется [[рентгеновское излучение]] ([[рентгеновская литография]]), поток [[электрон]]ов ([[электронно-лучевая литография]]) или [[ион]]ов ([[ионно-лучевая литография]]) и другое.

Наименьшие размеры деталей рисунка, достижимые в фотолитографии (разрешение), определяются: [[длина волны|длиной волны]] используемого излучения, качеством применяемой при экспонировании оптики, свойствами фоторезиста и достигают 100 нм. Применение специальных методов ([[иммерсионная литография]]) теоретически позволяет получить {{нет АИ 2|разрешение до 11 нм|20|12|2015}}.

== Процесс фотолитографии ==

=== Очистка и подготовка поверхности ===
Первоначально подложка (при производстве монолитных микросхем это обычно [[Кремниевая пластина|пластина из монокристаллического кремния]]) очищается от загрязнений в ультразвуковой ванне в различных органических растворителях: [[ацетон]]е и [[метанол]]е и полосканием в [[изопропанол]]е. В случае значительных загрязнений поверхности, её обрабатывают смесью [[Серная кислота|серной кислоты]] и [[Пероксид водорода|пероксида водорода]] (H2SO4 + H2O2) с последующим применением процесса [[w:en:RCA clean|RCA]] очистки.

Различные материалы подложки имеют различное сцепление ([[Адгезия|адгезию]]) [[фоторезист]]а с ней. Например, такие металлы, как [[алюминий]], [[хром]] и [[Титан (элемент)|титан]] имеют высокую адгезию, в то время как [[благородные металлы]] — [[золото]], [[серебро]] или [[платина]] — имеют очень плохую адгезию. В случае низкой адгезии перед нанесением фоторезиста рекомендуется наносить тонкий [[подслой]] [[Адгезивы|адгезива]], увеличивающий сцепление фоторезиста с поверхностью, например, [[гексаметилдисилазан]] (ГМДС). Кроме этого, иногда и поверх фоторезиста наносят [[Просветление оптики|антиотражающие покрытия]].

=== Нанесение фоторезиста ===
[[Файл:Photoresist spin-coaters at LAAS 0448.jpg|thumb|250px|Установки центрифугирования для нанесения фоторезиста]]
{{main|Фоторезист}}
Наиболее широко распространённый метод нанесения фоторезистов на поверхность — это центрифугирование. Этот метод позволяет создавать однородную плёнку фоторезиста и контролировать её толщину скоростью вращения пластины (порядка нескольких тысяч оборотов в минуту). Как правило, используется при работе с большими круглыми пластинами.

При использовании неподходящих для центрифугирования поверхностей, например для покрытия небольших поверхностей, используется нанесение погружением в фоторезист. Недостатками этого метода являются большой расход фоторезиста и неоднородность получаемых плёнок.

При необходимости нанести фоторезист на сложные поверхности используется аэрозольное распыление, однако толщина плёнки при таком методе нанесения также не является однородной.

=== Предварительное запекание ===
После нанесения фоторезиста необходимо провести его предварительную [[Сушка (процесс)|сушку]] (запекание). Для этого образец выдерживается несколько минут в печи, при температуре 100—120оС. Этот этап необходим для испарения [[Растворитель|растворителя,]] содержащегося в фоторезисте, что способствует улучшению адгезии, исключению прилипания к [[фотошаблон]]у, возможности нанесения второго слоя фоторезиста и имеет положительное влияние в некоторых других аспектах.

=== Экспонирование ===
[[Файл:Spectrum of lithography lights.PNG|thumb|420px|Длины волн экспонирования в литографии]]
[[Файл:Simple model of 4 types semiconducter lithography lighting.PNG|thumb|420px|Схемы 4х различных видов экспонирования. Показаны контактный метод экспонирования, экспонирование с микрозазором и проекционные методы экспонирования]]
Процесс экспонирования заключается в засветке фоторезиста через [[фотошаблон]], содержащий желаемый рисунок, [[свет]]ом видимого или ультрафиолетового диапазона, что и отличает процесс фотолитографии от других видов литографии. К примеру, в случае [[Рентгеновская литография|рентгеновской]], [[Ионно-лучевая литография|ионно-лучевой]] и [[Электронная литография|электронной литографии]], для экспонирования используются [[Рентгеновское излучение|рентгеновские лучи]], [[ион]]ы и [[электрон]]ы соответственно.

Наиболее стандартными [[Длина волны|длинами волны]] экспонирования в фотолитографии являются i-линия (365 [[нанометр|нм]]), h-линия (405 нм) и g-линия (436 нм). Как бы то ни было, большинство фоторезистов могут быть проэкспонированы и широким спектром в [[Ультрафиолетовое излучение|ультрафиолетовом диапазоне]] (интегральное экспонирование), для чего обычно применяется [[ртутная лампа]]. В случае [[Фотолитография в глубоком ультрафиолете|фотолитографии в глубоком (жёстком) ультрафиолете]] используются длины волн около 13,5 нм и специальные фоторезисты. Среди источников излучения, использующихся в фотолитографии, наиболее распространены:
* [[Ртутная лампа]] (около 400 нм)
* [[Эксимерный лазер]] KrF (248 нм)
* Эксимерный лазер ArF (193 нм)
* Эксимерный лазер F2 (157 нм; только экспериментальные установки)

Экспонирование может проводиться как с использованием [[фотошаблон]]а, так и без него ([[безмасочная литография]]). В последнем случае рисунок на фоторезисте формируется непосредственно перемещающимся [[лазер]]ным или электронным лучом или их группой, сфокусированным на поверхности фоторезиста. В случае же применения фотошаблонов чаще используются проекционные методы экспонирования, когда рисунок с фотошаблона переносится на фоторезист с использованием системы [[Линза|оптических линз]]. В некоторых вариантах литографии маска может находиться в контакте с фоторезистом, или в непосредственной близости, при наличии микрозазора.

Существуют технологии, позволяющие уменьшить искажения и изготовить микросхемы с меньшими проектными нормами:
* [[:en:Optical proximity correction|Optical proximity correction]] (Коррекция эффекта оптической близости)
* [[:en:Off-axis illumination|Off-axis illumination]] (Применение вне-осевого освещения)
* [[Фазосдвигающие маски]] (PCM)
* [[Иммерсионная литография]]
* [[Мультипаттеринг|Двойное формирование рисунка]] (LELE, LFLE<ref name="sam_sivakumar_2009-nikon">http://www.nikonprecision.com/newsletter/pdf/spring_2009/Trends_Sivakumar_Intel_Distribution.pdf {{Wayback|url=http://www.nikonprecision.com/newsletter/pdf/spring_2009/Trends_Sivakumar_Intel_Distribution.pdf |date=20150104010703 }} Sam Sivakumar (Intel), 2009</ref>)
* Двойное формирование рисунка со спейсерами (spacer double patterning, SBPD<ref name="sam_sivakumar_2009-nikon"/>)
При [[Производство полупроводниковых устройств|производстве полупроводниковых приборов]] для экспонирования больших по площади пластин (150, 200, 300 мм в диаметре) используют такие аппараты, как [[степпер]]ы и сканеры, в которых небольшой фотошаблон экспонируется на пластину многократно с помощью перемещения экспонируемой поверхности.

Основными параметрами экспонирования являются длина волны, время экспонирования и мощность источника излучения. Как правило, каждый фоторезист имеет определённое значение дозы (мДж/см2), необходимой для его экспонирования, поэтому важно правильно подобрать параметры экспонирования. При недостаточной дозе могут возникнуть проблемы с проявлением фоторезиста, а чрезмерное экспонирование может вызвать повреждения плёнки фоторезиста. От мощностных параметров зависит производительность фотолитографических установок, измеряемая в пластинах в час (wph).

Дополнительно стоит отметить такой метод фотолитографии, как «выжигание», при котором необходимые окна в полимерном слое выжигаются под воздействием на них мощного светового потока, испаряющего нанесённую на материал плёнку или прожигающего сам материал насквозь. Этот способ применяется для изготовления малотиражных [[полиграфия|офсетных форм]] и в некоторых системах [[Трафаретная печать|ризографии]].

=== Вторичное запекание ===
Вторичное запекание производится непосредственно после экспонирования и не является обязательным шагом. Этот этап требуется лишь в случаях применения химически усиленных фоторезистов, применения обращаемого фоторезиста, потребности в релаксации толстых плёнок фоторезиста и в некоторых других ситуациях.

=== Проявление ===
В процессе проявления части фоторезиста удаляются специальной жидкостью — проявителем (например [[Тетраметиламмония гидроксид|гидроксид тетраметиламмония]]), формируя окна в плёнке фоторезиста. В случае использования позитивного фоторезиста удаляется проэкспонированная область, а в случае негативного — не проэкспонированная.

Определённые фоторезисты проявляются определённым проявителем и не проявляются другими. Как правило, проявитель разбавляется водой (1:2, 1:4), при этом степень разбавления контролирует скорость проявления, которая также зависит от полученной фоторезистом дозы при экспонировании.

=== Финальное запекание ===
Окончательное запекание фоторезиста также является необязательным шагом, хотя нередко помогает улучшить его свойства. В частности, сушка при 130—140оС повышает химическую и температурную устойчивость проявленного фоторезиста для таких последующих этапов, как электроосаждение, сухое и жидкостное травление.

=== Обработка поверхности ===
Как правило, фотолитография тесно связана с технологическим этапом, для которого собственно и требуется получаемый из фоторезиста рисунок. Наиболее распространённым процессом на этом этапе является [[травление]], хотя нередко применяются и такие процессы как [[электроосаждение]] и [[вакуумное напыление|напыление]] при проведении обратной фотолитографии.

==== Травление ====
{{main|Травление в литографии}}
Травление является наиболее часто используемым в совокупности с фотолитографией процессом при производстве [[Печатная плата|печатных плат]] и [[Производство полупроводниковых устройств|полупроводниковых приборов]] для [[Микроэлектроника|микроэлектроники]]. Существуют два основных вида травления: жидкостное (жидкое) и [[сухое травление]]. Сухое травление подразделяется на физическое распыление, [[ионное распыление]]; газофазное химическое травление; [[реактивное ионное травление]]. В зависимости от задач, применяют тот или иной тип травления. Жидкостное травление применяют в основном при изготовлении печатных плат, а также для вытравливания жертвенного слоя при изготовлении [[МЭМС]], и других применений, где требуется изотропное травление (то есть травление во всех направлениях). [[Реактивное ионное травление|Плазменное]], и в особенности [[:en:deep reactive-ion etching|глубокое плазменное травление]], применяют когда необходимо протравить структуру относительно глубоко, сохраняя при этом, как можно более вертикальный угол наклона стенок, то есть протравить анизотропно, только в вертикальном направлении. Результат травления тесно связан с параметрами фоторезиста, что во многом и определяет его выбор.

==== Электроосаждение ====
[[Файл:Photolithography process.png|thumb|400px|Схема основных этапов процесса фотолитографии]]
В процессе [[Электроосаждение|электроосаждения]], окна в фоторезисте используются для осаждения в них материала из [[электролит]]а.

==== Напыление. Обратная литография ====
В случаях, когда требуется получить рисунок из материала плохо подвергающегося травлению, используют процесс обратной (взрывной) литографии. В процессе обратной литографии на нанесённый и проявленный фоторезист [[Вакуумное напыление|напыляется]] [[Тонкая плёнка|тонкий слой]] материала (обычно металла), из которого требуется сформировать рисунок. На следующем этапе производится снятие фоторезиста, так что напылённый материал остаётся только в окнах, не защищённых фоторезистом, а плёнка, попавшая на фоторезист, уносится вместе с ним, то есть осуществляется так называемый «взрыв». Для обратной литографии, как правило, используются специальные LOR (lift-off-resist) фоторезисты. Существуют многочисленные модификации этого метода, например, когда используются два или даже три слоя фоторезистов с разной скоростью проявления. В целом, для аккуратного снятия фоторезиста требуется, чтобы плёнка фоторезиста была в два и более раз толще, чем плёнка напылённого материала, а также, чтобы стенки фоторезиста имели отрицательный наклон, что исключит возможность их покрытия напыляемым материалом.

=== Снятие фоторезиста ===
Финальным этапом процесса фотолитографии является снятие фоторезиста. Для удаления фоторезиста с обработанной поверхности используют либо обработку в специальной жидкости — снимателе (например, [[диметилсульфоксид]], N-метилпирролидон, смесь серной кислоты и перекиси водорода), либо обработку в кислородсодержащей плазме. Как правило, определённые сниматели подходят только к определённым группам фоторезистов. В процессах обратной фотолитографии, вместе с фоторезистом удаляется и покрывающая его плёнка материала. Если на предыдущих этапах применялись усилители адгезии или антиотражающие покрытия, они, как правило, также удаляются снимателем.

== Оборудование ==
Литографическое оборудование:
* [[Степпер]]

[[EUV-литография|EUV-литографические]] машины голландской компании [[ASML]] лежат в основе современного производства микросхем.

== См. также ==
* [[Электронная литография]]
* [[Ионно-лучевая литография]]
* [[Нанопечатная литография]]
* [[Рентгеновская литография]]
* [[Фотолитография в глубоком ультрафиолете]]
* [[Фоторезист]]
* [[Фотошаблон]]
* [[Микротехнология]]

== Примечания ==
{{примечания}}

== Литература ==
* [http://www.lithoguru.com/scientist/litho_history/Optical_lithography_40_years_and_holding_Bruning_2007.pdf Optical Lithography … 40 years and holding] // Proc. of SPIE Vol. 6520, [[doi:10.1117/12.720631]]{{ref|en}}
* [http://www.lithoguru.com/scientist/litho_history/Optical_lithography_thirty_years_and_three_orders_of_magnitude_Bruning_1997.pdf Optical lithography thirty years and three orders of magnitude: the evolution of optical lithography tools.] // Microlithography’97 (pp. 14–27). International Society for Optics and Photonics. [[doi:10.1117/12.275983]]
* Лапшинов Б. А. [http://window.edu.ru/resource/498/78498/files/miem_lapshinov.pdf Технология литографических процессов. Учебное пособие] — МИЭМ, 2011
* [http://www.electronics.ru/journal/article/48 Системы литографии. Перспективы и экономические аспекты развития] // Электроника НТБ Выпуск #3/2010
* Photolithography. Theory and Application of Photoresists, Etchants and Solvents. К. Кох и Т. Ринке. (2012)
* [http://thesaurus.rusnano.com/wiki/article1085 Литография, оптическая] — [[Словарь нанотехнологических терминов]] (2009—…)
* [https://web.archive.org/web/20151222092054/http://www.intel.com/content/dam/www/public/emea/eu/en/documents/eric/day2-boudewijn-sluijk.pdf Lithographic Challenges an ASML perspective]. Boudewijn Sluijk, Intel ERIC, Dublin, 4 Oct. 2012

{{нет сносок|дата=2015-12-16}}

[[Категория:Планарная технология]]
[[Категория:Фотографические процессы]]
[[Категория:Фотолитография]]

Фотолитография - История изменений

78.158.23.189: +Оборудование