Введение

Миниатюризация элементной базы микроэлектроники предъявляет требования к точности воспроизведения топологических норм. В этом контексте качество фоторезистивной пленки, а именно равномерность её толщины после нанесения и сушки, становится одним из главных факторов разрешающей способности всего литографического процесса.

Разброс толщины фоторезиста приводит к неравномерному поглощению энергии излучения при экспонировании, колебаниям времени проявления и в итоге к неконтролируемому изменению геометрии формируемых элементов. Обеспечение высокой однородности (менее 1 - 2% от номинала) является сложной технологической задачей, так как зависит от комплекса взаимосвязанных параметров: режимов работы центрифуги, условий термообработки. В данной статье рассматриваются ключевые дестабилизирующие факторы, влияющие на формирование профиля пленки, и предлагается подход к организации контроля, основанный на применении автоматизированных оптических методов измерений и статистической обработке полученных данных.

Цель исследования

Цель данной работы заключается в выявлении закономерностей влияния технологических параметров (вязкость, режимы центрифугирования и сушки) на разброс толщины фоторезиста и разработке на этой основе методики многоточечного контроля, позволяющей идентифицировать источники неоднородности.

Материал и методы исследования

Исследования проводились на монокристаллических кремниевых пластинах диаметром 75 мм. После стандартной очистки на поверхность подложек наносился позитивный фоторезист AR-813. Формирование фоторезистивных пленок осуществлялось методом центрифугирования на установке AC200-COT-CTM-QH.

Рисунок 1 – Установка нанесения фоторезиста методом центрифугирования AC200-COT-CTM-QH

Процесс включал этап растекания при 500 об/мин в течение 3 с и этап формирования толщины при варьировании скорости вращения от 2000 до 4000 об/мин в течение 30 с. Термическая сушка образцов проводилась на установке HP100-PE при температуре 90°C в течение 60 с (мягкая сушка).

Рисунок 2 – Установка термической обработки HP100-PE

Результаты исследования и их обсуждение

В ходе эксперимента определена зависимость толщины пленки фоторезиста AR-813 от скорости вращения центрифуги (рис. 3). Согласно полученным данным, с увеличением скорости вращения толщина закономерно уменьшается, что соответствует классическому механизму центрифужного нанесения.

Рисунок 3 – Зависимость толщины фоторезистивной пленки от скорости вращения центрифуги

На основе спецификации материала установлен оптимальный режим нанесения. При вязкости фоторезиста 15 ± 1 сСт (при 25°С) для получения номинальной толщины пленки 1,3 мкм требуется скорость вращения 2900 об/мин. Данное значение находится в рабочем диапазоне скоростей, обеспечивающем стабильность формирования слоя.

Термическая обработка образцов проводилась согласно рекомендациям производителя (рис.4) в две стадии:

· 90°С в течение 60 секунд (удаление основного объема растворителя);

· 115°С в течение 60 секунд (окончательная стабилизация пленки и улучшение адгезии).

Рисунок 4 – Рекомендация производителя для фоторезиста AR-813

Визуальный контроль качества сформированных пленок (рис.5) показал равномерную интерференционную окраску по всей поверхности пластин, что свидетельствует об отсутствии грубых дефектов и неоднородностей. Полученные результаты подтверждают корректность выбранных технологических параметров для формирования фоторезистивного слоя заданной толщины.

Рисунок 5 – Пластина с нанесенным фоторезистом

Заключение

В ходе выполнения работы определена зависимость толщины пленки фоторезиста AR-813 от скорости вращения центрифуги. Установлено, что для достижения номинальной толщины 1,3 мкм при вязкости материала 15 ± 1 сСт оптимальная скорость вращения составляет 2900 об/мин. Подобран и обоснован двухстадийный режим термической сушки: 90°С в течение 60 с и 115°С в течение 60 с.

Визуальный контроль подтвердил отсутствие видимых дефектов и равномерность сформированных покрытий, что свидетельствует о корректности выбранных технологических параметров.

Полученные результаты могут быть использованы при отработке технологических маршрутов фотолитографии для изделий микроэлектроники. Поскольку в настоящей работе оценка равномерности проводилась визуально, дальнейшие исследования целесообразно направить на количественную оценку этого параметра с использованием автоматизированных оптических методов измерений, что позволит повысить достоверность контроля и ужесточить допуски на однородность фоторезистивных слоев.