СВЕТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА НЕГАТИВНОГО ФОТОРЕЗИСТА AZ nLOF 2035 ДЛЯ ВЗРЫВНОЙ ФОТОЛИТОГРАФИИ

АННОТАЦИЯ

Исследованы светочувствительные свойства пленок негативного фоторезиста AZ nLOF 2035 для взрывной фотолитографии, нанесенные на поверхность керамических пластин методом центрифугирования. Определены характерные точки и даны рекомендации для проведения экспонирования фоторезиста AZ nLOF 2035 толщиной 0,8 мкм. Разработан технологический процесс обратной фотолитографии с негативным фоторезистом AZ nLOF 2035.

Ключевые слова: взрывная фотолитография, негативный фоторезист, светочувствительность, доза экспонирования.

Оптическая литография является ключевым технологическим процессом в современном производстве изделий микроэлектроники и полупроводниковых приборов. Взрывная или обратная литография (процесс “lift-off”) – процесс, при котором пленка материала (чаще всего металла) наносится на фоторезистивную маску на подложке. Структура на подложке формируется при удалении экспонированных участков ФР вместе с находящейся на них пленкой металла. Оставшаяся на подложке пленка металла полностью повторяет рисунок неэкспонированных областей [1]. Этот вид литографии применяется для создания на подложке структур, формирование которых обычными методами литографии проблематично. В частности, взрывная литография применяется при создании металлизации из драгоценных металлов, травление которых обычно является сложной задачей [2].

Целью работы является исследовать светочувствительность негативного фоторезист AZ nLOF 2035 и разработать технологический маршрут для проведения обратной фотолитографии.

Негативные фоторезисты AZ nLOF 2035 серии i-line характеризуются высокой пропускной способностью и разработаны для проведения обратной фотолитографии методом «взрыва». Паспортные данные негативного фоторезиста AZ nLOF 2035 представлены в таблице 1 [3].

Таблица 1.

Основные паспортные данные негативного фоторезиста AZ nLOF 2035  (Clariant, Швейцария)

Свойства негативного фоторезиста AZ nLOF 2035

Для очистки поверхности ситалловой подложки размером 48×60 мм от загрязнений выдерживались в растворе KOH (6%) в ультразвуковой (УЗ) ванне GT SONIC с частотой 40 кГц, при температуре 50 ⁰С. Длительность обработки - 5 минут. Затем методом центрифугирования со скоростью 3000 об/мин наносился негативный фоторезист AZ nLOF 2035 толщиной 0,8 мкм. Далее проводилась сушка фоторезиста при температуре 100 ⁰С в течение 90 секунд.

Для исследования светочувствительные свойств пленок негативного фоторезиста AZ nLOF 2035 и определения дозы экспонирования была построена экспериментальная зависимость скорости проявления от дозы экспонирования, представленная на рисунке 1.

Рисунок 1. Зависимость скорости проявления от дозы экспонирования для негативного фоторезиста AZ nLOF 2035

Задубливание негативного фоторезиста AZ nLOF 2035 осуществлялось на термостоле MST при температуре 110 ⁰С в течение 90 секунд. Проявление ФР проводится в 2% растворе ТМАН с дальнейшей промывкой в деионизованной воде.

По полученным экспериментальным данным были определены основные характерные точки светочувствительности: пороговая светочувствительность (S_пор = 0,044 см²/мДж), светочувствительность, определяемая по точкам инерции (S_инд = 0,0147 см²/мДж), величина, обратная экспозиции (S_d = 0,0088 см²/мДж) и фотографическая широта (L = 45,2 см²/мДж). Установлено, что для наиболее точного воспроизведения элементов изображения целесообразно экспонировать пленку негативного фоторезиста AZ nLOF 2035 толщиной 0,8 мкм дозой экспонирования от 22,6 мДж/см² до 113 мДж/см².

Технологический процесс фотолитографии с негативным фоторезистом AZ nLOF 2035

Технологический процесс с негативным фоторезистом AZ nLOF 2035 для обратной фотолитографии представлен на рисунке 2 (а).

Методом центрифугирования на керамическую подложку марки ВК-96 нанесен негативный фоторезист AZ nLOF 2035 толщиной 0,8 мкм на 3 режиме с частотой 3000 оборотов в минуту. Предварительно подложка была очищена в 6%-ом растворе гидроксида калия при температуре 50 °С. Длительность очистки составила 5 минут. Сушка фоторезиста проведена на термостоле MST при температуре 100 °С в течение 90 секунд.

Экспонирование подложки с нанесенным слоем фоторезиста с дозой экспонирования 67,8 мДж/см² проводилось в течение 90 секунд с использованием позитивного фотошаблона (см. рисунок 2, б).

Вторая сушка фоторезиста проведена при температуре 110 °С в течение 90 секунд. Проявление фоторезиста проведено в 2%-ом растворе гидроксид тетраметиламмония (ТМАН) в течение 90 секунд с последующей промывкой подложки в деионизованной воде.

Методом термического испарения в вакууме на подложку с ФР-маской нанесена пленка Al толщиной 100 нм при токе I = 0,4 А и напряжении U = 500 В. Удаление ФР-маски проводился в диметилформамиде (ДМФА) в течение 40 секунд. Фотография полученного рисунка в слое алюминия представлена на рисунке 2 (в), указаны участки для измерения линейных размеров элементов.

а) Технологический маршрут с негативным фоторезистом AZ nLOF 2035; б) Позитивный фотошаблон; в) Полученное изображение в пленке алюминия образец с участками измерений

Рисунок 2. Фотолитография с негативным фоторезистом AZ nLOF 2035

Методом оптической микроскопии была измерены линейные размеры элементов в пленке алюминия, полученные методом взрывной литографии. Погрешность составила порядка 5%.

Заключение

Экспериментально установлено, что для экспонирования пленок негативного фоторезиста AZ nLOF 2035 толщиной 0,8 мкм, нанесенных на керамические подложки методом центрифугирования, необходимо обеспечить дозу 67,8 мДж/см², при которой светочувствительность будет составлять 0,0147 см²/мДж, что соответствует паспортным данным резиста.

Представленный технологический маршрут формирования рисунка в слое алюминия позволяет сформировать однослойную резистивную маску в пленке негативного фоторезиста AZ nLOF 2035 для процесса “lift-off” с погрешностью линейных размеров элементов порядка 5%. Работа выполнена в рамках проекта FEWM 2024-0004.

Список литературы:

1. Вабищевич С.А., Бринкевич Д.И. Прочностные свойства фоторезистов для взрывной литографии // Фундаментальные науки. – 2022. – №4. [электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: https://cyberleninka.ru/article/n/prochnostnye-svoystva-fotorezistov-dlya-vzryvnoy-litografii (дата обращения: 5.12.2024)
2. Thomas E.W. Bilayer lift-off process for aluminum metallization / E.W. Thomas, A.K. Konstantin, A.C. Nathaniel // Journal of Micro/Nanolithography – 2015. Vol. 14. №. 1.
3. Clariant Corporation: AZ nLOF 2000 Series i-Line Photoresists [электронный ресурс]. – Режим доступа: https://ostec-materials.ru/upload/iblock/AZ%20nLOF%202000.pdf (дата обращения: 20.11.2024)