Способ допроявления фоторезиста, нанесенного на пьезоэлектрическую подложку
Владельцы патента RU 2401321:
Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Элпа" с опытным производством" (ОАО "НИИ "Элпа") (RU)
Изобретение относится к способам допроявления фоторезистов и может быть использовано в области микроэлектроники интегральных пьезоэлектрических устройств на поверхностных акустических волнах (фильтры, линии задержки, резонаторы). Согласно способу подложку с фоторезистом размещают в плазмохимическом реакторе внутри перфорированного металлического цилиндра и проводят обработку в плазме смеси кислорода и инертного газа при содержании кислорода 5-15 об.% и инертного газа - 85-95 об.%, при давлении в реакторе 80-150 Па, при плотности ВЧ-мощности 0,03-0,07 Вт/см3 и времени обработки 20-210 сек. При этом в качестве инертного газа используют гелий или неон, или аргон. Технический результат - увеличение прецизионности и чистоты допроявления фоторезиста на пьезоэлектрических подложках. 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 Англии №1419034 по классу 6BJ публ. 1975 г. и принятый нами за аналог. В этом способе допроявление резиста проводят в плазме чистого кислорода (О2).
Недостатком этого способа является такое взаимодействие кислорода с резистом, при котором в газовой фазе в ходе цепных реакций образуются нелетучие органические полимеры.
Известен способ допроявления фоторезиста путем удаления органического материала в плазме смеси (70% N2+30% О2), приведенный в патенте США №4773437 по кл. 156/643 за 1984 г. и принятый нами за прототип. Недостатками данного способа являются: во-первых, отсутствие чистоты обработки вследствие осаждения нелетучих полимеров и соединений(например, CH2N4 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).
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является достижение технического результата, заключающегося в увеличении прецизионности и чистоты допроявления фоторезиста на пьезоэлектрических подложках(кварц, ниобат и танталат лития и др.).
Данный технический результат достигается в способе допроявления фоторезиста, нанесенного на пьезоэлектрическую подложку, включающем его обработку в плазмохимическом реакторе в кислородсодержащей плазме, отличающемся тем, что подложку с фоторезистом размещают в плазмохимическом реакторе внутри перфорированного металлического цилиндра, а обработку проводят в плазме смеси кислорода и инертного газа при содержании кислорода 5-15 об.% и инертного газа - 85-95 об.%, при давлении в реакторе 80-140 Па, при плотности ВЧ-мощности 0,03-0,07 Вт/ см3 и времени обработки 20-210 сек, при этом в качестве инертного газа используют гелий или неон, или аргон.
В ходе этой обработки происходит уменьшение на 12-36 нм толщины слоя резиста, что составляет 2-4% исходной толщины резиста. Размещение обрабатываемых пластин внутри перфорированного металлического цилиндра обеспечивает анизотропию обработки, так как при этом толщина резиста, удаляемая с боковых стенок резиста (в латеральном к поверхности подложки направлении) в 2,5 раза меньше удаляемой толщины резиста в нормальном к поверхности подложки направлении. Последнее подтверждается рисунками профиля фотомаски до и после допроявления, сделанных на атомно-силовом микроскопе. Данная величина анизотропии обработки находится на уровне, достижимом при обработке в высокочастотном разряде кислорода только в установках реактивно-ионного травления. Эта анизотропия обработки важна для прецизионности параметров устройств на поверхностных акустических волнах. Таким образом, отличительными признаками изобретения являются: размещение обрабатываемых подложек в плазмохимическом реакторе внутри перфорированного металлического цилиндра и проведение процесса допроявления фоторезиста в плазме кислорода, в который дополнительно вводят инертный газ, где в качестве инертного газа используют гелий или неон, или аргон, причем содержание кислорода находится в пределах 5-15 об.%, а инертного газа - 85-95 об.%, при плотности ВЧ-мощности 0,03-0,07 Вт/ см3- при давлении в реакторе 80-140 Па и времени обработки от 20 до 210 сек.
Перечисленные отличительные признаки позволяют достичь указанного технического результата, заключающегося в увеличении прецизионности и чистоты обработки.
Размещение обрабатываемых подложек внутри перфорированного металлического цилиндра вдвое уменьшает скорость обработки поверхности. Последнее позволяет дополнительно улучшить прецизионность обработки за счет более точного определения времени окончания процесса. Обычно плазменная обработка резиста при давлении более 13Па имеет изотропный характер. Однако в ходе проведенных нами исследований было установлено, что размещение подложек в реакторе внутри перфорированного металлического цилиндра позволяет увеличить анизотропию обработки со значения 1:1 до величины 2.5:1, что увеличивает прецизионность обработки. Последнее, возможно, обусловлено чисто радикальным характером взаимодействия плазмы с резистом. Сохранение при этом высокой чистоты обработки обусловлено тем, что из-за значительного разбавления кислорода инертным газом и высокого давления вероятность взаимной встречи радикалов RO и ROO (инициирующих полимеризацию) с радикалами R (где R- углеводород) мала за счет гибели этих радикалов на атомах инертного газа. Высокая чистота обработки подтверждается увеличением в 1,5-2 раза выхода годных на операции фотолитографии, а также тем, что отсутствуют случаи потери адгезии резиста к подложке на операциях последующих фотолитографий, столь характерные при допроявлении в плазме чистого кислорода.
Проведенные патентные исследования показали, что совокупность признаков патентуемого способа является новой, и патентуемое изобретение соответствует критерию новизны.
Примеры реализации способа
Пример 1.
На поверхность кварцевых подложек наносили слой диазо-новолачного фоторезиста марки ФП-1М толщиной 600 нм. После проведения операций экспонирования, проявления и сушки при температуре 95-100°С на этих пластинах проводили процесс допроявления фоторезиста (см. пример 2 в таблице) в плазме смеси 5 об.% кислорода и 95 об.% гелия. Этот процесс проводили при плотности ВЧ-мощности 0,03 Вт/см3, при полном давлении 120 Па и времени воздействия 210 секунд с помещением обрабатываемых пластин в реактор внутри перфорированного металлического цилиндра из алюминиевого сплава. При этом выход годных на операции обратной фотолитографии на кварцевых пластинах составил 100%. Для сравнения, при проведении этой же обработки в плазме чистого кислорода (см. пример 1 таблицы) выход годных составил 50-70%.
Пример 2
На поверхность подложек танталата лития наносили слой диазо-новолачного фоторезиста марки ФП-1М толщиной 600 нм. После проведения операций экспонирования, проявления и сушки при температуре 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 0,07 Вт/см3, при полном давлении 80 Па в течение 20 секунд.
Пример 3
На поверхность подложек ниобата лития наносили слой диазо-новолачного фоторезиста марки ФП-1М толщиной 600 нм. После проведения операций экспонирования, проявления и сушки при температуре 95-100°С на этих пластинах проводили процесс допроявления фоторезиста в плазме смеси 8 об.% кислорода и 92 об.% аргона. Этот процесс проводили при плотности ВЧ-мощности 0,04 Вт/см3 при полном давлении 140 Па в течение 30 секунд.
В таблице 1 приведены основные примеры реализации способа. При содержании в газовой смеси кислорода менее 5об.% скорость допроявления резиста значительно уменьшается, а при содержании кислорода в смеси более 15 об.% происходит образование и осаждение нелетучих полимеров из плазмы. При проведении процесса допроявления фоторезиста при плотности ВЧ-мощности менее 0,03 Вт/ см3 производительность процесса недостаточна, а при плотности ВЧ-мощности более 0,07 Вт/ см3 рост скорости обработки замедляется. При проведении процесса допроявления при полном давлении менее 80 Па производительность процесса не достаточно большая, а при полном давлении более 140 Па происходит образование нелетучих полимеров.
При проведении обработки без помещения обрабатываемых подложек внутри перфорированного металлического цилиндра отсутствует анизотропия допроявления фоторезиста.
| Зависимость выхода годных на операции обратной фотолитографии от параметров плазмы Таблица 1 |
||||||||
| №№ п/п | Состав травящего газа, об.% | Плотность ВЧ-мощности, Вт/см3 | Полное давле-ние, Па | Время обработки, с | Выход годных на операции обратной фотолитографии, % | |||
| O2 | Не | Ne | Ar | |||||
| 1 | 100 | 0 | 0 | 0 | 0,03 | 120 | 120 | 50-70 |
| 2 | 5 | 95 | 0 | 0 | 0,03 | 120 | 210 | 100 |
| 3 | 7 | 93 | 0 | 0 | 0,05 | 110 | 60 | 100 |
| 4 | 15 | 85 | 0 | 0 | 0,07 | 90 | 30 | 100 |
| 5 | 5 | 0 | 95 | 0 | 0,03 | 140 | 90 | 100 |
| 6 | 7 | 0 | 93 | 0 | 0,05 | 110 | 60 | 100 |
| 7 | 15 | 0 | 85 | 0 | 0,07 | 80 | 20 | 100 |
| 8 | 5 | 0 | 0 | 95 | 0,03 | 115 | 40 | 100 |
| 9 | 8 | 0 | 0 | 92 | 0,04 | 140 | 30 | 100 |
| 10 | 15 | 0 | 0 | 85 | 0,07 | 80 | 25 | 100 |
Способ допроявления фоторезиста, нанесенного на пьезоэлектрическую подложку, включающий его обработку в плазмохимическом реакторе в кислородсодержащей плазме, отличающийся тем, что подложку с фоторезистом размещают в плазмохимическом реакторе внутри перфорированного металлического цилиндра, а обработку проводят в плазме смеси кислорода и инертного газа при содержании кислорода 5-15 об.% и инертного газа - 85-95 об.%, при давлении в реакторе 80-150 Па, при плотности ВЧ-мощности 0,03-0,07 Вт/см3 и времени обработки 20-210 с, при этом в качестве инертного газа используют гелий, или неон, или аргон.
