Оптимальное время контактного экспонирования определяется с помощью миры, измерения ширины линий и клина оптических плотностей. Клин содержит поля, у которых оптическая плотность

Рис. 1.25. Принцип оптического клина:

1 — свет; 2 — модель клина оп­тических плотностей; 3 — слой фоторезиста; Sj—Sn— номера клиньев с переменной оптиче­ской плотностью.

возрастает ступенчато на определенную величину. При постоянном времени экспонирования количество прошедшего через клин излу­чения ступенчато снижается с возрастанием оптической плотности поля (рис. 1.25). При увеличении времени экспонирования растет число ступеней, обнаруживающихся при проявлении, и таким об­разом можно визуально определять время экспонирования. В ка­честве порогового номера клина рекомендуется выбрать находя­щийся на границе между хорошо и плохо сформированными рель­

ефами. Этот метод позволяет корректировать время экспонирова­ния в процессе каждодневной работы, если приблизительное время экспонирования известно из предыдущего измерения.

У новой светочувствительной системы или резиста обычно про­водят 6 испытаний с постоянным временем засветки. Для сохра­нения сопоставимых условий (особенно температуры) предпочти­тельно использовать один клин, который в процессе экспонирова­ния закрывают непрозрачной фольгой, оставляя открытым про­дольный край, а затем через определенный временной интервал сдвигают фольгу, расширяя открытую зону и используя, таким об­разом, весь клин по частям во времени. Проявление и сушку слоев следует проводить в точном соответствии с режимом, предпола­гаемым для практики. У сканирующих устройств или устройств с движущимся источником обычно не существует прямой пропор­циональности между скоростью движения источника и временем экспонирования. Необходимо поэтому определить эту зависимость экспериментально. Для вычисления времени экспонирования tm, отвечающего клину с оптической плотностью Sm при m-ной ско­рости движения, используют данные времени экспонирования tn и плотности Sn в соответствии с уравнением (I. 18):

tm = t„W2fm~Sn (1.18)

Примеры расчетов и условия проведения испытаний приведены в работе [4]-

Метод качества поверхности, применяемый в полиграфии, исхо­дит из качественной оценки поверхности экспонированной области и предположения, что правильно экспонированная поверхность резиста после проявления и сушки является твердой и блестящей. Серией различных времен экспонирования при помощи этого кри­терия может быть установлено минимальное время экспозиции. Оценка качества поверхности субъективна и требует наличия опыта у экспериментатора.

Метод измерения ширины линий наиболее надежен по сравне­нию с другими. Он заключается в определении точности воспроиз­ведения маски и визуальной оценки изображения. Обычное изме­рение ширины линий состоит из серии 6 экспозиций и сравнения изображения на фоторезисте с изображением на маске. Если с по­мощью визуальной оценки поверхности слоя резиста достигнуто оптимальное время экспонирования, для дальнейшего его уточне­ния сравнивают ширину линий рельефа и шаблона. Допустимые погрешности ухода ширины линий зависят от размеров изобра­жаемых структур и составляют для макролитографии (полигра­фии) ±3 мкм, а для микроэлектроники примерно 0,1 мкм. Моди­фикация этого приема состоит в экспонировании через клин опти­ческих плотностей и измерении ширины линий для разных клиньев. Определяют уход размеров в зависимости от времени экспониро­вания и выбирают количество экспонирующего света, при котором уход размеров минимален (рис. 1.26).

Для определения времени экспонирования можно использовать тест на разрешающую способность, в котором используется маска с серией клинообразно уменьшающихся по ширине линий и проме­жутков между ними. При проведении нескольких экспозиционных испытаний определяется время экспонирования, при котором до­стигается наибольшее разрешение. Можно одновременно экспо­нировать и через клин оптических плотностей и определить относи­тельную экспозицию. Предпочитают использовать слои на твердой основе во избежание потери адгезии отдельными линиями, что при­водит к неправильным заключениям. У позитивных резистов реко­мендуется контролировать и линии и промежутки между ними, так

как переэкспонирование ведет к расширению про­межутков, а недоэкспони - рование — к расширению линий. Оптимальное вре­мя экспонирования до­стигается при наимень­ших отклонениях разме­ров линий и промежутков.

Рис. 1.26. Изменения ширины ли­ний в зависимости от времени экспонирования фоторезиста SCR-5: А — область допустимых откло­нений.

Принимая во внимание, что в процессе эксплуатации меняется эмиссия источника и может изменяться и качество резиста, необхо­димо проводить каждодневный контроль времени экспонирования. Для этой цели вполне подходит клин оптических плотностей.

Для определения времени экспонирования в микроэлектронике используется мира, метод измерения ширины линий и клин оптиче­ских плотностей. Применяется стандартная мира, содержащая уменьшающиеся линии и интервалы [4].

При постоянной толщине слоя степень фотохимического пре­вращения фоторезиста зависит от скорости поглощения энергии света единицей поверхности / [в Дж/(см2-с)] и времени экспони­рования t (в с):

ltp = Const (1.19)

где р — показатель Шварцшильда.

В соответствии с уравнением (I. 19) при изменении интенсив­ности источника надо пропорционально изменять время экспони­рования (закон взаимозаместимости) [4]. Однако существует мно­жество случаев невыполнения этого закона (невзаимозамести - мость).

Разрабатываются методы, позволяющие более полно выявить специфические особенности материала при экспонировании. Так, используется оценка свойств материала по значениям экспозиции
^макс и Н МИН и коэффициенту контрастности С:

С = Н макс/^мин

где Ямакс — экспозиция, необходимая для наиболее полного изменения свойств поля (растворимости) во всем объеме; Ямин — экспозиция, отвечающая наблю­даемому начальному моменту изменения свойств (растворимости) при дей­ствии света.

Эти величины зависят от первоначальной толщины нанесенного слоя; по ним можно рассчитывать время экспонирования т для раз­ных слоев при заданном световом потоке I.

Предложены характеристики невзаимозаместимости и фотогра­фической широты [72]. Известна методика, определяющая свойства слоя по сенситометрической (характеристической) кривой. Она от­вечает зависимости d, — lg#, где d — толщина слоя, Н ■= I/S — экспозиция, т. е. величина, обратная светочувствительности. Для негативных составов начальный момент возникновения фото­рельефа — появление на подложке нерастворимой в проявляющем растворе пленки с минимальной толщиной 0,03 мкм — определяет «пороговую» чувствительность композиции (Snop). Часто оцени­вается также светочувствительность при «рабочей» толщине слоя, обычно 0,5 мкм [S0,5 см2/(Вт-с)]. Мерой интенсивности процесса служит коэффициент контрастности tga — тангенс угла наклона прямолинейного участка характеристической кривой (он может принимать значения от единиц до нескольких десятков единиц). Эта методика разработана для определения интегральной и спек­тральной чувствительности негативных и позитивных фоторезистов. На ее основе получают ряд параметров, характеризующих фото­тропизм слоя [73].

Сенситометрическая кривая отражает кинетику суммарного процесса образования фоторельефа в слое полимера, на которую влияют: соотношение спектров эмиссии (как правило, полного спектра лампы среднего или высокого давления) и спектра погло­щения слоя, интенсивность фотолитического процесса с участием хромофоров композиции, скорость последующих темновых реакций и т. д. Особенности оценки светочувствительности электронных резистов см. в разделе VII. 31.

Ухудшить результат экспонирования может присутствие кисло­рода, непостоянство толщины пленки и оптической плотности слоя, изменения интенсивности светового потока. Атмосферный кисло­род в радикальных процессах действует как ингибитор, это ка­сается прежде всего негативных резистов [74]; влияние кислорода адекватно уменьшению выдержки, что вызывает снижение каче­ства изображения. Обычно концентрация светочувствительного компонента в резисте достаточна для подавления этого влияния. В микроэлектронике при использовании проекционного устройства экспонирование можно проводить в инертной атмосфере. В неко­торых случаях кислород может действовать как фотосенсибилиза­тор, особенно в комбинации с красителями или восстановителями, У негативных резистов влияние кислорода может проявиться в

возникновении вуали. Рекомендуется проводить экспонирование через 4 ч после нанесения резиста и хранить пластины в темноте1 и атмосфере азота, а в случае необходимости — при желтом осве­щении. Вуаль образуется также при наличии озона в концентрации свыше 0,05 млн-1.

Для достижения высокого разрешения необходимо, чтобы тол­щина слоя резиста была как можно меньшей: при этом изобра­жение в слое резиста будет наиболее резким. Однако наилучшие технологические свойства слоя резиста и, прежде всего его стой­кость при травлении подложки достигаются при возможно большей толщине В многослойных резистах (МСР) верхний чувствитель­ный слой выполняет функцию маски при травлении планариза - ционногэ слоя (см. гл. VIII); при этом из-за малой толщины верх­него экспонируемого слоя его AR понижается, хотя суммарное AR многослойной системы достигает высокого значения, превышаю­щего AR однослойного резиста в оптимальных условиях исполь­зования.

Непостоянство толщины достаточно толстого слоя резиста обычно существенно не сказывается на результатах экспонирова­ния, в то время как у тонких слоев резистов при изменении тол­щины может резко возрасти дефектность. Кроме того, у тонких слоев при низкой интенсивности света перестает действовать закон взаимозаместимости. Тонкие слои резиста при данной интенсив­ности требуют большего времени экспонирования, чем предпола­гаемое для экспонирования толстых слоев (в пересчете на единицу оптической плотности). Это явление объяснено не полностью, в случае негативных резистов его относят за счет влияния кислорода [74]. При прочих равных условиях слишком высокая интенсив­ность света также может отрицательно влиять на качество воспро­изведения.

Определяющее влияние на параметры рельефного изображения оказывает качество масок, изготовление которых является важ­нейшим звеном в технологической цепи литографического про­цесса. В связи с этим контролю их качества придается большое значение и его осуществляют либо ручным способом или с по­мощью автоматических измерительных систем, устраняющих ошиб­ки визуальной оценки и значительно ускоряющих проверку каче­ства [75].