Фотолітографія

Лінія фотолітографії для виробництва кремнієвих пластин

Фотолітогра́фія — метод отримання трафарету на тонкій плівці матеріалу, широко використовується в мікроелектроніці і в поліграфії. Один з основних процесів планарної технології при виробництві напівпровідникових приладів.

Для отримання відбитку використовується світло певної довжини хвилі. Мінімальний розмір деталей малюнку — половина довжини хвилі (обмежується дифракцією світла).

Принципова відмінність фотолітографії від інших видів літографії полягає у тому, що експонування проводиться видимим або ультрафіолетовим випромінюванням, тоді як в інших видах літографії для цього використовується рентгенівське випромінювання, потік електронів, потік іонів, жорсткий ультрафіолет тощо.

Термінологія

Фоторезист — спеціальний матеріал, який при освітленні змінює свої фізико-хімічні властивості, перш за все, розчинність.

Фотошаблон — пластина, прозора для електромагнітного випромінювання, яке використовується в даному процесі, з непрозорим малюнком.

Процес фотолітографії

Основні етапи процесу фотолітографії:

1. На товсту підкладку (в мікроелектроніці часто використовують кремній) наносять тонкий шар матеріалу (це може бути і окис кремнію), з якого треба сформувати малюнок. На цей шар наноситься фоторезист.
2. Проводиться експонування через фотошаблон (контактним чи проєкційним методом).
3. Освітлені ділянки фоторезисту змінюють свою розчинність і їх можна видалити (позитивний процес) хімічним способом (травленням). Звільнені від фоторезисту ділянки також видаляються.
4. Заключна стадія — видалення залишків фоторезисту.

Якщо після експонування стають розчинними незасвічені ділянки фоторезисту, то процес фотолітографії називається негативним.

Методи фотолітографії

За джерелом випромінювання (вказана довжина хвилі):

• Ртутна лампа (близько 400 нм)
• Ексимерний лазер KrF (248 нм)
• Ексимерний лазер ArF (193 нм)
• Ексимерний лазер F2 (157 нм; тільки експериментальні зразки)
• EUV літографія (близько 13 нм; промислове обладнання компанії ASML)
• Рентгенівська літографія (менше 1 нм; тільки експериментальні зразки)

Технології, які дозволяють покращити техпроцес:

• Optical proximity correction
• Off-axis illumination
• Phase-shift mask
• Імерсійна літографія
• Multiple patterning

Альтернативні способи

• «Вибуховий» (зворотня фотолітографія). При його використанні шар матеріалу наноситься на шар засвіченого і протравленого фоторезисту, після чого залишки фоторезисту видаляються, виносячи з собою ділянки шару матеріалу, під якими був фоторезист.

Використовується для виготовлення малюнків з матеріалів, які погано травляться або травники дуже токсичні.

• «Випалювання». Необхідні вікна в полімерному шарі руйнуються під впливом потужного випромінення, випаровуючого плівку або пропалюючого сам матеріал наскрізь. Використовується для виготовлення малотиражних офсетних форм і в деяких системах різографії.

Див. також

• Фоторезист
• Рентгенівська літографія
• Нанолітографія
• Термохімічна нанолітографія
• Електронна літографія

Література

• Методи нанолітографії / В. В. Петров, А. А. Крючин, Ю. А. Куницький та ін. ; [відп. ред. О. Г. Додонов] ; НАН України, Ін-т проблем реєстрації інформації. – Київ : Наук. думка, 2015. – 262 с. : іл. – (Проект "Наукова книга"). – Бібліогр.: с. 238-258 (326 назв). – ISBN 978-966-00-1467-1