Фильтрация фоторезиста при производстве микроэлектроники

Задачей фотолитографии является создание защитной маски, заданной конфигурации на подложке полупроводника. Это комплексный процесс, включающий выбор и очистку светочувствительного материала, подготовку подложек с дальнейшим формированием на них защитных пленок и дальнейшие технологические операции (экспонирование, термообработка, травление, проявление).

Светочувствительный материал, наносимый на подложку, называется фоторезистом. Фоторезисты – это полимерные системы, обладающие комплексными свойствами: способностью изменять свои свойства под воздействием света (светочувствительность) и способностью сопротивляться воздействию температуры и агрессивных кислотных и щелочных сред (резистивность).

В зависимости от реакции фоторезиста на воздействие света они делятся на позитивные и негативные. Негативные образуют на поверхности пластины нерастворимые участки, которые являются негативным отображением оригинала и остаются на поверхности пластины после проявления. Позитивные, напротив, создают растворимые участки и являются копией рисунка оригинала.

Среди негативных наиболее распространены соединения на основе сшитых полимеров на основе диазидов с фенол- и крезолформальдегидными смолами или циклоолефиновыми каучуками. Реакция полимеризации инициируется воздействием света, в результате происходит превращение диазида в нитрен с выделением азота с последующим присоединением нитрена к смоле или каучуку путем образования диазиридиновых мостиков. Механизм реакции может быть представлен уравнением:

Также применяются фоторезисты на основе сенсобилизированного поливинилового спирта [-CH₂CH- (OH)-]_n или состав на основе его сложного эфира с коричной кислотой – поливинилциннамата.

Для негативных фоторезистов применяются органические растворители, например, ксилол, толуол (их смеси), хлорбензол, циклогексанон (их смеси).

Типичными позитивными фоторезистами выступают системамы в которых в качестве светочувствительного компонента выступает сульфо-эфир о-нафтохинондиазида, содержание которого находится в пределах 5-40 %масс., а в качестве пленкообразующего агента выступают новолачные смолы. Также новолачные смолы значительно улучшают адгезию и химическую стойкость.

При воздействии света сложный эфир превращается в производное индекарбоновой кислоты. При воздействии водного раствора калийной щелочи при проявлении оно удаляется с поверхности вместе с новолачной смолой.

Очевидно, что качество фоторезиста напрямую влияет на процесс фотолитографии. Поэтому перед нанесением необходима фильтрация непосредственно перед точкой ввода в процесс – Point-of-Use. Среди возможных нежелательных включений в фоторезистах можно выделить следующие:

• Твердые механические частицы. Оседая между компонентами микросхемы, частица размером 0,2-0,3 мкм может приводить короткому замыканию и, как следствие, браку всего изделия. Также такие частицы препятствуют формированию равномерного слоя, причем этот дефект накапливается с каждым последующем слоем и может стать критическим.
• Мягкие частицы (гели). Присутствие частиц данного типа в фоторезисте обусловлено особенностями процесса производства и хранения. В отличие от твердых частиц они способны к деформации при определенном давлении.
• Растворенные металлы. Остаточные концентрации железа, натрия, кальция в концентрациях более 20 мкг/л могут приводить к нарушениям проводящих свойств, что сказывается на качестве изделия в целом.
• Микропузырьки воздуха и газов. Для современных техпроцессов требуется применения фильтрующих элементов с тонким рейтингом фильтрации. В процессах могут применяться покрытия, содержащие ПАВ. Фоторезисты содержат достаточно большие количества растворенного воздуха. Эти факторы являются причиной возникновения микропузырьков, которые не только оказывают влияние на правильность нанесения и создания защитных масок, но и напрямую будут влиять на процесс фильтрации.

Исходя из понимания состава фоторезистов, возможных нежелательных включений и их особенностей, можно сформулировать требования к фильтрующим элементам:

• Должны обладать химической совместимостью с фоторезистом и должны быть чистыми. Учитывая крайне малый размер частиц, приводящий к негативным последствиям необходимо, чтобы фильтрующие элементы не привносили никаких дополнительных загрязнений в фильтрат. Как правило, фоторезист подается небольшими количествами и насосы, используемые для его подачи, не рассчитаны на длительные циклы отмывки элементов

• Должны обеспечивать минимальное дифференциальное давление при фильтрации. Данное требование вытекает сразу из двух возможных видов загрязнений фоторезиста: гелей и микропузырьков. Гели могут деформироваться под воздействием давления. Чем выше дифференциальное давление на элементе, тем большее давление на входе требуется для поддержания постоянного потока. В итоге при росте перепада давления входное давление может достичь значения, достаточного для деформации частицы и проникновения ее в фильтрат. Повышенное дифференциальное давление является одной из причин появления микропузырьков. Попадая в пору гидрофобного фильтрующего элемента, они приводят к недостаточной смачиваемости, в результате чего пора блокируется. По мере увеличения количества заблокированных пор растет перепад давления (происходит усиление эффекта) и снижается пропускная способность элемента.
• Фильтрующий материал должен обладать хорошей смачиваемостью. Хорошая смачиваемость материала с одной стороны значительно снижает время подготовки элемента к фильтрации за счет быстрого удаления воздуха из пор, а с другой – предотвращает образование пузырьков и блокирование пор в процессе фильтрации. Величина критического поверхностного натяжения смачивания определяет необходимость предварительного смачивания материала и продолжительность подготовки к фильтроциклу.

Для фильтрации фоторезиста мы рекомендуем картридж Amazon Supapore 16TTG, мембрана которого выполнена из гидрофобного ПТФЭ, а оснастка из PFA. Рекомендуемая рабочая температура – до 170 °С. Доступные рейтинги фильтрации от 0,05 до 10,0 мкм.

Также отличным выбором станет элемент Amazon Supapore Halar, с фильтрующим материалом ECTFE Halar и оснасткой из нейлона или полипропилена.

Фильтрующие элементы Amazon 16MPG – конструкция, полностью изготовленная из полипропилена. Абсолютная мембрана из полипропилена с рейтингом 0,1 или 0,2 мкм обладает широкой химической совместимостью, превосходной смачиваемостью и низким дифференциальным давлением.