フォトリソグラフィー基礎

フォトリソグラフィは、多くの微細加工アプリケーションを強化するために使用できる二値画像転写プロセスを指す。

フォトリソグラフィの基本は、以下の手順からなる：

• 表面クリーニング
• スピン・コーティング
• ソフトベーキング
• 露出とマスキング
• 曝露後ベーク（PEB）
• 開発
• ハード・ベイク

表面クリーニング

フォトリソグラフィのプリフォームにおいて最も重要なステップのひとつは、表面のクリーニングである。清浄な表面を得ることは、高品質の微細加工表面を作成するために不可欠です。基板上に存在する微粒子は、最終的なレジストパターンに望ましくない欠陥を引き起こす可能性があります。また、膜の汚れは密着不良の原因となります。多くの場合、材料はアルコール溶液ですすぎ、乾燥させるだけです。Piranhaはガラス洗浄液としても機能します。しかし、酸が含まれているため、この洗浄方法はあまり好ましくない。

スピン・コーティング

スピンコーティングは、スピンコーティングチャックを備えたスピンコーターで行われる。スピン速度によって、感光材料であるフォトレジストの厚さが決まる。フォトレジストは、樹脂、増感剤、接着促進剤、シンナーから構成される。フォトレジストにはポジ型とネガ型の2種類がある。ポジ型フォトレジストは光が当たるとエッチングしやすくなり、ネガ型フォトレジストは光が当たるとエッチングしにくくなる。それぞれのフォトレジストには対応するスピン速度曲線があり、それを用いて得られる厚みを決定することができる。

基板にフォトレジストを塗布する場合、静的ディスペンスと動的ディスペンスがある。動的ディスペンスでは、ディスペンス中に基板が動きます。スタティック・ディスペンスは、フォトレジストが移動する前に基板の中心に塗布されます。ディスペンスのタイプは、希望するアプリケーションによって異なります。

ソフトベーキング

スピンコート後、レジスト膜を安定させるため、溶剤の含有量を減らすソフトベーク工程を行う。ソフトベークは主に、密着性を高めて層間剥離を防ぐために行われる。ソフトベーク時間は、蒸発速度を決定し、この蒸発速度が速すぎたり遅すぎたりすると、欠陥の原因となります。ソフトベーク工程を長時間行うと気泡が発生し、ベーク不足でベタベタした膜が形成されることがあります。適切なソフトベーク時間を決定することは、フォトリソグラフィ工程において非常に重要です。

露出とマスキング

露光装置は、フォトレジスト中の光活性化合物を活性化するのに必要な特定の波長の光を照射するために使用される。基板が露光を受ける時間は、マクロおよびミクロの両方の構造体の所望の寸法を作成するために使用される。フォトレジストの特性は温度によって変化することに注意することが重要である。そのため、露光し過ぎるとレジストパターンが小さくなり、露光不足だと広い構造になります。波長が短いと、フィーチャーが小さくなります。

マスクは、基板上に所望のパターンを作成するために使用される。これには接触印刷、投影印刷、近接印刷がある。その名が示すように、接触印刷は、露光前にマスクを基板上に直接置くことで行われる。この方法は、より大きな特徴を作成するために使用される。プロジェクション印刷は、より優れた特徴解像度を可能にするレンズを使用します。プロキシミティ印刷は、基板をマスクから一定の距離に保ち、近接ギャップを形成する方法である。

露光後ベーク

露光後のベーキング工程は、フィルムの剥がれを防止し、定在波効果を低減するために必要である。フォトレジスト内のポリマー樹脂の溶解度を調整することで、膜剥がれを低減または防止することができる。定在波が存在すると、線幅の制御が難しくなります。PEBは、フォトレジスト増感剤濃度の最大値と最小値を等しくし、均一な現像速度を作り出すのに役立ちます。

開発

現像では、フォトレジストが塗布された基板を現像液に浸す。現像液に浸している間に、未重合のフォトレジストが洗い流され、最終的なレジストパターンが形成されます。この工程は、基板上の特徴を確実に定着させるために数回行う必要があります。

ハード・ベイク

一般的なフォトリソグラフィ工程の最後のステップはハードベークである。ハードベークは、架橋によってパターンをより熱的に安定させる。高温により、基板へのレジストの密着性が向上します。

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