Фоторан Е6 — фоторезист для микроэлектроники¶

Фоторан Е6 — позитивный фоторезист на основе новолачной смолы и нафтохинондиазида, выпускавшийся в СССР и предназначенный для контактной и проекционной фотолитографии в производстве полупроводниковых приборов, интегральных микросхем и печатных плат. Относится к классу позитивных фоторезистов: экспонированные участки плёнки теряют устойчивость к проявителю и удаляются, а неэкспонированные остаются и служат маской при последующих операциях травления, осаждения или ионной имплантации. Материал выпускался в виде вязкой жидкости и поставлялся в таре, защищавшей его от света.

¶Общие сведения

Фоторезисты делятся на два основных типа. Негативные при засветке полимеризуются и становятся нерастворимыми, поэтому удаляются неэкспонированные области. Позитивные, к которым относится Фоторан Е6, работают наоборот: под действием ультрафиолетового излучения в них происходит фотохимическая реакция, повышающая растворимость облучённых участков в щелочном проявителе. Позитивные материалы обеспечивают более высокое разрешение и лучше передают мелкие элементы топологии, поскольку проявитель не проникает в неэкспонированные области и не вызывает их набухания.

Название «Фоторан» использовалось как торговая марка серии отечественных фоторезистов, выпускавшихся химической промышленностью. Индекс «Е» указывал на принадлежность к группе материалов для электронной промышленности, а цифра различала рецептуры внутри серии.

¶Состав и принцип действия

В основе Фоторан Е6 лежат три главных компонента:

• Плёнкообразующая смола — новолачная фенолформальдегидная смола, обеспечивающая механическую прочность, адгезию к подложке и устойчивость к травителям.
• Светочувствительное соединение — нафтохинондиазид (обычно его сульфоэфир), выполняющий роль ингибитора растворения.
• Растворитель — органическая жидкость (например, этилцеллозольв или его аналоги), придающая составу нужную вязкость и позволяющая наносить тонкие равномерные слои.

Механизм действия основан на фотохимическом превращении нафтохинондиазида. В необлучённом состоянии это соединение подавляет растворение смолы в щелочном проявителе. При экспонировании ультрафиолетом оно перестраивается в инденкарбоновую кислоту, которая, напротив, ускоряет растворение. В результате облучённые участки вымываются проявителем в десятки раз быстрее необлучённых, что и формирует рельефное изображение.

¶Технологические характеристики

Фоторан Е6 применялся для формирования слоёв толщиной порядка единиц микрометров. Ключевые параметры, важные при работе с ним:

Для получения качественного слоя требовалось строгое соблюдение чистоты: пыль, влага и органические загрязнения приводили к дефектам топологии. Существенное значение имели температура и время сушки, а также режим экспонирования, поскольку передержка вызывала уход размеров элементов, а недодержка — неполное проявление.

¶Применение

Основная область применения Фоторан Е6 — планарная технология производства полупроводниковых приборов. С его помощью формировали окна в диоксиде кремния для диффузии примесей, маски для травления металлизации и рисунок проводников. Материал использовался также при изготовлении печатных плат, в производстве фотошаблонов и в других задачах точной фотолитографии.

Типовой маршрут процесса включал несколько последовательных операций:

1. Подготовка поверхности подложки (отмывка, обезжиривание, иногда нанесение адгезионного подслоя).
2. Нанесение фоторезиста и формирование равномерной плёнки.
3. Сушка для удаления растворителя.
4. Совмещение с фотошаблоном и экспонирование ультрафиолетом.
5. Проявление — удаление облучённых участков.
6. Сушка и последующее травление или осаждение через полученную маску.
7. Снятие оставшегося фоторезиста.

¶Место в ряду фоторезистов

Фоторан Е6 принадлежит к первому поколению позитивных фоторезистов, разработанных на основе системы «новолачная смола — нафтохинондиазид». Эта химия была предложена в 1950-х годах и надолго стала стандартом отрасли. Аналогичные материалы выпускались и за рубежом; отечественная серия «Фоторан» обеспечивала потребности электронной промышленности в условиях, когда импорт химикатов был ограничен.

С развитием микроэлектроники требования к разрешающей способности росли. Появились двухслойные и многослойные схемы литографии, материалы для коротковолнового ультрафиолета, электронно-лучевые и рентгеновские резисты. Классические позитивные фоторезисты типа Фоторан Е6 постепенно уступали место более совершенным рецептурам, однако долгое время оставались рабочим материалом массового производства.

¶Ограничения

Материал имеет ряд принципиальных ограничений. Адгезия к некоторым подложкам (например, к металлам) недостаточна без специальной обработки. Разрешающая способность ограничена длиной волны экспонирующего излучения и свойствами проявителя. Позитивные резисты чувствительны к условиям хранения: под воздействием света и тепла светочувствительное соединение постепенно разлагается, поэтому тару хранят в темноте и при пониженной температуре. Кроме того, органические растворители и щелочные проявители требуют соблюдения техники безопасности и вентиляции рабочих помещений.

¶Значение

Фоторан Е6 — представитель класса материалов, обеспечивших развитие советской и постсоветской микроэлектроники. Фотолитография с использованием подобных фоторезистов позволила освоить производство интегральных микросхем, транзисторов и печатных плат. Изучение и совершенствование таких составов заложило основу для последующих отечественных разработок в области литографических материалов.