Справочник технолога-оптика - Окатов М.А.
ISBN 5-7325-0236-Х
Скачать (прямая ссылка):
Для обеспечения высокой селективности ионного травления в качестве масок используют многослойные контактные маски. Их получают следующим образом: на обрабатываемую поверхность наносят нечувствительный к излучению слой металла, оксида, полупроводника или полимера, затем наносят светочувствительный слой и проводят процесс фотолитографии. Далее методом химического или ионного травления на первом слое получают заданный рисунок, служащий контактной маской при создании рельефа на поверхности детали. Контактную маску из нечувствительного к излучению материала можно получать и методом обратной фотолитографии.
Приведем общие требования к маскам в технологии ионной обработки:
материал маски должен иметь хорошую адгезию к поверхности детали, выдерживать процесс проявления или нарезания и ионнохимическое травление;
при записи рисунка и последующем проявлении границы элементов маски должны быть как можно ближе к вертикальным;
чем меньше скорость ионного или ионно-химического травления маски, тем она эффективнее;
маска после ионной обработки должна легко удаляться с поверхности детали.
Подробные сведения о физико-химических свойствах светочувствительных слоев, используемых в качестве масок, приведены в п. 7.9.
461
Выбор и подготовку контактных масок производят для каждого конкретного случая. В табл. 7.29 приведены скорости травления маскирующих материалов в следующих режимах ионного травления: средняя энергия ионов -1,5 кэВ, плотность ионного тока 1,5-2,0 мА/см2, температура образца во время ионной обработки 60-80°С.
На рис. 7.60 показана схема распыления контактной маски с вертикальными стенками. Верхний слой маски распыляется под углом Фтах (угол между направлением ионного пучка и плоскостью материала маски), для которого реализуется максимальная скорость распыления маски. Вертикальный край маски будет формироваться в оптическом материале до тех пор, пока плоскость распыления края не достигнет поверхности детали, что и определит возможное время обработки:
^ _*м Sin фтах
1обр - „
Фтах
где ?обр — время ионной обработки; hu — высота маски; ^Мфтах — скорость ионного распыления материала маски для угла Фтах.
Максимально возможная глубина рельефа:
VP
^тах — ^мфтах^обр — sin фтах _ ZZ »
“Фтах
где Vp — скорость ионного распыления материала детали (ф = 90°). Глубина создаваемого рельефа hp должна быть меньше ^Ртах • Для
Таблица 7.29. СКОРОСТИ ТРАВЛЕНИЯ МАСКИРУЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ
В АРГОНЕ И ФТОРСОДЕРЖАЩИХ ГАЗАХ
Материал Вид Скорость травления, мкм/ч
обработки Ат cf4 chf2ci SF6
Si02 (кварц) — 1.2 2,5 3,2 5,6
А1 (слой 0,5 мкм) — 0,35 0,8 0,8 2,0
Сг (слой 0,2 мкм) — 0,3 0,3 0,4 0,2
Ti (слой ОД мкм) — 0,3 1,5 1,5 5,0
Фоторезист ФП-383 (слой 2 мкм) Прогрев до 145 °С 1,0 3,0 0,8 16,0
ФН-ПЦГД (слой 2 мкм) Прогрев до 200 °С 1,0 1,5 — —
Сирийский асфальт (слой 0,5 мкм) — 1,8 3,0 0,6 5,4
Шеллак (слой 0,2 мкм) Химичес- кая 1,0 1,6 3,2 —
Поливиниловый спирт: Прогрев до 150 °С 1,0 1,6 2,8
слой 0,5 мкм Химичес-' кая 2,0 6,0 1,6 11,0
слой 0,8 мкм Прогрев до 250 °С 0,81 4,9 0,5 16,0
462
получения больших значений hp необходимо либо иметь маски большой толщины, либо скорость травления материала детали должна быть много больше скорости травления материала маски V »К,т • Большие соотноше-
Р мтшах
ния Fp/FM(pmax можно получить, используя ионно-химическую обработку. Выбирая состав рабочего газа и режимы обработки, можно создать высокую селективность ионно-химического травления (Ур/7мфтах » 1). Так, при изготовлении многоэлементных приемников для глубинного ионно-химического травления полупроводниковой группы А3В5 и А4В6 следует использовать смесь рабочих газов Хе — Н20. В этой смеси скорость травления за счет образования летучих гидридов составляет для In — Sb около 15 мкм/ч, для стекол 20-30 мкм/ч. В качестве масок для этой смеси эффективно использовать металлические слои, наносимые обычно методом обратной литографии. Металлы реагируют с кислородом смеси, образуя оксиды, что еще больше снижает скорость распыления масок. Если использовать в качестве маски слой алюминия, удается получать при травлении вышеуказанных полупроводников отношение ^р/^мфтах = Ю0 и получить рельефы глубиной 30 мкм с минимальным размером элемента 5 мкм.
Глубина рельефа измеряется на интерферометрах типа МИИ-4, а топография — на установках УИМ или ДИП-2 по стандартным методикам.
Для получения элементов третьей группы, в частности кино-формов, используют метод последовательного совмещения и экспонирования, который позволяет формировать ступенчатый профиль элементов киноформной структуры. Дифракционная эффективность киноформного элемента (КЭ) растет с ростом числа уровней: для шестиуровневого КЭ — 91,2 %, для восьмиуровневого — 95 %, для десятиуровневого — 97 %.
Изготовление киноформного элемента — сложный многоступенчатый процесс создания контактной маски и ионного или ионно-химического травления. На рис. 7.61 приведена схема технологического процесса получения киноформного элемента, включающего следующие операции.
1. Изготовление контактных фотошаблонов. Фотошаблон — система непрозрачных колец на прозрачной подложке. При простом последовательном совмещении число шаблонов п соответствует числу ступенек (уровней) (п + 1). Фотошаблоны изготавли-
