Metódy nanášania fotorezistu sa vo všeobecnosti delia na odstredivé nanášanie, nanášanie ponorením a nanášanie valcovaním, medzi ktorými sa najčastejšie používa odstredivé nanášanie. Odstreďovaním sa fotorezist nakvapká na substrát a substrát sa môže otáčať vysokou rýchlosťou, aby sa získal film fotorezistu. Potom je možné získať pevný film zahrievaním na horúcej platni. Odstreďovanie je vhodné na poťahovanie od ultratenkých filmov (asi 20 nm) až po hrubé filmy s hrúbkou asi 100 um. Jeho charakteristikami sú dobrá rovnomernosť, rovnomerná hrúbka filmu medzi plátkami, málo defektov atď. a možno získať film s vysokou účinnosťou povlaku.
Proces odstreďovania
Počas rotačného nanášania určuje hlavná rýchlosť otáčania substrátu hrúbku filmu fotorezistu. Vzťah medzi rýchlosťou otáčania a hrúbkou filmu je nasledujúci:
Spin = kTn
Vo vzorci je Spin rýchlosť otáčania; T je hrúbka filmu; k a n sú konštanty.
Faktory ovplyvňujúce proces odstreďovania
Hoci hrúbka filmu je určená hlavnou rýchlosťou otáčania, súvisí aj s izbovou teplotou, vlhkosťou, viskozitou fotorezistu a typom fotorezistu. Porovnanie rôznych typov kriviek povlaku fotorezistu je znázornené na obrázku 1.
Obrázok 1: Porovnanie rôznych typov kriviek povlaku fotorezistu
Vplyv hlavného času otáčania
Čím kratší je čas hlavného otáčania, tým väčšia je hrúbka filmu. Keď sa predĺži čas hlavného otáčania, tým tenší bude film. Keď presiahne 20 s, hrúbka filmu zostáva takmer nezmenená. Preto sa čas hlavného otáčania zvyčajne volí na viac ako 20 sekúnd. Vzťah medzi hlavným časom otáčania a hrúbkou filmu je znázornený na obrázku 2.
Obrázok 2: Vzťah medzi časom hlavného otáčania a hrúbkou filmu
Keď sa fotorezist nakvapká na substrát, aj keď je následná hlavná rýchlosť otáčania rovnaká, rýchlosť otáčania substrátu počas odkvapkávania ovplyvní konečnú hrúbku filmu. Hrúbka filmu fotorezistu sa zvyšuje so zvyšovaním rýchlosti rotácie substrátu počas odkvapkávania, čo je spôsobené vplyvom odparovania rozpúšťadla, keď je fotorezist po odkvapkaní rozvinutý. Obrázok 3 ukazuje vzťah medzi hrúbkou filmu a hlavnou rýchlosťou otáčania pri rôznych rýchlostiach otáčania substrátu počas odkvapkávania fotorezistu. Z obrázku je vidieť, že so zvyšovaním rýchlosti rotácie kvapkajúceho substrátu sa hrúbka filmu mení rýchlejšie a rozdiel je zreteľnejší v oblasti s nižšou hlavnou rýchlosťou rotácie.
Obrázok 3: Vzťah medzi hrúbkou filmu a rýchlosťou hlavnej rotácie pri rôznych rýchlostiach rotácie substrátu počas nanášania fotorezistu
Vplyv vlhkosti počas nanášania
Keď vlhkosť klesá, hrúbka filmu sa zvyšuje, pretože zníženie vlhkosti podporuje odparovanie rozpúšťadla. Rozloženie hrúbky filmu sa však výrazne nemení. Obrázok 4 ukazuje vzťah medzi vlhkosťou a distribúciou hrúbky filmu počas nanášania.
Obrázok 4: Vzťah medzi vlhkosťou a distribúciou hrúbky filmu počas nanášania
Vplyv teploty počas nanášania
Keď vnútorná teplota stúpa, hrúbka filmu sa zvyšuje. Z obrázku 5 je možné vidieť, že distribúcia hrúbky vrstvy fotorezistu sa mení z konvexnej na konkávnu. Krivka na obrázku tiež ukazuje, že najvyššia rovnomernosť sa dosiahne, keď je vnútorná teplota 26 °C a teplota fotorezistu je 21 °C.
Obrázok 5: Vzťah medzi teplotou a distribúciou hrúbky filmu počas nanášania
Vplyv výfukovej rýchlosti počas lakovania
Obrázok 6 ukazuje vzťah medzi rýchlosťou výfuku a distribúciou hrúbky filmu. Pri absencii výfuku to ukazuje, že stred plátku má tendenciu hrubnúť. Zvýšením rýchlosti výfuku sa zlepší rovnomernosť, ale ak sa zvýši príliš, rovnomernosť sa zníži. Je vidieť, že existuje optimálna hodnota rýchlosti výfuku.
Obrázok 6: Vzťah medzi rýchlosťou výfuku a distribúciou hrúbky filmu
Liečba HMDS
Aby bol fotorezist lepšie poťahovateľný, musí byť plátok ošetrený hexametyldisilazánom (HMDS). Najmä pri prichytení vlhkosti na povrchu filmu oxidu Si vzniká silanol, ktorý znižuje priľnavosť fotorezistu. Aby sa odstránila vlhkosť a rozložil silanol, plátok sa zvyčajne zahreje na 100-120 °C a zavedie sa hmla HMDS, ktorá spôsobí chemickú reakciu. Reakčný mechanizmus je znázornený na obrázku 7. Prostredníctvom úpravy HMDS sa hydrofilný povrch s malým kontaktným uhlom stáva hydrofóbnym povrchom s veľkým kontaktným uhlom. Zahriatím plátku sa môže dosiahnuť vyššia adhézia fotorezistu.
Obrázok 7: Mechanizmus reakcie HMDS
Účinok liečby HMDS je možné pozorovať meraním kontaktného uhla. Obrázok 8 ukazuje vzťah medzi časom ošetrenia HMDS a kontaktným uhlom (teplota ošetrenia 110 °C). Substrát je Si, doba spracovania HMDS je väčšia ako 1 minúta, kontaktný uhol je väčší ako 80° a účinok liečby je stabilný. Obrázok 9 ukazuje vzťah medzi teplotou ošetrenia HMDS a kontaktným uhlom (doba ošetrenia 60 s). Keď teplota presiahne 120 ℃, kontaktný uhol sa zníži, čo naznačuje, že HMDS sa rozkladá v dôsledku tepla. Preto sa liečba HMDS zvyčajne vykonáva pri 100-110 ℃.
Obrázok 8: Vzťah medzi časom liečby HMDS
a kontaktný uhol (teplota spracovania 110 ℃)
Obrázok 9: Vzťah medzi teplotou ošetrenia HMDS a kontaktným uhlom (doba ošetrenia 60 s)
Ošetrenie HMDS sa uskutočňuje na silikónovom substráte s oxidovým filmom, aby sa vytvoril vzor fotorezistu. Oxidový film sa potom leptá kyselinou fluorovodíkovou s pridaným tlmivým roztokom a zistilo sa, že po ošetrení HMDS je možné zabrániť vypadávaniu vzoru fotorezistu. Obrázok 10 ukazuje účinok liečby HMDS (veľkosť vzoru je 1 um).
Obrázok 10: Účinok liečby HMDS (veľkosť vzoru je 1 um)
Predpečenie
Pri rovnakej rýchlosti otáčania, čím vyššia je teplota predpečenia, tým menšia je hrúbka filmu, čo znamená, že čím vyššia je teplota predpečenia, tým viac rozpúšťadla sa odparí, čo vedie k tenšej hrúbke filmu. Obrázok 11 ukazuje vzťah medzi teplotou predpečenia a parametrom A kôpru. Parameter A udáva koncentráciu fotosenzitívneho činidla. Ako je možné vidieť z obrázku, keď teplota predpečenia stúpne nad 140 °C, parameter A sa zníži, čo naznačuje, že fotosenzitívne činidlo sa rozkladá pri teplote vyššej ako je táto. Obrázok 12 ukazuje spektrálnu priepustnosť pri rôznych teplotách predpečenia. Pri 160°C a 180°C je možné pozorovať zvýšenie priepustnosti v rozsahu vlnových dĺžok 300-500nm. To potvrdzuje, že fotosenzitívne činidlo sa vypaľuje a rozkladá pri vysokých teplotách. Teplota predpečenia má optimálnu hodnotu, ktorá je určená svetelnou charakteristikou a citlivosťou.
Obrázok 11: Vzťah medzi teplotou predpečenia a parametrom A kôpru
(nameraná hodnota OFPR-800/2)
Obrázok 12: Spektrálna priepustnosť pri rôznych teplotách predpekania
(OFPR-800, hrúbka filmu 1 um)
Stručne povedané, metóda odstreďovania má jedinečné výhody, ako je presná kontrola hrúbky filmu, vysoká nákladová výkonnosť, mierne procesné podmienky a jednoduchá obsluha, takže má významné účinky na zníženie znečistenia, úsporu energie a zlepšenie nákladovej výkonnosti. V posledných rokoch sa rotačné lakovanie dostáva do stále väčšej pozornosti a jeho aplikácia sa postupne rozšírila do rôznych oblastí.
Čas odoslania: 27. novembra 2024