Metody potahování fotorezistu se obecně dělí na odstředivé potahování, ponořování a potahování válečkem, mezi nimiž se nejčastěji používá odstředivé potahování. Odstředivým potahováním se fotorezist nakape na substrát a substrát se může otáčet vysokou rychlostí, aby se získal film fotorezistu. Poté lze pevný film získat zahřátím na plotně. Odstředivé potahování je vhodné pro potahování od ultratenkých filmů (asi 20 nm) až po silné filmy o tloušťce asi 100 um. Jeho vlastnosti jsou dobrá stejnoměrnost, stejnoměrná tloušťka filmu mezi plátky, málo defektů atd. a lze získat film s vysokou účinností povlaku.
Proces odstřeďování
Během odstřeďování určuje hlavní rychlost otáčení substrátu tloušťku filmu fotorezistu. Vztah mezi rychlostí otáčení a tloušťkou filmu je následující:
Spin=kTn
Ve vzorci je Spin rychlost otáčení; T je tloušťka filmu; k a n jsou konstanty.
Faktory ovlivňující proces odstřeďování
Ačkoli je tloušťka filmu určena hlavní rychlostí otáčení, souvisí také s pokojovou teplotou, vlhkostí, viskozitou fotorezistu a typem fotorezistu. Porovnání různých typů křivek povlaku fotorezistu je na obrázku 1.
Obrázek 1: Porovnání různých typů křivek povlaku fotorezistu
Vliv doby hlavní rotace
Čím kratší je doba hlavní rotace, tím silnější je tloušťka filmu. Když se prodlouží doba hlavní rotace, tím tenčí bude film. Když překročí 20 s, tloušťka filmu zůstane téměř nezměněna. Proto je doba hlavní rotace obvykle zvolena na více než 20 sekund. Vztah mezi dobou hlavní rotace a tloušťkou filmu je znázorněn na obrázku 2.
Obrázek 2: Vztah mezi dobou hlavní rotace a tloušťkou filmu
Když je fotorezist nakapán na substrát, i když je následující hlavní rychlost otáčení stejná, rychlost otáčení substrátu během kapání ovlivní konečnou tloušťku filmu. Tloušťka filmu fotorezistu se zvyšuje se zvyšující se rychlostí rotace substrátu během odkapávání, což je způsobeno vlivem odpařování rozpouštědla při rozvinutí fotorezistu po odkapání. Obrázek 3 ukazuje vztah mezi tloušťkou filmu a hlavní rychlostí otáčení při různých rychlostech otáčení substrátu během odkapávání fotorezistu. Z obrázku je vidět, že se zvýšením rychlosti rotace odkapávajícího substrátu se tloušťka filmu mění rychleji a rozdíl je patrnější v oblasti s nižší hlavní rychlostí rotace.
Obrázek 3: Vztah mezi tloušťkou filmu a rychlostí hlavní rotace při různých rychlostech rotace substrátu během nanášení fotorezistu
Vliv vlhkosti během nátěru
Když vlhkost klesá, tloušťka filmu se zvyšuje, protože snížení vlhkosti podporuje odpařování rozpouštědla. Distribuce tloušťky filmu se však výrazně nemění. Obrázek 4 ukazuje vztah mezi vlhkostí a distribucí tloušťky filmu během nanášení.
Obrázek 4: Vztah mezi vlhkostí a distribucí tloušťky filmu během nanášení
Vliv teploty při lakování
Když vnitřní teplota stoupá, tloušťka filmu se zvyšuje. Z obrázku 5 je vidět, že rozložení tloušťky vrstvy fotorezistu se mění z konvexní na konkávní. Křivka na obrázku také ukazuje, že nejvyšší rovnoměrnosti je dosaženo, když je vnitřní teplota 26 °C a teplota fotorezistu je 21 °C.
Obrázek 5: Vztah mezi teplotou a rozložením tloušťky filmu během nanášení
Vliv rychlosti výfuku během lakování
Obrázek 6 ukazuje vztah mezi rychlostí výfuku a distribucí tloušťky filmu. Při absenci výfuku to ukazuje, že střed plátku má tendenci houstnout. Zvýšení rychlosti výfuku zlepší rovnoměrnost, ale pokud se zvýší příliš, rovnoměrnost se sníží. Je vidět, že existuje optimální hodnota rychlosti výfuku.
Obrázek 6: Vztah mezi rychlostí výfuku a distribucí tloušťky filmu
Léčba HMDS
Aby byl fotorezist lépe potahovatelný, musí být plátek ošetřen hexamethyldisilazanem (HMDS). Zejména při ulpívání vlhkosti na povrchu filmu oxidu Si vzniká silanol, který snižuje přilnavost fotorezistu. Aby se odstranila vlhkost a rozložil silanol, oplatka se obvykle zahřeje na 100-120 °C a zavede se mlha HMDS, která vyvolá chemickou reakci. Reakční mechanismus je znázorněn na obrázku 7. Prostřednictvím úpravy HMDS se hydrofilní povrch s malým kontaktním úhlem stává hydrofobním povrchem s velkým kontaktním úhlem. Zahřátím plátku lze dosáhnout vyšší adheze fotorezistu.
Obrázek 7: Mechanismus reakce HMDS
Účinek ošetření HMDS lze pozorovat měřením kontaktního úhlu. Obrázek 8 ukazuje vztah mezi dobou ošetření HMDS a kontaktním úhlem (teplota ošetření 110 °C). Substrát je Si, doba ošetření HMDS je delší než 1 min, kontaktní úhel je větší než 80° a účinek ošetření je stabilní. Obrázek 9 ukazuje vztah mezi teplotou ošetření HMDS a kontaktním úhlem (doba ošetření 60 s). Když teplota překročí 120 ℃, kontaktní úhel se sníží, což naznačuje, že se HMDS rozkládá vlivem tepla. Proto se ošetření HMDS obvykle provádí při 100-110℃.
Obrázek 8: Vztah mezi dobou léčby HMDS
a kontaktní úhel (teplota ošetření 110℃)
Obrázek 9: Vztah mezi teplotou ošetření HMDS a kontaktním úhlem (doba ošetření 60 s)
Ošetření HMDS se provádí na křemíkovém substrátu s oxidovým filmem za účelem vytvoření vzoru fotorezistu. Oxidový film se potom leptá kyselinou fluorovodíkovou s přidaným pufrem a bylo zjištěno, že po ošetření HMDS lze zabránit vypadávání vzoru fotorezistu. Obrázek 10 ukazuje účinek léčby HMDS (velikost vzorku je 1 um).
Obrázek 10: Účinek léčby HMDS (velikost vzorku je 1 um)
Předpečení
Při stejné rychlosti otáčení, čím vyšší je teplota předpečení, tím menší je tloušťka filmu, což znamená, že čím vyšší je teplota předpečení, tím více rozpouštědla se odpaří, což má za následek tenčí tloušťku filmu. Obrázek 11 ukazuje vztah mezi teplotou předpečení a parametrem A Dill. Parametr A udává koncentraci fotosenzitivního činidla. Jak je vidět z obrázku, když teplota předpečení stoupne nad 140 °C, parametr A se sníží, což naznačuje, že se fotosenzitivní činidlo rozkládá při teplotě vyšší, než je tato. Obrázek 12 ukazuje spektrální propustnost při různých teplotách předpečení. Při 160°C a 180°C lze pozorovat zvýšení propustnosti v rozsahu vlnových délek 300-500nm. To potvrzuje, že fotosenzitivní činidlo je vypalováno a rozkládáno při vysokých teplotách. Teplota předpečení má optimální hodnotu, která je dána světelnou charakteristikou a citlivostí.
Obrázek 11: Vztah mezi teplotou předpečení a parametrem A kopru
(naměřená hodnota OFPR-800/2)
Obrázek 12: Spektrální propustnost při různých teplotách předpečení
(OFPR-800, tloušťka filmu 1 um)
Stručně řečeno, metoda odstředivého potahování má jedinečné výhody, jako je přesné řízení tloušťky filmu, vysoká nákladová výkonnost, mírné podmínky procesu a jednoduchý provoz, takže má významné účinky na snížení znečištění, úsporu energie a zlepšení nákladů. V posledních letech se spin coating získává stále větší pozornost a jeho aplikace se postupně rozšířila do různých oborů.
Čas odeslání: 27. listopadu 2024