Методи нанесення фоторезисту зазвичай поділяються на нанесення покриття центрифугуванням, нанесення покриття зануренням і нанесення валиком, серед яких найчастіше використовується нанесення покриття центрифугуванням. За допомогою обертання фоторезист капає на підкладку, і підкладку можна обертати на високій швидкості, щоб отримати плівку фоторезисту. Після цього тверду плівку можна отримати, розігрівши її на плиті. Спінове покриття підходить для покриття від ультратонких плівок (приблизно 20 нм) до товстих плівок приблизно 100 мкм. Його характеристиками є хороша однорідність, рівномірна товщина плівки між пластинами, невелика кількість дефектів тощо, і можна отримати плівку з високою ефективністю покриття.
Процес нанесення покриття
Під час нанесення покриття головна швидкість обертання підкладки визначає товщину плівки фоторезисту. Залежність між швидкістю обертання та товщиною плівки наступна:
Спін=kTn
У формулі Spin — швидкість обертання; Т - товщина плівки; k і n константи.
Фактори, що впливають на процес нанесення покриття
Хоча товщина плівки визначається основною швидкістю обертання, вона також пов’язана з кімнатною температурою, вологістю, в’язкістю фоторезисту та типом фоторезисту. Порівняння різних типів кривих покриття фоторезисту показано на малюнку 1.
Рисунок 1: Порівняння різних типів кривих покриття фоторезистом
Вплив часу основного обертання
Чим коротший час основного обертання, тим товщина плівки. Коли час основного обертання збільшується, плівка стає тоншою. Коли воно перевищує 20 с, товщина плівки залишається майже незмінною. Тому час основного обертання зазвичай вибирається більше 20 секунд. Зв’язок між часом основного обертання та товщиною плівки показано на малюнку 2.
Рисунок 2: Зв’язок між часом основного обертання та товщиною плівки
Коли фоторезист капає на підкладку, навіть якщо подальша швидкість основного обертання є однаковою, швидкість обертання підкладки під час капання вплине на кінцеву товщину плівки. Товщина плівки фоторезисту збільшується зі збільшенням швидкості обертання підкладки під час капання, що пов’язано з впливом випаровування розчинника при розгортанні фоторезисту після капання. На малюнку 3 показано залежність між товщиною плівки та основною швидкістю обертання при різних швидкостях обертання підкладки під час капання фоторезисту. З малюнка видно, що зі збільшенням швидкості обертання крапельної підкладки товщина плівки змінюється швидше, і різниця більш очевидна в області з меншою основною швидкістю обертання.
Рисунок 3: Зв’язок між товщиною плівки та основною швидкістю обертання при різних швидкостях обертання підкладки під час дозування фоторезисту
Вплив вологості під час нанесення покриття
При зниженні вологості товщина плівки збільшується, оскільки зниження вологості сприяє випаровуванню розчинника. Однак розподіл товщини плівки істотно не змінюється. На рисунку 4 показано залежність між вологістю та розподілом товщини плівки під час нанесення покриття.
Рисунок 4: Зв’язок між вологістю та розподілом товщини плівки під час нанесення покриття
Вплив температури під час нанесення покриття
При підвищенні температури в приміщенні товщина плівки збільшується. На малюнку 5 видно, що розподіл товщини плівки фоторезисту змінюється від опуклого до увігнутого. Крива на малюнку також показує, що найвища однорідність досягається, коли температура в приміщенні становить 26°C, а температура фоторезисту становить 21°C.
Рисунок 5: Зв’язок між температурою та розподілом товщини плівки під час нанесення покриття
Вплив швидкості вихлопу під час нанесення покриття
На малюнку 6 показано залежність між швидкістю вихлопу та розподілом товщини плівки. За відсутності вихлопу це показує, що центр пластини має тенденцію до потовщення. Збільшення швидкості вихлопу покращить рівномірність, але якщо її збільшити занадто сильно, рівномірність зменшиться. Видно, що існує оптимальне значення для швидкості вихлопу.
Рисунок 6: Зв’язок між швидкістю вихлопу та розподілом товщини плівки
Лікування ГМДС
Щоб зробити фоторезист більш придатним для покриття, пластину потрібно обробити гексаметилдисилазаном (HMDS). Особливо коли волога прикріплюється до поверхні плівки оксиду Si, утворюється силанол, який знижує адгезію фоторезисту. Щоб видалити вологу та розкласти силанол, пластину зазвичай нагрівають до 100-120°C і вводять туман HMDS, щоб викликати хімічну реакцію. Механізм реакції показано на малюнку 7. Завдяки обробці HMDS гідрофільна поверхня з малим контактним кутом стає гідрофобною поверхнею з великим контактним кутом. Нагрівання пластини може отримати більш високу адгезію фоторезисту.
Рисунок 7: Механізм реакції HMDS
Ефект обробки HMDS можна спостерігати, вимірявши контактний кут. На малюнку 8 показано співвідношення між часом обробки HMDS і кутом контакту (температура обробки 110°C). Субстратом є Si, час обробки HMDS більше 1 хвилини, кут контакту більше 80°, а ефект обробки стабільний. На малюнку 9 показано співвідношення між температурою обробки HMDS і кутом контакту (час обробки 60 с). Коли температура перевищує 120 ℃, контактний кут зменшується, що вказує на те, що HMDS розкладається через тепло. Тому обробка HMDS зазвичай проводиться при 100-110 ℃.
Рисунок 8: Зв'язок між часом лікування HMDS
і контактний кут (температура обробки 110 ℃)
Рисунок 9: Зв’язок між температурою обробки HMDS і кутом контакту (час обробки 60 с)
Обробка HMDS проводиться на кремнієвій підкладці з оксидною плівкою для формування малюнка фоторезисту. Потім оксидну плівку протравлюють фтористоводневою кислотою з додаванням буфера, і виявлено, що після обробки HMDS малюнок фоторезисту може не відпадати. На малюнку 10 показано ефект обробки HMDS (розмір візерунка 1 мкм).
Малюнок 10: Ефект лікування HMDS (розмір візерунка 1 мкм)
Попередня випічка
При однаковій швидкості обертання, чим вища температура попереднього випікання, тим менша товщина плівки, що вказує на те, що чим вища температура попереднього випікання, тим більше розчинника випаровується, що призводить до меншої товщини плівки. На малюнку 11 показано залежність між температурою попереднього випікання та параметром A Dill's. Параметр А вказує на концентрацію світлочутливого агента. Як видно з малюнка, коли температура попереднього випікання підвищується вище 140°C, параметр А зменшується, що вказує на те, що фоточутливий агент розкладається при температурі, вищій за цю. На малюнку 12 показано спектральне пропускання при різних температурах попереднього випікання. При 160°C і 180°C можна спостерігати збільшення пропускання в діапазоні довжин хвиль 300-500 нм. Це підтверджує, що фоточутливий агент запікається та розкладається при високих температурах. Температура попереднього запікання має оптимальне значення, яке визначається світловими характеристиками та чутливістю.
Рисунок 11: Зв’язок між температурою попереднього випікання та параметром A Dill's
(виміряне значення OFPR-800/2)
Рисунок 12: Спектральний коефіцієнт пропускання при різних температурах попереднього випікання
(OFPR-800, товщина плівки 1 мкм)
Коротше кажучи, метод спінювання має унікальні переваги, такі як точний контроль товщини плівки, висока вартість, м’які умови процесу та проста експлуатація, тому він має значний вплив на зменшення забруднення, економію енергії та покращення економічності. В останні роки центрифугування привертає все більшу увагу, і його застосування поступово поширюється на різні сфери.
Час публікації: 27 листопада 2024 р