Metode premazivanja fotorezistom općenito se dijele na premazivanje centrifugiranjem, premazivanje potapanjem i premazivanje u rolnama, među kojima se najčešće koristi centrifugiranje. Premazivanjem centrifugiranjem, fotorezist se kapa na podlogu, a supstrat se može rotirati velikom brzinom kako bi se dobio fotorezist film. Nakon toga može se dobiti čvrsti film zagrijavanjem na vrućoj ploči. Spin coating je pogodan za premazivanje od ultra tankih filmova (oko 20nm) do debelih filmova od oko 100um. Njegove karakteristike su dobra ujednačenost, ujednačena debljina filma između vafla, malo defekata, itd., a može se dobiti film sa visokim performansama premaza.
Proces centrifugiranja
Tokom centrifugiranja, glavna brzina rotacije supstrata određuje debljinu filma fotorezista. Odnos između brzine rotacije i debljine filma je sljedeći:
Spin=kTn
U formuli, Spin je brzina rotacije; T je debljina filma; k i n su konstante.
Faktori koji utiču na proces centrifugiranja
Iako je debljina filma određena glavnom brzinom rotacije, ona je također povezana sa sobnom temperaturom, vlažnošću, viskozitetom fotorezista i tipom fotorezista. Poređenje različitih tipova krivulja fotootpornog premaza prikazano je na slici 1.
Slika 1: Poređenje različitih tipova krivulja fotootpornog premaza
Utjecaj vremena glavne rotacije
Što je kraće vrijeme glavne rotacije, debljina filma je deblja. Kada se glavno vrijeme rotacije poveća, film postaje tanji. Kada pređe 20s, debljina filma ostaje gotovo nepromijenjena. Stoga se glavno vrijeme rotacije obično bira na više od 20 sekundi. Odnos između vremena glavne rotacije i debljine filma prikazan je na slici 2.
Slika 2: Odnos između vremena glavne rotacije i debljine filma
Kada se fotorezist nakapa na podlogu, čak i ako je naredna glavna brzina rotacije ista, brzina rotacije supstrata tokom kapanja će uticati na konačnu debljinu filma. Debljina fotorezist filma se povećava sa povećanjem brzine rotacije podloge tokom kapanja, što je posledica uticaja isparavanja rastvarača kada se fotorezist rasklapa nakon kapanja. Slika 3 prikazuje odnos između debljine filma i glavne brzine rotacije pri različitim brzinama rotacije supstrata tokom kapanja fotorezista. Sa slike se može vidjeti da se povećanjem brzine rotacije podloge koja kaplje, debljina filma brže mijenja, a razlika je očiglednija u području sa manjom glavnom brzinom rotacije.
Slika 3: Odnos između debljine filma i glavne brzine rotacije pri različitim brzinama rotacije supstrata tokom nanošenja fotorezista
Uticaj vlage tokom premaza
Kada se vlažnost smanjuje, debljina filma se povećava, jer smanjenje vlage potiče isparavanje rastvarača. Međutim, distribucija debljine filma se ne mijenja značajno. Slika 4 prikazuje odnos između vlažnosti i raspodjele debljine filma tijekom nanošenja premaza.
Slika 4: Odnos između vlažnosti i raspodjele debljine filma tokom nanošenja premaza
Utjecaj temperature tokom nanošenja premaza
Kada se temperatura u zatvorenom prostoru poveća, debljina filma se povećava. Na slici 5 može se vidjeti da se distribucija debljine folije fotootpornika mijenja od konveksne do konkavne. Kriva na slici takođe pokazuje da se najveća uniformnost postiže kada je unutrašnja temperatura 26°C, a temperatura fotootpora 21°C.
Slika 5: Odnos između temperature i distribucije debljine filma tokom nanošenja premaza
Utjecaj brzine izduvnih gasova tokom nanošenja premaza
Slika 6 prikazuje odnos između brzine ispuha i distribucije debljine filma. U nedostatku ispuha, to pokazuje da sredina vafla teži zgušnjavanju. Povećanje brzine ispuha će poboljšati uniformnost, ali ako se previše poveća, ujednačenost će se smanjiti. Može se vidjeti da postoji optimalna vrijednost za brzinu izduvavanja.
Slika 6: Odnos između brzine ispuha i distribucije debljine filma
HMDS tretman
Da bi fotorezist bio lakši za premazivanje, oblandu je potrebno tretirati heksametildisilazanom (HMDS). Naročito kada je vlaga pričvršćena na površinu filma Si oksida, nastaje silanol, koji smanjuje prianjanje fotorezista. Da bi se uklonila vlaga i razgradio silanol, oblanda se obično zagreva na 100-120°C, a unosi se magla HMDS da izazove hemijsku reakciju. Mehanizam reakcije je prikazan na slici 7. Kroz HMDS tretman, hidrofilna površina sa malim kontaktnim uglom postaje hidrofobna površina sa velikim kontaktnim uglom. Zagrevanje vafla može postići veću adheziju fotootpornosti.
Slika 7: Mehanizam reakcije HMDS
Učinak HMDS tretmana može se uočiti mjerenjem kontaktnog ugla. Slika 8 prikazuje odnos između vremena tretmana HMDS i kontaktnog ugla (temperatura tretmana 110°C). Podloga je Si, vreme tretmana HMDS je duže od 1 min, kontaktni ugao je veći od 80°, a efekat tretmana je stabilan. Slika 9 prikazuje odnos između temperature HMDS tretmana i kontaktnog ugla (vrijeme tretmana 60s). Kada temperatura pređe 120℃, kontaktni ugao se smanjuje, što ukazuje da se HMDS raspada zbog toplote. Stoga se HMDS tretman obično izvodi na 100-110℃.
Slika 8: Odnos između vremena tretmana HMDS
i kontaktni ugao (temperatura tretmana 110℃)
Slika 9: Odnos između temperature HMDS tretmana i kontaktnog ugla (vrijeme tretmana 60s)
HMDS tretman se izvodi na silikonskom supstratu sa oksidnim filmom kako bi se formirao fotootporni uzorak. Oksidni film se zatim nagriza fluorovodoničnom kiselinom sa dodatkom pufera, i ustanovljeno je da se nakon tretmana HMDS, uzorak fotorezista može spriječiti da ne padne. Slika 10 prikazuje efekat HMDS tretmana (veličina uzorka je 1um).
Slika 10: Efekat HMDS tretmana (veličina uzorka je 1um)
Prethodno pečenje
Pri istoj brzini rotacije, što je viša temperatura predpečenja, to je manja debljina filma, što ukazuje na to da što je viša temperatura predpečenja, to više rastvarača isparava, što rezultira tanjom debljinom filma. Slika 11 prikazuje odnos između temperature prije pečenja i Dill-ovog A parametra. Parametar A pokazuje koncentraciju fotoosjetljivog agensa. Kao što se može vidjeti sa slike, kada temperatura prije pečenja poraste na iznad 140°C, parametar A se smanjuje, što ukazuje da se fotoosjetljivo sredstvo razgrađuje na temperaturi višoj od ove. Slika 12 prikazuje spektralnu propusnost na različitim temperaturama prije pečenja. Na 160°C i 180°C, povećanje propustljivosti se može uočiti u opsegu talasnih dužina od 300-500nm. Ovo potvrđuje da se fotoosjetljivo sredstvo peče i razlaže na visokim temperaturama. Temperatura prije pečenja ima optimalnu vrijednost, koja je određena svjetlosnim karakteristikama i osjetljivošću.
Slika 11: Odnos između temperature prije pečenja i Dill-ovog A parametra
(izmjerena vrijednost OFPR-800/2)
Slika 12: Spektralna propusnost na različitim temperaturama prije pečenja
(OFPR-800, debljina filma 1um)
Ukratko, metoda centrifugiranja ima jedinstvene prednosti kao što su precizna kontrola debljine filma, visoka cijena, blagi procesni uvjeti i jednostavan rad, tako da ima značajne efekte u smanjenju zagađenja, uštedi energije i poboljšanju troškova. Posljednjih godina centrifugiranje dobiva sve veću pažnju, a njegova primjena se postepeno proširila na različita područja.
Vrijeme objave: 27.11.2024