Metode nanašanja fotorezista so na splošno razdeljene na nanos z vrtenjem, nanos s potapljanjem in nanos z valjčkom, med katerimi se najpogosteje uporablja nanos z vrtenjem. Pri centrifugalnem nanosu se fotorezist pokaplja na substrat, substrat pa se lahko vrti pri visoki hitrosti, da se dobi film fotorezista. Po tem lahko dobimo trden film s segrevanjem na vroči plošči. Spin premaz je primeren za premazovanje od ultratankih filmov (približno 20 nm) do debelih filmov približno 100 um. Njegove značilnosti so dobra enotnost, enakomerna debelina filma med rezinami, malo napak itd., in je mogoče dobiti film z visoko zmogljivostjo premaza.
Postopek nanosa s centrifugiranjem
Med nanosom z centrifugiranjem glavna hitrost vrtenja substrata določa debelino filma fotorezista. Razmerje med hitrostjo vrtenja in debelino filma je naslednje:
Vrtenje = kTn
V formuli je Spin hitrost vrtenja; T je debelina filma; k in n sta konstanti.
Dejavniki, ki vplivajo na postopek centrifugiranja
Čeprav je debelina filma določena z glavno hitrostjo vrtenja, je povezana tudi s sobno temperaturo, vlažnostjo, viskoznostjo fotorezista in vrsto fotorezista. Primerjava različnih vrst krivulj nanosa fotorezista je prikazana na sliki 1.
Slika 1: Primerjava različnih vrst krivulj nanosa fotorezista
Vpliv časa glavne rotacije
Krajši kot je glavni čas vrtenja, debelejša je debelina filma. Ko se glavni čas vrtenja poveča, postane film tanjši. Ko preseže 20 s, ostane debelina filma skoraj nespremenjena. Zato je glavni čas vrtenja običajno izbran tako, da je daljši od 20 sekund. Razmerje med glavnim časom vrtenja in debelino filma je prikazano na sliki 2.
Slika 2: Razmerje med glavnim časom vrtenja in debelino filma
Ko se fotorezist nakapa na substrat, tudi če je naslednja glavna vrtilna hitrost enaka, bo hitrost vrtenja substrata med kapljanjem vplivala na končno debelino filma. Debelina filma fotorezista se poveča s povečanjem hitrosti vrtenja substrata med kapljanjem, kar je posledica vpliva izhlapevanja topila, ko se fotorezist po kapljanju razgrne. Slika 3 prikazuje razmerje med debelino filma in glavno hitrostjo vrtenja pri različnih hitrostih vrtenja substrata med kapljanjem fotorezista. Iz slike je razvidno, da se s povečevanjem hitrosti vrtenja kapljivega substrata debelina filma spreminja hitreje, razlika pa je očitnejša v območju z nižjo glavno hitrostjo vrtenja.
Slika 3: Razmerje med debelino filma in glavno hitrostjo vrtenja pri različnih hitrostih vrtenja substrata med razdeljevanjem fotorezista
Vpliv vlage med nanašanjem premaza
Ko se vlažnost zmanjša, se debelina filma poveča, ker zmanjšanje vlažnosti spodbuja izhlapevanje topila. Vendar se porazdelitev debeline filma ne spremeni bistveno. Slika 4 prikazuje razmerje med vlažnostjo in porazdelitvijo debeline filma med premazovanjem.
Slika 4: Razmerje med vlago in porazdelitvijo debeline filma med premazovanjem
Vpliv temperature med nanosom
Ko se notranja temperatura dvigne, se debelina filma poveča. Iz slike 5 je razvidno, da se porazdelitev debeline filma fotorezista spremeni iz konveksne v konkavno. Krivulja na sliki prav tako kaže, da je največja enakomernost dosežena, ko je notranja temperatura 26 °C in temperatura fotorezista 21 °C.
Slika 5: Razmerje med temperaturo in porazdelitvijo debeline filma med nanašanjem premaza
Vpliv hitrosti izpušnih plinov med nanašanjem premaza
Slika 6 prikazuje razmerje med hitrostjo izpušnih plinov in porazdelitvijo debeline filma. Če ni izpuha, kaže, da se sredina rezine nagiba k odebeljenju. Povečanje hitrosti izpušnih plinov bo izboljšalo enakomernost, če pa jo povečate preveč, se bo enakomernost zmanjšala. Vidimo lahko, da obstaja optimalna vrednost za hitrost izpušnih plinov.
Slika 6: Razmerje med hitrostjo izpušnih plinov in porazdelitvijo debeline filma
Zdravljenje s HMDS
Da bi bil fotorezist bolj prevlečen, je treba rezino obdelati s heksametildisilazanom (HMDS). Zlasti ko je vlaga pritrjena na površino Si oksidnega filma, nastane silanol, ki zmanjša oprijem fotorezista. Da bi odstranili vlago in razgradili silanol, se rezina običajno segreje na 100-120 °C in doda se meglica HMDS, ki povzroči kemično reakcijo. Reakcijski mehanizem je prikazan na sliki 7. Z obdelavo HMDS postane hidrofilna površina z majhnim kontaktnim kotom hidrofobna površina z velikim kontaktnim kotom. Segrevanje rezine lahko doseže večjo oprijemljivost fotorezista.
Slika 7: Reakcijski mehanizem HMDS
Učinek zdravljenja s HMDS lahko opazujemo z merjenjem kontaktnega kota. Slika 8 prikazuje razmerje med časom obdelave s HMDS in kontaktnim kotom (temperatura obdelave 110 °C). Substrat je Si, čas obdelave s HMDS je daljši od 1 minute, kontaktni kot je večji od 80 °, učinek obdelave pa je stabilen. Slika 9 prikazuje razmerje med temperaturo obdelave s HMDS in kontaktnim kotom (čas obdelave 60 s). Ko temperatura preseže 120 ℃, se kontaktni kot zmanjša, kar kaže, da se HMDS razgradi zaradi toplote. Zato se obdelava s HMDS običajno izvaja pri 100-110 ℃.
Slika 8: Razmerje med časom zdravljenja s HMDS
in kontaktni kot (temperatura obdelave 110 ℃)
Slika 9: Razmerje med temperaturo obdelave HMDS in kontaktnim kotom (čas obdelave 60 s)
Obdelava s HMDS se izvaja na silicijevem substratu z oksidnim filmom, da se oblikuje vzorec fotorezista. Oksidni film je nato jedkan s fluorovodikovo kislino z dodanim pufrom in ugotovljeno je bilo, da je po obdelavi s HMDS mogoče preprečiti, da bi vzorec fotorezista odpadel. Slika 10 prikazuje učinek zdravljenja s HMDS (velikost vzorca je 1 um).
Slika 10: Učinek zdravljenja s HMDS (velikost vzorca je 1 um)
Predpečenje
Pri enaki hitrosti vrtenja je višja temperatura predpeke, manjša je debelina filma, kar pomeni, da višja kot je temperatura predpeke, več topila izhlapi, kar ima za posledico tanjšo debelino filma. Slika 11 prikazuje razmerje med temperaturo pred peko in Dillovim parametrom A. Parameter A označuje koncentracijo fotoobčutljivega sredstva. Kot je razvidno iz slike, ko se temperatura pred pečenjem dvigne nad 140 °C, se parameter A zmanjša, kar kaže, da se fotoobčutljivo sredstvo razgradi pri temperaturi, višji od te. Slika 12 prikazuje spektralno prepustnost pri različnih temperaturah pred peko. Pri 160°C in 180°C lahko opazimo povečanje prepustnosti v območju valovnih dolžin 300-500nm. To potrjuje, da se fotoobčutljivo sredstvo zapeče in razgradi pri visokih temperaturah. Temperatura pred peko ima optimalno vrednost, ki jo določajo svetlobne lastnosti in občutljivost.
Slika 11: Razmerje med temperaturo pred peko in Dillovim parametrom A
(izmerjena vrednost OFPR-800/2)
Slika 12: Spektralna prepustnost pri različnih temperaturah pred peko
(OFPR-800, debelina filma 1 um)
Skratka, metoda centrifugiranja ima edinstvene prednosti, kot so natančen nadzor debeline filma, visoka stroškovna učinkovitost, blagi procesni pogoji in preprosto delovanje, zato ima pomembne učinke pri zmanjševanju onesnaževanja, varčevanju z energijo in izboljšanju stroškovne učinkovitosti. V zadnjih letih spin coating pridobiva vse večjo pozornost, njegova uporaba pa se postopoma širi na različna področja.
Čas objave: 27. nov. 2024