Metode premazivanja fotorezista općenito se dijele na premazivanje centrifugiranjem, premazivanje umakanjem i premazivanje valjkom, među kojima se najčešće koristi centrifugiranje. Premazivanjem centrifugiranjem, fotorezist se kaplje na supstrat, a supstrat se može rotirati velikom brzinom kako bi se dobio film fotorezista. Nakon toga zagrijavanjem na ploči može se dobiti čvrsti film. Spin premaz je pogodan za premazivanje od ultratankih filmova (oko 20 nm) do debelih filmova od oko 100 um. Njegove karakteristike su dobra ujednačenost, ujednačena debljina filma između pločica, malo nedostataka, itd., i može se dobiti film s visokim učinkom premazivanja.
Proces premazivanja centrifugom
Tijekom 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.
Čimbenici koji utječu na proces prevlačenja
Iako je debljina filma određena glavnom brzinom rotacije, također je povezana sa sobnom temperaturom, vlagom, viskoznošću fotorezista i vrstom fotorezista. Usporedba različitih vrsta krivulja premaza fotorezista prikazana je na slici 1.
Slika 1: Usporedba različitih vrsta krivulja premaza fotorezista
Utjecaj vremena glavne rotacije
Što je kraće vrijeme glavne rotacije, to je debljina filma. Kad se vrijeme glavne rotacije poveća, film postaje tanji. Kada prijeđe 20 s, debljina filma ostaje gotovo nepromijenjena. Stoga se vrijeme glavne rotacije obično odabire 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 kapne na podlogu, čak i ako je kasnija glavna brzina rotacije ista, brzina rotacije podloge tijekom kapanja utjecat će na konačnu debljinu filma. Debljina filma fotorezista raste s povećanjem brzine rotacije supstrata tijekom kapanja, što je posljedica utjecaja isparavanja otapala kada se fotorezist razmota nakon kapanja. Slika 3 prikazuje odnos između debljine filma i glavne brzine rotacije pri različitim brzinama rotacije supstrata tijekom kapanja fotorezista. Sa slike je vidljivo da se s povećanjem brzine vrtnje supstrata koji kapa, debljina filma brže mijenja, a razlika je očitija u području s nižom glavnom brzinom vrtnje.
Slika 3: Odnos između debljine filma i glavne brzine rotacije pri različitim brzinama rotacije supstrata tijekom nanošenja fotorezista
Utjecaj vlage tijekom premazivanja
Kada se vlaga smanjuje, debljina filma se povećava, jer smanjenje vlažnosti potiče isparavanje otapala. Međutim, raspodjela debljine filma ne mijenja se značajno. Slika 4 prikazuje odnos između vlažnosti i distribucije debljine filma tijekom premazivanja.
Slika 4: Odnos između vlažnosti i distribucije debljine filma tijekom premazivanja
Utjecaj temperature tijekom premazivanja
Kada unutarnja temperatura raste, debljina filma se povećava. Na slici 5 može se vidjeti da se razdioba debljine filma fotorezista mijenja od konveksne do konkavne. Krivulja na slici također pokazuje da se najveća ujednačenost postiže kada je unutarnja temperatura 26°C, a temperatura fotorezista 21°C.
Slika 5: Odnos između temperature i distribucije debljine filma tijekom premazivanja
Utjecaj brzine ispuha tijekom premazivanja
Slika 6 prikazuje odnos između brzine ispuha i distribucije debljine filma. U nedostatku ispuha, pokazuje da središte vafla ima tendenciju zadebljanja. Povećanje brzine ispuha poboljšat će ujednačenost, ali ako se previše poveća, ujednačenost će se smanjiti. Vidi se da postoji optimalna vrijednost za brzinu ispuha.
Slika 6: Odnos između brzine ispuha i distribucije debljine filma
HMDS tretman
Kako bi fotorezist bio lakši za premazivanje, pločicu je potrebno tretirati heksametildisilazanom (HMDS). Osobito kada je vlaga pričvršćena na površinu Si oksidnog filma, stvara se silanol, koji smanjuje prianjanje fotorezista. Kako bi se uklonila vlaga i razgradio silanol, pločica se obično zagrijava na 100-120°C, te se uvodi maglica HMDS kako bi se izazvala kemijska reakcija. Mehanizam reakcije prikazan je na slici 7. HMDS tretmanom hidrofilna površina s malim kontaktnim kutom postaje hidrofobna površina s velikim kontaktnim kutom. Zagrijavanjem pločice može se postići veća adhezija fotorezista.
Slika 7: Mehanizam HMDS reakcije
Učinak HMDS tretmana može se promatrati mjerenjem kontaktnog kuta. Slika 8 prikazuje odnos između vremena tretmana HMDS-om i kontaktnog kuta (temperatura tretmana 110°C). Supstrat je Silicij, vrijeme tretmana HMDS je veće od 1 minute, kontaktni kut je veći od 80°, a učinak tretmana je stabilan. Slika 9 prikazuje odnos između temperature obrade HMDS-om i kontaktnog kuta (vrijeme obrade 60 s). Kada temperatura prijeđe 120 ℃, kontaktni kut se smanjuje, što ukazuje da se HMDS raspada zbog topline. Stoga se HMDS tretman obično izvodi na 100-110 ℃.
Slika 8: Odnos između vremena liječenja HMDS-om
i kontaktni kut (temperatura obrade 110 ℃)
Slika 9: Odnos između HMDS temperature tretmana i kontaktnog kuta (vrijeme tretmana 60 s)
Tretman HMDS-om izvodi se na silicijskoj podlozi s oksidnim filmom kako bi se formirao uzorak fotorezista. Oksidni film se zatim nagriza fluorovodičnom kiselinom s dodatkom pufera i utvrđeno je da se nakon tretmana HMDS-om može spriječiti da uzorak fotorezista otpadne. Slika 10 prikazuje učinak HMDS tretmana (veličina uzorka je 1 um).
Slika 10: HMDS učinak tretmana (veličina uzorka je 1 um)
Predpečenje
Pri istoj brzini rotacije, što je viša temperatura predpečenja, to je manja debljina filma, što znači da što je viša temperatura predpečenja, više otapala isparava, što rezultira tanjom debljinom filma. Slika 11 prikazuje odnos između temperature prije pečenja i Dillovog A parametra. Parametar A označava koncentraciju fotoosjetljivog sredstva. Kao što se može vidjeti na slici, kada temperatura prije pečenja poraste iznad 140°C, parametar A se smanjuje, što ukazuje da se fotoosjetljivo sredstvo raspada na temperaturi višoj od ove. Slika 12 prikazuje spektralni prijenos pri različitim temperaturama prije pečenja. Na 160°C i 180°C može se primijetiti povećanje propusnosti u rasponu valnih duljina od 300-500nm. To potvrđuje da se fotoosjetljivo sredstvo peče i razgrađuje na visokim temperaturama. Temperatura predpečenja ima optimalnu vrijednost, koja je određena svjetlosnim karakteristikama i osjetljivošću.
Slika 11: Odnos između temperature prije pečenja i Dillovog A parametra
(izmjerena vrijednost OFPR-800/2)
Slika 12: Spektralna propusnost na različitim temperaturama prije pečenja
(OFPR-800, debljina filma 1 um)
Ukratko, metoda premazivanja centrifugiranjem ima jedinstvene prednosti kao što su precizna kontrola debljine filma, visoke cijene, blagi procesni uvjeti i jednostavan rad, tako da ima značajne učinke u smanjenju onečišćenja, uštedi energije i poboljšanju troškova. Posljednjih godina spin coating dobiva sve veću pozornost, a njegova se primjena postupno širi na razna područja.
Vrijeme objave: 27. studenoga 2024