A fotoreziszt bevonási módszereit általában centrifugálásra, merítésre és hengeres bevonásra osztják, amelyek közül a leggyakrabban használt centrifugálás. Centrifugálással a fotorezisztet a hordozóra csepegtetik, és a szubsztrát nagy sebességgel forgatva fotoreziszt filmet kap. Ezt követően főzőlapon hevítve szilárd filmet kaphatunk. A spinbevonat ultravékony fóliáktól (kb. 20 nm) a kb. 100 um vastag fóliáig történő bevonásra alkalmas. Jellemzői: jó egyöntetűség, egyenletes rétegvastagság az ostyák között, kevés hiba stb., és nagy bevonatteljesítményű film nyerhető.
Spin bevonási folyamat
A centrifugálás során a hordozó fő forgási sebessége határozza meg a fotoreziszt filmvastagságát. A forgási sebesség és a filmvastagság közötti összefüggés a következő:
Spin=kTn
A képletben a Spin a forgási sebesség; T a film vastagsága; k és n állandók.
A centrifugálási folyamatot befolyásoló tényezők
Bár a filmvastagságot a fő forgási sebesség határozza meg, ez a szobahőmérséklettől, a páratartalomtól, a fotoreziszt viszkozitásától és a fotoreziszt típusától is függ. A különböző típusú fotoreziszt bevonat görbéinek összehasonlítása az 1. ábrán látható.
1. ábra: A különböző típusú fotoreziszt bevonat görbéinek összehasonlítása
A fő forgási idő hatása
Minél rövidebb a fő forgási idő, annál vastagabb a filmréteg. A fő forgási idő növelésével a film annál vékonyabb lesz. Ha ez meghaladja a 20 másodpercet, a filmvastagság szinte változatlan marad. Ezért a fő forgási időt általában 20 másodpercnél hosszabbra választják. A fő forgási idő és a filmvastagság közötti összefüggést a 2. ábra mutatja.
2. ábra: A fő forgási idő és a filmvastagság kapcsolata
Amikor a fotorezisztet a hordozóra csepegtetik, még ha a következő fő forgási sebesség azonos is, a hordozó forgási sebessége a csepegtetés során befolyásolja a végső filmvastagságot. A fotoreziszt film vastagsága növekszik a szubsztrát forgási sebességének növekedésével a csepegtetés során, ami az oldószer elpárolgásából adódik, amikor a fotorezisztet csepegtetés után széthajtják. A 3. ábra a filmvastagság és a fő forgási sebesség közötti összefüggést mutatja különböző szubsztrátum-forgási sebességeknél a fotoreziszt csöpögés során. Az ábrán látható, hogy a csepegő hordozó forgási sebességének növekedésével gyorsabban változik a filmvastagság, és a kisebb főfordulatszámú területen szembetűnőbb a különbség.
3. ábra: A filmvastagság és a fő forgási sebesség kapcsolata különböző szubsztrátum-forgási sebességeknél fotoreziszt adagolás közben
A nedvesség hatása bevonatolás közben
A páratartalom csökkenésével a filmréteg vastagsága nő, mert a páratartalom csökkenése elősegíti az oldószer elpárolgását. A filmvastagság-eloszlás azonban nem változik jelentősen. A 4. ábra a páratartalom és a filmvastagság eloszlás közötti összefüggést mutatja a bevonat során.
4. ábra: A páratartalom és a filmvastagság-eloszlás kapcsolata bevonat közben
A hőmérséklet hatása a bevonatolás során
Ha a beltéri hőmérséklet emelkedik, a filmréteg vastagsága nő. Az 5. ábrán látható, hogy a fotoreziszt film vastagságeloszlása konvexről konkávra változik. Az ábrán látható görbe azt is mutatja, hogy a legnagyobb egyenletesség akkor érhető el, ha a beltéri hőmérséklet 26°C, a fotoreziszt hőmérséklete pedig 21°C.
5. ábra: A hőmérséklet és a filmvastagság eloszlás kapcsolata a bevonat során
A kipufogógáz sebességének hatása bevonat közben
A 6. ábra a kipufogógáz sebessége és a filmvastagság eloszlása közötti összefüggést mutatja. Kipufogógáz hiányában azt mutatja, hogy az ostya közepe hajlamos megvastagodni. A kipufogó sebességének növelése javítja az egyenletességet, de ha túlságosan növeljük, az egyenletesség csökken. Látható, hogy a kipufogó sebességnek van egy optimális értéke.
6. ábra: A kipufogógáz sebessége és a filmvastagság eloszlása közötti kapcsolat
HMDS kezelés
Annak érdekében, hogy a fotoreziszt jobban bevonható legyen, az ostyát hexametil-diszilazánnal (HMDS) kell kezelni. Különösen, ha nedvesség tapad a Si-oxid film felületére, szilanol képződik, ami csökkenti a fotoreziszt tapadását. A nedvesség eltávolítása és a szilanol lebontása érdekében az ostyát általában 100-120 °C-ra melegítik, és HMDS-ködöt vezetnek be, hogy kémiai reakciót váltsanak ki. A reakció mechanizmusát a 7. ábra mutatja. A HMDS kezelés révén a kis érintkezési szögű hidrofil felület nagy érintkezési szögű hidrofób felületté válik. Az ostya melegítése nagyobb fotoreziszt tapadást érhet el.
7. ábra: HMDS reakciómechanizmus
A HMDS kezelés hatása az érintkezési szög mérésével figyelhető meg. A 8. ábra a HMDS kezelési ideje és az érintkezési szög (kezelési hőmérséklet 110°C) közötti összefüggést mutatja. A szubsztrát Si, a HMDS kezelési ideje nagyobb, mint 1 perc, az érintkezési szög nagyobb, mint 80 °, és a kezelési hatás stabil. A 9. ábra a HMDS kezelési hőmérséklet és az érintkezési szög közötti összefüggést mutatja (kezelési idő 60 s). Ha a hőmérséklet meghaladja a 120 ℃-ot, az érintkezési szög csökken, jelezve, hogy a HMDS a hő hatására lebomlik. Ezért a HMDS kezelést általában 100-110 ℃ hőmérsékleten végzik.
8. ábra: A HMDS kezelési ideje közötti összefüggés
és érintkezési szög (kezelési hőmérséklet 110 ℃)
9. ábra: A HMDS kezelési hőmérséklet és az érintkezési szög kapcsolata (kezelési idő 60 s)
A HMDS kezelést szilícium szubsztrátumon hajtják végre oxidfilmmel, hogy fotoreziszt mintát képezzenek. Az oxidfilmet ezután hidrogén-fluoriddal maratják pufferrel, és azt találták, hogy a HMDS kezelés után a fotoreziszt mintázat megóvható a leeséstől. A 10. ábra a HMDS kezelés hatását mutatja (a minta mérete 1 um).
10. ábra: HMDS kezelési hatás (a minta mérete 1 um)
Elősütés
Azonos forgási sebesség mellett minél magasabb az elősütési hőmérséklet, annál kisebb a filmvastagság, ami azt jelzi, hogy minél magasabb az elősütési hőmérséklet, annál több oldószer párolog el, ami vékonyabb filmvastagságot eredményez. A 11. ábra az elősütési hőmérséklet és a Dill's A paraméter közötti összefüggést mutatja. Az A paraméter a fényérzékeny anyag koncentrációját jelzi. Amint az ábrán látható, amikor az elősütési hőmérséklet 140°C fölé emelkedik, az A paraméter csökken, ami azt jelzi, hogy a fényérzékeny szer ennél magasabb hőmérsékleten bomlik le. A 12. ábra a spektrális áteresztőképességet mutatja különböző elősütési hőmérsékleteken. 160°C-on és 180°C-on a 300-500nm hullámhossz-tartományban az áteresztőképesség növekedése figyelhető meg. Ez megerősíti, hogy a fényérzékeny szer magas hőmérsékleten megsül és lebomlik. Az elősütési hőmérsékletnek van egy optimális értéke, amelyet a fényjellemzők és az érzékenység határoz meg.
11. ábra: Az elősütési hőmérséklet és a Dill's A paraméter kapcsolata
(OFPR-800/2 mért értéke)
12. ábra: Spektrális áteresztőképesség különböző elősütési hőmérsékleteken
(OFPR-800, 1 um filmvastagság)
Röviden, a centrifugálási módszernek olyan egyedülálló előnyei vannak, mint a filmvastagság pontos szabályozása, a magas költséghatékonyság, az enyhe folyamatkörülmények és az egyszerű működés, így jelentős hatással van a szennyezés csökkentésére, az energiamegtakarításra és a költséghatékonyság javítására. Az utóbbi években egyre nagyobb figyelmet kap a spinbevonat, amelynek alkalmazása fokozatosan elterjedt a különböző területeken.
Feladás időpontja: 2024.11.27