Fotoresisti katmismeetodid jagunevad üldiselt tsentrifuugimiseks, kastmiseks ja rullkatmiseks, mille hulgas on kõige sagedamini kasutatav tsentrifuugimine. Pöörleva katmisega tilgutatakse fotoresist aluspinnale ja substraati saab fotoresistkile saamiseks suurel kiirusel pöörata. Pärast seda saab tahke kile, kuumutades seda pliidiplaadil. Spin kate sobib katmiseks üliõhukestest kiledest (umbes 20nm) kuni paksude kileteni umbes 100um. Selle omadused on hea ühtlus, ühtlane kile paksus vahvlite vahel, vähe defekte jne ning on võimalik saada kõrge kattevõimega kile.
Spin katmise protsess
Tsentrikatmise ajal määrab põhimiku peamine pöörlemiskiirus fotoresisti kile paksuse. Pöörlemiskiiruse ja kile paksuse vaheline seos on järgmine:
Spin = kTn
Valemis on Spin pöörlemiskiirus; T on kile paksus; k ja n on konstandid.
Pöörlemisprotsessi mõjutavad tegurid
Kuigi kile paksuse määrab peamine pöörlemiskiirus, on see seotud ka toatemperatuuri, niiskuse, fotoresisti viskoossuse ja fotoresisti tüübiga. Erinevat tüüpi fotoresistkatte kõverate võrdlus on näidatud joonisel 1.
Joonis 1: Erinevat tüüpi fotoresistkatte kõverate võrdlus
Peamise pöörlemisaja mõju
Mida lühem on põhipöördeaeg, seda paksem on kile paksus. Peamise pöörlemisaja pikendamisel kile muutub õhemaks. Kui see ületab 20 sekundit, jääb kile paksus peaaegu muutumatuks. Seetõttu valitakse põhipöörlemisajaks tavaliselt üle 20 sekundi. Peamise pöörlemisaja ja kile paksuse vaheline seos on näidatud joonisel 2.
Joonis 2: Peamise pöörlemisaja ja kile paksuse vaheline seos
Kui fotoresisti tilgutatakse aluspinnale, mõjutab substraadi pöörlemiskiirus tilgutamise ajal isegi siis, kui põhipöörlemiskiirus on sama, lõplikku kile paksust. Fotoresisti kile paksus suureneb koos substraadi pöörlemiskiiruse suurenemisega tilgutamise ajal, mis on tingitud lahusti aurustumisest, kui fotoresisti pärast tilkumist lahti voltitakse. Joonis 3 näitab kile paksuse ja peamise pöörlemiskiiruse vahelist seost erinevatel substraadi pöörlemiskiirustel fotoresisti tilkumise ajal. Jooniselt on näha, et tilkuva substraadi pöörlemiskiiruse suurenemisega muutub kile paksus kiiremini ning erinevus on selgem väiksema põhipöörlemiskiirusega piirkonnas.
Joonis 3: Kile paksuse ja peamise pöörlemiskiiruse vaheline seos erinevatel substraadi pöörlemiskiirustel fotoresisti väljastamisel
Niiskuse mõju katmise ajal
Niiskuse vähenemisel kile paksus suureneb, kuna niiskuse vähenemine soodustab lahusti aurustumist. Kile paksuse jaotus aga oluliselt ei muutu. Joonisel 4 on näidatud seos niiskuse ja kile paksuse jaotuse vahel katmise ajal.
Joonis 4: Niiskuse ja kile paksuse jaotuse vaheline seos katmise ajal
Temperatuuri mõju katmise ajal
Kui sisetemperatuur tõuseb, suureneb kile paksus. Jooniselt 5 on näha, et fotoresisti kile paksuse jaotus muutub kumerast nõgusaks. Ka joonisel olev kõver näitab, et suurim ühtlus saadakse siis, kui sisetemperatuur on 26°C ja fotoresisti temperatuur on 21°C.
Joonis 5: Temperatuuri ja kile paksuse jaotuse vaheline seos katmise ajal
Väljalaskekiiruse mõju katmise ajal
Joonisel 6 on näidatud seos heitgaasi kiiruse ja kile paksuse jaotuse vahel. Heitgaasi puudumisel näitab see, et vahvli keskosa kipub paksenema. Heitgaasi kiiruse suurendamine parandab ühtlust, kuid kui seda suurendatakse liiga palju, siis ühtlus väheneb. On näha, et väljalaskekiirusel on optimaalne väärtus.
Joonis 6: Heitgaasi kiiruse ja kile paksuse jaotuse vaheline seos
HMDS-ravi
Fotoresisti kaetavamaks muutmiseks tuleb vahvlit töödelda heksametüüldisilasaaniga (HMDS). Eriti niiskuse kinnitumisel Si-oksiidkile pinnale tekib silanool, mis vähendab fotoresisti nakkumist. Niiskuse eemaldamiseks ja silanooli lagundamiseks kuumutatakse vahvlit tavaliselt temperatuurini 100–120 °C ning keemilise reaktsiooni tekitamiseks lisatakse HMDS-i udu. Reaktsioonimehhanism on näidatud joonisel 7. HMDS-töötluse kaudu muutub väikese kontaktnurgaga hüdrofiilne pind suure kontaktnurgaga hüdrofoobseks pinnaks. Vahvli kuumutamine võib saavutada suurema fotoresisti adhesiooni.
Joonis 7: HMDS reaktsioonimehhanism
HMDS-ravi mõju saab jälgida kontaktnurga mõõtmisega. Joonis 8 näitab seost HMDS-i töötlemisaja ja kontaktnurga vahel (töötlustemperatuur 110°C). Substraat on Si, HMDS-i töötlemisaeg on pikem kui 1 minut, kontaktnurk on suurem kui 80 ° ja raviefekt on stabiilne. Joonisel 9 on näidatud seos HMDS-töötlustemperatuuri ja kontaktnurga vahel (töötlusaeg 60 s). Kui temperatuur ületab 120 ℃, kontaktnurk väheneb, mis näitab, et HMDS laguneb kuumuse mõjul. Seetõttu tehakse HMDS-ravi tavaliselt temperatuuril 100–110 ℃.
Joonis 8: HMDS-ravi aja seos
ja kontaktnurk (töötlustemperatuur 110 ℃)
Joonis 9: HMDS-töötlustemperatuuri ja kontaktnurga vaheline seos (töötlemisaeg 60 s)
HMDS-töötlus viiakse läbi oksiidkilega ränisubstraadil, et moodustada fotoresisti muster. Seejärel söövitatakse oksiidkile vesinikfluoriidhappega, millele on lisatud puhvrit, ja leitakse, et pärast HMDS-töötlust saab hoida fotoresisti mustrit maha kukkumast. Joonisel 10 on kujutatud HMDS-ravi mõju (mustri suurus on 1 um).
Joonis 10: HMDS-ravi efekt (mustri suurus on 1 um)
Eelküpsetamine
Sama pöörlemiskiiruse korral, mida kõrgem on eelküpsetustemperatuur, seda väiksem on kile paksus, mis näitab, et mida kõrgem on eelküpsetustemperatuur, seda rohkem lahustit aurustub, mille tulemuseks on õhem kilepaksus. Joonis 11 näitab seost eelküpsetustemperatuuri ja Dill's A parameetri vahel. Parameeter A näitab valgustundliku aine kontsentratsiooni. Nagu jooniselt näha, siis kui eelküpsetustemperatuur tõuseb üle 140°C, siis parameeter A väheneb, mis näitab, et valgustundlik aine laguneb sellest kõrgemal temperatuuril. Joonis 12 näitab spektraalset läbilaskvust erinevatel eelküpsetustemperatuuridel. 160°C ja 180°C juures võib lainepikkuste vahemikus 300-500nm täheldada läbilaskvuse suurenemist. See kinnitab, et valgustundlik aine küpseb ja laguneb kõrgel temperatuuril. Eelküpsetustemperatuuril on optimaalne väärtus, mille määravad valgusomadused ja tundlikkus.
Joonis 11: Eelküpsetustemperatuuri ja Dill's A parameetri vaheline seos
(OFPR-800/2 mõõdetud väärtus)
Joonis 12: Spektri läbilaskvus erinevatel eelküpsetustemperatuuridel
(OFPR-800, kile paksus 1 um)
Lühidalt öeldes on tsentrifuugimise meetodil ainulaadsed eelised, nagu kile paksuse täpne juhtimine, kõrge kulutasuvus, pehmed protsessitingimused ja lihtne töö, seega on sellel märkimisväärne mõju saaste vähendamisel, energia säästmisel ja kulutasuvuse parandamisel. Viimastel aastatel on tsentrifuugimine pälvinud üha suuremat tähelepanu ja selle kasutamine on järk-järgult levinud erinevatesse valdkondadesse.
Postitusaeg: 27.11.2024