Els mètodes de recobriment de fotoresist es divideixen generalment en recobriment giratori, recobriment per immersió i recobriment en rotllo, entre els quals el recobriment giratori és el més utilitzat. Mitjançant el recobriment de rotació, el fotoresistent es degota sobre el substrat i el substrat es pot girar a gran velocitat per obtenir una pel·lícula fotoresistent. Després d'això, es pot obtenir una pel·lícula sòlida escalfant-la en una placa calenta. El recobriment giratori és adequat per recobrir des de pel·lícules ultra primes (uns 20 nm) fins a pel·lícules gruixudes d'uns 100um. Les seves característiques són bona uniformitat, gruix uniforme de pel·lícula entre hòsties, pocs defectes, etc., i es pot obtenir una pel·lícula amb un alt rendiment de recobriment.
Procés de recobriment per centrifugació
Durant el recobriment de centrifugació, la velocitat de rotació principal del substrat determina el gruix de la pel·lícula del fotoresist. La relació entre la velocitat de rotació i el gruix de la pel·lícula és la següent:
Spin = kTn
A la fórmula, Spin és la velocitat de rotació; T és el gruix de la pel·lícula; k i n són constants.
Factors que afecten el procés de recobriment per centrifugació
Tot i que el gruix de la pel·lícula està determinat per la velocitat de rotació principal, també està relacionat amb la temperatura ambient, la humitat, la viscositat del fotoresistent i el tipus de fotoresist. A la figura 1 es mostra una comparació de diferents tipus de corbes de recobriment fotoresistent.
Figura 1: Comparació de diferents tipus de corbes de recobriment fotoresistent
Influència del temps de rotació principal
Com més curt sigui el temps de rotació principal, més gruixut serà el gruix de la pel·lícula. Quan augmenta el temps de rotació principal, més fina es fa la pel·lícula. Quan supera els 20 segons, el gruix de la pel·lícula es manté gairebé sense canvis. Per tant, el temps de rotació principal se sol seleccionar per ser superior a 20 segons. La relació entre el temps de rotació principal i el gruix de la pel·lícula es mostra a la figura 2.
Figura 2: Relació entre el temps de rotació principal i el gruix de la pel·lícula
Quan el fotoresistent es degota sobre el substrat, fins i tot si la velocitat de rotació principal posterior és la mateixa, la velocitat de rotació del substrat durant el degoteig afectarà el gruix final de la pel·lícula. El gruix de la pel·lícula fotoresist augmenta amb l'augment de la velocitat de rotació del substrat durant el degoteig, que es deu a la influència de l'evaporació del dissolvent quan la fotoresist es desplega després del degoteig. La figura 3 mostra la relació entre el gruix de la pel·lícula i la velocitat de rotació principal a diferents velocitats de rotació del substrat durant el degoteig del fotoresistent. Es pot veure a la figura que, amb l'augment de la velocitat de rotació del substrat de goteig, el gruix de la pel·lícula canvia més ràpidament i la diferència és més evident a la zona amb una velocitat de rotació principal més baixa.
Figura 3: Relació entre el gruix de la pel·lícula i la velocitat de rotació principal a diferents velocitats de rotació del substrat durant la dispensació de fotoresistència
Efecte de la humitat durant el recobriment
Quan la humitat disminueix, el gruix de la pel·lícula augmenta, perquè la disminució de la humitat afavoreix l'evaporació del dissolvent. Tanmateix, la distribució del gruix de la pel·lícula no canvia significativament. La figura 4 mostra la relació entre la humitat i la distribució del gruix de la pel·lícula durant el recobriment.
Figura 4: Relació entre la humitat i la distribució del gruix de la pel·lícula durant el recobriment
Efecte de la temperatura durant el recobriment
Quan la temperatura interior augmenta, el gruix de la pel·lícula augmenta. Es pot veure a la figura 5 que la distribució del gruix de la pel·lícula fotoresistent canvia de convexa a còncava. La corba de la figura també mostra que la major uniformitat s'obté quan la temperatura interior és de 26 °C i la temperatura del fotoresistent és de 21 °C.
Figura 5: Relació entre la temperatura i la distribució del gruix de la pel·lícula durant el recobriment
Efecte de la velocitat d'escapament durant el recobriment
La figura 6 mostra la relació entre la velocitat d'escapament i la distribució del gruix de la pel·lícula. En absència d'escapament, mostra que el centre de l'hòstia tendeix a espessir-se. Augmentar la velocitat d'escapament millorarà la uniformitat, però si s'augmenta massa, la uniformitat disminuirà. Es pot veure que hi ha un valor òptim per a la velocitat d'escapament.
Figura 6: Relació entre la velocitat d'escapament i la distribució del gruix de la pel·lícula
Tractament HMDS
Per tal que la fotoresistència sigui més revestible, l'hòstia s'ha de tractar amb hexametildisilasà (HMDS). Especialment quan la humitat s'uneix a la superfície de la pel·lícula d'òxid de Si, es forma silanol, que redueix l'adhesió del fotoresistent. Per eliminar la humitat i descompondre el silanol, l'hòstia s'escalfa normalment a 100-120 °C i s'introdueix la boira HMDS per provocar una reacció química. El mecanisme de reacció es mostra a la figura 7. Mitjançant el tractament HMDS, la superfície hidròfila amb un angle de contacte petit es converteix en una superfície hidròfoba amb un angle de contacte gran. L'escalfament de l'hòstia pot obtenir una major adhesió de la fotoresistència.
Figura 7: Mecanisme de reacció HMDS
L'efecte del tractament HMDS es pot observar mesurant l'angle de contacte. La figura 8 mostra la relació entre el temps de tractament HMDS i l'angle de contacte (temperatura de tractament 110 ° C). El substrat és Si, el temps de tractament HMDS és superior a 1 min, l'angle de contacte és superior a 80 ° i l'efecte del tractament és estable. La figura 9 mostra la relació entre la temperatura de tractament HMDS i l'angle de contacte (temps de tractament 60 s). Quan la temperatura supera els 120 ℃, l'angle de contacte disminueix, cosa que indica que l'HMDS es descompon a causa de la calor. Per tant, el tractament HMDS es realitza normalment a 100-110 ℃.
Figura 8: Relació entre el temps de tractament HMDS
i angle de contacte (temperatura de tractament 110 ℃)
Figura 9: Relació entre la temperatura de tractament HMDS i l'angle de contacte (temps de tractament 60 s)
El tractament HMDS es realitza sobre un substrat de silici amb una pel·lícula d'òxid per formar un patró fotoresistent. A continuació, la pel·lícula d'òxid es grava amb àcid fluorhídric amb un tampó afegit, i es troba que després del tractament amb HMDS, el patró de fotoresistència es pot evitar que caigui. La figura 10 mostra l'efecte del tractament HMDS (la mida del patró és 1um).
Figura 10: efecte del tractament HMDS (la mida del patró és 1um)
Cocció prèvia
A la mateixa velocitat de rotació, com més alta sigui la temperatura de precocció, més petit és el gruix de la pel·lícula, la qual cosa indica que com més alta sigui la temperatura de precocció, més dissolvent s'evapora, donant lloc a un gruix de pel·lícula més prim. La figura 11 mostra la relació entre la temperatura prèvia al forn i el paràmetre A de Dill. El paràmetre A indica la concentració de l'agent fotosensible. Com es pot veure a la figura, quan la temperatura de precocció supera els 140 °C, el paràmetre A disminueix, indicant que l'agent fotosensible es descompon a una temperatura superior a aquesta. La figura 12 mostra la transmitància espectral a diferents temperatures prèvies a la cocció. A 160 °C i 180 °C, es pot observar un augment de la transmitància en el rang de longitud d'ona de 300-500 nm. Això confirma que l'agent fotosensible es cou i es descompone a altes temperatures. La temperatura de precocció té un valor òptim, que ve determinat per les característiques de la llum i la sensibilitat.
Figura 11: Relació entre la temperatura prèvia al forn i el paràmetre A de Dill
(valor mesurat de OFPR-800/2)
Figura 12: Transmitància espectral a diferents temperatures de precocció
(OFPR-800, 1um de gruix de pel·lícula)
En resum, el mètode de recobriment de rotació té avantatges únics, com ara un control precís del gruix de la pel·lícula, un alt rendiment de costos, condicions de procés suaus i un funcionament senzill, de manera que té efectes significatius en la reducció de la contaminació, l'estalvi d'energia i la millora del rendiment de costos. En els darrers anys, el recobriment giratori ha guanyat una atenció creixent i la seva aplicació s'ha estès gradualment a diversos camps.
Hora de publicació: 27-nov-2024