Нанесение фоторезиста.

Фоторезист наносят центрифугированием, распылением, погружением.

Метод центрифугирования применяется для круглых подложек, то есть для пластин кремния и других полупроводников. Каплю фоторезиста наносят на подложку и включают центрифугу. Под действием центробежных сил жидкий фоторезист растекается по поверхности подложки. За счет поверхностного натяжения фоторезиста возникают силы сопротивления растеканию, пропорциональные вязкости фоторезиста, поэтому он не полностью сбрасывается с поверхности подложки.

Этим методом получают тонкие слои (0,1...0,2 мкм) и равномерные слои толщиной не более 2...3 мкм.

Зависимость оставшегося на поверхности жидкого слоя фоторезиста h от частоты вращения центрифуги и кинематической вязкости фоторезиста определяется соотношением

где А - коэффициент пропорциональности, подбираемый экспериментально.

Рис. 5. Схема процесса нанесения фоторезиста центрифугированием:

1 - дозатор фоторезиста (капельница); 2 - слой фоторезиста; 3 - подложка; 4 - диск центрифуги: 5 - сборник фоторезиста

При центрифугировании на периферии подложки образуется утолщение - валик, высота и ширина которого зависят от вязкости фоторезиста, частоты вращения центрифуги и формы подложки. Применение пластин кремния с периферийной фаской и работа при частотах вращения центрифуги, больших 2000 об/мин, позволяет получать более плоскую поверхность фотослоя.

Достоинства метода:

высокая воспроизводимость толщины фотослоя в пределах каждой пластины и партии пластин,

возможность получения тонких слоев (0,1... 0,2 мкм).

Недостатки метода:

невозможность получения равномерных слоев толщиной более 2..3 мкм,

наличие краевого утолщения,

загрязнения слоев из-за захвата пылинок из воздуха при вращении центрифуги,

необходимость тщательного контроля и корректировки вязкости фоторезистов из-за испарения растворителей.

В пленках, высыхающих при действии центробежных сил, возникают внутренние напряжения.

Процесс плохо поддается автоматизации.

Нанесение фоторезиста распылением выполняют форсункой. Форсунка обдувается потоком газа, и фоторезист в виде аэрозоля наносится на поверхность. Распыление позволяет наносить слои толщиной от 0,3 до 20 мкм с точностью 5%, причем подложка может иметь неплоскую поверхность (рельеф). Краевое утолщение слоя отсутствует. Вследствие отсутствия механических напряжений дефектность слоев в 3...4 раза меньше по сравнению с полученными центрифугированием. Расход фоторезиста существенно меньше.

Метод распыления применяется для нанесения фоторезиста на диэлектрические подложки прямоугольной формы.

Метод погружения позволяет получать очень тонкие (150...300 ) равномерные бездефектные слои.

Метод окунания имеет две разновидности.

Первый способ - простое погружение подложки в фоторезист и извлечение из него с регулируемой скоростью 6...150 мм/мин. При медленном извлечении получаются более тонкие и однородные слои.

Такое окунание применяется для двустороннего нанесения слоев и для получения толстых слоев, когда требования к равномерности толщины не слишком высокие. Для устранения клиновидности слоя подложку поворачивают на 180^о и выполняют повторное окунание. Простое окунание применяют для нанесения резиста на гибкую подложку в виде непрерывной ленты. С помощью роликов лента с постоянной скоростью при перемотке с рулона пропускается через ванну с резистом и поступает из нее в камеру сушки. Это так называемая рулонная технология.

Во втором способе метод окунания заключается в погружении подложки в воду или органический растворитель через тонкий слой наносимого резиста (рис.6) и в обратном ее извлечении. Благодаря полярности молекулы резиста ориентируются к поверхности и подложку обволакивает монослой при погружении и, монослой при извлечении. Повторяя погружения несколько раз, можно получать слой резиста толщиной 150...300 А. Основное преимущество процесса - получение очень тонких, равномерных, бездефектных слоев с высокой воспроизводимостью параметров, что обеспечивает в дальнейшем формирование элементов субмикронных размеров.

Рис. 6. Нанесение слоя резиста окунанием : 1 - подложка; 2 - слой резиста; 3 - ванна; 4 - вода или растворитель

Накатка (рис.7) применяется для нанесения сухих пленочных резистов, представляющих собой трехслойную ленту. Слой резиста заключен между несущей и более тонкой защитной полимерными пленками. Перед накаткой резиста вращающимся валиком на подогретую подложку защитную пленку удаляют. Толщина сухого резиста около 1...2 мкм, поэтому метод применяют для случая получения топологических рисунков с большими размерами элементов, до десятков микрометров.

Рис. 7. Нанесение слоя резиста накаткой: 1 - пленочный резист; 2 - пленка на подложке 3; 4 - несущая полимерная пленка; 5 - защитная пленка: 6 - валик для накатки

Термообработка (первая сушка) выполняется после нанесения слоя жидкого фоторезиста. В процессе сушки удаляется растворитель, и в пленке фоторезиста происходит сложный релаксационный процесс плотной упаковки молекул, уменьшающий внутренние напряжения и увеличивающий адгезию фотослоя к подложке.

Основными параметрами процесса сушки являются температура и время.

Конвективная сушка выполняется в термостатах. Образующаяся на поверхности уплотненная часть слоя препятствует равномерной и полкой сушке. Для равномерного испарения растворителя и снижения внутренних механических напряжений в фотослое сушку выполняют в два этапа: 15...20 мин при 18...20 ^о С, 30...60 мин при 90...120 ^о С.

Термокомпрессионная сушка под давлением азота позволяет формировать качественные фотослои, так как присутствующие пары растворителя обеспечивают оптимальные условия для ориентационной релаксации молекул фоторезиста.

Инфракрасная (ИК) сушка отличается равномерным удалением растворителя по толщине слоя резиста. Радиация способствует диффузии растворителя к поверхности, поэтому у поверхности слой преждевременно не уплотняется. Время сушки понижается до нескольких минут.

ИК-сушка является основным промышленным методом, применяемым в современных фотолитографических линиях. Она выполняется непосредственно после нанесения фоторезиста под ИК-лампами при непрерывной продувке азотом. Сушка завершает процесс формирования фотослоя.