Metode pelapisan photoresist umumnya dibagi menjadi pelapisan spin, pelapisan celup dan pelapisan gulungan, di antaranya pelapisan spin adalah yang paling umum digunakan. Dengan pelapisan spin, photoresist diteteskan pada substrat, dan substrat dapat diputar dengan kecepatan tinggi untuk mendapatkan film photoresist. Setelah itu, film padat dapat diperoleh dengan memanaskannya di atas hot plate. Lapisan spin cocok untuk pelapisan dari film ultra-tipis (sekitar 20nm) hingga film tebal sekitar 100um. Ciri-cirinya adalah keseragaman yang baik, ketebalan film yang seragam antar wafer, sedikit cacat, dll., dan dapat diperoleh film dengan kinerja pelapisan yang tinggi.
Proses pelapisan spin
Selama pelapisan spin, kecepatan putaran utama substrat menentukan ketebalan film photoresist. Hubungan antara kecepatan putaran dengan ketebalan film adalah sebagai berikut:
Putaran=kTn
Dalam rumusnya, Spin adalah kecepatan putaran; T adalah ketebalan film; k dan n adalah konstanta.
Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Proses Spin Coating
Meskipun ketebalan film ditentukan oleh kecepatan putaran utama, hal ini juga terkait dengan suhu ruangan, kelembaban, viskositas photoresist, dan jenis photoresist. Perbandingan berbagai jenis kurva pelapisan photoresist ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1: Perbandingan berbagai jenis kurva pelapisan photoresist
Pengaruh waktu putaran utama
Semakin pendek waktu putaran utama, semakin tebal ketebalan filmnya. Semakin besar waktu putaran utama, semakin tipis filmnya. Ketika melebihi 20an, ketebalan film hampir tidak berubah. Oleh karena itu, waktu putaran utama biasanya dipilih lebih dari 20 detik. Hubungan antara waktu putaran utama dan ketebalan film ditunjukkan pada Gambar 2.
Gambar 2: Hubungan antara waktu putaran utama dan ketebalan film
Ketika fotoresist diteteskan ke media, meskipun kecepatan putaran utama berikutnya sama, kecepatan putaran media selama tetesan akan mempengaruhi ketebalan film akhir. Ketebalan film photoresist meningkat seiring dengan meningkatnya kecepatan putaran substrat selama proses penetesan, hal ini disebabkan oleh pengaruh penguapan pelarut saat photoresist dibuka setelah penetesan. Gambar 3 menunjukkan hubungan antara ketebalan film dan kecepatan putaran utama pada kecepatan putaran substrat yang berbeda selama penetesan photoresist. Terlihat dari gambar bahwa dengan bertambahnya kecepatan putaran substrat yang menetes, ketebalan film berubah lebih cepat, dan perbedaannya lebih terlihat jelas pada area dengan kecepatan putaran utama yang lebih rendah.
Gambar 3: Hubungan antara ketebalan film dan kecepatan putaran utama pada kecepatan putaran substrat yang berbeda selama pengeluaran photoresist
Pengaruh kelembaban selama pelapisan
Ketika kelembapan menurun, ketebalan film meningkat, karena penurunan kelembapan mendorong penguapan pelarut. Namun distribusi ketebalan film tidak mengalami perubahan yang signifikan. Gambar 4 menunjukkan hubungan antara kelembaban dan distribusi ketebalan film selama pelapisan.
Gambar 4: Hubungan antara kelembaban dan distribusi ketebalan film selama pelapisan
Pengaruh suhu selama pelapisan
Ketika suhu dalam ruangan meningkat, ketebalan film meningkat. Terlihat dari Gambar 5 bahwa distribusi ketebalan film photoresist berubah dari cembung menjadi cekung. Kurva pada gambar juga menunjukkan bahwa keseragaman tertinggi diperoleh pada suhu dalam ruangan 26°C dan suhu photoresist 21°C.
Gambar 5: Hubungan antara suhu dan distribusi ketebalan film selama pelapisan
Pengaruh kecepatan buang pada saat pelapisan
Gambar 6 menunjukkan hubungan antara kecepatan buang dan distribusi ketebalan film. Tanpa adanya knalpot menunjukkan bagian tengah wafer cenderung menebal. Menambah kecepatan buang akan meningkatkan keseragaman, namun jika ditingkatkan terlalu banyak maka keseragaman akan menurun. Terlihat adanya nilai optimal untuk kecepatan buang.
Gambar 6: Hubungan antara kecepatan buang dan distribusi ketebalan film
pengobatan HMDS
Untuk membuat photoresist lebih dapat dilapisi, wafer perlu diolah dengan hexamethyldisilazane (HMDS). Terutama ketika uap air menempel pada permukaan film oksida Si, silanol terbentuk, yang mengurangi daya rekat fotoresist. Untuk menghilangkan kelembapan dan menguraikan silanol, wafer biasanya dipanaskan hingga 100-120°C, dan kabut HMDS dimasukkan untuk menyebabkan reaksi kimia. Mekanisme reaksi ditunjukkan pada Gambar 7. Melalui perlakuan HMDS, permukaan hidrofilik dengan sudut kontak kecil menjadi permukaan hidrofobik dengan sudut kontak besar. Memanaskan wafer dapat memperoleh daya rekat fotoresis yang lebih tinggi.
Gambar 7: Mekanisme reaksi HMDS
Pengaruh perlakuan HMDS dapat diamati dengan mengukur sudut kontak. Gambar 8 menunjukkan hubungan antara waktu perawatan HMDS dan sudut kontak (suhu perawatan 110°C). Substratnya adalah Si, waktu perawatan HMDS lebih besar dari 1 menit, sudut kontak lebih besar dari 80°, dan efek perawatan stabil. Gambar 9 menunjukkan hubungan antara suhu perawatan HMDS dan sudut kontak (waktu perawatan 60 detik). Ketika suhu melebihi 120℃, sudut kontak berkurang, menunjukkan bahwa HMDS terurai karena panas. Oleh karena itu, perawatan HMDS biasanya dilakukan pada suhu 100-110℃.
Gambar 8: Hubungan waktu perawatan HMDS
dan sudut kontak (suhu perawatan 110℃)
Gambar 9: Hubungan antara suhu perawatan HMDS dan sudut kontak (waktu perawatan 60 detik)
Perawatan HMDS dilakukan pada substrat silikon dengan film oksida untuk membentuk pola photoresist. Film oksida kemudian dietsa dengan asam fluorida dengan tambahan buffer, dan ditemukan bahwa setelah perawatan HMDS, pola photoresist dapat dijaga agar tidak rontok. Gambar 10 menunjukkan efek pengobatan HMDS (ukuran pola 1um).
Gambar 10: Efek pengobatan HMDS (ukuran pola 1um)
Memanggang terlebih dahulu
Pada kecepatan putaran yang sama, semakin tinggi suhu prebaking maka ketebalan film semakin kecil, hal ini menunjukkan bahwa semakin tinggi suhu prebaking maka semakin banyak pelarut yang menguap sehingga menghasilkan ketebalan film yang semakin tipis. Gambar 11 menunjukkan hubungan antara suhu sebelum pemanggangan dan parameter Dill's A. Parameter A menunjukkan konsentrasi zat fotosensitif. Seperti dapat dilihat dari gambar, ketika suhu pra-pemanggangan naik hingga di atas 140°C, parameter A menurun, yang menunjukkan bahwa zat fotosensitif terurai pada suhu yang lebih tinggi dari ini. Gambar 12 menunjukkan transmitansi spektral pada suhu sebelum pemanggangan yang berbeda. Pada 160°C dan 180°C, peningkatan transmitansi dapat diamati pada rentang panjang gelombang 300-500nm. Hal ini menegaskan bahwa zat fotosensitif dipanggang dan terurai pada suhu tinggi. Suhu sebelum pemanggangan memiliki nilai optimal yang ditentukan oleh karakteristik dan sensitivitas cahaya.
Gambar 11: Hubungan antara suhu sebelum pemanggangan dan parameter Dill's A
(nilai terukur OFPR-800/2)
Gambar 12: Transmisi spektral pada suhu sebelum pemanggangan yang berbeda
(OFPR-800, ketebalan film 1um)
Singkatnya, metode spin coating memiliki keunggulan unik seperti kontrol ketebalan film yang presisi, kinerja biaya tinggi, kondisi proses yang ringan, dan pengoperasian yang sederhana, sehingga memiliki efek signifikan dalam mengurangi polusi, menghemat energi, dan meningkatkan kinerja biaya. Dalam beberapa tahun terakhir, spin coating semakin mendapat perhatian, dan penerapannya secara bertahap menyebar ke berbagai bidang.
Waktu posting: 27 November 2024