ВВЕДЕНИЕ

Для получения толстых пленок фоторезистов (толщина слоя 6-9 мкм) используются специальные фоторезисты, такие как ФП-25, ФП-201. Толстые пленки необходимы главным образом в следующих случаях:

• Литография на сильно развитой поверхности.
• Электрохимическое осаждение токопроводящих слоев.
• Травление подложки на большие глубины.

НАНЕСЕНИЕ

Для получения толстых слоев пленок обычно используют уменьшенные скорости вращение центрифуги и уменьшение времени центрифугирования. Однако при очень низких скоростях вращения центрифуги образуются резко выраженные бортики по краю пластины и, как следствие, неоднородности толщин пленок. По этой причине используют достаточно высокую скорость вращения центрифуги примерно до 2000 оборот/мин при одновременном сокращении времени нанесения. Достигается это путем быстрого увеличения и уменьшения скорости вращения в течение очень короткого промежутка времени (несколько секунд).

Для получения очень толстых пленок часто используют многократное нанесение. Следует, однако, иметь в виду, что для толстых пленок фоторезистов характерно высокая концентрация остаточных растворителей после центрифугирования. Из-за этого в процессе последующей термообработки возможна повышенная текучесть пленки с образованием по краям наплывов и уменьшением толщины пленки. Поэтому для получения однородной толщины пленки целесообразно двойное или тройное нанесение по следующей схеме:

1. Центрифугирование. Нанести 2-3 мл фоторезиста на пластину. Центрифугу привести во вращение и в течение максимум 2-3 секунд довести число оборотов до 1500 об/мин. Вращать пластину при этой скорости в течение 3-х секунд.
2. Выключить центрифугу и выдержать пленку при комнатной температуре в течение 20-30 минут.
3. Первая термообработка пленки при 60 ⁰С в течение 30 минут в конвекционном шкафу или на горячей плите в течение 5 минут.
4. Повторное нанесение фоторезиста (повторение стадий1-3).
5. Вторая термообработка пленки при 95 ⁰С в течение 30 минут в конвекционном шкафу или на горячей плите 95 ⁰С в течение 5 минут.
6. При необходимости увеличения толщины операции 1-5 следует повторить.

Для многократного нанесения можно использовать только толстые резисты типа ФП-25 или ФП-201 с высокой вязкостью и с низким содержанием растворителя. В противном случае при повторном нанесении предыдущая пленка будет частично или полностью растворяться с появлением сильной неоднородности толщины пленки.

Краевой бортик часто образуется при нанесении толстых пленок. Краевой бортик может вызвать и прилипание маски к пленке, и образование нежелательного зазора между пленкой и маской, что, как следствие, приводит к уменьшению пространственного разрешения

Существует несколько способов для исключения или уменьшения краевого бортика:

1. Раскрутка центрифуги до 2000 оборот/мин. за минимальное время.
2. Многократное нанесение фоторезиста по вышеуказанной схеме.
3. Выдержка пленки после нанесение на воздухе достаточное время до проведения термообработки. Время выдержки зависит от толщины пленки, это время можно несколько сократить посредством ступенчатой термообработки 45 ⁰С, 60 ⁰С и т.д.
4. Для круглых подложек возможно ручное удаление бортика путем приведения во вращения подложки при 500 об/мин. и распыления специального растворителя на края (сольвент - ФТБ).
5. Для прямоугольных подложек краевой бортик приходится удалять механически.

Чем толще пленка фоторезиста, тем точнее должны быть выбраны параметры термообработки (время и температура):

При недостаточной температуре и коротком времени термообработки в последующем процессе экспонирования возможно образование пузырьков и вспенивание пленки резиста из-за выделения азота. Кроме того, из-за высокой концентрации остаточных растворителей устойчивость пленки в проявителе будет невелика, толщина пленка будет убывать в процессе проявления.

При высокой температуре и длительном времени выдержки возрастет доля термического распада светочувствительного соединения, что увеличит время проявления. Кроме того, маленькая концентрации остаточных растворителей сделает пленку резиста хрупкой и чувствительной к образованию трещин. При экспонировании в пленке генерируются пузырьки азота, что приводит к появлению сильных механических напряжений и, как следствие, к возникновению микротрещин в толстых слоях.

Компромиссом между достаточным испарением растворителей и минимизацией потери светочувствительного соединения является эмпирическое правило: термообработка на горячей плите при 100 ⁰С в течение 1 минуты для каждого мкм толщины пленки. Т.е. для пленки толщиной 10 мкм понадобится выдержка на горячей плите при 100 ⁰С в течение 10 минут. Для конвекционного шкафа это правило будет примерно выглядеть следующим образом выдержка при 95 ⁰С в течение 15 минут для каждого 1 мкм толщины пленки.

РЕГИДРАТАЦИЯ

Во время термообработки концентрация воды в объеме пленки падает, происходит дегидратация. Однако для протекания фотохимической реакции присутствие молекул воды необходимо, чтобы обеспечить высокую скорость проявления и контраста.

Регидратация пленки происходит путем диффузии молекул воды из воздуха. По этой причине необходима достаточная задержка во времени после термообработки и до экспонирования, чтобы обеспечить полную регидратацию пленки. Тонкие пленки в несколько мкм насыщаются водой в течение нескольких секунд, тогда как толстые пленки (несколько десятков мкм) нуждаются для регидратации нескольких часов. Помимо толщины пленки на время регидратации влияет температура и влажность окружающей среды.

При очень низкой относительной влажности даже длительная регидратация не обеспечивает достаточного содержания воды в пленке, т.к. равновесная концентрации воды между поглощением и испарением молекул воды находится ниже требуемого уровня. Поэтому влажность в помещении для экспонирования рекомендуется удерживать в пределах 40-60 %. В этих условиях действует правило регидратации: 10 минут для пленок толщиной до 20 мкм и несколько часов для пленок толщиной в несколько десятков мкм.

ЭКСПОНИРОВАНИЕ

Во время экспонирования фотоактивное соединение нафтохинондиазид (НХД) превращается в инденкарбоновую кислоту с высвобождением молекулы азота N₂. Полностью экспонированный фоторезист высвобождает N₂, объем которого значительно превышает объем пленки резиста. При нагреве пленки молекулы N₂ диффундируют к поверхности резиста.

При определенных обстоятельствах, во время экспонирования или сразу после экспонирования могут быть обнаружены пузырьки в пленке резиста. В некоторых случаях пленка приобретает молочный цвет, напоминая пенополистирол. Возможные причины этого:

• Недостаточная температура и/или время предварительной термообработки пленки резиста.
• Слишком высокая интенсивность экспонирующего света и, как следствие, высокая скорость образования пузырьков азота. В этом случае следует проводить ступенчатое экспонирование с некоторой временной выдержкой между ступенями.
• Высокая доза экспонирования. Рекомендуется определить оптимальную дозу экспонирования.
• Неподходящий фоторезист для получения толстых слоев - высокая концентрация фотоактивного соединения в фоторезисте.

на основании материалов фирмы MicroChemicals