Fotorezist kaplama: Cam neden döndürülür

Fotorezist ince ve düzgün bir film halinde sürülmelidir; en yaygın yöntem döndürerek kaplamadır: rezist merkeze damlatılır, alt tabaka yüksek hızda döner ve fazlası savrulur. Bu makale döndürerek kaplamanın dört aşamasını, film kalınlığı ile devir hızı arasındaki ilişkiyi, kenar kabarması gibi yaygın sorunları ve kaplamadan sonra neden ön pişirme gerektiğini anlatıyor.

Krom kaplanmış cam bir sonraki adımda fotorezist katmanıyla örtülür. Bu katman genellikle mikrometre mertebesindedir ve tüm plaka boyunca aynı kalınlıkta olmalıdır: rezistin kalın ve ince olduğu yerlerde pozlama ve banyo etkisi farklıdır, sonunda çizgi genişliği de farklı çıkar. Fırçayla sürmek ya da rulo ile yaymak bu düzgünlüğü sağlayamaz; çözüm camı döndürmektir.

Döndürerek kaplamanın dört aşaması

Şekil 1’de görüldüğü gibi bir döndürerek kaplama işlemi kabaca dört adımdan oluşur:

Damlatma: Alt tabaka vakumlu tutucuyla tutulur ve belirli miktarda rezist merkeze damlatılır.
Düşük hızda yayılma: Alt tabaka yavaşça döner, rezist dışa doğru yayılarak tüm yüzeyi kaplar.
Yüksek hızda savurma: Ayarlanan devir hızına hızlanılır, merkezkaç kuvveti rezistin büyük kısmını kenardan savurur ve film hızla incelir.
Buharlaşma ve sabitlenme: Çözücü buharlaşmaya devam eder, rezist giderek koyulaşır ve akamaz hale gelir; kalınlık büyük ölçüde belirlenmiş olur.

Sonunda alt tabakada kalan rezist çoğu zaman damlatılan miktarın yalnızca küçük bir kısmıdır; geri kalanı savrulur.

Film kalınlığı ile devir hızı arasındaki ilişki

Filmin her noktasına iki kuvvet etki eder: merkezkaç kuvveti rezisti dışa çeker, rezistin viskozitesi onu geri tutar. Ne kadar hızlı dönerse dışa çekme kuvveti o kadar büyük, film o kadar incedir; rezist ne kadar viskozsa o kadar iyi tutar, film o kadar kalındır. Buna çözücü buharlaşmasıyla rezistin giderek “donması” da eklenince deneysel olarak basit bir ilişki elde edilir:

Film kalınlığı yaklaşık olarak devir hızının kareköküyle ters orantılıdır.

Bununla tahmin yapılabilir: devir hızı 2 katına çıkarıldığında film kalınlığı başlangıçtakinin yaklaşık 1 ÷ √2 ≈ %71’i olur; ancak 4 katına çıkarıldığında yarıya iner (bkz. Şekil 2). Bu yüzden kalınlığı büyük ölçüde değiştirmek için yalnızca devir hızını ayarlamak yetmez; genellikle farklı viskoziteli bir rezist kullanılır. Gerçek üretimde her rezistin kendi devir hızı–kalınlık eğrisi vardır ve ölçülen değerler esas alınır.

Şekil 2 – Belirli bir devir hızındaki film kalınlığı 1 alınırsa, hız 2 katına çıkınca kalınlık yaklaşık 0,71, 4 katına çıkınca yaklaşık 0,5 olur

Döndürmek neden düzgünlük sağlar

Döndürerek kaplamanın zarif bir “kendiliğinden düzleşme” etkisi vardır: rezist katmanının kalın olduğu yerler dışa daha hızlı akar ve daha hızlı incelir; ince yerler yavaş akar. Böylece kalın yerler ince yerlerin peşinden incelir ve tüm film kendiliğinden eşitlenir. Alt tabaka düzgün yerleştirildiği ve devir hızı kararlı olduğu sürece orta bölgenin büyük kısmında kalınlık çok düzgün elde edilebilir.

Düzgünlüğü etkileyen başlıca faktörler şunlardır:

rezist miktarı ve damlatma konumunun kararlılığı, rezistte kabarcık olup olmadığı;
hızlanma sürecinin ve devir hızının tekrarlanabilirliği;
kap içindeki hava akışı, sıcaklık ve nem; bunlar çözücünün buharlaşma hızını belirler;
alt tabakanın temiz ve kuru olup olmadığı.

Kenar kabarması ve diğer kusurlar

Yüzey gerilimi nedeniyle alt tabaka kenarındaki rezist, ortadan daha kalın bir “kenar kabarması” oluşturur; kare alt tabakalarda dört köşede daha belirgindir, bkz. Şekil 1’deki kesit. Yaygın çözüm, desen alanını kenardan uzak tutmak ya da kenar boyunca rezisti çözücüyle yıkamaktır.

Diğer iki tipik kusur: kuyruklu yıldız izleri – alt tabakadaki bir partikülün arkasında, rezist üzerinden akarken bir kuyruk oluşur; ve radyal çizgiler – çözücünün düzensiz buharlaşmasıyla ilgilidir. Her ikisi de yerel film kalınlığını farklılaştırır ve sonunda düzensiz çizgi genişliği ya da artık krom olarak ortaya çıkar.

Kaplamadan sonra neden ön pişirme yapılır

Yeni sürülmüş rezist filmi hâlâ çözücü içerir, yumuşak ve yapışkandır. Ön pişirme, onu bir süre ısıtarak çözücünün büyük kısmını uzaklaştırır; üç işlevi vardır:

film sertleşir ve pozlama sırasında fotomaskeye yapışmaz;
rezist ile krom film daha sıkı tutunur, banyoda rezist kolay kalkmaz;
sonraki pozlama ve banyo koşulları kararlı hale gelir.

Ön pişirme de ölçülü olmalıdır. Sıcaklık çok düşük ya da süre çok kısa olursa çok çözücü kalır ve pozlanmamış rezist de banyoda kısmen çözünür; fazla pişirilirse rezistteki ışığa duyarlı bileşen bozunur ve duyarlılık düşer. Tüm plakanın düzgün ısınması da aynı derecede önemlidir.

Özet

Döndürerek kaplama, merkezkaç kuvveti ile viskozite dengesine ve çözücü buharlaşmasına dayanarak rezisti ince ve düzgün bir katman halinde yayar. Film kalınlığı yaklaşık olarak devir hızının kareköküyle ters orantılıdır; kenarda pay bırakılmalı, partiküller sıkı kontrol edilmelidir. Ön pişirme filmi sabitler ve bir sonraki adım olan pozlamaya hazırlar.

Çince orijinal makalenin çevirisi (0023). ENC7 – enkoder diski üreticisi (teklif) · Teknik makaleler · https://enc7.com