匀胶前衬底“增附”处理

对于大部分光刻胶与Si衬底而言,其粘附性一般都是不错的,但是在光刻中,通常会用到一些例如蓝宝石、氮化镓、砷化镓甚至是贵金属薄膜等衬底,这类衬底与光刻胶的粘附性往往不怎么理想,这会导致后续的光刻显影环节出现“裂纹”甚至是漂胶等问题。因此必须通过工艺手段改善,这个步骤我们叫做增附处理或者叫做助黏。

作用机理

衬底清洗的目的是为了去除所有不属于衬底的物质,但附着力促进剂应修改衬底表面本身,以优化光刻胶的浸润和附着力。

以石英、玻璃或硅表面的氧化物(自然氧化)的形式存在的二氧化硅以及大多数金属在暴露于大气中在一定的下湿度足够长时间后在其表面形成极性OH键。这种衬底是亲水性的,因此对光刻胶的非极性或低极性树脂分子具有较差的亲和力。
为了使这样的衬底表面具有疏水性,可以用化学方法将HMDS等非极性分子附着在其表面上。 线面给出几种常见的增附处理方法:

HMDS

HMDS(六甲基二硅烷)是一种常用在半导体表面的粘附促进剂,其简化的反应机理如图1所示,HMDS与Si原子在无氧表面结合,与氧化基表面的氧原子(如有必要,OH基团分解)结合,释放出氨。

非极性甲基直接隔离衬底表面形成疏水表面,与光刻胶具有良好的润湿性和附着力。

图1 HMDS与衬底表面结合形成-OH并产生NH3

正确使用HMDS的方法
HMDS的正确应用对结果非常重要:在室温下,HMDS蒸汽通过干燥的氮气在所谓的“起泡器”中运输,然后传递到加热的(75-120°C)基质中,在衬底表面上HMDS作为单层膜进行化学结合(如下图2所示)。

此图像的alt属性为空;文件名为image-68.png
图2 HMDS通过一个起泡器(左)沉积在加热的衬底上

不正确的HMDS使用方法
如果液体的HMDS被直接旋涂在衬底上,HMDS层只能起到物理上的粘附层的作用,并不能改善粘附性;其次,HMDS层在前烘过程中释放出氨(图3 所示),从衬底附近的进入交联的光刻胶层中,从而抑制显影过程。

图3 HMDS旋涂后以液体形式应用前烘过程释放出氨,影响光刻胶交联和显影

需注意,HMDS是一种有毒性的物质,使用时需注意安全防护。

AR 300-80

AR 300-80 是德国ALLRESIST推出的一款可以通过旋涂实现增附效果的增附剂产品。相比于HMDS来说,具有使用简单,无毒性的特点,其在4000rpm/min下旋涂可获得15 nm的胶膜,后续需要在180°C的热板上进行2分钟或烘箱箱烘烤25min(AR 300-80)。新一代的AR 300-80 new为热敏感衬底提供了很大的优势,在60℃下即可完成烘烤。 15nm的胶膜会在后续的涂胶环节中和光刻胶融为一体,不会形成介质层,另外,可用有机溶剂将这层胶膜冲洗掉,而衬底获得的增附效果不会消失,除非使用酸碱清洗衬底。下图4 所示是AR 300-80的作用机理。

Haftfestigkeit_AR300-80
图4 AR 300-80 增附作用机理

TI PRIME

TI Prime是一种基于旋涂的增附剂,可以有效改善Si或玻璃衬底上的粘附性。在2000-4000rpm/min下旋涂约20秒即可,热板上120℃下烘烤2min(或者烘箱中130℃烘烤10min)即可。其原理是 其中亚单层被吸附到衬底表面。在随后的…表面被激活。冷却后融合在衬底上。

TI Prime含有钛。此增附剂不可用于钛敏感的材料或者工艺中。

如果您在做光刻工艺时对增加衬底粘附性有任何心得,欢迎您在文章下方留言与我们分享。 了解更多光刻及光刻胶知识库,欢迎关注Litho+wiki,获取更多信息……

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