Optisen litografian prosessi kokonaisuudessaan – osa 1

  • Puhdistus

Tässä vaiheessa kiekolta poistetaan kaikki sen päällä olevat epäpuhtaudet. Ne poistetaan kemiallisella käsittelyllä, esimerkiksi RCA-puhtaalla menettelytavalla. Yleisesti käytetään vetyperoksidia mutta myös trikloorietyleeniä, metanolia ja asetonia voidaan käyttää puhdistuksessa.

  • Valmistelu

Ensin kiekko kuumennetaan sellaiseen lämpötilaan, jossa kaikki kosteus katoaa kiekon pinnalta. Esimerkiksi 150 asteessa kymmenen minuutin kuumennus on tässä varsin riittävä. Ne kiekot jotka ovat olleet varastoituina tulee puhdistaa, jotta epäpuhtauksista pääsee eroon. Kaasumaista tai nestemäistä tarttumista edistävää ainetta levitetään kiinnittymisen edistämiseksi fotoresistin kiekkoon. Näitä voi olla esimerkiksi trimetyylisiluuli ja heksametyylidifilatsaani. Pintakerroksen piidioksidikiekolla reagoi HDMS-aineen kanssa ja muodostaa trimetyloitua piidioksidia jolla on erittäin hyvin vettä hylkivä pinta.

Tätä voidaan verrata esimerkiksi autovahojen ominaisuuksiin. Vettähylkivä kerros estää tehokkaasti kehittävän aineen tunkeutumisen valoresistikerroksen ja veden pinnan väliin. Tämä puolestaan estää pienten fotoresistin rakenteiden kuvion nousemista pintaan. Jotta kuvan valmistus voidaan varmistaa, on kaikkein turvallisinta peittää ja sijoittaa se kuumalle levylle, jossa se saa rauhassa kuivua 120 asteen lämmössä.

  • Fotoresistin lisääminen

Kiekko on peitetty valonkestävällä linkouspäällysteellä. Nestemäinen valonkestävä liuos, viskoosi, annostellaan kiekkoon tasaisesti ja sen jälkeen kiekkoa pyöritetään nopeasti, jotta tuloksesta saadaan tasaisen paksu. Yleensä kiekko kulkee noin 1200-4800 kierrosta minuuttia kohden 30-60 sekunnin ajan. Kiekon päälle syntyvä pinta on paksuudeltaan 0,5-2,5 mikrometrin kokoinen.

The optical lithography process1Pyörivän pinnoite prosessoinnin tuloksena on yhtenäinen ja ohut kerros, jonka tasaisuus on 5-10 nanometrin sisällä. Tämä tasaisuus voidaan selittää kunnolla nesteen mekaanisella mallintamisella, mikä osoittaa sen, että vastustusaine liikkuu paljon nopeammin kiekon pinnan yläpuolella kuin sen pinnan tuntumassa. Viskoosin voima sitoo aineen kiekon pinnalle. Siten pintakerros ainetta liikkuu nopeasti pois myös kiekon reunoilta ja liikkumaan hitaasti kiekkoa pitkin.

Näin kaikki kuhmujen ja harjanteiden riskit saadaan vähitellen kokonaan minimoitua ja lopputuloksena on hyvin tasainen, sileä pinta. Lopullinen kiekon paksuus määräytyy myös sen mukaan, kuinka paljon nesteen haihtumista liuotin vastustaa. Pinnoitteella päällystetty kiekko esikovetetaan, jonka jälkeen siitä otetaan pois ylimääräinen liuotinkerros. Tyypillisesti tämä tehdään 90-100 asteessa 30-60 sekunnin ajan, kuumalevyä käyttäen.