15. Wie werden Dicklacke > 10 µm optimal prozessiert?

Beschichtung: Generell gilt für die Beschichtung dicker Positiv- und Negativlacke: Die Resists sollten mehrere Stunden bis zu einen Tag vor der Verarbeitung ruhen ( Frage 6 optimale Beschichtung und 7 Luftbläschen) und bei einem Feststoffgehalt ab 50 % (AR-P 3220 und AR-N 4400-25 und -50) mittels Ultraschall oder Vakuum entgast werden. Die Dicklacke sind zur Blasenvermeidung langsam und aus geringer Höhe auf den stehenden Wafer aufzubringen.  Dabei sollte die aufgetragene Menge immer gleich sein, für einen 4-Zoll-Wafer werden entsprechend Lackviskosität etwa 8 – 12 ml benötigt.

Für Schichten < 10 µm gilt das für Standardresists übliche Beschichtungs- und Temperregime ( AR-P 3500). Für Schichten von 10 – 30 µm werden Schleuderzeiten von 30 – 60 s empfohlen. Bei Schichtdicken > 30 µm empfiehlt sich eine Beschichtung in mehreren Stufen und Schleudergeschwindigkeiten. Nach einer niedrigen Formierungsdrehzahl bei 200 – 400 rpm für 30 s empfiehlt sich eine Schleuderzeit von 2 – 5 min bei der gewünschten Endgeschwindigkeit (250-500 rpm). Ein nachfolgend kurzes Abschleudern für 5 s bei einer um 50 % höheren Drehzahl (600-800 rpm) verringert die Randwulst.  Dabei gilt, dass sich bei kürzerer Beschichtungsdauer die Schichtdicke erhöht. Für hochviskose Lacke wie den AR-N 4400-50 sind Drehzahlen über 1.000 rpm ungünstig, da sonst die Schichtqualität leidet. Generell gilt, dass sich mit ansteigender Lackdicke das Prozessfenster verkleinert.

Temperung (Softbake): Positivresistsystem AR-P 3200: Bei Schichtdicken von 10 – 30 µm sollte die Trocknung auf der hot plate (95 – 100 °C, 8 – 15 min) erfolgen. Für höhere Schichtdicken > 30 µm ist eine Temperung in zwei Stufen sinnvoll: 1.) 75 °C, 5 min und 2.) 90 °C, 15 – 30 min. Schichten oberhalb 50 µm benötigen noch längere Temperzeiten.

Mit längerer Temperung sinken sowohl die Empfindlichkeit als auch die Neigung zu unterschnittenen Profilen. Die Profile bilden sich aus, wenn die Schicht noch relativ viel Lösemittel, besonders in den unteren Bereichen, enthält. Eine langsame Abkühlung empfiehlt sich wegen der Gefahr von Spannungsrissen.

Negativresistsystem AR-N 4400 (CAR 44): Hier ist die Trocknung bei 85 – 95 °C sehr schichtdickenabhängig. Die Trocknungszeiten betragen auf der hot plate bei Schichten von 10 – 30 µm etwa 8 – 20 min, während 40 – 50 µm bereits 30 – 60 min dauern. Schichtdicken oberhalb 50 µm benötigen noch länger und müssen anwenderspezifisch ermittelt werden. Es empfiehlt sich unbedingt der Einsatz von Temperaturrampen, da ein zu schnelles Abkühlen (cool plate) zu Spannungsrissen führen kann. Die Trocknungszeiten im Konvektionsofen verlängern sich um den Faktor 3.
Lange intensive Temperungen führen zu geringerer Empfindlichkeit bei der Entwicklung.

Es folgt der in den Produktinformationen detailliert beschriebene Prozess Belichtung. Beim CAR 44 ist eine zusätzliche Vernetzungstemperung bei 95 – 105 °C erforderlich, die Trockenzeiten zur Vernetzung sind hier ebenfalls schichtdickenspezifisch und liegen auf der hot plate bei 8 – 30 min und im Konvektionsofen bei 30 – 60 min.

Entwicklung: Die Entwicklung der dicken Resistschichten erfolgt wässrig-alkalisch ( Frage 10 Einfluss von Entwicklerkonzentration und -zeit).

Für die Entwicklung des AR-P 3220 ist der Entwickler AR 300-26 optimal. Entsprechend Schichtdicke und Lacktyp wird er in der Verdünnung von 2 : 1 bis 1 : 3 mit DI-Wasser für 2 – 5 min empfohlen.

Für den AR-N 4400 Resist ist die MIF-Entwicklerserie AR 300-40 am besten geeignet. Dünnere Schichten bis 10 µm benötigen schwächere Entwickler, wie den AR 300-47 (3 : 2 mit DI-Wasser verdünnt bis pur). 50-µm-Schichten benötigen starke Entwickler wie den AR 30-44 bzw. 300-46 je nach Intensität der Trocknung. Die Entwicklungsdauer hängt stark von Schichtdicke und Entwicklerstärke ab. So wird z.B. eine 30-µm-Schicht im Entwickler AR 300-47 nach etwa 8 min abgetragen. Dickere Schichten benötigen noch längere Zeiten. Durch eine verlängerte Entwicklung bei knapp ausreichender Belichtung kann beim AR-N 4450-10 ein Unterschnitt (lift-off) der Resiststruktur erreicht werden.  Generell gilt, dass aus längeren Entwicklungszeiten mit einem schwächeren Entwickler eine bessere Abbildungsgüte resultiert.

Nach der Entwicklung sind die Resistschichten mit deionisiertem Wasser zu spülen. Die sich anschließende Entschichtung erfolgt problemlos mit den Removern AR 300-70 (AR-P 3220) und beim AR-N 4400 mit dem AR 600-70 bzw. AR 300-72 oder AR 300-76 (siehe Produktinformation).