При центрифугировании растворов фоторезистов на ситалловых подложках

При центрифугировании растворов фоторезистов на ситалловых подложках, имеющих форму прямоугольника, образуется пленка с характерными утолщенными областями, расположенными непосредственно перед краевым валиком в углах подложки. Установлено, что форма и протяженность этих утолщенных областей определенным образом связаны с направлением угловой скорости при центрифугировании (рис.3): для противолежащих углов утолщенные области одинаковы по конфигурации и равновелики по площади. Большие по величине области наблюдаются в I и III четвертях подложки при вращении ее против часовой стрелки и во II и IV четвертях при вращении по часовой стрелке. Это объясняется особенностями течения раствора фоторезиста на подложках округлой формы.

 

В валике, образующемся на краях прямоугольной подложки, действуют составляющие центробежных сил, направленные вдоль него. Следовательно, под их действием должно возникать движение жидкости от середины каждой из сторон прямоугольника к его углам. Это было установлено опытным путем. На чистую ситалловую подложку размером 48´60 мм из пипетки подавали по одной капле раствора фоторезиста около каждой из сторон подложки. После центрифугирования наблюдали траектории движения жидкости. Как показал эксперимент, жидкость, достигая края подложки, перемещается далее с относительной скоростью вдоль края в направлении к углам. При этом на жидкость в валике будет действовать сила Кориолиса Fк.

В различных четвертях подложки сила Fк действует по-разному (см. рис.3). При вращении подложки по направлению часовой стрелки со скоростью w кориолисова сила, действующая на жидкость в валике в I и III четвертях, заставляет жидкость отклоняться от края подложки к центру, а во II и IV четвертях способствует сбрасыванию жидкости с подложки. При вращении же против часовой стрелки картина обратная, т.е. в I и III четвертях наблюдается сброс, а во II и IV жидкость стремится к центру подложки. По мере перемещения жидкости вдоль валика к углам подложки влияние кориолисовой силы будет увеличиваться, так как величина ее возрастает одновременно со скоростью течения жидкости в валике, которая пропорциональна силе, где m — масса жидкости; R радиус подложки. При этом силами сопротивления можно пренебречь. Это подтверждается экспериментально. Результаты экспериментов по нанесению растворов фоторезистов на прямоугольные подложки с различным соотношением сторон показали, что во всех случаях наблюдалось утолщение покрытия вдоль сторон и в углах подложек. При этом было установлено, что угловая скорость и количество подаваемого на подложку раствора фоторезиста не влияют на конфигурацию утолщенных областей.

Зависимость (1) получена, как уже указывалось, для установившегося течения пленки жидкости. Нанесение же фоторезистивных пленок на центрифугах происходит при нестационарных режимах. Нестационарность состоит в том, что раствор фоторезиста приводится во вращение на пластине из состояния покоя. Причем в зависимости от технических характеристик электродвигателя, привода и конструкции самой центрифуги время разгона до постоянной угловой скорости w подложки может быть значительным (от десятых долей до нескольких секунд). Время растекания раствора фоторезиста на подложках диаметром 60 мм при скоростях более 50 с, как показывает экспериментальное исследование и скоростная киносъемка, составляет сотые доли секунды. В то же время при растекании фоторезистов происходит испарение легколетучих компонентов (растворителей), вследствие чего в растекающемся по подложке растворе изменяется вязкость и характер течения пленки. При растекании с изменяющейся (возраставшей) вязкостью пленка становится неоднородной по толщине, уменьшается стабильность процесса и его результатов. Таким образом, растекание пленки фоторезиста происходит в период разгона центрифуги (т.е. когда угловая скорость w непостоянна) и процесс формирования пленки на подложке является нестационарным. Теоретическое решение нестационарной задачи связано со значительными математическими трудностями. Поэтому на практике стремятся выполнять такие условия, при которых нестационарное течение пленки во время центрифугирования можно рассматривать как квазистационарное, т.е. в период пуска центрифуги вращение подложки можно считать равномерным с определенной угловой скоростью. Таким условием является достаточно быстрый разгон центрифуги до заданной рабочей скорости. В зависимости от соотношения времени разгона центрифуги, времени растекания и скорости испарения растворителя при центрифугировании наблюдается течение с переменной вязкостью (нестационарный процесс) или течение, приближающееся к стационарному. Практически достаточно, чтобы .

Конструктивные решения позволяют разрабатывать центрифуги с таким малым временем разгона. Известно, что для ненагруженнных электродвигателей время разгона до рабочей скорости в лучшем случае составляет сотые доли секунды. При нагрузке двигателя дополнительными механизмами время разгона увеличивается значительно (иногда на порядок и больше).

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector