Предэкспозиционная термообработка (первая термообработка, сушка, предварительная термообработка) необходима для прида­ния однородности пленке резиста по всей поверхности и обеспе­чения ее хорошей адгезии. Сушка является важной технологиче­ской операцией, оптимизация которой снижает брак.

В большинстве полимерных резистов используются аморфные полимеры, физико-химические свойства которых определяются кон­формацией полимерной цепи или ее сегментов. Молекулярное движение полимерной цепи или ее сегментов зависит от темпера­туры. При повышенных температурах возрастает число степеней свободы цепей, что может вызвать течение, и полимер ведет себя как вязкая жидкость. При понижении температуры движение сег­ментов полимерной цепи уменьшается, а при температуре стекло­вания Тс полностью прекращается. Ниже Тс полимерный мате­риал приобретает характеристики стекла. Подобное явление наблюдается и у неорганических полимеров, например у силикат­ного стекла. Тс определяется подвижностью и гибкостью полимер­ной цепи и до некоторого предельного значения ММ полимера является характеристикой материала. Так как подвижность сег­ментов полимерной цепи связана со сменой конформации и зависит от времени, то конформация полимерной цепи никогда не является равновесной: для достижения равновесия необходимо бесконечно большое время.

Значения Тс и Тпл могут быть найдены по изменению удель­ного объема полимера с температурой (рис. 1.2). У кристаллизую­щегося полимера при температурах ниже Т„я всегда содержится аморфная фаза. Это исключает использование кристаллических полимеров в качестве резистов, так как пленка кристаллического резиста неоднородна.

Непродолжительное нагревание пленки полимера выше Тс на определенное время освобождает «замороженные» конформацион - иые структуры и тем самым делает возможным переход полимера в состояние, близкое к равновесному. При этом ослабляются и напряжения в полимерной пленке, возникающие при центрифуги­ровании раствора и сушке. Подвижность сегментов полимерной цепи облегчает удаление остатков растворителя, / которого в полимерной пленке после центрифу­гирования содержится 1—3°/о - Так как испаре­ние растворителя из полимерной пленки связано с диффузионным процессом, необходимо доста-

Рис. I. 2. Зависимость удельного объема полимера Куд от темпе-

Тс 7ПЛ Т ратуры.

точное время при температуре выше Тс, чтобы остатки раствори­теля продиффундировали к поверхности пленки [17]. Остатки рас­творителя отрицательно действуют как на экспонирование, так и на последующее проявление, прежде всего вследствие уменьше­ния адгезии, что при травлении приведет к подтравливанию.

Неверно выбранные условия сушки могут отрицательно влиять на светочувствительность фоторезистов, так как при повышении температуры разлагаются светочувствительные компоненты.

Определение оптимальных условий сушки требует изучения ряда факторов. Прежде всего это чувствительность полимера к тепловой обработке, так как у ряда полимеров может протекать как деструкция, ведущая к снижению ММ, так и структурирование

[15] , дающее трехмерные структуры и ведущее тем самым к ухуд­шению растворимости полимера. Несмотря на то, что температуру и время сушки находят эмпирически, для их определения можно с успехом использовать ТГА и ДТА. При ТГА фиксируется убыль массы в зависимости от температуры. Это дает возможность опре­делить наличие остатков растворителя, а также температуру раз­ложения полимера, при которой выделяются летучие компоненты. ДТА позволяет найти Тс и Тпл полимера, а также оценить тепло­вые эффекты реакций, протекающих в полимере. Оба метода дают значения минимальной и максимальной температуры сушки и позволяют установить время, требуемое для удаления раствори­теля из полимерной пленки. Для оптимизаци сушки необходимо знать также качество получаемого в итоге рельефа и его стой­кость к травлению [16].

Для оценки механического напряжения в пленках позитивных резистов можно использовать полупроводниковые тензометры [18], что позволяет непосредственно следить за изменениями механиче­
ского напряжения полимерных пленок в зависимости от темпера­туры сушки. Напряжение в пленке резиста можно определить и микроскопически [19] на основе уравнения Гланга [20].

Сушка обычно проводится в специальных печах с использова­нием нагревательных элементов сопротивления или ИК-нагрева - телей с принудительной циркуляцией воздуха или инертного газа. Для эффективного управления процессом необходимо быстро до­стигать требуемой температуры, обеспечивать постоянную темпе­ратуру во всем рабочем пространстве печи и, разумеется, сохра­нять абсолютную чистоту. В ряде систем принудительная цирку­ляция воздуха осуществляется через очистные фильтры, так как каждое загрязнение, попадающее на поверхность пленки резиста при температуре выше Тс, удерживается необратимо. Необходимо проверить и вместимость печи, чтобы при обработке большого числа подложек иметь воспроизводимый температурный режим.