TAUCHBELACKUNG

Die Tauchbeschichtung von Substraten mit Fotolack kann dann eine Alternative zu anderen Belackungstechniken sein, wenn entweder die Art oder Größe der zu belackenden Substrate weder für das Aufschleudern noch die Sprühbelackung geeignet sind, oder der Fotolack einen signifikanten Kostenfaktor darstellt und eine Minimierung des Lackverbrauchs pro Substrat erfordert. Der folgende Abschnitt beschreibt die Technologie der Tauchbelackung und gibt Erklärungen und Antworten zu häufigen Problemstellungen im Zusammenhang mit diesem Belackungsverfahren.

Bei der Tauchbelackung wird das Substrat üblicherweise vertikal aus einer mit Lack befüllten Küvette gezogen (Abbildung unten). Die gebildete Lackschicht fließt in der unmittelbar über dem Lackbad gesättigten Lösemittelatmosphäre unter dem Einfluss der Gravitation zunächst nach unten ab. Erst wenn aus der gebildeten Lackschicht genügend Lösemittel verdunstet ist, endet durch die Zunahme der Viskosität die Ausdünnung des Lackfilms. Hierdurch lässt sich über die Verweildauer der Lackschicht in der gesättigten Lösemittelatmosphäre und damit über die Ziehgeschwindigkeit des Substrats die Lackschichtdicke einstellen (hohe Ziehgeschwindigkeit = große Lackschichtdicke).

Mögliche Vorteile der Tauchbelackung

Die Tauchbelackung ist dann eine sinnvolle Alternative wenn die Größe, das Gewicht oder die Geometrie der Substrate kein Aufschleudern des Fotolacks erlauben. Die sehr hohe Lackausbeute bei der Tauchbelackung (100% bzw. 50% wenn nur eine Substratseite zu belacken wäre) kann ein wichtiger Kostenvorteil bei Prozessen sein, bei denen der Lackverbrauch einen großen Anteil an den Gesamtkosten hat. Jedoch ist zu bedenken, dass gerade durch die hohe Lackausbeute u. U. ein Austausch des Lackvolumens in der Küvette notwendig wird, wenn die Haltbarkeit des Lacks vor dessen Verbrauch überschritten wird.

Grenzen der Tauchbelackung

Nicht sinnvoll ist die Tauchbelackung für Anwendungen, bei denen die Rückseite der Substrate oder darin enthaltene Bohrungen nicht mit Lack befüllt werden dürfen, was sich beim Tauchen technisch kaum vermeiden lässt. Problematisch sind Substrate mit starken Texturen oder makroskopisch dreidimensionalen Komponenten an denen größere Mengen an Lack über das soeben belackte Substrat abfließen können und so zu einem inhomogenen Belackungsbild führen.

Technische Umsetzung

Bei separaten, mechanisch starren Substraten bietet sich deren senkrechtes Ziehen aus einer Küvette an. Für eine Belackung von Folien kann auch eine kontinuierliche roll-to-roll Belackung die Wahl sein, bei der das Substrat von einer Rolle durch ein mit Lack gefülltes Becken gezogen und nach anschließender Trocknung wieder auf eine Rolle aufgewickelt wird.

Anforderungen an das Equipment

Tank

Für die Belackung vereinzelter Substrate (Wafer, Bleche etc.) sollte die Küvette – also der Tank für den Fotolack – in allen drei Raumrichtungen nicht mehr als einige cm größer als das zu beschichtende Substrat sein,eine Küvetten-Füllung benötigte Lackmenge in Grenzen. Dies ist vor allem für nicht zu große Stückzahlen an zu belackenden Bauteilen von Vorteil, da nach Ablauf der Resthaltbarkeit des Lacks das gesamte in der Küvette verbliebene Lackvolumen ausgetauscht werden sollte. Bei einer roll-to-roll Belackung empfiehlt sich aus Kostengründen bei der Definition des Lackvolumens im Becken ebenfalls eine Abschätzung dazu, welche Lackmenge innerhalb der Resthaltbarkeit des Lacks zur Belackung benötigt wird. Die Wände und Dichtungen müssen gegen die im Tauchlack enthaltenen Lösemittel dauerhaft chemisch stabil sein, wofür sich u. a. Teflon, HD-PE oder Edelstahl anbieten. Bei längeren Pausen zwischen den Belackungen minimiert ein dicht schließender Deckel auf der Küvette die Verdunstung von Lösemittel bzw. den Eintrag von Partikeln.

Befüllung mit Fotolack und Standzeit

Nach dem Befüllen einer Küvette mit Lack ist es ratsam, das Becken vor der ersten Belackung über Nacht ruhen zu lassen, um die eingetragenen Luftbläschen nach oben ausgasen zu lassen. Falls sich in der Lackschicht zahlreiche Defekte zeigen kann dies ein Hinweis darauf sein, dass immer noch Luftbläschen im Lack vorhanden sind. Tauchlacke sind meist stark mit Lösemitteln verdünnt, was – gerade bei Raumtemperatur – die Standzeit verringert. Es kann bereits nach wenigen Monaten notwendig werden, das Lackvolumen komplett (nicht nur teilweise!) auszutauschen um einen Transfer von gealtertem Lack in die frische Charge zu verhindern. Eine in bestimmten Zyklen durchgeführte Messung der Konzentration des niedersiedenden, stärker flüchtigen Lösemittels ermöglicht eine zeitnahe Ergänzung der durch Verdunstung verloren gegangenen Menge. Eine solche Messung kann entweder über die Viskosität des Lacks oder, zumindest für eine grobe Abschätzung, über dessen Dichte erfolgen, da niedersiedende Lösemittel wie Aceton oder MEK meist eine deutlich geringere Dichte besitzen als der Lack in seiner ursprünglichen Zusammensetzung.

Substrataufhängung

Die obere Substrataufhängung sollte nicht in den Lack eintauchen, um ein Abfließen des Lacks über die bereits belackte Fläche des Substrats verhindern was zu einem inhomogenen Belackungsbild führt.

Motor und Steuerung

Der Motor zum Herausziehen der Substrate muss kontinuierlich und vibrationsfrei arbeiten, andernfalls ergeben sich starke Inhomogenitäten der gebildeten Lackschichtdicke, die sich meist als horizontales Streifenmuster zeigen. Aus dem gleichen Grund sollte der Tauchbeschichter erschütterungsfrei stehen. Der Bereich möglicher Ziehgeschwindigkeiten beträgt sinnvollerweise ca. 1 - 20 mm/s, typische Ziehgeschwindigkeiten liegen bei 3 - 10 mm/s.

Schutz vor Partikeln

Die Atmosphäre des Raums in welchem der Tauchbelacker steht sollte möglichst partikelarm sein, da sich jegliche Verunreinigungen über Wochen und Monate hinweg in der Küvette aufkonzentrieren und selbst bei bzgl. Partikeln weniger kritischen Prozessen zu  einem intolerablen Belackungsbild führen. Zwischen den Belackungen minimiert ein Deckel die Verdunstung von Lösemittel aus der Küvette bzw. den Eintrag von Partikeln.

Für die Tauchbeschichtung geeignete Fotolacke

Bei der Wahl eines für eine bestimmte Anwendung optimal geeigneten Tauchlacks ist wie bei jedem Lithografie-Prozess zu klären, ob ein Positiv-, Umkehr- oder Negativlack eingesetzt werden soll und für welche Auflösung und mit welchen Eigenschaften die entwickelte Lackmaske eingesetzt werden soll. Für das Belackungsergebnis entscheidend ist die Lösemittelzusammensetzung des Lacks: Nieder siedende Lösemittel erhöhen die Viskosität der eben gebildeten Lackschicht innerhalb von Sekunden und verhindern so ein zu starkes Abfließen des Lacks über das Substrat. Hoch siedende Lösemittel verhindern eine zu rasche Trocknung und erlauben so eine Glättung der Lackschicht innerhalb Minuten bei Raumtemperatur.

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