Application de l'équipement de pulvérisation par atomisation ultrasonique dans l'industrie des photorésists

Application de l'équipement de pulvérisation par atomisation ultrasonique dans l'industrie des photorésists

Le revêtement de résine photosensible est l'une des étapes de processus les plus critiques dans la fabrication de semi-conducteurs, les systèmes microélectromécaniques (MEMS) et l'emballage avancé. L'uniformité de l'épaisseur du revêtement, la capacité à revêtir de manière conforme des topographies complexes et l'efficacité de l'utilisation du matériau déterminent directement la résolution des processus d'exposition et de développement ultérieurs, ainsi que le rendement final du dispositif. Pendant longtemps, le dépôt par centrifugation a été la méthode dominante en raison de sa simplicité opérationnelle ; cependant, son mécanisme de distribution centrifuge inhérent est confronté à des limites croissantes lorsqu'il s'agit de structures à rapport d'aspect élevé, de panneaux de grande surface et du coût élevé des photorésists. Grâce à son mécanisme d'atomisation unique, à faible vitesse et doux, la technologie de pulvérisation par atomisation ultrasonique passe du laboratoire aux lignes de production de masse, devenant ainsi l'une des alternatives les plus prometteuses dans le domaine du revêtement photorésistant.

La qualité d’un revêtement pulvérisé par ultrasons dépend du contrôle précis de la distribution de la taille des gouttelettes et du processus de dépôt. Le diamètre des gouttelettes est déterminé par la fréquence de fonctionnement de la buse : des fréquences plus élevées entraînent des gouttelettes plus petites. Par exemple, une buse de 120 kHz produit des gouttelettes d'un diamètre d'environ 18 microns ; après évaporation du solvant, l'épaisseur du film sec résultant d'une seule gouttelette peut être inférieure à 1 micron. Plus important encore, la distribution de la taille des gouttelettes produite par l'atomisation ultrasonique est nettement plus étroite que celle de la pulvérisation basée sur la pression, car les gouttelettes sont générées d'une manière « mathématiquement définie » à la fréquence de résonance de la buse, plutôt que par cisaillement aléatoire. Cette distribution étroite sert de base physique à l’uniformité de l’épaisseur du revêtement.

Dans les applications pratiques, l’obtention de l’uniformité repose également sur l’optimisation synergique du débit de liquide, de la vitesse de pulvérisation, de l’espacement des balayages et de la température du substrat. Les systèmes de pulvérisation par ultrasons de RPS-SONIC utilisent une approche en couches, permettant un contrôle précis du débit de photorésist, de la vitesse de pulvérisation et de la quantité de dépôt, garantissant ainsi des revêtements très uniformes sur les surfaces planes et les structures 3D. Pour les tranches comportant des microstructures, une buse de pulvérisation ultrasonique, équipée de canaux vortex spécialisés, convertit le gaz porteur en un flux d'air rotatif. Cela provoque la dispersion des gouttelettes atomisées selon un motif cyclonique, ce qui non seulement élargit la zone de couverture de pulvérisation, mais permet également à la résine photosensible de recouvrir efficacement les parois latérales verticales et les coins étroits. Cette technique de « pulvérisation rotative » est particulièrement critique pour les tranchées profondes et les structures en porte-à-faux que l'on trouve couramment dans les dispositifs MEMS.

Une étude récente du processus a en outre validé la faisabilité de la pulvérisation ultrasonique pour la lithographie à l’échelle micronique. Les chercheurs ont utilisé la résine photosensible positive AZ1505 pour déposer un film d'environ 2 microns d'épaisseur sur des substrats de 5 et 12 pouces par pulvérisation ultrasonique. Par la suite, un système d’écriture directe au laser a été utilisé pour transférer avec succès des motifs avec une résolution de 3 ± 1 microns. Ces résultats démontrent que la pulvérisation par ultrasons ne se limite pas aux applications en couches épaisses ou à gros traits ; avec des paramètres de processus optimisés, il peut également répondre aux exigences de précision de la lithographie à l’échelle micronique.

Indispensabilité dans les topographies complexes et les packagings avancés

Alors que le revêtement par rotation, avec ses paramètres finement réglés, peut atteindre une uniformité compétitive sur des tranches planaires, la pulvérisation par ultrasons offre des avantages uniques et irremplaçables lorsqu'il s'agit de structures à rapport d'aspect élevé ou de panneaux grand format utilisés dans des emballages avancés.

Dans la fabrication de MEMS, les tranchées ou les trous traversants créés par gravure ionique réactive profonde (DRIE) nécessitent souvent une couche de photorésist continue et à épaisseur contrôlée le long de leurs parois latérales. Le revêtement par rotation est largement inefficace pour de telles topographies : l'influence combinée de la tension superficielle et de la force centrifuge a tendance à éloigner la résine photosensible des parois latérales, ce qui entraîne une accumulation au fond tout en laissant les parois latérales exposées. En revanche, les gouttelettes à faible vitesse produites par pulvérisation ultrasonique ne sont pas affectées par la force centrifuge ; Une fois posés sur les parois latérales, ils restent en place, s'accumulant couche par couche pour former un revêtement conforme. Depuis le milieu des années 1980, Sono-Tek utilise la pulvérisation par ultrasons pour le dépôt de résine photosensible sur des tranches de silicium. Leurs systèmes offrent une qualité de couverture inaccessible via le revêtement par rotation, en particulier lors du traitement de topographies extrêmes, telles que des rainures en V gravées, des tranchées verticales à 90 degrés (approchant toute l'épaisseur de la plaquette de silicium) et des réseaux de microlentilles en verre. L'expérience en ingénierie chez Oriental Jinrong (Dongfang Jinrong) confirme en outre que la pulvérisation par ultrasons surpasse considérablement le revêtement par rotation traditionnel en permettant d'obtenir une couverture uniforme dans des tranchées à rapport d'aspect élevé, réduisant ainsi les pannes de dispositifs causées par une exposition excessive du métal aux agents de gravure.

L'évolution de l'industrie vers l'emballage au niveau du panneau (PLP) a créé des opportunités d'application plus larges pour la pulvérisation par ultrasons. Dans les emballages à sortance, la formation de motifs photorésistants uniformes pour les couches de redistribution (RDL) sur de grands panneaux rectangulaires présente des défis pour le revêtement par rotation, qui souffre d'effets de bord sévères et d'un gaspillage de matériau important lorsqu'il est appliqué sur des substrats non circulaires. La pulvérisation par ultrasons étant un processus sans contact, elle est indépendante de la forme du substrat ; il permet le dépôt de résine photosensible à une épaisseur contrôlée sur toute la surface du panneau, y compris à l'intérieur des vias et sur les traces du circuit, tout en minimisant l'accumulation de cordons de bord et les défauts de stries. Pour les substrats de grande surface contenant des centaines, voire des milliers de sites d'emballage individuels, l'efficacité de transfert élevée et le contrôle du débit en boucle fermée inhérents à la pulvérisation par ultrasons sont essentiels pour maintenir la cohérence d'un lot à l'autre.

Conception des buses : adaptation spécifique à l'application et capacités anti-colmatage

La pulvérisation de résine photosensible impose des exigences contradictoires à la buse : elle doit réaliser une atomisation fine tout en restant résistante au colmatage. Les résines et les solvants contenus dans les photorésists ont tendance à former rapidement une « peau » à mesure qu'ils s'évaporent au niveau de la pointe de la buse ; par conséquent, les minuscules orifices des buses à pression conventionnelles sont très susceptibles de se boucher. En revanche, les buses à ultrasons ne dépendent pas de la pression pour l'atomisation : le liquide est divisé en gouttelettes uniquement par la vibration de la surface de la buse. De plus, la vibration à haute fréquence procure un effet autonettoyant, permettant la pulvérisation continue de résines photosensibles à haute teneur en solides.

Les configurations de buses doivent également être sélectionnées en fonction de la topographie spécifique du substrat. Pour les tranches planaires, les buses de type focalisation conventionnelles délivrent une pulvérisation étroite et haute densité. En revanche, pour les substrats présentant des parois latérales verticales ou des surfaces courbes, les buses de type dispersion utilisent un flux d'air rotatif pour guider les gouttelettes, garantissant ainsi une adhérence multi-angle et offrant une couverture supérieure des surfaces non horizontales tout en conservant une excellente uniformité. Notamment, une technologie brevetée souligne que dans l'atomisation ultrasonique par contact, l'évaporation rapide du solvant, déclenchée par les oscillations au niveau de la pointe de la buse, reste la principale cause de colmatage ; cependant, une conception de cavité résonante sans contact peut encore améliorer la résistance à une telle contamination. Cette évolution reflète l’évolution continue des équipements de pulvérisation à ultrasons vers une plus grande fiabilité.

Conclusion

Dans l'industrie des photorésists, la valeur de la pulvérisation par atomisation par ultrasons ne réside pas dans le remplacement complet du revêtement par centrifugation, mais dans la fourniture de solutions techniques pour les scénarios dans lesquels le revêtement par centrifugation échoue. À mesure que les topographies des substrats passent de planaires à tridimensionnelles, que les formats de substrats évoluent des plaquettes aux panneaux de grande surface, et que les coûts des photorésists deviennent un facteur de plus en plus sensible, le dépôt conforme à faible vitesse et l'efficacité élevée d'utilisation des matériaux de la pulvérisation par ultrasons sont passés d'« avantages facultatifs » à des « capacités essentielles ». Avec la validation des processus de pulvérisation à résolution micrométrique et la maturation des conceptions de buses anti-colmatage, cette technologie s'étend au-delà des applications de niche dans les MEMS. et l'emballage avancé dans une gamme plus large de scénarios de revêtement de résine photosensible, s'imposant comme un outil indispensable dans la boîte à outils du processus de lithographie.