Ultrahangos porlasztó permetező berendezések alkalmazása a fotoreziszt iparban

Ultrahangos porlasztó permetező berendezések alkalmazása a fotoreziszt iparban

A fotoreziszt bevonat az egyik legkritikusabb folyamatlépés a félvezetőgyártásban, a mikroelektromechanikai rendszerekben (MEMS) és a fejlett csomagolásban. A bevonat vastagságának egyenletessége, az összetett topográfiák konform bevonásának képessége és az anyagfelhasználás hatékonysága közvetlenül meghatározza a későbbi expozíciós és fejlesztési folyamatok felbontását, valamint a végső eszközhozamot. Működési egyszerűsége miatt sokáig a centrifugálás volt a domináns módszer; azonban a benne rejlő centrifugális adagolómechanizmus egyre nagyobb korlátokkal szembesül a nagy oldalarányú szerkezetek, a nagy felületű panelek és a fotorezisztek magas költsége esetén. Egyedülálló, kis sebességű és kíméletes porlasztási mechanizmusával az ultrahangos porlasztásos permetezési technológia a laboratóriumról a tömeggyártó sorokra áll át, és az egyik legígéretesebb alternatívává válik a fotoreziszt bevonatok területén.

Az ultrahanggal permetezett bevonat minősége a cseppméret-eloszlás és a leválasztási folyamat pontos szabályozásától függ. A cseppek átmérőjét a fúvóka működési frekvenciája határozza meg: a magasabb frekvenciák kisebb cseppeket eredményeznek. Például egy 120 kHz-es fúvóka körülbelül 18 mikron átmérőjű cseppeket bocsát ki; az oldószer elpárologtatása után az egyetlen cseppből származó száraz rétegvastagság 1 mikronnál is kisebb lehet. Ennél is fontosabb, hogy az ultrahangos porlasztással előállított cseppméret-eloszlás lényegesen szűkebb, mint a nyomásalapú permetezésnél, mivel a cseppek 'matematikailag meghatározott' módon, a fúvóka rezonanciafrekvenciáján keletkeznek, nem pedig véletlenszerű nyírással. Ez a szűk eloszlás szolgál fizikai alapként a bevonat vastagságának egyenletességéhez.

A gyakorlati alkalmazásokban az egyenletesség elérése a folyadék áramlási sebességének, a szórási sebességnek, a szkennelési távolságnak és az aljzat hőmérsékletének szinergikus optimalizálásán is múlik. Az RPS-SONIC ultrahangos permetezőrendszerei réteges megközelítést alkalmaznak, lehetővé téve a fotoreziszt áramlási sebességének, permetezési sebességének és lerakódási mennyiségének precíz szabályozását, ezáltal biztosítva a rendkívül egyenletes bevonatot mind a sík felületeken, mind a 3D szerkezeteken. A mikrostruktúrákkal rendelkező ostyák esetében a speciális örvénycsatornákkal felszerelt ultrahangos permetező fúvóka a vivőgázt forgó légárammá alakítja. Ez azt eredményezi, hogy a porlasztott cseppek ciklonikus mintázatban oszlanak el, ami nemcsak kiterjeszti a permetezési területet, hanem lehetővé teszi a fotorezisztnek a függőleges oldalfalak és a szűk sarkok hatékony bevonását is. Ez a 'forgó permetezés' technika különösen kritikus a MEMS-eszközökben gyakran előforduló mély árkok és konzolos szerkezetek esetében.

Egy nemrégiben végzett folyamattanulmány tovább igazolta az ultrahangos permetezés megvalósíthatóságát mikronméretű litográfiában. A kutatók AZ1505 pozitív fotorezisztet használtak, hogy ultrahangos permetezéssel egy körülbelül 2 mikron vastag filmet vigyenek fel 5 hüvelykes és 12 hüvelykes hordozókra. Ezt követően lézeres közvetlen írórendszert alkalmaztak a minták sikeres átvitelére 3 ± 1 mikronos felbontással. Ezek az eredmények azt mutatják, hogy az ultrahangos permetezés nem korlátozódik a vastag filmes vagy durva felületű alkalmazásokra; optimalizált folyamatparaméterekkel a mikronméretű litográfia precíziós követelményeinek is megfelel.

Nélkülözhetetlenség az összetett topográfiákban és a fejlett csomagolásban

Míg a centrifugálás – finoman hangolt paramétereivel – versenyképes egyenletességet érhet el a sík lapkákon, az ultrahangos permetezés egyedülálló, pótolhatatlan előnyöket kínál a nagy képarányú szerkezetek vagy a fejlett csomagolásban használt nagy formátumú panelek esetében.

A MEMS gyártás során a mélyreaktív ionos maratással (DRIE) létrehozott árkok vagy átmenő lyukak oldalfalai mentén gyakran folyamatos, szabályozott vastagságú fotoreziszt réteget igényelnek. A spin-bevonat az ilyen topográfiáknál nagyrészt hatástalan: a felületi feszültség és a centrifugális erő együttes hatása hajlamos elhúzni a fotorezisztet az oldalfalaktól, ami az alján felhalmozódást eredményez, miközben az oldalfalak szabadon maradnak. Ezzel szemben az ultrahangos permetezéssel előállított kis sebességű cseppekre nem hat a centrifugális erő; az oldalfalakra való leszálláskor a helyükön maradnak, rétegről rétegre felhalmozva konform bevonatot képeznek. Az 1980-as évek közepe óta a Sono-Tek ultrahangos permetezést alkalmaz a szilíciumlapkákra történő fotoreziszt leválasztáshoz. Rendszereik spin-bevonattal elérhetetlen lefedettséget biztosítanak, különösen extrém topográfiák feldolgozásakor – például maratott V-hornyok, 90 fokos függőleges árkok (amely megközelíti a szilíciumlapka teljes vastagságát) és üveg mikrolencse-tömbök. Az Oriental Jinrongnál (Dongfang Jinrong) szerzett mérnöki tapasztalatok továbbá megerősítik, hogy az ultrahangos permetezés jelentősen felülmúlja a hagyományos centrifugálást az egyenletes lefedettség elérésében a nagy oldalarányú árkokban, ezáltal csökkentve az eszköz meghibásodását, amelyet a fém túlzott mértékű maratóanyag-expozíciója okoz.

Az iparág elmozdulása a panelszintű csomagolás (PLP) felé szélesebb körű alkalmazási lehetőségeket teremtett az ultrahangos permetezéshez. A kifújható csomagolásban az újraelosztó rétegek (RDL) egységes fotoreziszt mintáinak kialakulása a nagy, téglalap alakú paneleken kihívást jelent a spin-bevonat számára, amely súlyos élhatásoktól és nagy anyagpazarlástól szenved, ha nem körkörös felületekre alkalmazzák. Mivel az ultrahangos permetezés érintésmentes folyamat, független a hordozó alakjától; lehetővé teszi a fotoreziszt szabályozott vastagságú felvitelét a panel teljes felületén – beleértve az átmenőnyílásokat és az áramköri nyomvonalakat is –, miközben minimálisra csökkenti a peremperemek felhalmozódását és a csíkos hibákat. A több száz vagy több ezer egyedi csomagolási helyet tartalmazó nagy felületű hordozók esetében az ultrahangos permetezéssel együtt járó magas átviteli hatékonyság és zárt hurkú áramlásszabályozás kritikus fontosságú a tételek közötti konzisztencia megőrzése érdekében.

Fúvóka kialakítása: Alkalmazás-specifikus adaptáció és dugulásgátló képességek

A fotorezisztens permetezés ellentmondó követelményeket támaszt a fúvókával szemben: finom porlasztást kell elérnie, miközben ellenáll az eltömődésnek. A fotoreziszten belüli gyanták és oldószerek hajlamosak gyorsan 'bőrt' képezni, amint elpárolognak a fúvóka hegyénél; következésképpen a hagyományos nyomásalapú fúvókák apró nyílásai nagyon hajlamosak az eltömődésre. Ezzel szemben az ultrahangos fúvókák nem támaszkodnak nyomásra a porlasztáshoz – a folyadék kizárólag a fúvóka felületén lévő vibráció révén cseppekre bomlik. Ezenkívül a nagyfrekvenciás vibráció öntisztító hatást biztosít, lehetővé téve a magas szilárdanyag tartalmú fotorezisztek folyamatos permetezését.

A fúvókák konfigurációját is meg kell választani az aljzat speciális topográfiája alapján. A sík lapkákhoz a hagyományos fókuszáló típusú fúvókák keskeny, nagy sűrűségű permetet bocsátanak ki. Ezzel szemben a függőleges oldalfalú vagy ívelt felületű aljzatok esetében a diszpergáló típusú fúvókák forgó légáramot használnak a cseppek vezetésére, biztosítva a többszögű tapadást és kiváló lefedettséget biztosítva a nem vízszintes felületeken, miközben megőrzik a kiváló egyenletességet. Nevezetesen, egy szabadalmaztatott technológia rávilágít arra, hogy az érintkező típusú ultrahangos porlasztásnál az oldószer gyors elpárolgása – amelyet a fúvóka csúcsán lévő oszcillációk váltanak ki – továbbra is az eltömődés elsődleges oka marad; az érintésmentes rezonáns üreg kialakítása azonban tovább fokozhatja az ilyen szennyeződésekkel szembeni ellenállást. Ez a fejlesztés tükrözi az ultrahangos permetező berendezések folyamatos fejlődését a nagyobb megbízhatóság felé.

Következtetés

A fotoreziszt iparban az ultrahangos porlasztásos permetezés értéke nem a spin-bevonat teljes cseréjében rejlik, hanem abban, hogy mérnöki megoldásokat kínáljon olyan esetekre, amikor a spin-bevonat nem működik. Ahogy a szubsztrátum topográfiája síkról háromdimenziósra vált, ahogy a szubsztrátum formátumok lapkákról nagy felületű panelekké fejlődnek, és ahogy a fotoreziszt költségek egyre érzékenyebbé válnak, az ultrahangos permetezés kis sebességű konformális lerakódása és nagy anyagfelhasználási hatékonysága átállt az 'opcionális előnyökről' a mikroméretű felbontású permetezési lehetőségekre. folyamatok és az eltömődésgátló fúvókatervek kifejlődése révén ez a technológia a MEMS-ben és a fejlett csomagolásban alkalmazott szűk körű alkalmazásokon túl a fotoreziszt bevonat forgatókönyveinek szélesebb körére terjed ki, és nélkülözhetetlen eszközzé válik a litográfiai folyamat eszköztárában.