Applicazione di apparecchiature di spruzzatura ad atomizzazione ad ultrasuoni nell'industria del fotoresist

Applicazione di apparecchiature di spruzzatura ad atomizzazione ad ultrasuoni nell'industria del fotoresist

Il rivestimento fotoresist è una delle fasi di processo più critiche nella produzione di semiconduttori, nei sistemi microelettromeccanici (MEMS) e negli imballaggi avanzati. L'uniformità dello spessore del rivestimento, la capacità di rivestire in modo conforme topografie complesse e l'efficienza dell'utilizzo del materiale determinano direttamente la risoluzione dei successivi processi di esposizione e sviluppo, nonché la resa finale del dispositivo. Per molto tempo lo spin-coating è stato il metodo dominante grazie alla sua semplicità operativa; tuttavia, il suo meccanismo di erogazione centrifugo intrinseco deve affrontare limitazioni crescenti quando si tratta di strutture ad alto rapporto d'aspetto, pannelli di grandi dimensioni e l'alto costo dei fotoresist. Con il suo meccanismo di atomizzazione esclusivo, a bassa velocità e delicato, la tecnologia di spruzzatura con atomizzazione a ultrasuoni sta passando dal laboratorio alle linee di produzione di massa, emergendo come una delle alternative più promettenti nel campo del rivestimento fotoresist.

La qualità di un rivestimento spruzzato ad ultrasuoni dipende dal controllo preciso della distribuzione delle dimensioni delle gocce e dal processo di deposizione. Il diametro delle gocce è determinato dalla frequenza operativa dell'ugello: frequenze più elevate producono gocce più piccole. Ad esempio, un ugello da 120 kHz produce goccioline con un diametro di circa 18 micron; dopo l'evaporazione del solvente, lo spessore del film secco risultante da una singola goccia può essere inferiore a 1 micron. Ancora più importante, la distribuzione delle dimensioni delle goccioline prodotte dall'atomizzazione a ultrasuoni è significativamente più stretta di quella della spruzzatura basata sulla pressione, poiché le goccioline vengono generate in un modo 'matematicamente definito' alla frequenza di risonanza dell'ugello, piuttosto che attraverso un taglio casuale. Questa distribuzione ristretta funge da base fisica per l'uniformità dello spessore del rivestimento.

Nelle applicazioni pratiche, il raggiungimento dell'uniformità si basa anche sull'ottimizzazione sinergica della portata del liquido, della velocità di spruzzatura, della spaziatura delle scansioni e della temperatura del substrato. I sistemi di spruzzatura ad ultrasuoni di RPS-SONIC utilizzano un approccio a strati, consentendo un controllo preciso sulla portata del fotoresist, sulla velocità di spruzzatura e sulla quantità di deposizione, garantendo così rivestimenti altamente uniformi sia su superfici planari che su strutture 3D. Per i wafer con microstrutture, un ugello di spruzzatura a ultrasuoni, dotato di canali a vortice specializzati, converte il gas vettore in un flusso d'aria rotante. Ciò fa sì che le goccioline atomizzate vengano disperse secondo uno schema ciclonico, che non solo espande l'area di copertura dello spruzzo ma consente anche al fotoresist di rivestire efficacemente le pareti laterali verticali e gli angoli stretti. Questa tecnica di 'spruzzo rotazionale' è particolarmente critica per le trincee profonde e le strutture a sbalzo comunemente presenti nei dispositivi MEMS.

Un recente studio di processo ha ulteriormente convalidato la fattibilità della spruzzatura ad ultrasuoni per la litografia su scala micron. I ricercatori hanno utilizzato il fotoresist positivo AZ1505 per depositare una pellicola di circa 2 micron di spessore su substrati da 5 pollici e 12 pollici tramite spruzzatura ad ultrasuoni. Successivamente, è stato impiegato un sistema di scrittura diretta laser per trasferire con successo i modelli con una risoluzione di 3 ± 1 micron. Questi risultati dimostrano che la spruzzatura ad ultrasuoni non è limitata alle applicazioni a film spesso o con caratteristiche grossolane; con parametri di processo ottimizzati, può anche soddisfare i requisiti di precisione della litografia su scala micrometrica.

Indispensabilità in Topografie Complesse e Packaging Avanzato

Mentre il rivestimento a rotazione, con i suoi parametri finemente sintonizzati, può raggiungere un'uniformità competitiva sui wafer planari, la spruzzatura ad ultrasuoni offre vantaggi unici e insostituibili quando si ha a che fare con strutture ad alto rapporto o pannelli di grande formato utilizzati negli imballaggi avanzati.

Nella produzione MEMS, trincee o fori passanti creati mediante attacco profondo con ioni reattivi (DRIE) spesso richiedono uno strato di fotoresist continuo e a spessore controllato lungo le pareti laterali. Il rivestimento a rotazione è in gran parte inefficace per tali topografie: l'influenza combinata della tensione superficiale e della forza centrifuga tende ad allontanare il fotoresist dalle pareti laterali, provocando un accumulo sul fondo lasciando esposte le pareti laterali. Al contrario, le goccioline a bassa velocità prodotte dalla spruzzatura ad ultrasuoni non sono influenzate dalla forza centrifuga; una volta atterrati sulle pareti laterali, rimangono sul posto, accumulandosi strato dopo strato per formare un rivestimento conforme. Dalla metà degli anni '80, Sono-Tek ha utilizzato la spruzzatura ad ultrasuoni per la deposizione di fotoresist su wafer di silicio. I loro sistemi offrono una qualità di copertura irraggiungibile tramite il rivestimento a rotazione, in particolare durante l'elaborazione di topografie estreme, come scanalature a V incise, trincee verticali a 90 gradi (che si avvicinano all'intero spessore del wafer di silicio) e array di microlenti in vetro. L'esperienza ingegneristica presso Oriental Jinrong (Dongfang Jinrong) conferma ulteriormente che la spruzzatura ad ultrasuoni supera significativamente il tradizionale rivestimento a rotazione nel raggiungere una copertura uniforme all'interno di trincee ad alto rapporto d'aspetto, riducendo così i guasti del dispositivo causati da un'eccessiva esposizione del metallo agli agenti aggressivi.

Lo spostamento del settore verso il confezionamento a livello di pannello (PLP) ha creato opportunità di applicazione più ampie per la spruzzatura a ultrasuoni. Negli imballaggi a ventaglio, la formazione di modelli uniformi di fotoresist per gli strati di ridistribuzione (RDL) su pannelli grandi e rettangolari presenta sfide per il rivestimento a rotazione, che soffre di gravi effetti sui bordi e di elevati sprechi di materiale quando applicato su substrati non circolari. Poiché la spruzzatura ad ultrasuoni è un processo senza contatto, è indipendente dalla forma del substrato; consente la deposizione di fotoresist a uno spessore controllato sull'intera superficie del pannello, compresi i passaggi e le tracce del circuito, riducendo al minimo l'accumulo di cordoni sui bordi e i difetti di striatura. Per substrati di grandi dimensioni contenenti centinaia o migliaia di siti di confezionamento singoli, l'elevata efficienza di trasferimento e il controllo del flusso a circuito chiuso insiti nella spruzzatura a ultrasuoni sono fondamentali per mantenere la coerenza tra batch.

Design dell'ugello: adattamento specifico all'applicazione e capacità anti-intasamento

La spruzzatura del fotoresist impone requisiti contrastanti all'ugello: deve raggiungere un'atomizzazione fine pur rimanendo resistente all'ostruzione. Le resine e i solventi all'interno dei fotoresist tendono a formare rapidamente una 'pelle' mentre evaporano sulla punta dell'ugello; di conseguenza, i minuscoli orifizi degli ugelli convenzionali a pressione sono altamente soggetti a intasamenti. Al contrario, gli ugelli a ultrasuoni non si basano sulla pressione per l'atomizzazione: il liquido viene suddiviso in goccioline esclusivamente attraverso le vibrazioni sulla superficie dell'ugello. Inoltre, la vibrazione ad alta frequenza fornisce un effetto autopulente, consentendo la spruzzatura continua di fotoresist ad alto contenuto di solidi.

Anche le configurazioni degli ugelli devono essere selezionate in base alla topografia specifica del substrato. Per i wafer planari, gli ugelli focalizzanti convenzionali erogano uno spruzzo stretto e ad alta densità. Al contrario, per i substrati caratterizzati da pareti laterali verticali o superfici curve, gli ugelli di tipo disperdente utilizzano un flusso d'aria rotante per guidare le goccioline, garantendo un'adesione multiangolo e fornendo una copertura superiore delle superfici non orizzontali pur mantenendo un'eccellente uniformità. In particolare, una tecnologia brevettata evidenzia che nell'atomizzazione ad ultrasuoni di tipo a contatto, la rapida evaporazione del solvente, innescata dalle oscillazioni sulla punta dell'ugello, rimane una delle cause principali di intasamento; un design della cavità risonante senza contatto, tuttavia, può migliorare ulteriormente la resistenza a tale contaminazione. Questo sviluppo riflette la continua evoluzione delle apparecchiature di spruzzatura a ultrasuoni verso una maggiore affidabilità.

Conclusione

Nel settore del fotoresist, il valore della spruzzatura con atomizzazione a ultrasuoni non risiede nella sostituzione completa del rivestimento a rotazione, ma nel fornire soluzioni ingegneristiche per scenari in cui il rivestimento a rotazione non è sufficiente. Man mano che le topografie dei substrati passano da planari a tridimensionali, man mano che i formati dei substrati si evolvono da wafer a pannelli di grandi dimensioni, e man mano che i costi del fotoresist diventano un fattore sempre più sensibile, la deposizione conforme a bassa velocità e l'elevata efficienza di utilizzo dei materiali della spruzzatura a ultrasuoni sono passati da 'vantaggi opzionali' a 'capacità essenziali'. Con la convalida dei processi di spruzzatura con risoluzione su scala micrometrica e la maturazione di design di ugelli anti-intasamento, questa tecnologia si sta espandendo oltre le applicazioni di nicchia nei MEMS. e imballaggi avanzati in una gamma più ampia di scenari di rivestimento fotoresist, affermandosi come uno strumento indispensabile nel kit di strumenti del processo di litografia.