Aplicarea echipamentelor de pulverizare cu atomizare cu ultrasunete în industria fotorezistenților

Aplicarea echipamentelor de pulverizare cu atomizare cu ultrasunete în industria fotorezistenților

Acoperirea fotorezistentă este una dintre cele mai critice etape ale procesului în fabricarea semiconductorilor, sistemele micro-electromecanice (MEMS) și ambalarea avansată. Uniformitatea grosimii acoperirii, capacitatea de a acoperi conform topografiilor complexe și eficiența utilizării materialului determină în mod direct rezoluția proceselor ulterioare de expunere și dezvoltare, precum și randamentul final al dispozitivului. Multă vreme, acoperirea prin centrifugare a fost metoda dominantă datorită simplității sale operaționale; cu toate acestea, mecanismul său inerent de distribuire centrifugă se confruntă cu limitări din ce în ce mai mari atunci când are de-a face cu structuri cu raport de aspect ridicat, panouri cu suprafață mare și costul ridicat al fotorezistenților. Cu mecanismul său unic, cu viteză scăzută și blândă de atomizare, tehnologia de pulverizare prin pulverizare cu ultrasunete face tranziția de la laborator la liniile de producție în masă, devenind una dintre cele mai promițătoare alternative în domeniul acoperirii fotorezistente.

Calitatea unei acoperiri pulverizate cu ultrasunete depinde de controlul precis al distribuției dimensiunii picăturilor și de procesul de depunere. Diametrul picăturilor este determinat de frecvența de funcționare a duzei: frecvențele mai mari au ca rezultat picături mai mici. De exemplu, o duză de 120 kHz produce picături cu un diametru de aproximativ 18 microni; după evaporarea solventului, grosimea peliculei uscate rezultată dintr-o singură picătură poate fi mai mică de 1 micron. Mai important, distribuția dimensiunii picăturilor produsă de atomizarea cu ultrasunete este semnificativ mai îngustă decât cea a pulverizării pe bază de presiune, deoarece picăturile sunt generate într-o manieră „definită matematic” la frecvența de rezonanță a duzei, mai degrabă decât prin forfecare aleatorie. Această distribuție îngustă servește ca fundație fizică pentru uniformitatea grosimii acoperirii.

În aplicațiile practice, obținerea uniformității se bazează și pe optimizarea sinergică a debitului lichidului, a vitezei de pulverizare, a distanței de scanare și a temperaturii substratului. Sistemele de pulverizare cu ultrasunete de la RPS-SONIC utilizează o abordare stratificată, permițând un control precis asupra debitului de fotorezist, viteza de pulverizare și cantitatea de depunere, asigurând astfel acoperiri foarte uniforme atât pe suprafețele plane, cât și pe structurile 3D. Pentru napolitanele cu microstructuri, o duză de pulverizare cu ultrasunete - echipată cu canale vortex specializate - transformă gazul purtător într-un flux de aer rotativ. Acest lucru face ca picăturile atomizate să fie dispersate într-un model ciclonic, ceea ce nu numai că extinde aria de acoperire a pulverizării, dar permite și fotorezistului să acopere eficient pereții laterali verticali și colțurile strânse. Această tehnică de „pulverizare rotativă” este deosebit de critică pentru șanțurile adânci și structurile cantilever întâlnite în mod obișnuit în dispozitivele MEMS.

Un studiu recent de proces a validat în continuare fezabilitatea pulverizării cu ultrasunete pentru litografie la scară micron. Cercetătorii au folosit fotorezistent pozitiv AZ1505 pentru a depune un film cu o grosime de aproximativ 2 microni pe substraturi de 5 și 12 inci prin pulverizare cu ultrasunete. Ulterior, a fost folosit un sistem de scriere directă cu laser pentru a transfera cu succes modele cu o rezoluție de 3 ± 1 microni. Aceste rezultate demonstrează că pulverizarea cu ultrasunete nu se limitează la aplicații cu film gros sau cu caracteristici grosiere; cu parametrii de proces optimizați, poate îndeplini și cerințele de precizie ale litografiei la scară micron.

Indispensabilitate în topografii complexe și ambalaje avansate

În timp ce acoperirea prin centrifugare - cu parametrii săi reglați fin - poate obține uniformitate competitivă pe plachetele plane, pulverizarea cu ultrasunete oferă avantaje unice, de neînlocuit atunci când se ocupă de structuri cu raport de aspect ridicat sau panouri de format mare utilizate în ambalajele avansate.

În fabricarea MEMS, șanțurile sau găurile de trecere create prin gravarea cu ioni reactivi profund (DRIE) necesită adesea un strat fotorezistent continuu, controlat cu grosimea de-a lungul pereților lor laterali. Acoperirea prin rotație este în mare măsură ineficientă pentru astfel de topografii: influența combinată a tensiunii superficiale și a forței centrifuge tinde să trage fotorezistul departe de pereții laterali, ducând la acumularea în partea inferioară, lăsând pereții laterali expuși. În schimb, picăturile cu viteză redusă produse prin pulverizarea cu ultrasunete nu sunt afectate de forța centrifugă; la aterizarea pe pereții laterali, acestea rămân pe loc, acumulând strat cu strat pentru a forma o acoperire conformă. De la mijlocul anilor 1980, Sono-Tek a folosit pulverizarea cu ultrasunete pentru depunerea de fotorezist pe placile de siliciu. Sistemele lor oferă o calitate de acoperire de neatins prin acoperire prin rotație, în special atunci când se prelucrează topografii extreme, cum ar fi șanțuri în V gravate, șanțuri verticale de 90 de grade (apropiindu-se de întreaga grosime a plachetei de siliciu) și rețele de microlensuri de sticlă. Experiența în inginerie de la Oriental Jinrong (Dongfang Jinrong) confirmă în continuare că pulverizarea cu ultrasunete depășește semnificativ acoperirea tradițională prin centrifugare în obținerea unei acoperiri uniforme în șanțuri cu raport de aspect ridicat, reducând astfel defecțiunile dispozitivului cauzate de expunerea excesivă a metalului la agenți.

Trecerea industriei către ambalarea la nivel de panou (PLP) a creat oportunități mai largi de aplicare pentru pulverizarea cu ultrasunete. În ambalajele de tip evantai, formarea de modele fotorezistente uniforme pentru Straturile de Redistribuție (RDL) pe panouri mari, dreptunghiulare, prezintă provocări pentru acoperirea prin spin, care suferă de efecte severe de margine și de deșeuri mari de material atunci când este aplicată pe substraturi necirculare. Deoarece pulverizarea cu ultrasunete este un proces fără contact, este independent de forma substratului; permite depunerea de fotorezist la o grosime controlată pe întreaga suprafață a panoului, inclusiv în interiorul canalelor și a urmelor peste circuite, minimizând în același timp acumularea de margini și defectele de striare. Pentru substraturi cu suprafețe mari care conțin sute până la mii de locuri de ambalare individuale, eficiența ridicată a transferului și controlul debitului în buclă închisă inerent pulverizării cu ultrasunete sunt esențiale pentru menținerea consistenței lot-la-lot.

Design duze: adaptare specifică aplicației și capabilități anti-înfundare

Pulverizarea cu fotorezistă impune cerințe contradictorii asupra duzei: trebuie să obțină o atomizare fină, rămânând în același timp rezistentă la înfundare. Rășinile și solvenții din fotoreziste tind să formeze o „piele” rapid pe măsură ce se evaporă la vârful duzei; în consecință, orificiile minuscule ale duzelor convenționale bazate pe presiune sunt foarte predispuse la înfundare. În schimb, duzele cu ultrasunete nu se bazează pe presiune pentru atomizare - lichidul este spart în picături numai prin vibrația de pe suprafața duzei. În plus, vibrația de înaltă frecvență oferă un efect de auto-curățare, permițând pulverizarea continuă a fotorezistenților cu conținut ridicat de solide.

Configurațiile duzelor trebuie, de asemenea, selectate în funcție de topografia specifică a substratului. Pentru napolitanele plane, duzele convenționale de tip focalizare oferă o pulverizare îngustă, de înaltă densitate. În schimb, pentru substraturile cu pereți laterali verticali sau suprafețe curbate, duzele de tip dispersare utilizează un flux de aer rotativ pentru a ghida picăturile, asigurând aderența la mai multe unghiuri și oferind o acoperire superioară a suprafețelor neorizontale, menținând în același timp o uniformitate excelentă. În special, o tehnologie patentată evidențiază faptul că în atomizarea cu ultrasunete de tip contact, evaporarea rapidă a solventului - declanșată de oscilații la vârful duzei - rămâne o cauză principală a înfundarii; un design al cavității rezonante fără contact, totuși, poate îmbunătăți și mai mult rezistența la o astfel de contaminare. Această dezvoltare reflectă evoluția continuă a echipamentelor de pulverizare cu ultrasunete către o mai mare fiabilitate.

Concluzie

În industria fotorezistenței, valoarea pulverizării prin pulverizare cu ultrasunete nu constă în înlocuirea completă a acoperirii prin centrifugare, ci în furnizarea de soluții de inginerie pentru scenariile în care acoperirea prin rotație este insuficientă. Pe măsură ce topografiile substratului trec de la plane la tridimensionale, pe măsură ce formatele de substrat evoluează de la plachete la panouri cu suprafață mare și pe măsură ce costurile fotorezistenței devin un factor din ce în ce mai sensibil, depunerea conformă cu viteză redusă și eficiența ridicată de utilizare a materialului a pulverizării cu ultrasunete au trecut de la „avantaje opționale” la „capacități esențiale“. Designul duzelor, această tehnologie se extinde dincolo de aplicațiile de nișă în MEMS și ambalaje avansate într-o gamă mai largă de scenarii de acoperire fotorezistentă, impunându-se ca un instrument indispensabil în setul de instrumente pentru procesele de litografie.