Ультразвук вместо центрифуг

Сергей Леванов, инженер-технолог по микроэлектронике s.levanov@dipaul.ru

Сегодня подавляющее большинство микроэлектронных производств, где выполняется нанесение фоторезиста на подложки, использует традиционный метод центрифугирования. Однако существует ряд операций, для которых применение центрифуги не гарантирует оптимальных результатов.

Например, в производстве МЭМС-устройств (микроэлектромеханические системы) подложки имеют развитый рельеф, или 3D-структуру. При нанесении фоторезиста на такие подложки центрифугированием слой получается неравномерным — у выступающих частей остаются более толстые затеки, а на углах прямоугольных структур слой наоборот очень тонок. Это происходит из-за того, что при центрифугировании фоторезист дозируется в центр подложки и под действием центробежной силы распределяется по поверхности к краям. Еще один пример — нанесение фоторезиста на подложки с отверстиями, когда после проведения данной процедуры на подложке отчетливо видны лучи так называемой тени, создаваемой за счет частичного попадания фоторезиста в отверстия.

Давайте рассмотрим существующие варианты решения подобных задач.

Установки Exacta Coat — бюджетные настольные системы ультразвукового спрей-нанесения, позволяющие наносить равномерный слой фоторезиста на поверхность любой формы.

Рис. 1. Система ультразвукового спрей-нанесения фоторезиста Exacta Coat

Первой попыткой нанести равномерный слой фоторезиста на рельефную подложку стал метод спрей-нанесения. Схема метода приведена на рис. 2.

Рис. 2. Схема метода спрей-нанесения: капли фоторезиста в потоке сжатого воздуха

Данная технология представляет собой адаптированный к фоторезисту вариант покрасочного пульверизатора. Смысл метода заключается в подаче фоторезиста в некую газовую среду для получения потока мелких капель. На практике поток фоторезиста подают в струю сжатого воздуха, а смесь выходит через форсунку. Эта технология частично решила проблему центробежных затеков, поскольку нанесение происходило сверху вниз. Но все же один большой недостаток остался — из-за разного диаметра вылетающих из форсунки капель (рис. 2) слой получатся неравномерным, что критично для дальнейших технологических операций экспонирования и травления. Чтобы избавиться от подобного эффекта, к стенкам канала форсунки направляют высокочастотные колебания, разбивающие проходящие капли на более мелкие одинакового диаметра (рис. 3). Подобный метод называется ультразвуковым спрей-нанесением.

Рис. 3. Схема метода ультразвукового спрей-нанесения

В таком виде метод действительно обеспечил необходимое качество нанесения фоторезиста на рельефные структуры. Получив равномерный поток капель одинакового размера, разработчики создали несколько вариантов ультразвуковых головок, позволяющих решать узкие задачи. В частности, была разработана головка вихревого типа (рис. 4), идеально подходящая для изготовления МЭМС-устройств. Она имеет конусовидный факел распыления диаметром до 70 мм и способна с высокой равномерностью покрывать рельефные структуры. 

Рис. 4. Вихревая УЗ-головка

На рис. 5 приведены изображения рельефной подложки с нанесением фоторезиста центрифугированием (а) и ультразвуковым спрей-нанесением (б). Видно, что слой, полученный ультразвуковым спрей-нанесением, равномерный и одинаковый по толщине на всех участках структуры.

а)                                                                                                           б)

Рис. 5. Результат нанесения фоторезиста на подложку с рельефом: а) методом центрифугирования; б) методом ультразвукового спрей-нанесения

Другой пример — узконаправленная головка, позволяющая покрывать структуры с высоким аспектным соотношением размеров (например, глубоких колодцев или сквозных отверстий). Она имеет факел диаметром всего 5–10 мм, но с ее помощью можно равномерно наносить фоторезист даже на стенки узких вертикальных структур (рис. 6).

Рис. 6. Узконаправленная УЗ-головка

Именно благодаря такой головке специалистам компании «Диполь» совместно с инженерами Sono-Tek удалось решить задачу для одного из наших заказчиков — подобрать фоторезист и технологический процесс для получения равномерного слоя позитивного фоторезиста на подложке со сквозными отверстиями. На рис. 7 и 8 приведены фотографии с микроскопа, демонстрирующие слой фоторезиста на внутренних стенках отверстий.

Рис. 7. Слой фоторезиста на внутренних стенках отверстия (диаметр отверстия 300 мкм)

Рис. 8. Покрытая фоторезистом стенка отверстия

Также в ходе экспериментов мы выяснили, что для получения однородного слоя фоторезиста на рельефных структурах большое значение имеют свойства фоторезиста (особенно вязкость), скорость испарения используемого разбавителя и условия нанесения слоя (подогрев рабочей зоны, плазменная активация поверхности перед нанесением). Накопленный опыт и рабочие эксперименты с лабораторной установкой Sono-Tek Exacta Coat в демонстрационном зале компании «Диполь» позволяют нам подбирать решения для самых нетривиальных запросов заказчиков.

Официальный сайт Группы компаний "Диполь": www.dipaul.ru

Понравилась статья? Поставьте лайк 6

Микроэлектроника Производство кристаллов Нанесение фоторезиста Установка УЗ нанесения фоторезиста Sono-tek Corporation Производство МЭМС устройств Нанесение фоторезиста Установка УЗ нанесения фоторезиста Sono-tek Corporation