Главная База знаний "Allbest" Физика и энергетика Исследование влияния параметров установки нанесения на процесс формирования слоя полиимида методом центрифугирования

Исследование влияния параметров установки нанесения на процесс формирования слоя полиимида методом центрифугирования

Классификация и типы полимеров, их общая характеристика и сферы практического применения, свойства: механические, теплофизические, химические, электрические, технологические. Типы полиимидов, производимых компанией Fujifilm, требования к термообработке.

Рубрика Физика и энергетика
Вид дипломная работа
Язык русский
Дата добавления 26.03.2015
Размер файла 1,1 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Страница:

Участок мягкой сушки.

Горячие плиты (2-4 штуки) с хорошей температурной однородностью при диапазоне рекомендуются для треков нанесения. Также можно повысить пропускаемость при помощи добавления большего количества горячих плит или использования 2-хстадийного процесса с использованием горячих плит, согласованных с отжигом в печах со сжатым воздухом. Для отжига рекомендуется использовать конвекционные печи в чистых помещениях () с хорошими вентиляцией и температурной однородностью: при диапазоне . Мягкая сушка должны быть осуществлена на воздухе. Пластины должны быть расположены горизонтально и лежать ровно при сушке.

Устройства экспонирования

Фоточувствительные Durimide-полиимиды являются «негативными» по виду чувствительности к УФ излучению в диапазоне 350-450 нм и могут быть экспонированы с помощью обычных ртутных ламп высокого давления (контактное экспонирование / экспонирование на зазоре / сканирующее проецирование / пошаговое проецирование: i-line, g-line, широкая полоса).

Устройство проявления

Система распыления проявителя с мелкокапельным наконечником рекомендуется для обеспечения оптимального разрешения. Как альтернатива, стандартная система распыления / лужи может быть использована.

Вулканизация

Хорошо вентилируемая печь, способная обеспечить и оборудованная системой распыления азота, необходима. Система должна быть способна обеспечить содержание кислорода ниже 50 ppm при температуре выше . Не рекомендуются вакуумные печи, так как потоки газа слишком медленно удаляют летучие продукты реакции, и движение тепла при помощи радиации быстрее, чем при помощи конвекции, что обеспечивает меньшую однородность нагрева.

2. Процесс формирования полиимидного слоя

2.1 Нанесение центрифугированием

Полиимид обычно наносят в одну операцию одним слоем. Скорость вращения и время вращения пластины необходимо регулировать индивидуально в зависимости от размера, формы и массы пластины для желаемой толщины и равномерности плёнки. Условия нанесения выбирают в соответствии с кривой центрифугирования для полиимидных покрытий. На рисунках 1.3.4 и 1.3.5 представлены кривые для серии Durimid 100.

Основные этапы нанесения материала на поверхность пластины центрифугированием

Основные дефекты при нанесении материалов на пластину центрифугированием: 1 - воздушные пузырьки на поверхности пластины; 2 - кометы, полосы и вспышки; 3 - образование «завитков»; 4 - дефект в центре пластины; 5 - непокрытые области; 6 - проколы в слое

Дефекты в виде воздушных пузырьков в слое полиимида могут быть вызваны: воздушными пузырьками в системе подачи полиимида, плохой отмывкой сопла для подачи полиимида. Причиной комет, полос и вспышек - слишком высокая скорость подачи материала, раскручивание пластины началось слишком рано, негладкая поверхность пластины - наличие крупных частиц. Завитки образуются в основном по причине высокой скорости откачки воздуха из-под чаши, слишком короткого времени вращения. Дефект в центре связан с неподходящей чашей. Непокрытые области возникают по причине недостаточной дозы материала. Причиной проколов являются пузырьки воздуха, частицы в жидкости, частицы на поверхности пластины.

Кривая центрифугирования для Durimide 112А

Мягкая сушка: 50 сек при 1350С

Жесткая сушка: 30 мин при 4000С

Время вращения: 45 сек

Цикл вращения: 700 об/мин в течении 4 сек.

Кривая центрифугирования Durimide 115А

Мягкая сушка: 50 сек при 1350С

Жесткая сушка: 30 мин при 4000С

Время вращения: 45 сек

Цикл вращения: 700 об/мин в течении 4 сек

Компанией Fujifilm Рекомендуется следующая процедура нанесения:

1. Подача 2-5 мл полиимида в центр пластины

2. Первый этап центрифугирования - низкая скорость вращения пластины 1000-1500 оборотов в минуту в течении 7-25 секунд для распространения полиимида в пределах 5-10 мм от торца пластины.

3. Второй этап увеличения скорости вращения до финальной - 30-45 секунд.

Короткая пауза в 5-15 секунд между первым и вторым этапами центрифугирования может улучшить равномерность плёнки. Для сохранения чаши в чистоте после каждого применения полиимида рекомендуется для ее отмывки использовать автоматическую систему, которая входит в состав установки нанесения полиимида. Рекомендуемые растворители: N-метил2-пирролидон или циклопентанон (HTR-D2). Для отмывки обратной стороны рекомендуемые растворители: г-бутиралактон или циклопентанон. Устройство по отмывки чаши, обратной стороны и края пластины обычно входит в состав установки нанесения. Для подачи растворителей обычно используют контейнеры под давлением и трубки с диаметром 0,32 см.

2.2 Сушка полиимидного слоя после нанесения

Обычно в процесс сушки входит обработка на нескольких плитах, но также используются конвекционные печи с продувкой азотом. Горячие плиты должны иметь равномерную температуру ±1?С. Время сушки на горячих плитах будет различно в зависимости от толщины плёнок, но должно быть между 60 и 300 секундами при температуре 120-140?С. Высокая температура и длительное время сушки запустит реакцию синтеза и уменьшит скорость травления в последующем этапе. Для толстых плёнок (>10 мкм) рекомендуется двухстадийный отжиг, который предотвращает быстрое испарение растворителя, и тем самым уменьшает количество дефектов в слое. Первая стадия должна начинаться при 90-110?С в течении 1-2 минут и вторая 130-140?С в течение 2-5 минут; также можно использовать конвекционные печи совместно с горячими плитами. Время сушки в такой печи будет сильно зависеть от конфигурации печи, числа пластин и т.д. Пластина должна быть ориентирована горизонтально для предотвращения разнотолщинности по пластине во время сушки. Комбинированная сушка включает сушку на горячей плите при 90-110?С в течение 1-2 минут и сушку в конвекционной печи при 130-140?С в течение 30-60 минут.

Финальная вулканизация может быть выполнена в конвекционнной или плиточной печи с добавление азота. Типичный цикл вулканизации проводится при поднятии температуры от комнатной до 400°C при 3-6°C/мин. Дальше необходимо продержать образцы при 400°C 30 минут. Для предотвращения окисления поверхности полиимидной пленки, процесс должен обеспечивать медленное охлаждение ниже 200°C до того, как частицы будут удалены.

После сушки Durimide 100 можно удалить с пластины используя жидкостное травление:

1. N-метилпирролидон в течение 5 минут при 85?С.

2. Растворитель полиимида QZ3322 в течение 5 минут при 70?С.

3. N-метилпирролидон в течение 5 минут при комнатной температуре.

4. Отмывка в деионизованной воде

Полностью имидизированный полиимид нельзя легко снять химическими способами. Самым эффективным в данном случае будет снятие слоя полиимида в плазме (O?/СF?; 5:1)

2.3 Оборудование для нанесения полиимида

Высокие вязкость и токсичность полиимида делают невозможным автоматическое нанесение на стандартных треках нанесения SOG или фоторезиста. Поэтому одним из методов нанесения на пластину полиимидного прекурсора являлось ручное дозирование на пластину во время обработки пластин на центрифуге. Чтобы избавиться от человеческого фактора при нанесении раствора, было решено использовать новый трек SVG 8826 и подключаемый к нему насос для высоковязких жидкостей (HighViscosityPumpM600).

Трек SVG 8826

Для нанесения полиимида использовалась установка нанесения SVG 8826. В состав установки входят: модуль нанесения с подвижной рукой-дозатором и системой отмывки обратной стороны пластины, три нагревателя - «горячая» плита, «холодная» плита, устройства загрузки - выгрузки пластин, специализированное устройство дозирования.

Последовательность работы модуля нанесения слоя при обработке одной пластины полиимидным прекурсором с использованием насоса для высоковязких жидкостей: подъём «руки» дозирования и перемещение её к центру пластины, опускание руки, подача раствора на неподвижную пластину, возврат в исходное положение и опускание руки дозирования в ванну межциклового хранения, включение вращения пластины, остановка вращения пластины, вращение с высокой скоростью, переход на меньшую скорость вращения и включение отмывки обратной стороны пластины при одновременном подъёме, переход на скорость вращения для сушки пластины

Рабочая программа для нанесения полиимида

Насос «High Viscosity Pump M600»

Насос для высоковязких жидкостей (далее насос) дозирует вещества в очень точных и воспроизводимых количествах, используя улучшенную технологию положительного перемещения и давления по заданию. Технология положительного перемещения насоса применима для вязкостей в диапазоне от 250 ср (сантипуаз) до 30000 ср. Насос имеет полностью тефлоновый тракт движения жидкости и совместим с широким набором химических веществ: полиимидами, растворителями и другими высоковязким жидкостями используемыми в полупроводниковой промышленности. Насос удобен для пользователя и применяет программное обеспечение ChemNet. ChemNet обеспечивает набор всех необходимых функций для управления, конфигурирования и мониторинга насоса. ChemNet является GUI (графическим интерфейсом пользователя) [разработанного ф. IntegratedDesigns] для сопряжения с различными устройствами ф. IDI, работает под управлением Windows 95 или Windows NT на любых ноутбуках или десктоп компьютерах с RS-232 серийным портом. При использовании опционального конвертера RS-232 в RS-485 возможно подсоединение к нескольким устройствам.

В рабочем состоянии насос находится состоянии ожидания управляющего сигнала от оборудования, управляющего дозированием. Насос реагирует на управляющий сигнал выдачей заранее запрограммированной дозы. Величина дозы и время ее выдачи, задержка времени отсоса и его величина программируются с использованием ChemNet. После дозирования насос «перезаряжается». Время перезарядки устанавливается посредством ChemNet. Времена дозирования и перезарядки устанавливаются в соответствии с вязкостью используемого вещества. Большая вязкость требует большего времени заполнения. ChemNet обеспечивает набор всех необходимых функций для управления, конфигурирования и мониторинга насоса. Все программируемые параметры доступны через RS-232 или RS-485 коммуникационную связь с использованием Р2 коннектора расположенного на насосе. Насос позволяет хранить две программы-рецепта в режиме IDI интерфейса и три в режиме интерфейса TEL. Рецепты загружаются с использованием ChemNet. Выбор рецепта производится с использованием интерфейса трека или через серийный коммуникационный интерфейс. В режиме интерфейса TELldt две линии переключения дозирования индицируют используемый рецепт.

Основной экран программы ChemNet

ЭкранHVP Operational Parameters

Список изменяемых параметров и индикаторов

BubbleSensor.

Датчика пузырьков (bubblesensor) используется для обнаружения воздушных пузырьков в подающей линии. Цепь сенсора нормально-закрытая до тех пор, пока линия не станет пустой. Затем цепь сенсора открывается.

Recirculation.

Когда рециркуляционный вход активен, насос непрерывно дозирует, выполняет обратный отсос и перезаряжается используя набор параметров рецепта из установок конфигурации рециркуляционного рецепта. В течение этого периода насос индицирует, что он использует сигналы занятости трека (нормальное дозирование не может происходить).

Примечание. Насос не будет готов сразу, как этот сигнал станет неактивным, т.к. сначала необходимо завершить последний цикл.

Этот режим выполняется с помощью входа самого насоса (в отличие от конфигурации программного обеспечения) для обеспечения пользователю максимальной гибкости. Например, трек может инициировать этот режим при желании. Как альтернатива используйте внешний переключатель (и / или таймер). Как альтернативу входному рециркуляционному сигналу IDI предлагает независимый переключатель on/off.

Error.

Этот сигнал активен при определении насосом наличия проблемы при выполнении дозирования.

Ready.

Этот сигнал активен при готовности насоса к выполнению дозирования. Он не активен при выполнении дозирования, перезарядки или при возникновении ошибки.

Signals.

Операция окончания дозирования (EOD):

Сигнал насоса (IDI) EOD выключен.

Трек (HOST) посылает управляющий сигнал.

Дозирующий клапан насоса открывается на запрограммированное время.

Насос закрывает выходной клапан и включает EOD сигнал. Трек удаляет управляющий сигнал.

Насос выключает EOD сигнал при подготовке к следующей пластине.

Операция дозирования (DIS):

Сигнал насоса (IDI) DIS выключен.

Трек (HOST) посылает управляющий сигнал.

При получении насосом управляющего сигнала активируется DIS сигнал.

Дозирующий клапан насоса открывается на запрограммированное время.

Насос закрывает выходной клапан и включает DIS сигнал.

Трек удаляет управляющий сигнал.

Режим переключения.

Этот параметр позволяет насосу быть управляемым в одном из трех переключающих режимах описанных ниже в таблице:

Режим

Действие при удалении переключателя (отключении)

Standard

(обычный)

Дозирование прекращается с записью ошибки и события в журнал.

Latch Trigger

(закрытый переключатель)

Игнорируется (дозирование завершается в соответствии с рецептом)

Follow Trigger

(следящий переключатель)

Дозирование прекращается без записи ошибки или события в журнал.

Полярность входных сигналов трека.

RecipeSelect.

Когда RecipeSelect (выбор рецепта) неактивен насос будет использовать параметры Recipe 1, а когда активен - Recipe 2.

Примечание. Если конфигурация активного рецепта установлена на Serial (в отличие от Discrete) этот вход будет игнорироваться, и заданный рецепт будет всегда использоваться.

DispenseTrigger

Насос дозирует, когдаDispense Trigger активен. Если вход неактивен, перед окончанием дозирования операция немедленно завершается, и ошибка записывается в журнал. Во всех случаях выбор ACTIVE OFF определяет входное или выходное разрешенное состояние как состояние, при котором нет потока вещества. Выбор ACTIVE ON определяет входное или выходное разрешенное состояние как состояние, при котором поток вещества есть.

ErrorClear

Если насос находится в состоянии ошибки, утверждающий это вход очистит ошибку насоса, позволяя ему перезапуститься. Во всех случаях выбор ACTIVE OFF определяет входное или выходное разрешенное состояние как состояние, при котором нет потока вещества. Выбор ACTIVE ON определяет входное или выходное разрешенное состояние как состояние, при котором поток вещества есть.

Экран HVPTrackInterface версии V2.00 и позднее

ЭкранHVP Dispense Cycle Parameters.

Dispense&SuckbackVolumes

Цикл дозирования имеет устанавливаемые пользователем величины объемов для шагов дозирования и обратного отсоса (верхний ряд вводимых значений на экране HVPDispenseCycleParameters). Для части дозирования общего цикла могут быть установлены два разных объема. Нет необходимости заполнять обе ячейки - одна может оставаться пустой. Для части обратного отсоса общего цикла дозирования пользователь может установить один объем. Нет необходимости заполнять эту ячейку. Всего есть три величины объема которые могут быть введены при этом только одна требуется. Величина объема может варьироваться от 0.1 мл для 20 мл с шагом 0.1 мл.

Dispense&SuckbackTimes

Цикл дозирования имеет устанавливаемые пользователем значения времен для шагов дозирования и обратного отсоса (нижний ряд вводимых значений на экране HVPDispenseCycleParameters). Время задает длительность дозирования или обратного отсоса заданного объема вещества. Изменение этой величины дает пользователю возможность управлять скоростью потока вещества при дозировании или обратном отсосе (меньшая величина приведет к более быстрому потоку для любых установленных объемах). время задается от 0.0 до 10.0 сек с шагом 0.1 сек. Общая длительность дозирования индицируется под строками вводимых параметров процесса дозирования. Насос отреагирует на запускающий сигнал от трека и выполнит дозирование заданного количества. Объем дозирования и его время, задержка обратного отсоса, объем и время обратного отсоса могут быть установлены.

Примечание. IDI рекомендует установить время дозирования трека на 0.1 - 0.2 сек больше общего времени дозирования отраженного в виде графа под областью водимых параметров. Невыполнение этой рекомендации может повлиять на воспроизводимость величины дозы.

Recharge

Насос после каждого дозирования заполняет резервуар. Время заполнения устанавливается с помощью программы. Время дозирования необходимо устанавливать с учетом вязкости используемого вещества. Большей вязкости вещества требуется большее время заполнения.

TestDispense

Цикл дозирования может управляться и тестироваться с использованием соответствующей страницы [программного обеспечения]. Для тестирования конкретного набора параметров цикла дозирования введите желаемые параметры как описано выше и нажмите кнопку TestDispense. Введенные параметры будут загружены в выбранную программу и будет произведено дозирование. Насос будет дозировать используя параметры сохраненные в нем для выбранной программы как установлено линиями выбора оборудования. Если линии выбора оборудования сконфигурированы для выполнения программы 3 например, приводя к запросу на тестовое дозирование со страницы свойств для программы 1 то параметры для программы 1 будут загружены и будет выдан запрос на дозирование как ожидается. Однако, насос будет дозировать основываясь на параметрах которые он хранит в данный момент для программы 3.

Values [величины]

Типовой набор параметров цикла дозирования установлен как базовый для создания и модифицирования рецепта процесса дозирования. Эти значения следует рассматривать только как начальные - реальные установки требуют знаний обученного персонала. Пример установок изменяющих скорость дозирования:

1

2

3

4

5

Volume:

1

2

0.5

2.5

Time:

10

10

0.5

5

0

Программное обеспечение HVPM600 позволяет проводить следующие операции, зачастую необходимые для корректной работы насоса:

Purge

Режим Purge (прокачка) используется для удаления воздуха из системы после изменения физических начальных установок или после продолжительного времени без функционирования. Вещество может быть продозировано к источнику или к выходу в этом режиме.

HVP обслуживание - прокачка.

PurgeDrainTime

Это общее время, которое будет использовано для очистки камеры. Изменяя время прокачки пользователь может настраивать скорость потока в процессе операции прокачки (меньше время приедет к более быстрому потоку для любой данного объема).

PurgeFillTime

Это общее время, которое будет использовано для заполнения камеры. Изменяя время прокачки пользователь может настраивать скорость потока в процессе операции перезарядки (меньше время приедет к более быстрому потоку для любой данного объема).

Предупреждение. С осторожностью устанавливайте PurgeFillTimeтаким образом, что бы скорость потока не была слишком быстрой. Слишком быстрое заполнение насоса может привести к серьезному повреждению внутренних компонентов.

OutputToSource

Выбор этого режима позволяет насосу дозировать в подающую емкость при выполнении операции прокачки.

SourceToOutput

Выбор этого режима позволяет насосу дозировать на выход при выполнении операции прокачки.

SourceToSource

Выбор этого режима позволяет насосу прокачивать обратно в подающую емкость, прокачка в этом режиме будет всегда дозировать и перезаряжать полный объем резервуара.

StartPurge

Нажатие кнопки StartPurgeстартует выполнение операции прокачки.

Drain

Режим Drain (слив) сходен с режимом прокачки и используется для удаления от вещества из насоса. В этом режиме вещество вытекает через выбранный путь - или через входной клапан, или через выходной до тех пор, пока оператор не закончит операцию слива. Перезаполнение насоса не происходит в режиме слива.

HVP обслуживание - слив.

DrainTime

Полное время которое будет использовано для удаления вещества из насоса. Варьируя время слива пользователь может изменять скорость потока при выполнении операции слива (меньшее время приведет к большей скорости потока для любого данного объема).

DrainToSource

Выбор этого режима позволяет насосу выкачивать вещество в подающую емкость при выполнении операции слива.

DrainToOutput

Выбор этого режима позволяет насосу выкачивать вещество на выход при выполнении операции слива.

DrainToSourceViaOutput

Выбор этого режима позволяет насосу выкачивать вещество в подающую емкость через выходной и рециркуляционный клапан (3-х ходовой клапан).

StartDrain

Нажатие кнопки StartDrain запускает выполнение операции слива. Вы не можете выбрать DraintoSource или theDraintoOutput в процессе выполнения операции слива.

Eventlog [журнал событий]

Журнал событий дает доступ к информации о всех событиях генерируемых насосом. Журнал энергонезависим так, что информация сохраняется при обесточивании насоса.

HVP обслуживание - журнал событий.

3. Технология формирования полиимидной защиты заданной толщины

В 2012 году ОАО «Ангстрем» по запросу отдела фотолитографических процессов приобрела трек SVG 8826 для нанесения SOG (Spin-onGlass-планаризатор) и полиимидных слоев. В декабре 2012 года трек был установлен в гермозоне на своем рабочем месте, начался процесс отладки оборудования. Отладка заключалась в работе над двумя видами изменяемых параметров:

1) параметры насоса, выставляемые при помощи стационарного компьютера

2) параметры самого трека, выставляемые через панель управления на треке SVG 8826.

Работа с первым типом параметров была необходима с целью точного осознания воздействия разного рода изменений в режиме работы насоса на качество (однородность, планарность, повторяемость) нанесения полиимида. Работа с треком и насосом для высоковязких жидкостей разительно отличалась от работы с треком ручного нанесения полиимида в силу большего количества параметров, влияющих на результат.

Главными целями отладки были:

1) выход на итоговую толщину слоя ПИ 7.3±0.8 мкм

2) выход на сигму (показатель однородности толщины) менее 0.2 мкм

По итогам первых работ были установлены параметры, которые должны быть константами. Также было предположено, что на качество заливки пластин имеют влияние два фактора: «Volume» (объем подаваемого раствора) и «Time» (время, за которое объем подается на пластину).

Все этапы отладки процесса были законспектированы в соответствующем документе.

В упрощенном виде этапы формирования защитных слоев можно представить следующим образом:

Главным критерием оценки качества процесса нанесения, в данном случае, полиимида является среднеквадратическое отклонение, которое позволяет оценить однородность толщины слоя.

3.1 Среднеквадратическое отклонение

Среднеквадратическое отклонение - в теории вероятностей и статистике наиболее распространённый показатель рассеивания значений случайной величины относительно её математического ожидания.

Среднеквадратическое отклонение измеряется в единицах измерения самой случайной величины и используется при расчёте стандартной ошибки среднего арифметического, при построении доверительных интервалов, при статистической проверке гипотез, при измерении линейной взаимосвязи между случайными величинами. Определяется как квадратный корень из дисперсии случайной величины.

Среднеквадратическое отклонение:

Стандартное отклонение (оценка среднеквадратического отклонения случайной величины x относительно её математического ожидания на основе несмещённой оценки её дисперсии):

где - дисперсия; - i-й элемент выборки; - объём выборки; - среднее арифметическое выборки:

Следует отметить, что обе оценки являются смещёнными. В общем случае несмещённую оценку построить невозможно. Однако оценка на основе оценки несмещённой дисперсии является состоятельной.

Правило трех сигм

Правило трёх сигм () - практически все значения нормально распределённой случайной величины лежат в интервале . Более строго - приблизительно с 99,73% вероятностью значение нормально распределённой случайной величины лежит в указанном интервале (при условии, что величина - истинная, а не полученная в результате обработки выборки).

Если же истинная величина неизвестна, то следует пользоваться не, а s. Таким образом, правило трёх сигм преобразуется в правило трёх s.

Плотность вероятности нормального распределения и процент попадания случайной величины на отрезки, равные среднеквадратическому отклонению.

Интерпретация величины среднеквадратического отклонения.

Большое значение среднеквадратического отклонения показывает большой разброс значений в представленном множестве со средней величиной множества; маленькое значение, соответственно, показывает, что значения в множестве сгруппированы вокруг среднего значения.

Например, у нас есть три числовых множества: {0, 0, 14, 14}, {0, 6, 8, 14} и {6, 6, 8, 8}. У всех трёх множеств средние значения равны 7, а среднеквадратические отклонения, соответственно, равны 7, 5 и 1. У последнего множества среднеквадратическое отклонение маленькое, так как значения в множестве сгруппированы вокруг среднего значения; у первого множества самое большое значение среднеквадратического отклонения - значения внутри множества сильно расходятся со средним значением.

В общем смысле среднеквадратическое отклонение можно считать мерой неопределённости. К примеру, в физике среднеквадратическое отклонение используется для определения погрешности серии последовательных измерений какой-либо величины. Это значение очень важно для определения правдоподобности изучаемого явления в сравнении с предсказанным теорией значением: если среднее значение измерений сильно отличается от предсказанных теорией значений (большое значение среднеквадратического отклонения), то полученные значения или метод их получения следует перепроверить.

3.2 Формирование слоя полиимида методом центрифугирования, исследование влияния параметров установки нанесения на процесс

Мы использовали статический метод нанесения полиимидного прекурсора для формирования полиимидной защиты. Название метода означает, что при дозировании раствора на обрабатываемую пластину пластина не вращается. Это позволяет избавиться от лишних дефектов, которые возникают при динамическом нанесении.

После подготовительных работ на треке, запуска нескольких тестовых пластин, было решено использовать скорость формирования (максимальную скорость вращения пластины на центрифуге после нанесения раствора) слоя равной 1700 оборотов в минуту.

Был установлен перечень параметров трека и насоса, которые могли бы иметь влияние на получаемый полиимидный слой. Список параметров:

- Volume (ml) - объем дозируемого на пластину раствора полиимида;

- Time (sec) - время, за которое осуществляется подача раствора;

- Скорость дозирования (ml/sec) - введенный нами параметр, показывающий какой объем раствора дозируется в единицу времени;

- Recharge (перезарядка) - время, за которое насос заполняется жидкостью;

- скорость формирования (об./мин.) - максимальная скорость вращения пластины на центрифуге, направлена на окончательное растекание и выпаривание остатков растворителя;

Условия формирования разнились по ходу проведения испытаний. Существовало два метода формирования слоя: 1) после статической подачи раствора пластина оставалась неподвижной некоторое время, затем следовало вращение; 2) после статической подачи раствора пластина незамедлительно начинает вращение;

При этом скорости вращения и время на разных этапах формирования слоя разнились.

Список параметров таблиц, являющихся результатом испытаний:

- ? (мкм) - разница между максимальной и минимальной толщинами пленки, полученной после выполнения рабочей программы на треке;

- d ср (мкм) - средняя толщина полученной пленки;

- СКО - среднее квадратическое отклонение;

Измерения толщины проводились по пяти точкам радиуса пластины.

По ходу испытаний, при использовании скорости формирования 1700 об./мин., было выяснено, что параметр «дозирование», который определяется как отношение объема вещества, нанесенного на пластину, ко времени, за которое происходит дозирование, не влияет на толщину и однородность слоя. Варьирование объема дозирования было достаточно большим для того, чтобы заметить какую-либо закономерность. Суть этого параметра заключается в следующем: насос, подающий прекурсор, прикладывает определенное давление к высоковязкого раствору в системе. Поэтому было предположено, что определенный характер подачи, а именно: формирование лужи с углублением посередине, вызванным избыточным давлением в системе подачи, будет влиять и на характер получаемого слоя полиимида на поверхности всей пластины.

В «Таблице 1» показаны толщины слоя полиимида по точкам. Виден «провал» в центре пластины.

Табл. 1 «Толщина слоя полиимида по радиусу пластины при скорости формирования слоя полиимидной защиты 1700 об./мин.»

1 т.

2 т.

3 т.

4 т.

центр

10,394

10,251

10,377

10,371

10,312

11,639

11,18

10,72

10,353

10,381

10,369

10,053

9,956

9,937

9,785

9,353

8,994

9,112

9,201

8,792

9,757

9,49

9,339

9,156

9,359

9,99

9,662

9,571

9,816

9,296

9,772

9,707

9,454

9,739

9,146

9,660

9,643

9,571

9,793

9,201

9,576

9,364

9,418

9,643

9,228

9,572

9,295

9,365

9,579

9,063

9,503

9,197

9,373

9,511

9,077

9,613

9,272

9,432

9,52

9,173

9,843

9,688

9,571

9,807

9,285

9,705

9,582

9,42

9,724

9,464

Табл. 2 «Зависимость толщины слоя полиимида от параметров трека»

параметры насоса

параметры пленки

STEP 1

Recharge

дозирование

V форм.

?,

d ср,

СКО

Volume, ml

Time, sec

ml/sec

об/мин

мкм

мкм

2

20

30

0,10

1700

0,406

7,714

0,194

2,5

20

30

0,13

1700

0,013

8,023

0,060

2,5

20

30

0,13

1700

0,407

8,216

0,168

4,5

20

30

0,23

1700

0,580

9,046

0,253

4,5

20

30

0,23

1700

0,463

8,906

0,188

4,5

20

30

0,23

1700

1,093

9,049

0,445

4,5

20

30

0,23

1700

0,431

9,189

0,197

4,5

20

30

0,23

1700

0,643

9,327

0,272

4,5

20

30

0,23

1700

0,581

9,910

0,220

5

20

30

0,25

1700

2,704

14,038

1,144

3

20

30

0,15

1700

1,525

9,710

0,633

3

20

30

0,15

1700

0,834

9,780

0,305

3

20

30

0,15

1700

0,456

10,182

0,184

3

20

30

0,15

1700

0,908

9,320

0,361

2,5

20

30

0,13

1700

0,424

9,887

0,153

2

20

30

0,10

1700

0,760

9,894

0,310

2,5

20

30

0,13

1700

0,827

8,393

0,31

2,5

20

30

0,13

1700

0,767

8,672

0,281

2

20

30

0,10

1700

1,286

10,854

0,551

2

20

30

0,10

1700

0,584

10,020

0,217

2

20

30

0,10

1700

0,561

9,090

0,212

2

20

30

0,10

1700

0,601

9,420

0,223

2

20

30

0,10

1700

0,694

9,667

0,262

2,5

20

30

0,13

1700

0,626

9,564

0,265

2,85

20

30

0,14

1700

0,592

9,574

0,233

3

20

30

0,15

1700

0,415

9,446

0,166

3,3

20

30

0,17

1700

0,516

9,375

0,214

3,5

20

30

0,18

1700

0,434

9,332

0,191

3,9

20

30

0,20

1700

0,44

9,402

0,179

3

20

30

0,15

1700

0,558

9,630

0,225

2,8

20

30

0,14

1700

0,304

9,579

0,137

2

20

30

0,10

1700

0,557

10,119

0,215

2

20

30

0,10

1700

0,563

9,770

0,243

2

20

30

0,10

1700

0,479

9,782

0,179

Было решено увеличить время дозирования до 20 секунд, чтобы исключить фактор «быстрой» подачи, что могло бы привести к недостаточному растеканию раствора перед раскручиванию пластины

По промежуточным результатам испытаний были сделаны графики, отражающие суть чисел, заключенных в границы таблицы.

Если рассчитать качество процесса по отношению к сигме, то найдем процент успешных циклов нанесения от всего количества.

В целом, толщина слоя получилась намного больше нужной нам. Поэтому было принято решение увеличить скорость формирования слоя полиимида. Увеличение скорости с 1700 оборотов до 2200 было вызвано тем, что необходимо было установить границы максимальной скорости, что позволяло бы исследовать интервал скоростей, а не медленную подгонку.

Так как эффект параметра «дозирование» на качество формируемого слоя был незначительным, было решено не уделять внимание варьированию его значения, а обратить внимание на повторяемость операции нанесения. Именно повторяемость в условиях ОАО «Ангстрем» определяла всю успешность замыслов по переводу формирования полиимидной защиты на автоматический режим.

Табл. 3 «Толщина слоя полиимида по радиусу пластины при скорости формирования слоя полиимидной защиты 2200 об./мин.»

1 т.

2 т.

3 т.

4 т.

центр

5,981

5,814

5,827

5,967

5,474

5,836

5,658

5,614

5,651

5,501

6,158

6,155

6,253

6,373

6,087

6,099

6,046

6,074

6,147

5,976

6,035

6,096

6,136

6,182

5,693

6,658

6,702

6,615

6,553

6,233

6,605

6,535

6,561

6,648

6,207

8,024

8,091

8,016

7,936

7,988

7,836

7,825

7,756

7,796

7,859

8,459

8,508

8,316

8,43

8,526

6,492

6,191

6,140

6,092

5,310

6,009

6,005

5,756

5,756

4,513

6,138

6,341

6,502

6,445

5,675

6,271

6,34

6,403

6,449

5,895

Рассчитаем качество процесса по отношению к сигме. Найдем процент успешных циклов нанесения от всего количества повторений.

В целом, толщина слоя получилась меньше той, которая нужна нам. Поэтому надо было понизить скорость формирования слоя полиимида. Уменьшений скорости с 2200 оборотов до 2000 было вызвано тем, что нижняя граница нужной нам толщины слоя была ненамного больше той, которая получилась при нанесении со скоростью в 2200 оборотов / минуту.

Табл. 4 «Толщина слоя полиимида по радиусу пластины при скорости формирования слоя полиимидной защиты 2000 об./мин.»

1 т.

2 т.

3 т.

4 т.

центр

5,981

5,814

5,827

5,967

5,474

5,836

5,658

5,614

5,651

5,501

6,158

6,155

6,253

6,373

6,087

6,099

6,046

6,074

6,147

5,976

6,035

6,096

6,136

6,182

5,693

6,658

6,702

6,615

6,553

6,233

6,605

6,535

6,561

6,648

6,207

8,024

8,091

8,016

7,936

7,988

7,836

7,825

7,756

7,796

7,859

8,459

8,508

8,316

8,43

8,526

6,492

6,191

6,140

6,092

5,310

6,009

6,005

5,756

5,756

4,513

6,138

6,341

6,502

6,445

5,675

6,271

6,34

6,403

6,449

5,895

6,383

6,538

6,690

6,927

6,443

6,566

6,499

6,66

6,687

6,337

6,667

6,736

6,858

6,807

6,432

6,186

6,448

6,555

6,616

5,731

6,478

6,490

6,502

6,378

5,765

6,094

6,221

6,473

6,437

5,723

6,522

6,437

6,500

6,573

6,030

6,398

6,325

6,406

6,462

5,999

6,593

6,487

6,563

6,681

6,146

Табл. 5 «Зависимость толщины слоя полиимида от параметров трека.» (1)

параметры насоса

параметры пленки

STEP 1

Recharge

дозирование

V форм.

?,

d ср,

СКО

Volume, ml

Time, sec

ml/sec

об/мин

мкм

мкм

3

5

10

0,60

2000

0,470

6,233

0,186

3

5

10

0,60

2000

0,441

6,511

0,175

2

5

10

0,40

2000

0,547

7,527

0,217

3

5

10

0,60

2000

0,297

6,875

0,112

3

8

10

0,38

2000

0,355

7,076

0,143

3

3

10

1,00

2000

0,124

7,117

0,05

3

3

10

1,00

2000

0,249

7,311

0,107

2

3

10

0,67

2000

0,241

7,216

0,089

3

3

10

1,00

2000

0,415

7,148

0,172

3

3

10

1,00

2000

0,468

7,199

0,206

3

4

10

0,75

2000

0,293

7,221

0,116

3

3,5

10

0,86

2000

0,25

7,157

0,095

3

10

10

0,30

2000

0,416

7,417

0,17

3

4

10

0,75

2000

0,488

7,468

0,204

3

4

10

0,75

2000

0,706

7,537

0,294

3

5

10

0,60

2000

0,367

7,657

0,158

3

5

30

0,60

2000

0,465

7,478

0,185

3

3

30

1,00

2000

0,990

7,046

0,404

5

5

30

1,00

2000

0,706

7,523

0,273

5

5

30

1,00

2000

0,611

7,253

0,253

5

5

30

1,00

2000

0,836

7,236

0,360

2

4

30

0,50

2000

0,413

7,217

0,164

2

6

30

0,33

2000

0,379

7,167

0,171

8

6

30

1,33

2000

0,718

7,200

0,300

2

4

30

0,50

2000

0,463

7,420

0,188

2

4

30

0,50

2000

0,503

7,054

0,243

2

4

30

0,50

2000

0,305

7,141

0,13

2

4

30

0,50

2000

0,419

7,089

0,185

2

4

30

0,50

2000

0,515

7,121

0,196

2

4

30

0,50

2000

0,268

7,203

0,119

2

4

30

0,50

2000

0,698

7,076

0,272

2

10

30

0,20

2000

0,348

7,341

0,136

2

20

30

0,10

2000

0,509

7,187

0,180

2

5

30

0,40

2000

1,009

8,003

0,413

2

5

30

0,40

2000

0,517

7,441

0,198

3

5

30

0,60

2000

0,454

7,425

0,197

3

5

30

0,60

2000

0,392

7,792

0,162

3

5

30

0,60

2000

0,469

7,641

0,164

Табл. 6 «Зависимость толщины слоя полиимида от параметров трека.» (2)

параметры насоса

параметры пленки

STEP 1

Recharge

дозирование

V форм.

?,

d ср,

СКО

Volume, ml

Time, sec

ml/sec

об/мин

мкм

мкм

3

4

30

0,75

2000

0,762

7,549

0,205

3

5

30

0,60

2000

0,399

7,538

0,159

2

4

30

0,50

2000

0,325

7,65

0,183

2

4

30

0,50

2000

0,405

7,327

0,192

2

4

30

0,50

2000

0,541

7,814

0,143

2

4

30

0,50

2000

0,485

7,99

0,145

2

4

30

0,50

2000

0,411

7,93

0,194

2

4

30

0,50

2000

0,305

7,307

0,138

6

4

30

1,50

2000

1,628

7,904

0,703

3

4

30

0,75

2000

1,386

7,779

0,565

3

5

30

0,60

2000

0,544

6,596

0,218

3

5

30

0,60

2000

0,350

6,550

0,140

3

5

30

0,60

2000

0,426

6,700

0,166

3

5

30

0,60

2000

0,389

6,723

0,160

3

5

30

0,60

2000

0,631

6,746

0,268

3

5

30

0,60

2000

0,758

6,729

0,300

3

5

30

0,60

2000

1,126

6,964

0,485

3

5

30

0,60

2000

0,535

7,648

0,229

3

5

30

0,60

2000

0,849

7,671

0,293

3

20

30

0,15

2000

0,339

7,651

0,133

3

5

30

0,60

2000

0,879

7,439

0,206

3

20

30

0,15

2000

0,773

7,701

0,309

3

20

30

0,15

2000

0,777

7,547

0,214

3

30

30

0,10

2000

0,382

7,620

0,185

3

20

30

0,15

2000

0,723

7,753

0,291

3

20

30

0,15

2000

0,416

7,850

0,171

3

20

30

0,15

2000

0,434

7,689

0,198

3

20

30

0,15

2000

0,525

7,819

0,235

Рассчитаем качество процесса по отношению к сигме. Найдем процент успешных циклов нанесения от всего количества повторений.

В целом, толщина слоя получилась та, которая нужна нам. Поэтому было принято решение остановиться в подборе параметров именно на скорости формирования в 2000 об./мин.

Попробуем оценить влияние на процесс такого параметра как «скорость дозирования». Несмотря на большой разброс в значениях этого параметра, можно заметить, что наиболее часто используемая величина объема полиимидного прекурсора равна 3 мл. Это связано с экономическим фактором. Было замечено, что при данной величине, по сравнению с другими, результаты нанесения являются: 1) стабильными 2) приемлемыми.

Отсутствие выводов, связанных с вариативностью других параметров трека на качество слоя полиимидной защиты, обусловлено тем, что ни один из них не оказал должного влияния на формируемый слой.

Устанавливая зависимость между скоростью формирования слоя и полученной толщиной (и СКО), можно понять, что на процесс влияют свойства, которыми обладает сам раствор полиимида. Из известных свойств, которыми обладают жидкости и которые влияют на поведение жидкостей на плоскости, мы можем установить свойство «Поверхностного натяжения».

Поверхностное натяжение - термодинамическая характеристика поверхности раздела двух находящихся в равновесии фаз, определяемая работой обратимого изотермокинетического образования единицы площади этой поверхности раздела при условии, что температура, объём системы и химические потенциалы всех компонентов в обеих фазах остаются постоянными.

Поверхностное натяжение имеет двойной физический смысл - энергетический (термодинамический) и силовой (механический). Энергетическое (термодинамическое) определение: поверхностное натяжение - это удельная работа увеличения поверхности при её растяжении при условии постоянства температуры. Силовое (механическое) определение: поверхностное натяжение - это сила, действующая на единицу длины линии, которая ограничивает поверхность жидкости.

Сила поверхностного натяжения направлена по касательной к поверхности жидкости, перпендикулярно к участку контура, на который она действует и пропорциональна длине этого участка. Коэффициент пропорциональности - сила, приходящаяся на единицу длины контура - называется коэффициентом поверхностного натяжения. Он измеряется в ньютонах на метр. Но более правильно дать определение поверхностному натяжению, как энергии (Дж) на разрыв единицы поверхности (мІ). В этом случае появляется ясный физический смысл понятия поверхностного натяжения.

Нет точных значений для силы поверхностного натяжения в растворах полиимидов, но есть значение их вязкости. Она варьируется от 6200 до 8300 сСт(сантиСтокс). В Международной системе единиц (СИ) единицей измерения вязкости служит мІ/с: 1 Ст = смІ/с = 10?4 мІ/с. Для сравнения: анилин - 4,37; бензол - 1,0; вазелиновое масло - 20; вода - 1,1; глицерин 100% - 648; чернила для принтера - до 2200.

Таким образом, становится очевидным тот факт, что для нашей системы нанесения самым важным параметром становится именно скорость формирования слоя. Именно она может придать капле («луже») полиимидного прекурсора энергию, необходимую для распределения вещества по поверхности пластины.

Нанесение полиимида

Dx= (7-8) мкм

№ программы

EVENT

OPER

ARM

TIME

SPEED

ACCEL

1

1

SPIN

0

45,0

0,00

00

2

SPIN

1

02,0

0,05

10

3

DSP1

1

-

0,05

10

4

SPIN

1

15,0

0,00

10

5

SPIN

2

03,0

1,00

10

6

SPIN

0

10,0

1,50

10

7

SPIN

0

40,0

2,00

10

8

EBR

0

10,0

0,50

10

Исходя из вышесказанного пример рабочей программы для центрифуги трека, удовлетворяющей нашим запросам, выглядит следующим образом:

Заключение

1) В результате проведенного литературного обзора были определены особенности такого класса веществ как полимеры, рассмотрены некоторые виды, были установлены основные области их применения.

2) Был рассмотрен класс веществ «полиимиды», выявлены его основные свойства и особенности. Был произведен обзор доступных нам растворов полиимидов, определен подходящий нам тип.

3) Был отработан процесс нанесения полиимидных слоев на кремниевые пластины, установлено влияние ряда параметров процесса нанесения на качество получаемого слоя

- был произведен запуск трека для нанесения SVG 8826, выявлен ряд параметров, которые могли иметь влияние на качество формируемого слоя;

- был произведен анализ влияния параметров на процесс нанесения, в результате которого круг значимых для процесса параметров был сужен до одного - «скорость формирования»

- был создан процесс нанесения полиимидного слоя на пластины, удовлетворяющий тех. заданию.

Список литературы

1) Материалы микроэлектронной техники: учебное пособие для вузов/ Под ред. В.М. Андреева, - М.: Радио и связь, 1989.

2) Пасынков В.В., Сорокин В.С., Материалы электронной техники, - М.: Высшая школа, 1986.

3) Материаловедение/ Под ред. Б.Н. Арзамасова. - М.: Машиностроение, 1986.

4) Бессонов М.И., Котон М.М., Кудрявцев В.В., Лайус Л.А. Полиимиды - класс термостойких полимеров. - Л.: Наука, 1983.

5) Polyimides: Fundamental and applications. Edited by M. Ghosh, K, Mittal, Marcel Decker Inc., New York, Dasel, Hong Kong, 1996

6) Okulska-Borzek M., Prot T., Borycki J., Kedsierski J. Preparation and evaluation of polyimide layers as materials for nematic liquid crystal orientation. Liquid Cryst. 1996

7) FUJIFILM Electronic Materials, Durimide Polyimides for the Microelectronics Industry. - Brochure, 63 p.

8) ChaimPotok, What Benefits of Polyimide Are There? - http://ezinearticles.com/? What-Benefits-of-Polyimide-Are-There?&id=5397843

9) A comparison of BCB with Polyimide process in manufacturing HBT devices. June Nguyen, OksunDydasco, HarutoshiSaigusa, Chang-Hwang Hua Skyworks Solutions, Inc., Sunnyvale Operations 1230 Bordeaux Drive, Sunnyvale, CA 94089

10) M600 High Viscosity Pump. U.S. PATENT NO. 6,478,547

11) Жуков, А.А. Физико-химические и технологические основы получения полиимидных структур для микроэлектронных устройств, устройств микромеханики и микросенсорики: автореф…. доктора технических наук: 05.27.01, 05.27.06 Москва, 2003 315 c.: 71 04-5/71-8

12) Жуков, А.А. Метод получения и свойства малонапряженных толстых полиимидных покрытий и свободных пленок и технология элементов МЭУ на их основе: автореферат дис…. кандидата технических наук: 05.27.01 / Рос. технол. ун-т. - Москва, 1997. - 24 с

13) ОКУ 57255.00180-нанес. SVG-8826, 03.04.13

14) ОКУ 57255.00263_нанесение полиимида, 17.05.13

15) РИ_521ФК 051_ПИ-защита, 15.09.13

16) РИ_521ФК 055_Прокачка системы дозирования ПИ, 10.10.13

17) ТИ 25200 00336-программирование SVG8826PC, 02.02.12

18) ТИ 25200.00394-по управлению насосом М600, 110613

19) A.B. Frazier, «Recent Applications of Polyimide to Micromachining Technology», Transactions on Industrial Electronics, (42) 442-448 (1995)

21) Microchip Fabrication, A Practical Guide to Semiconductor Processing, by: Peter Van Zant, Fifth Edition, 2004

Размещено на Allbest.ru

Страница:


Подобные документы

  • Физика полимеров

    Основные химические и технические названия гидратцеллюлозных волокон, их виды и функции. Общая характеристика и техническая формула гидрата целлюлозы. Сущность, физико-химические свойства и технические способы осуществления метода синтеза полимеров.

    реферат [53,1 K], добавлен 10.09.2010

  • Полимеры

    Полимеры – химические соединения с высокой молекулярной массой, молекулы которых состоят из большого числа повторяющихся группировок. Классификация и получение полимеров. Особенности строения и свойства. Химические методы расчёта. Переработка полимеров.

    реферат [1,4 M], добавлен 06.05.2008

  • Голография: основные принципы и применение

    Сущность и физическое обоснование явления голографии как восстановления изображения предмета. Свойства источников: когерентность, поляризация, длина волны света. Классификация и типы голографии, сферы практического применения данного явления, технологии.

    реферат [185,3 K], добавлен 11.06.2013

  • Гелий: назначение и свойства

    Истории открытия, исследования и применения гелия, принципы его накопления в земной коре, физико-технические, электрические и химические свойства, а также анализ его места во Вселенной. Общая характеристика гелиевого воздуха, его достоинства и недостатки.

    реферат [33,4 K], добавлен 13.11.2010

  • Оптроны и их применение

    Понятие и главные свойства оптронов как особенных оптоэлектронных приборов, их классификация и разновидности, отличительные признаки. Преимущества и недостатки использования данных приборов, требования к среде и сферы их практического применения.

    презентация [237,8 K], добавлен 02.12.2014

  • Методы инфракрасной спектроскопии и их техническая реализация

    Классическая теория колебательных спектров и их квантово-механическое представление. Принцип работы и внутреннее устройство инфракрасных спектрометров, их классификация и типы, функциональные особенности, условия и сферы практического применения.

    курсовая работа [180,6 K], добавлен 21.01.2017

  • Механические свойства твердых тел

    Общая характеристика и значение основных механических свойств твердых тел, направления их регулирования и воздействий: деформация, напряжение. Классификация и типы деформации: изгиба, кручения и сдвига. Пластическое течение кристаллов. Закон Гука.

    контрольная работа [782,4 K], добавлен 27.05.2013

  • Резина и ее применение в энергетике

    Понятие и общая характеристика резины, физические и потребительские свойства данного материала. Способы и методы, основные этапы получения, сферы и преимущества практического применения. Области применения материала в электротехнике и энергетике.

    реферат [21,2 K], добавлен 30.06.2014

  • Электрический котел

    Понятие и внутренняя структура, взаимосвязь компонентов и назначение электрического котла, требования к нему, принцип действия и сферы практического применения. Критерии развития: функциональные, технологические, эконометрические, антропологические.

    контрольная работа [117,9 K], добавлен 19.02.2015

  • Квазикристаллы и их свойства

    Структура и типы квазикристаллов, методы их получения, области применения, физические свойства: оптические, механические и поверхностные, сверхпроводимость, магнетизм, теплопроводность. Электронный спектр и структурная стабильность. Возбуждения решетки.

    курсовая работа [942,4 K], добавлен 14.01.2015

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

© 2000 — 2023, ООО «Олбест» Все права защищены