Технологический процесс изготовления гимс

Плата.dwg

ЭЛЕМЕНТ БЛОКИНГ-ГЕНЕРАТОРА ЭБГ-79 Схема электрическая принципиальная
допустимое отклонение
Проверяемый номинал и
Навесные+ защитн. слой
Крышка корпуса поз.2 условно не показана
*Размеры для справок.. 2. Клей ТКЛ-2
наполнитель комплексный
ОСТ 4Г0.029.204 для платы поз.1
компонентов поз.3. 3. Припой ПОС-61 ГОСТ 21930-76 для элементов поз.3. 4. Элементы установить по ОСТ 107.460084.200-88
раздел 6. 5. Обозначение элементов и номера контактных площадок показаны условно и соответствуют схеме электрической принципиальной НУРК.431121.023 Э3. 6 Переферийные контактные площадки платы соединить с выводами корпуса сваркой микродавлением с косвенным нагревом для проволоки Зл.Пд.-2
мм. ГОСТ 7222-75 поз.4. 7. Допускается смещение соединительных проводов относитьельно центров контактных площадок не более 0
мкм. 8. Корпус герметизировать по ОСТ 4Г0.054.059 аргонодуговой сваркой. 9. Место сварки после герметизации покрыть лаком УР-231.В22 ТУ 6-21-14-90. 10. Маркировать тип микросборки
шрифт 3-Пр.3 по ГОСТ 26.020-80. 11. Маркировать товарный знак предприятия-изготовителя
шрифт 2-Пр.3 по ГОСТ 26.020-80. 12. Маркировать номер партии
шрифт 2-Пр.3 по ГОСТ 26.020-80. 13. Маркировать год и месяц изготовления
шрифт 2-Пр.3 по ГОСт 26.020-80 14. Клеймить знак ОТК
-Пр.3 по ГОСТ 26.020-80. 15. Маркировать знак чувствительности к статическому электричеству. Условное оюозначение первого вывода
шрифт 2-Пр.3 по ГОСТ 26.020-80. 16. Маркировать и клеймить краской МА-154 черной ТУ 6-10-1241-77. Покрытие лак УР-231.В22 ТУ 6-21-14-90.
должны соответствовать данным
указанным в таблице 2.
Значения отдельных сопротивлений резисторов и емкостей конденсаторов
*. Размер для справок.
Характеристики отдельных слоев приведены в таблице 1.
Элементы в слоях выполнять по координатам
приведенным в таблицах на
соответствующих листах.Координаты даны в масштабе чертежа.
Номера контактных площадок и обозначения элементов показаны условно и
соответствуют схеме электрической принципиальной НУРК.431139.034 Э3.
Конденсатор 560 пФ±20%-Uраб=12
Транзистор КТ369А аА0.336.025 ТУ

Маршрутная карта Фоторезист.doc

ГОСТ 3.1118-82 Форма 3
Код наименование операции
Обозначение документа
Код наименование оборудования
0Нанесение фоторезиста ФП – 307
Шкаф вытяжной Ш1 – НЖ
Относительная влажность воздуха не более 40 – 50 %
Протереть рабочую часть вытяжного шкафа бязевой салфеткой
Включить в сеть вытяжную винтеляцию и центрифугу.
Центрифуга лабораторная
Извлечь подложку из кассеты и обдуть сжатым воздухом.
Примечание: 1. Работу производить в резиновых перчатках или
напальчниках предварительно протерев бязевой салфеткой
Приспособление цеховое
Поместить подложку на столик центрифуги рабочей стороной вверх.
Отключить вентиль “вакуум”
Нанести в центр подложки капельницей фоторезист до покрытия не
менее 30% площади подложки.
Капельница лабораторная
ГОСТ 3.1118-82 Форма 3б
Наименование детали сб. единицы или материала
Центрифугировать в течении 35 – 40 с
Примечание: частота оборотов подбирается опытным путем по пробной
Секундомер механический ГОСТ 5072 – 79
Закрыть вентиль “вакуум”
Снять подложку с диска центрифуги и контролировать визуально
качество нанесенного слоя фоторезиста
Примечание: Слой фоторезиста должен полностью покрывать поверхность
подложки быть равномерным глянцевым без подтеков и
Поместить подложку не удовлетворяющей требований перехода 9 в
кассету с надписью “брак”
Кассета металлическая
Поместить годную подложку в кассету
Кассета металлическая
Повторить 3 – 11 для всей партии подложек
Примечание:1. Удалить фоторезист с бракованных подложек в соответствии
Повторить переходы 3 – 12 для подложек со снятым
Открыть вытяжку вентиляцию центрифугу
Выдержать подложки на воздухе при нормальных условиях в
течении 20 – 30 мин.
Часы сигнальные ТУ 25 – 07 – 1268 – 77С
Передать кассету с подложками на операции 015060 и 110

ведомость.doc

Пояснительная записка
Технология изготовления ГИМС
Ведомость курсового проекта

титул.docx

Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого
Кафедра “Проектирование и технология радиоаппаратуры”
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГИМС
Курсовой работы по учебной дисциплине
«Физико-химические основы технологии электронных средств»
Пояснительная записка к курсовому проекту
по направлению 210200.62 «Проектирование и технология ЭС»
НУРК. 01.1.01.00004 ПЗ

Zadanie_na_kursovoe_proektirovanie.docx

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого
Кафедра "Проектирование и технология радиоаппаратуры
Заведующий кафедрой ПТР
Задание на курсовое проектирование
Студенту Егереву Никите Викторовичу группы 9021
Учебная дисциплина: «Физико-химические основы технологии электронных средств»
Разработка технологии изготовления гибридной интегральной микросхемы
Цели курсового проектирования
Закрепления теоретических знаний и приобретения практических навыков в разработке базовых технологических процессов изготовления гибридных интегральных микросхем.
Схема электрическая принципиальная
– Тип транзистора КТ307А
– Максимальная рабочая частота f max - соответствует верхней рабочей частоте используемого транзистора
– Условия эксплуатации в соответствии с ГОСТ 18725-83: tmax= + 40 ºС.
– Срок службы Т = 1000час.
– Тип производства: массовый
Организационно-временные условия
1 Наименование работ и сроки их выполнения
)Анализ задания и технико-экономическое обоснование выбора технологического процесса изготовления ГИМС7 марта
)Схема технологического процесса изготовления ГИМС14 марта
)Описание отдельных технологических операций28 марта
)Описание физико-химических основ заданной (выбранной) технологической операции11 апреля
)Расчет процесса термического испарения материала в вакууме18 апреля
)Методические указания по разработке конструкторско-технологической документации25 апреля
)Оформление пояснительной записки16 мая
)Срок сдачи законченного проекта23 мая
2 Рекомендуемая литература согласно методическим указаниям:
ГОСТ 2.105-95. Общие требования к текстовым документам.
Воронцов В.Н. Крутяков Л.Н. Хамидуллин Р.Р. Конструирование и технология микросхем и микропроцессоров (часть 1). Метод. указания к курсовому проектированию. - Л.: СЗПИ 1990 40с.
Коледов Л.А. Технология и конструкции микросхем микропроцессоров и микросборок: Учебник для ВУЗов. - М.: Радио и связь 1989 400с.
Черняев В.Н. Технология производства интегральных микросхем и микропроцессоров: Учебник для ВУЗов. - 2-е издание. Перераб. И доп. - М.: Радио и связь 1987 464с.
Конструирование и технология микросхем. Курсовое проектирование: Учебн. пособие для ВУЗов Под ред. Л.А. Коледова. - М.: Высш. Шк. 1984 231с.
Оформление технологических документов Мет. указ. к технологическому проектированию Новгород 1986г.
3 Документы предъявляемые на защиту:
– Сборочный чертеж ГИМС;
– Схема электрическая принципиальная
– Операционную технологическую карту на заданную (выбранную) технологическую операцию.

ПЗ.doc

Анализ задания и технико-экономическое обоснование
выбора ТП изготовления ГИМС 3
Схема ТП изготовления ГИМС 7
1 Описание процесса фотолитографии .. 11
Описание и выбор фоторезиста . 12
1 Описание процесса нанесения слоя фоторезиста .. . 12
2Выбор фоторезиста . ..12
3 Выбор подложки .. .14
4 Глубина травления . 15
5 Гальваническое травление или осаждение металла 15
6 Методы нанесения фоторезиста на подложку 16
7 Экономичность выбранного процесса 16
Основные характеристики нанесения слоя фоторезиста. 17
Физико-химические основы технологической операции нанесения слоя фоторезиста. Центрифугирование 20
1 Установка нанесения слоя фоторезиста методом центрифугирования 27
1.1 Достоинства метода 28
1.2 Недостатки метода . 28
Технологическое оборудование .29
Расчет процесса термического испарения материала в вакууме .31
Список литературы 35
Использование средств микроэлектроники – основа современного этапа развития всех отраслей радио и электронного приборостроения. Процессы производства и применения интегральных схем являются совокупным отражением передовых научно – технических достижений в области физики радиотехники автоматики машиностроения.
Важные задачи сегодняшнего дня выдвигают новые требования к уровню подготовки современных специалистов. Особенно важно для отраслей промышленности определяющих научно – технический и социальный прогресс.
Современная микроэлектроника в значительной степени является интегральной в основу которой положен принцип заключающийся в сохранении традиционных методов реализации узлов и блоков арматуры на базе дискретных радиокомпонентов и разработке электрических схем на основе теории цепей.
Электронная промышленность – стратегически важнейшая современная отрасль во всех странах мира. На ее долю приходится ~35% мирового ВВП. Развитие этой отрасли невозможно без совершенствования ее элементной базы основа которой – современные полупроводниковые изделия. Производители полупроводниковых приборов постоянно увеличивают капитальные затраты на развитие полупроводниковой промышленности совершенствование технологии и оборудования требуемых для производства будущих поколений приборов.
Основной тенденцией развития микроэлектроники является повышение степени интеграции микросхем. Согласно знаменитому прогнозу сделанному в 1965 г. и известному с тех пор как закон Мура условное число транзисторов в наиболее скоростных процессорах удваивается каждые полтора года. Разумеется эта тенденция не может сохраняться вечно и уже с 90-х годов XX в. разные специалисты периодически высказывают мысль о том что в своем развитии микроэлектроника вплотную подошла как к технологическому пределу увеличения размеров кристаллов СБИС и УБИС так и к дальнейшему повышению «плотности» размещения компонентов на кристалле.
Главная задача курсового проекта заключается в закреплении теоретических знаний и приобретения практических навыков в разработке базовых технологических процессов изготовления гибридных интегральных микросхем (ГИМС).
Исходными конструкторскими документами является курсовой проект который был разработан по дисциплине «Проектирование интегральных микросхем».
Курсовой проект ставил своей целью разработку тонкопленочной гибридной схемы. Разработанная гибридная схема позволила уменьшить массу габаритные размеры разрабатываемого устройства с заданной точностью и минимальными затратами.
Анализ задания и технико-экономические обоснование выбора ТП изготовления ГИМС
В процессе производства ИМС на различных этапах технологического процесса изделие подвергается воздействию чрезвычайно большого числа факторов причем степень их влияния различна а совместное действие их приводит к большому разбросу электрофизических параметров изделий.
Для каждого процесса (например вакуумного напыления) таких факторов может быть несколько десятков а в течение всего процесса изготовления изделие (ИМС) может подвергаться воздействию нескольких сотен технологических факторов.
ИМС можно рассматривать как слоистую твердотельную структуру слои которой выполняют определенные электронные функции.
Различные методы получения слоев (пленки) проводящих диэлектрических полупроводниковых магнитных и других материалов нашли широкое применение в технологии ИМС.
Для формирования конфигураций проводящего резистивного и диэлектрического слоев используют различные методы для данной ГИМС использовался фотолитографический метод. При фотолитографическом методе для изготовления ГИМС пленку наносят на всю поверхность подложки а затем вытравливают с определенных участков.
Исходным документом при курсовом проектировании является схема электрическая принципиальная и перечень элементов.
Разработка конструкции микросборки включает в себя: разработку эскиза топологии определение типоразмера подложки также выбирают корпус и определяют способ защиты микросборки от внешних воздействий.
Подложки ГИМС являются диэлектрическим и механическим основанием для расположения пленочных и навесных элементов и служат для теплоотвода. В случаях когда требуется обеспечить хороший теплоотвод высокую механическую прочность и жесткость конструкции применяют металлические подложки: алюминиевые покрытые слоем анодного оксида или эмалированные стальные подложки. Материал подложки и его обработка оказывает существенное влияние на параметры формируемых элементов следовательно надежность и точность электрических параметров.
В качестве подложки в данной микросхеме используем ситалл СТ 50-1 ТХО 735.062 ТУ толщиной 06 мм а размером 8х10 мм (площадь подложки S = 80 мм2). Этот материал получил наибольшее распространение для изготовления микросборок частного применения. Ситалл является стеклокерамическим материалом полученный термообработкой стекла. Ситалл достаточно легко поддается обработке: его можно прессовать вытягивать вытягивать и отливать центробежным способом. Преимущества ситалла перед керамикой и корундовым материалом:
-легко поддается обработке;
-высокая химическая стойкость к кислотам;
-выдерживает резкие перепады температуры.
-малая плотность (легче алюминия);
-высокая механическая прочность (особенно на сжатие).
Материалом для резистивной пленки выбран сплав РС 3001 ЕТО.021.016ТУ (Cr 28.0 – 32.0% Fe 0.7 – 1.8% Si – остальное. Стоимость - 33146 руб.кг. ) резистивный материал выбирался исходя из высчитанного значения удельного поверхностного сопротивления и по максимальным значениям удельной мощности рассеивания и минимального ТКR.
При выборе материалов (таблица 1) проводков и контактных площадок должно учитываться:
-материалы должны иметь малое удельное сопротивление;
-хорошую адгезию к подложке:
-высокую коррозионную стойкость.
Таблица 1 - Параметры многокомпонентных систем коммутационных проводников и контактных площадок
Удельное поверхностное сопротивление Pq OmD
Рекомендуемый способ контактирования внешних выводов
Подслой - нихром Х20Н80 (ГОСТ 2238-58) Слой - золото Зл 9999 (ГОСТ 7222-54)
Подслой - нихром Х20Н80 (ГОСТ 2238-58)
Слой - медь вакуумной плавки MB (МРТУ 14-14-42-65) Покрытие - никель (МРТУ 14-14-46-65)
Слой - медь вакуумной плавки .MB (МРТУ 14-14-42-65) Покрытие - золото Зл 9999 (ГОСТ 7222-54)
Продолжение таблицы 1
Подслой - нихром Х20Н80 (ГОСТ 2238-58) Слой - алюминий А99 (ГОСТ 11069-64) Покрытие - никель (МРТУ 14-14-46-65)
В качестве подслоя используем нихром Х20Н80 ГОСТ 2238-58 (стоимость – 129500 руб.кг.) толщиной 004 мкм а в качестве проводящего слоя используем алюминий А99 ГОСТ 11069-58 толщиной 025 мкм (алюминий обладает достаточно высокой коррозионной стойкостью и может использоваться как с защитным покрытием никеля для обеспечения пайки так и без него если присоединение навесных компонентов и внешних контактов осуществляется сваркой) покрытие никель МРТУ 14 –14 – 46 – 65 толщиной 005 мкм. Для контактирования внешних выводов используем сварку импульсным косвенным нагревом.
Материал диэлектрика GeO2 выбран исходя из задания.
Для процесса фотолитографии был выбран позитивный фоторезист ФП-307 приведенный в таблице 1. Он обладает высокой разрешающей способностью.
Таблица 2 – Характеристики отечественных фоторезистов для технологии микроэлектроники
Пик спектральной чувствительности нм
Разрешающая способность R при толщине d
Кинематическая вязкость
Относительная летучесть (по ацетону)
Поверхностное натяжение
Микросборку защищаем от внешних воздействий конструкцией металло
стеклянного корпуса: 1203 (151.15. - 1).
Характеристики корпуса:
размеры монтажной площадки 170 х 83 мм;
мощность рассеивания при температуре 20°С;
метод герметизации корпуса – аргонодуговая сварка.
Схема ТП изготовления ГИМС
При проектировании ГИМС необходимо выполнять общие правила и ограничения приведённые в таблице 2. Так же следует выполнять общие правила и ограничения:
каждая плата микросхемы должна иметь ключ которым является левая нижняя контактная площадка с вырезом по большей стороне платы или специальный знак в форме треугольника прямоугольника;
в одной микросхеме следует применять навесные компоненты с одинаковым диаметром и материалом гибких выводов. Однотипные по расположению выводов компоненты предпочтительнее ориентировать одинаково;
навесные компоненты рекомендуется по возможности располагать рядами параллельными сторонам платы. Допускается установка активных навесных компонентов с гибкими выводами вплотную если контакт между ними не влияет на работоспособность схемы;
при рядном расположении навесных компонентов рекомендуется рядное расположение контактных площадок под одноименные выводы;
не допускается установка навесных компонентов на пленочные конденсаторы пленочные индуктивности и пересечения пленочных проводников. Допускается установка навесных компонентов на пленочные проводники и резисторы защищенные диэлектриком;
не допускаются резкие изгибы и натяжение проволочных проводников. Не рекомендуется делать перегиб проволочного вывода через навесной компонент. Проволочные проводники и гибкие выводы не должны проходить над пленочным конденсатором;
не допускается оставлять незакрепленными участки гибких выводов длиной более 3 мм. необходимо предусмотреть закрепление их точками клея холодного отвердения (например в нашем случае клей ВК – 9).
Таблица 3 – Конструктивно-технологические ограничения ГИС
Содержание ограничения
Размер ограничения мм
Минимально допустимый размер резистора мм
Минимально допустимые расстояния между
плёночными элементами расположенными в одном слое
Максимально допустимые расстояния между
плёночными элементами расположенными в разных слоях
Продолжение таблицы 3
Перекрытия для совмещения плёночных
расположенные в разных слоях
Минимальное расстояние от плёночных
элементов до края платы
Минимальная ширина плёночных проводников
Минимально допустимое расстояние между
краем плёночного резистора и краем его контактной площадки
Минимально допустимое расстояние:
между краями диэлектрика и нижней
обкладки конденсатора
Между краями верхней и нижней обкладок
Между краем диэлектрика и соединением
вывода конденсатора с другим плёночным
Между краем диэлектрика и нижней
обкладкой конденсатора в месте вывода верхней
От плёночного конденсатора до приклеиваемых
навесных компонентов
Минимальная площадь перекрытия обкладок
Минимальные расстояния от края навесного компонента до:Края другого компонента
Края навесного пассивного компонента
Согласно ОСТ 107.460091.004-88 “Технология сборки микросборок” схема технологического процесса изготовления гибридной интегральной микросхемы представлена на операционной карте НУРК 431211.001.
1 Описание процесса фотолитографии
Фотолитография- метод получения рисунка на тонкой плёнке материала широко используется вмикроэлектроникеи вполиграфии. Один из основных приёмовпланарной технологии используемой в производстве приборов.
Процесс фотолитографии состоит из ряда операций сущность назначение и последовательность которых являются общими для любого производства где он применяется.
Базовой деталью является подложка на поверхности или в объеме которой надлежит сформировать рельеф заданной конфигурации.
В нашем случае подложка диэлектрическая (ситалловая). На поверхность подложки слоями наносят материал из которого методом селективного травления формируются пленочные компоненты.
Сущность метода заключается в травлении тонкопленочных структур предварительно нанесенных на поверхность подложки до образования рисунка требуемой конфигурации. Травление названо селективным ввиду способности травителя растворять один материал (например контактных площадок) не затрагивая при этом другой (например материалы резисторов)
После получения «фоторезистивной маски» заданной конфигурации следует обработка незащищенных фоторезистом участков подложки.
На заключенной стадии процесса как правило следует удаление использования «фоторезистивной маски» причем если при наращивании материал осаждался и на фоторезистивный слой то вместе с последним удаляется и ненужная часть осажденного материала.
Формирование фоторезистивного слоя на поверхности подложки является одной из основных операций фотолитографического процесса. Разрешающая способность и кислотостойкость фоторезистивного слоя во многом зависят от его толщины. Именно в процессе нанесения получают фоторезистивную пленку заданной толщины. Равномерность фоторезистивной пленки по толщине определяющая в дальнейшем воспроизводимость геометрии заданного слоя или рельефа также зависят от метода и условий операции формирования фоторезистивной пленки. Адгезия фоторезиста к подложке также определяется условиями нанесения и сушки фоторезистивного слоя при его формирования.
Для нанесения фоторезистивного покрытия на поверхность подложки выбираем метод распыления (пульверизация).
При распылении формирование пленки происходит из осажденных на подложку дискретных капель которые перекрываясь образуют сплошной слой.
Метод распыления имеет свои преимущества: возможность точного контроля толщины покрытия равномерность пленки по толщине в пределах всей площади подложки минимум внутренних напряжений и дефектов в слое высокая адгезия пленки фоторезиста к подложке.
Формирование защитного рельефа происходит в процессе экспонирования проявления и термической обработки фоторезистивного слоя. Основным условием качественного проведения экспонирования является оптимальная экспозиция т. е. время выдержки фоторезистивного слоя под источником УФ облучения при котором обеспечивается качество и воспроизводимость результатов фотолитографического процесса.
На рисунке 2 приведена укрупнённая структурная схема процесса фотолитографии. Отдельные этапы на схеме включают в себя несколько операций. Ниже в качестве примера приведено описание основных операций при избирательном травлении оксида кремния (SiO2) которое используется многократно и имеет целью создание окон под избирательное легирование а также контактных окон.
Таблица 4 - Формы приконтактных областей полупроводниковых резисторов и номограммы для определения коэффициентаk.
Топология приконтактных областей полупроводниковых резисторов
Номограммы для определения коэффициентаk.
Продолжение таблицы 4
Рисунок 2 - Укрупненная схема процесса фотолитографии.
Описание схемы процесса фотолитографии:
Кремниевая пластина покрывается диоксидом кремния (S
Следующим накладывается слой фоторезиста. На этом заканчивается подготовительный этап;
Включается источник излучения (3) световые лучи проходят сквозь окна шаблона маски и разщепляются;
Открытый фоторезист;
Закрытый шаблоном участок сохранившегося фоторезиста обрабатываются затем по рисунку фоторезиста удаляется (травится) диоксид кремния (5);
Удаляется фоторезист (6).
Описание и выбор фоторезиста
1 Описание процесса нанесения слоя фоторезиста
Фотолитографические характеристики различных марок фоторезистов во многих случаях совпадают. Выбор оптимальной марки фоторезиста является непростой задачей даже для профессиональных фотолитографов.
На промышленных предприятиях применяют фоторезисты под которые отлажены в течение десятилетий технологические процессы. Однако за последнее время на рынке появились новые марки более совершенных и более дешевых фоторезистов которые обеспечивают удешевление процесса и увеличение выхода годных изделий.
Вместе с тем все больший интерес к технологии фотолитографии проявляют новые потребители. Этот интерес обусловлен широкими возможностями применения данной технологии в рекламном и сувенирном бизнесе ювелирном производстве полиграфии в радиолюбительской технологии в мелкосерийном производстве радиоэлектронных плат и различных гравированных изделий. Связано это с тем что жидкие фоторезисты обладают совокупностью следующих достоинств:
Сверхточная передача исходного изображения на гравируемую поверхность практически недоступная другим технологиям.
Минимальные начальные затраты на исходное оборудование и реактивы в пределах до 250.
Экономичность и простота технологического процесса близкая к обычной фотографии.
Это позволяет любителям совершенно незнакомым с фотолитографией практически сразу приступить к изготовлению высококачественных изделий.
Прежде всего необходимо определиться со спектральной чувствительностью фоторезистов. На рисунке 3 приведен спектр поглощения светочувствительного компонента позитивных фоторезистов (нафтохинондиазида) в ближней ультрафиолетовой области. Видно что область экспонирования позитивных фоторезистов находится в диапазоне 300 - 490 нм. Ниже 300 нм начинает поглощать связующий полимер фоторезиста и фоторезист теряет светочувствительность выше 490 нм поглощение фоторезиста отсутствует. Максимум спектра поглощения негативных фоторезистов находится в районе 360 нм.
Рисунок 3 - Спектр поглощения
На этом же рисунке представлен линейчатый спектр излучения ртутной лампы среднего давления. Для ртутных ламп высокого давления линии излучения уширяются однако максимумы длин волн излучения практически сохраняются. Таким образом можно считать что ртутные лампы являются хорошими источниками излучения для экспонирования позитивных фоторезистов.
Выбор конкретной марки фоторезиста определяется прежде всего требуемым конечным результатом имеющимся оборудованием условиями работы экономичностью.
Рассмотрим этот вопрос детально:
- Качество материал форма и размер подложки для травления;
- Оригинал исходного рисунка - негатив или позитив?
- Требуемая глубина травления;
- Гальваническое травление или осаждение металлов;
- Способы нанесения фоторезиста на подложку;
- Экономичность процесса.
Топология поверхности. Фотолитография проводится исключительно на плоской реже на цилиндрической поверхности (например гравировка валов для полиграфии). Поверхность должна быть хорошо отполирована. Локальная высота микронеровностей на подложке не должна превышать 01 мкм. В данном случае для любительских целей можно использовать практически все вышеуказанные фоторезисты. Если величина микронеровностей превышает 1 мкм то при нанесении "тонких" фоторезистов (например ФП-383 ФП-РН-7С) пленка фоторезиста не покрывает такие микронеровности возникают так называемые "протравы". Необходимо использовать более "толстые" фоторезисты типа ФП-27-18БС ФП-25 ФН-11СК.
Материал подложки. С помощью фоторезистов травят металлы стекло кремний. Если используется "кислый" травитель (хлорное железо растворы кислот) то целесообразно использовать позитивный фоторезист. Если травитель "щелочной" то надо использовать негативный фоторезист позитивные фоторезисты неустойчивы в щелочных травителях.
Форма подложки. Выше указывалось что фотолитографию проводят на плоской или цилиндрической поверхности. Обусловлено это двумя факторами:
во-первых необходимо сформировать на поверхности тонкую и однородную пленку фоторезиста;
во вторых необходимо обеспечить плотный прижим исходного рисунка к поверхности пленки для корректного экспонирования.
Размер подложки. Размер подложки определяет способ формирования пленки фоторезиста на подложке. При небольшой массе и габаритных размерах подложки можно использовать как метод центрифугирования так и распыление фоторезиста на подложку из аэрозоля. При большей массе и размерах подложки метод центрифугирования неприемлем. В этом случае приходится использовать аэрозольный фоторезист или метод окунания.
Важно подчеркнуть что позитивный фоторезист передает исходный рисунок на подложку в позитиве. То есть если вы имеете исходный рисунок 4-окружность то вы и получите выпуклую окружность на подложке вся подложка вокруг и внутри окружности будет протравлена. И наоборот при использовании в данном случае негативного фоторезиста вы будете иметь на подложке протравленную в глубину окружность.
Обратных эффектов можно получить путем обращения исходного изображения (Рисунок 5)
Рисунок 4 – исходный рисунок окружности
Рисунок 5 – Обратный рисунок окружности
Позитивный процесс в данном случае даст вытравленную окружность а негативный v’ выпуклую окружность на подложке.
Здесь важно отметить следующее: Если оригинал-макет имеет большие зачерненные площади то получить хорошее чернение таких площадей с помощью печати на лазерном принтере практически невозможно из-за неравномерности нанесения тонера. Проще получить качественную печать для Рисунка 2 а это формулирует требование к типу фоторезиста. На самом деле если вы имеете полированную подложку или подложку из драгоценных металлов то придется использовать негативный фоторезист или аппаратуру для фотовывода оригинал-макета.
4 Глубина травления.
Глубина травления определяется двумя факторами:
величиной адгезии (силой прилипания) пленки к подложке;
временем диффузии (проникновения) травителя сквозь пленку фоторезиста к подложке.
Если адгезия пленки фоторезиста к подложке недостаточна то пленка в процессе травления "слетает" с подложки. Если время диффузии травителя сквозь пленку фоторезиста мало то возникают "протравы" т.е. подложка травится в местах защищенных пленкой фоторезиста.
Адгезия вышеприведенных фоторезистов в особенности позитивных к различным материалам высокая благодаря введению в состав специальных резольных смол. Если требуемая глубина травления невелика до 50 мкм на меди то можно использовать практически весь ассортимент предлагаемых фоторезистов. Если глубина травления большая (гравировка цилиндров для глубокой печати изготовление клише гравюр штемпелей и др.) необходимо использовать "толстые" фоторезисты например ФП-27-18БС ФП-20Ф ФП-25. Чем толще фоторезист тем выше глубина травления.
В курсовой работе используется тонкопленочный метод нанесения фоторезиста. Поэтому целесообразно использовать ”тонкие ” фоторезист: ФП-307.
5 Гальваническое травление или осаждение металла.
Для данных технологических процессов необходима высокая устойчивость пленки фоторезиста в гальванических ваннах. Фоторезист ФП-307 обеспечивает высокое разрешение и позволяет получать красивый рельефный рисунок при гальваническом осаждении металлов.
6 Методы нанесения фоторезиста на подложку.
Для нанесения слоя фоторезиста на подложки используют методы
-электростатический;
7 Экономичность выбранного процесса.
В общем случае затраты на фоторезист редко превышают 10% от стоимости конечного изделия при минимизации потерь фоторезиста в процессе нанесения. Более существенным является выход "годных изделий" в промышленности где ключевую роль играет качество фильтрации фоторезиста. Для любительских технологий (разрешение элементов более 100 мкм) проблема выхода "годных" изделий отсутствует поскольку все предлагаемые фоторезисты отфильтрованы через специальные фильтрующие элементы до уровня 02 - 05 мкм. В микроэлектронике однако качество исходной фильтрации фоторезиста и особенно чистота элементов узла нанесения фоторезиста на подложку играют ключевую роль. Иногда выход "годных" изделий не превышает и 25% что связано в основном с двумя факторами: (1) с нестабильностью фоторезиста в процессе хранения и (2) с загрязнением узла нанесения фоторезиста. Первая проблема решается путем использования высококачественных и стабильных фоторезистов например ФП-307 ФП-330 и ФП-383 и др. для решения второй проблемы необходимо использовать оконечные фильтрующие элементы с большой площадью поверхности фильтрации которые могут быть поставлены по специальному заказу.
Основные характеристики нанесения слоя фоторезиста.
Основными параметрами фоторезистов являются светочувствительность разрешающая способность кислотостойкость адгезия к подложке и технологичность.
СветочувствительностьS см2 (Вт с)- это величина обратная экспозиции т. е. количеству световой энергии необходимой для облучения фоторезиста чтобы перевести его в нерастворимое (негативный) или растворимое (позитивный) состояние :
где Н - экспозиция Вт ссм ; Е — энергооблученноеть Втсм2; t — длительность облучения с
Точную характеристику светочувствительности можно получить учитывая не только процесс экспонирования но и проявления. Так как проявитель химически взаимодействует с экспонированными и неэкспонированными участками слоя фоторезиста процесс проявления оказывает прямое влияние на его светочувствительность. В прямой зависимости от процесса проявления а следовательно и светочувствительности фоторезиста находится качество формируемого в его слое при проявлении рисунка элементов.
Таким образом критерием светочувствительности фоторезиста служит четкость рельефа рисунка в его слое после проведения процессов экспонирования и проявления. При этом рельеф рисунка должен иметь резко очерченную границу между областями удаленного и оставшегося на поверхности подложки слоя фоторезиста.
Критерием светочувствительности негативных фоторезистов является образование после экспонирования и проявления на поверхности подложки локальных полимеризованных участков — рельефа рисунка т. е. полнота прохождения фотохимической реакции полимеризации (сшивки) молекул основы фоторезиста.
Критерием светочувствительности позитивных фоторезистов является полнота разрушения и удаления (реакция фотолиза) с поверхности подложки локальных участков слоя фоторезиста после экспонирования и проявления и образование рельефного рисунка.
Фоторезисты характеризуются также пороговой светочувствительностью
определяемой началом фотохимической реакции.
Светочувствительность и пороговая светочувствительность фоторезиста зависят от толщины его слоя а также состава и концентрации проявителя. Поэтому говоря о значении светочувствительности и пороговой светочувствительности учитывают конкретные условия проведения процесса фотолитографии. Определяют светочувствительность экспериментально исследуя скорость проявления фоторезиста которая зависит от степени его облучения.
Разрешающая способность - это один из самых важных параметров фоторезистов характеризующий их способность к созданию рельефа рисунка с минимальными размерами элементов. Разрешающая способность фоторезиста определяется числом линий равной ширины разделенных промежутками такой же ширины и умещающихся в одном миллиметре.
Для определения разрешающей способности фоторезистов используют штриховые миры представляющие собой стеклянные пластины с нанесенными на их поверхность штрихами шириной от одного до нескольких десятков микрометров. Разрешающую способность определяют проводя экспонирование подложки покрытой слоем фоторезиста через штриховую миру которую используют в качестве фотошаблона. После проявления выделяется участок с различными штрихами наименьшей ширины которые и характеризуют разрешающую способность данного фоторезиста.
Следует различать разрешенную способность фоторезиста и разрешающую способность процесса фотолитографии которая зависит от режимов травления. На практике необходимо ориентироваться на разрешающую способность фотолитографического процесса.
При эпитаксиально-планарной технологии разрешающая способность фотолитографии — это предельное количество линий в одном миллиметре вытравленных в слое диоксида кремния толщиной 05 — 10 мкм через промежутки равной ширины. Разрешающая способность лучших современных фоторезистов достигает 1500 — 2000 линиймм. Разрешающая способность отечественных фоторезистов ФП-383 и ФП-РН-7 составляет 400 — 500 линиймм что позволяет получать контактной и проекционной фотолитографией рисунки элементов соответственно имеющие размеры 125 — 15 и 05 — 06 мкм.
Кислотостойкостъ — это способность слоя фоторезиста защищать поверхность подложки от воздействия кислотного травителя. Критерием кислотостойкости является время в течение которого фоторезист выдерживает действие травителя до момента появления таких дефектов как частичное разрушение отслаивание от подложки локальное точечное расстрав-ливание слоя или подтравливание его на границе с подложкой
Стойкость фоторезиста к химическим воздействиям зависит не только от состава но и от толщины и состояния его слоя. Поэтому кислотостойкость оценивают фактором травления
где h - глубина травления; х - боковое подтравливание.
Адгезия - это способность слоя фоторезиста препятствовать проникновению травителя к подложке по периметру создаваемого рельефа рисунка элементов. Критерием адгезии является время отрыва слоя фоторезиста заданных размеров от подложки в ламинарном потоке проявителя. В большинстве случаев адгезию считают удовлетворительной если слой фоторезиста
x20 мкм2 отрывается за 20 мин. Об адгезии фоторезиста к подложке можно судить по углу смачивания т. е. состоянию поверхности подложки.
Стабильность свойств фоторезистов характеризуется их сроком службы при определенных условиях хранения и эксплуатации и обеспечение ее является одной из важнейших проблем производства изделий микроэлектроники.
Физико-химические основы технологической операции нанесения слоя фоторезиста. Центрифугирование.
Центрифугирование разделение в поле центробежных сил жидкихдисперсных системс частицами размером более 100 нм. Используют для выделения составляющих фаз (жидкая - фугат или фильтрат твердая - осадок) из двухкомпонентных (суспензии эмульсии) и трехкомпонентных (эмульсии содержащие твердую фазу) систем.
Методы и аппаратура.Различают два метода центрифугирования: центробежноеосаждениеи фильтрование. Центрифугирование проводят в центробежных машинах - центрифугах и жидкостных центробежных сепараторах. Основной рабочий орган этих машин - осесимметричная оболочка или ротор (барабан) вращающийся с большой частотойс-1 благодаря чему создается поле центробежных сил до 2 х 104gв промышленных и до 35 х 104gв лабораторных машинах (g -ускорение свободного падения в гравитационном поле). В зависимости от метода центрифугирование осуществляется в сплошных (осадительных; рисунок 6а)или перфорированных (покрытых фильтрующим материалом; рисунок 6б)роторах.
Рисунок 6 - Роторы машин для центробежного осаждения (а) и фильтрования (б):С - суспензия Ф - фугат (фильтрат) О - осадок; пояснение в текстеrж-радиус свободной поверхности жидкости.
Центрифугирование характеризуется рядом технологических параметров определяющих качество процесса и его кинетику. К ним относятся: фактор разделения. Описанный формулой:
где rрт- максимальный внутренний радиус ротора отражающий интенсивность центробежного поля; скорость центрифугирование - производительность центробежной машины по исходной жидкой системе или составляющим ее компонентам; унос – содержание твердой фазы в фугате (фильтрате); насыщенность осадка жидкой фазой (в том числевлажностьосадка) после центрифугирование; крупность разделения - минимальный размер частиц улавливаемых при центробежном осаждении.
Кинетика центрифугирование зависит от многих факторов классифицируемых на две группы. Факторы первой группы определяются физико-химическими cвойствами разделяемой системы (разность плотностей фаз гранулометрический состав твердой фазы вязкость жидкой фазы удельное сопротивление осадка при фильтровании). Факторы второй группы обусловленные конструкцией и частотой вращения ротора центробежной машины (структура внутрироторного потока его гидродинамика и поле скоростей) оказывают решающее влияние на центробежноеосаждениеи отчасти на центробежное фильтрование; в свою очередь гидродинамический режим зависит от производительности машины. Математическое описание потока дается уравнениями Навье - Стокса и неразрывности которые составляются с учетом геометрии ротора и граничных условий; решение зачастую находится методамиподобия теории.
Центробежноеосаждениевключаетосветление сгущение а также осадительное центрифугирование. Осветление - удаление твердой фазы из суспензий с содержанием частиц не более 5% по объему; используют для очистки напримернефтяных масел. Сгущение - процесс при котором частицы дисперсной фазы группируются в относительно малом объеме дисперсионной среды; позволяет осуществлятьконцентрированиесуспензий (например воднаясуспензиякаолина). Осадительное центрифугирование -разделение суспензий с содержанием твердой фазы более 5-10% по объему; применяют преим. для обезвоживания твердых компонентов (например CaSO4).
При центробежном осаждении движение твердых частиц происходит под действием центробежной силы
где (d -диаметр частицы;- разность плотностей твердой и жидкой фаз;r -расстояние от частицы до оси вращения ротора) и силы сопротивления жидкой средыS.Соотношение этих сил определяет скорость осажденияw.При ламинарном режиме характерном для осветления силаSвыражается законом Стокса:
гдединамическаявязкостьжидкой фазы.
Для турбулентного режима при осаждении крупных частиц высококонцентрированных суспензий силаSнаходится из уравнения:
где (- коэффициент лобового сопротивления; рж- плотность жидкой фазы).
Гидродинамика потока определяет время пребывания частиц в роторе aw- время осаждения; сопоставление этих величин позволяет найти крупность разделения.
Центробежноефильтрованиепроисходит с образованием или без образования осадка на фильтровальной перегородке а также при одновременном протекании в ее зонах обоих процессов; наиболее эффективно для получения осадков с минимальной влажностью. Процесс принято делить на три периода: образование осадка удаление из него избыточной жидкости и удаление жидкости удерживаемой межмолекулярными силами (механическая сушка осадка). Первый период охватывает центробежноеосаждениеифильтрованиечерез слой образовавшегося осадка. Для расчета кинетики процесса используют закон Дарси - Вейсбаха; движущая сила (перепад давления) определяется центробежным полем действующим на суспензию:
где- плотность суспензии;rж- радиус свободной поверхности жидкости (рисунок 6аб).
Наоказывает влияние проскальзываниежидкостинад слоем осадка. Период может протекать при различных режимах; наиболее характерны режимы при постоянныхи производительности по суспензии. Второй и третий периоды зависят от большого числа факторов связанных с уплотнением осадка формой его поровых каналов и др.; построение их математических моделей крайне затруднено.
Из-за сложности центрифугирование производительность центробежных машин оценивают чаще всего путем моделирования по так называемому индексу производительности
подразумевая подFв первом приближении площадь боковой поверхности ротора. Физический смыслзаключается в том что по аналогии с осаждением в отстойниках производительность центрифуг также пропорциональна площади рабочей поверхности однако за счет центробежного поля увеличивается на фактор Fr. В зависимости от конструктивных особенностей роторадля машин каждого типа определяется своим уравнением и используется при перерасчете производительности с одного типоразмера центрифуги на иной. Моделирование осуществляется при геометрическом подобии роторов и идентичности определяющих критериев процесса.
Рисунок 7 - Центрифуга непрерывного действия:а -осадительная шнековая;б -фильтрующая шнековая;в – спульсирующей выгрузкой осадка; г - инерционная;д -вибрационная;е -прецессионная; 1 - ротор; 2 -механизм выгрузки.
По сравнению с др. методами разделения (отстаивание фильтрование) центрифугирование позволяет получать осадки с меньшей влажностью.
При центробежном осаждении в отличие от фильтрования удается разделять суспензии (например в производствах лакокрасочных материалов) с тонкодисперсной твердой фазой минимальный размер частиц которой составляет 5-10 мкм. Важное достоинство центрифугирования - возможность его проведения в аппаратуре относительно малых объемов; недостаток - высокая энергоемкость.
Промышленные центрифуги различают: по принципу разделения - осадительные фильтрующие и комбинированные; по конструктивному исполнению - преимущественно по расположению ротора и системе выгрузки осадка (шнек; толкатель или поршень; с использованием сил инерции); по организации процесса - периодического или непрерывного действия.
Центрифугирование в машинах периодического действия осуществляется циклически в роторах с иногда регулируемойножевой или ручной выгрузкой осадка.
На рисунке 6 представлены принципиальные схемы разделения суспензий в машинах непрерывного действия. Осадительные шнековые центрифуги (рисунок 6а) предназначены для разделения суспензий с нерастворимой твердой фазой (напр. полиэтилен полистирол осадки сточных вод) обезвоживания кристаллических и зернистых продуктов классификации (например Т осадок непрерывно выгружается шнеком вращающимся с частотойДля этих центрифуг Fr600-3500.
Фильтрующие шнековые центрифуги (рисунке 6б)распространены при разделении высококонцентрирированных суспензий с крупнозернистой твердой фазой (размер частиц более 02 мм например глауберова соль). Центрифугирование производится в каркасном роторе с листовым ситом через которое отводится фильтрат. Осадок выводится из ротора шнеком под действием разности частот вращенияВысокие значения Fr (1200-1800) позволяют получать продукты с минимальной влажностью.
Фильтрующие центрифуги с пульсирующей выгрузкой осадка (рисунке 6в) применяют в основном для тех же целей что и фильтрующие шнековые. Благодаря наличию толстого слоя осадка на колосниковом сите одно- или многокаскадного ротора удается осуществлять глубокую промывку продукта (например КС Fr300-700.
В инерционных центрифугах (рисунке 6г) осадок из ротора удаляется за счет составляющей центробежного поля; в вибрационных центрифугах (рисунке 6 д)-благодаря вибрации ротора вдоль оси со скоростьюv; в прецессионных центрифугах (рисунке 6е)-вследствие гироскопического движения ротора с частотами вращенияиМашины всех типов используют для центробежного фильтрования высококонцентрированных суспензий с крупнокристаллической твердой фазой (например минеральные удобрения уголь гидродобычи сахарный песок).
Разновидность центрифугирования – разделение суспензий и эмульсий в центробежных сепараторах. Их роторы снабжены пакетом конических тарелок установленных по отношению друг к другу с небольшим зазором (04-15 мм). Высокая степень разделения достигается благодаря его протеканию в тонком слое межтарелочного зазора при ламинарном режиме. Тонкодисперсные суспензии (присадки к маслам гормональные препараты антибиотики и др.) содержащие 05-40% по объему мех. примесей осветляются в сепараторах-очистителях (рисунок 7 а). Твердая фаза собираясь в шламовом пространстве ротора периодически удаляется из него при открытии днища (поршня). Центробежноесгущение(например кормовые и пекарские дрожжи) производится в сепараторах-сгустителях (рисунок 7б).Сгущенная фракция непрерывно выводится через сопла по периферии ротора а осветленная - через верхнюю зону. Для разделения эмульсий (например нефтяные шламы эпоксидные смолы) применяют сепараторы-разделители (рисунок 8) в роторах которых предусмотрен пакет тарелок с отверстиями расположенными на границе раздела тяжелой и легкой жидкостей; компоненты (фугаты Ф1и Ф2) выводятся раздельно. При наличии в эмульсии твердой фазы используют универсальные роторы с выгрузкой осадка в соответствии с рисунком 7аили вручную.
По аналогии с центрифугами разделяющая способность сепараторов оценивается индексом производительности:
где z - число тарелок в пакете;- половина угла конуса тарелки при вершине; Rмакс Rмин- наружный и внутренний радиусы тарелки. Моделирование процессов в сепараторах осуществляется как и в центрифугах по индексу производительности
Рисунок 7 -Сепараторы для разделения суспензий: на рис. совмещены сепаратор-очиститель (а)и сепаратор-сгуститель (б);1 - ротор; 2 - пакет тарелок; 3 - подвижное днище.
Рисунок 8 -Сепаратор для разделения эмульсий: 1 - ротор; 2 - пакет тарелок; Ф1и Ф2- фугаты; Э - эмульсия.
Для изучения центрифугальных процессов в лаборатории используют модели промышленных центрифуг и сепараторов с диаметром ротора 150-250 мм а также так называемые стаканчиковые центрифуги (ротор состоит из ряда пробирок - стаканчиков). Эти малогабаритные образцы позволяют экспериментально определять не только производительность промышленных машин но и возможность выгрузки осадков из роторов конечнуювлажностьпродукта унос. Исследования проводятся с небольшими объемами продуктов на специальных стендах. Стаканчиковые центрифуги используют для оценки времени осаждения частиц при различном Fr.
Современная центрифугальная техника имеет тенденцию к росту частот вращения роторов повышению производительности снижению удельной металло- и энергоемкости. Производительность машин возрастает благодаря совершенствованию гидродинамики роторов увеличению их длины (в осадительных центрифугах) и высоты пакета (в сепараторах). Возрастают диаметры роторов в крупнотоннажных машинах; создаются комбинированные роторы в конструкциях которых совмещаются различные методы центрифугирования. Внедряются микропроцессорные системы управления и регулируемые приводы обеспечивающие центрифугирование в оптимальных режимах.
Центрифугирование широко распространено в технологических процессах химико-лесного комплекса пищевых текстильных и других производств. Центрифугирование играет важную роль в решении экологических проблем (очистка коммунальных и промышленных стоков) в ресурсосберегающих технологиях.
Ультрацентрифугирование -метод разделения и исследования частиц размером менее 100 нм (макромолекул органелл животных и растительных клеток вирусов и др.) в поле центробежных сил. Позволяет разделять смеси частиц на фракции или индивидуальные компоненты находить молекулярную массу и ММР полимеров плотность их сольватов. Дает возможность оценивать форму и размеры макромолекул в растворе (см.Дисперсионный анализ)влияние статического давления на стабильность частиц параметры взаимодействия типа ассоциация-диссоциация макромолекул друг с другом или с молекулами низкомолекулярных компонентов и ионами влияние природы растворителя на конформации макромолекул и др.
Осуществляется с помощью ультрацентрифуг снабженных полыми роторами полости которых бывают замкнутыми и проточными. Различают скоростное и равновесное ультрацентрифугирование. В первом случае частицы движутся по радиусу ротора соответственно своим коэффициентам седиментации в первом приближении пропорциональным массе частицы разности плотностей частицыижидкостипричастицы перемещаются от оси вращения ротора к периферии (седиментируют) при- в сторону оси вращения (флотируют). При равновесном ультрацентрифугировании перенос частиц по радиусу продолжается до тех пор пока сумма химического потенциала и молярной потенциальной энергии в каждой точке системы не станет постоянной величиной после чего распределение частиц перестанет изменяться.
Так называемое аналитическое ультрацентрифугирование применяется при анализе растворов дисперсий и производится посредством аналитических ультрацентрифуг снабженных роторами с оптически прозрачными замкнутыми резервуарами и оптическими системами для определения концентрации или ее градиента по радиусу ротора во времени; исследуемые объемы - от 001 до 2 мл при массе частиц от нескольких мкг до мг. Препаративное ультрацентрифугирование используют для выделения компонентов из сложных смесей; объем жидкости и масса исследуемого образца могут быть на несколько порядков больше чем при аналитическом ультрацентрифугировании. Центробежные ускорения в ультрацентрифугах достигают 5 5 x 103g).
1 Установка нанесения слоя фоторезиста методом центрифугирования
Методом центрифугирования (рисунок 9) наиболее широко используемым в полупроводниковой технологии на несложном оборудовании наносят слои фоторезиста толщина которых колеблется в пределах ± 10 %. При этом методе на подложку 2 которая устанавливается на столике 3 центрифуги и удерживается на нем вакуумным присосом фоторезист подается капельницей-дозатором 1. Когда столик приводится во вращение фоторезист растекается тонким слоем по поверхности подложки а его излишки сбрасываются с нее и стекают по кожуху 4. При вращении центрифуги с большой частотой происходит испарение растворителя и вязкость фоторезиста быстро возрастает.
Рисунок 9 (1). Установка нанесения слоя фоторезиста центрифугированием:
— дозатор (капельница) 2 — подложка 3 - столик 4 - кожух для сбора избытка фоторезиста 5 - вакуумные уплотнители 6 - электродвигатель 7 - трубопровод к вакуумному насосу
Рисунок 9 (2). Зависимость толщины слоя фоторезиста от частоты вращения центрифуги при различных коэффициентах его вязкости:
- v 005 смс 2 - v = 004 смс 3 - v = 002 смс
Наносимые центрифугированием слои фоторезиста могут иметь дефекты в виде "комет" образующиеся если на поверхности подложек имелись остаточные загрязнения или фоторезист был плохо отфильтрован. Такие дефекты выглядят как направленные от центра локальные утолщения или разрывы слоя фоторезиста.
Полуавтомат для нанесения слоя фоторезиста центрифугированием состоит из блоков центрифуг и дозаторов блока управления а также блока подачи и приема подложек и выполнен в виду двух треков. В блоке центрифуг имеется электродвигатель малой инерционности частота вращения которого контролируется специальным электронным блоком. Подложки удерживаются на столиках центрифуг вакуумным присосом создаваемым системой вакуумной откачки. Блок дозаторов укреплен на задней стенке полуавтомата. Дозирование фоторезиста ведется с помощью электроиневмоклапанов а подача осуществляется под давлением азота. Блок управления обеспечивает согласование работы всех блоков полуавтомата.
Полуавтомат предназначен для одновременного нанесения слоя фоторезиста по двум трекам на которые загружаются стандартные кассеты с 25 подложками. После нанесения фоторезиста подложки поступают в разгрузочную кассету или проходят по треку на сушку в конвейерную печь.
1.1 Достоинства метода
Достоинствами методам и центрифугирования являются его простота отработанность и удовлетворительная производительность оборудования а также возможность нанесения тонких слоев фоторезиста с небольшим разбросом по толщине.
1.2 Недостатки метода
Недостатки этого метода — трудность нанесения толстых слоев фоторезиста (более 3 мкм) необходимость тщательного контроля его коэффициента вязкости и режимов работы центрифуги.
Технологическое оборудование
1 Лабораторная центрифуга для нанесения резиста Sawatec SM180
Лабораторная центрифуга предназначена для нанесения резистов с помощью центрифугирования до 10'000 обмин. Простая но в то же время надежная модель лабораторной центрифуги для нанесения резиста идеальна для исследовательских работ и небольших производств.
Лабораторная центрифуга может поставляться в двух версиях: в собственном корпусе и в "разобранном" на несколько модулей виде для установки в уже существующую у пользователя столешницу
Рисунок 10 – рисунок установки центрифуги для нанесения резиста Sawatec SM180
1.1 Возможности лабораторной центрифуги:
Лабораторная центрифуга оптимизирована для университетов лабораторий и пилотных проектов;
Вставляемый модуль для сушки позволяет обрабатывать подложки до 150 мм диаметром;
Возможен как вакуумный зажим подложки так и механический;
Легкая замена столика без использования специальных приспособлений;
Чаша сделана разборной чтобы можно было легко ее очищать;
Дисплей с полным контролем процесса;
Возможно устанавливать до 10 пар установок скоростьвремя;
Контроллер с возможностью запоминания до 10 рецептов;
Крышка закрываемая вручную сделана из полиэтилена. Потоком воздуха можно управлять;
Чаша сделана из полиоксиметилена (POM) возможно производство и из другого материала по дополнительному запросу.
1.2 Лабораторная центрифуга стандартно имеет 10'000 обмин укомплектована крышкой и чашей из полиоксиметилена (пластика). Дополнительно можно заказать опции:
Чаша из анодированного алюминия или других материалов;
Спринцеватели к дозирующей руке 50 куб.см.;
Полуавтоматическая подающая система для резистов;
Клапан обратного потока;
Покрытие всех внутренних покрытий тефлоном для легкой очистки;
Вакуумные и механические держатели пластин и подложек в том числе кусочков;
Вставки в чашу для легкого удаления отработанных резистов;
1.3 Лабораторная центрифуга SM 180 - надежная и недорогая - идеальный инструмент для НИОКР и небольших производств
Технические характеристики и требования для подключения лабораторной центрифуги для нанесения резиста:
Скорость вращения 0-10’000 обмин точность вращения +-1 на 6000 обмин;
Температура окружающего воздуха от 4 до 60°C;
Размеры (ШхДхВ) 580
Электричество ~ 230 В 5060 Гц;
Вакуум -0.5 бар O 64 мм;
Давление 5 бар O 64 мм;
Вытяжка воздуха (38 мм) 20-50 м3ч;
Расчет процесса термического испарения материала в вакууме
При проведении расчета процесса термического испарения в вакууме определяются следующие параметры:
определяется время t необходимое для получения пленки заданной толщины;
определяется степень загрязнения конденсата молекулами остаточного газа.
Исходные данные для расчета степени загрязнения приведены в таблице.
Последняя цифра шифра
1 Определение длительности процесса напыления для получения пленки заданной толщины
Энергия выхода молекулы при нагреве вещества должна быть достаточной для преодоления межмолекулярных связей. В первую очередь поверхность материала покидают наиболее «нагретые» молекулы т. е. молекулы обладающие наибольшей энергией. Поэтому испарение имеет место при любой температуре хотя испарение вещества с понижением температуры значительно уменьшается. Одновременно с испарением происходит и обратный процесс: некоторые молекулы в результате столкновения с другими молекулами пара возвращаются обратно в вещество (конденсируются). При равенстве количества испаряющихся и конденсирующихся в единицу времени молекул наступает термодинамическое равновесие (состояние насыщения). Равновесная плотность пара данного вещества а следовательно и его давление pS зависят только от температуры: с возрастанием температуры давление пара быстро возрастает. Связь давления насыщенного пара pS: абсолютной температурой Т выражается следующей эмпирической зависимостью:
где А и В — постоянные характеризующие вещество (для A В=15630); Т – абсолютная температура испарителя (1150°С) К.
Скорость испарения т.е. количество вещества (в килограммах) испаряемое за одну секунду с 1 м2 площади поверхности испарителя можно определить так:
где рS – давление насыщенного пара испаряемого вещества Па; М – молярная масса вещества кгмоль (для A Т – абсолютная температура испарителя (1150°С) К.
При условии что все атомы испаряемого вещества конденсируются на подложке и отсутствует десорбция то можно определить время необходимое для получения слоя конденсата заданной толщины:
где h – требуемая толщина напыляемого слоя м (05 мкм); F – площадь подложки покрытая слоем пленки м2.
В результате вычислений мы получили значение длительности процесса термического испарения которое составило 113 секунды.
2 Определение степени загрязнения конденсата молекулами остаточного газа
Влияние остаточного газа в вакуумной камере на формирование пленки осаждаемого вещества можно охарактеризовать отношением:
где x0 – количество молекул газа ударяющихся об 1см2 площади подложки за 1 с.
где k – коэффициент пропорциональности равный 11×1025; p – давление остаточного газа Па; М – молекулярная масса остаточного газа кгмоль (для воздуха М=29гмоль); Т – температура газа под колпаком °С.
Теперь определим значение xМ:
где NA – число Авогадро равное 6023×1023 1моль; L – расстояние от испарителя до подложки м.
Как видно из расчетов условие выполняется а это означает что при данных режимах работы оборудования может быть обеспечено формирование качественной пленки.
В ходе проделанной курсовой работы мною были рассмотрены вопросы анализа задания технико-экономического обоснования выбора технологического процесса изготовления гибридной интегральной микросхемы. Так же были разработаны схемы технологического процесса изготовления гибридной интегральной микросхемы.
В курсовой работе описана технологическая операция нанесения слоя фоторезиста физико-химические основы процесса нанесения слоя фоторезиста. В последствие был выполнен расчет процесса термического испарения материала в вакууме и представлен его положительный результат а также представлен сборочный чертеж гибридной интегральной микросхемы и приведены операционные карты на технологическую операцию.
ГОСТ 2.105-95. Общие требования к текстовым документам.
Курс лекций Карачинов В.А. Физ.-хим.осн.технологии ЭС.
Чистяков Ю.Д. Физико – химические основы технологии микроэлектроникиЮ.Д. Чистяков Ю.П. Райнова. – М: Металлургия 1979. 408 с.
Черняев В. Н. Технология производства интегральных микросхем: Учеб. пособие для вузов. – М: Энергия 1977. 376 с.
Технологические процессы в микроэлектронике. Методические указания к курсовому проектированию для студентов дневной и заочной формы обучения.Сост. В.А.Карачинов; НовГУ Новгород1999 – с.
Конструирование и технология микросхем. Курсовое проектирование: Учеб. пособие для вузов Под ред. Л.А. Коледова. – М: Высш. шк.1984.231 с.
Парфенов О.Д. Технология микросхем: Учеб. пособие для вузов. – М: Высш. шк 1977. 256 с.
Главы из книги – Глебов И.Т. Глухих В.В. Назаров И.В. Научно-техническое творчество: Учеб. пособие. – Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. ун-т. 2002.– 264 с.
Малышева Н. А. Технология производства микроэлектронных устройств. М.: Высшая школа. 1991.
ОСТ 107.750878.001-87 Технология изготовления тонкопленочных плат.
Энциклопедия машиностроения. Том III-8. Технологии оборудование и системы управления в электронном машиностроении Под ред. Ю. В. Панфилова. М.: Машиностроение. 2000.
Борисенко А. С. Технология и оборудование для производства микроэлектронных устройств. М.: Машиностроение. 1983.
Коледов Л.А. Конструирование и технология микросхем: учебник М.: Высшая школа1984.-231с.
Николаев И.М. Интегральные микросхемы и основы их проектирования: учебник. М.: Радио и связь1992.-424с.
Малышева И.А. Технология производства интегральных микросхем: учебник М.: Радио и связь1991.-344с.