Разработка устройства для сушки фоторезиста

Литография – это процесс переноса геометрического рисунка шаблона на поверхность кремниевой пластины с помощью чувствительного к излучению покрытия (фоторезиста). Операции литографии многократно (от 3 до 12 раз) повторяются в процессе изготовления различных приборов.

Если учесть, что на фотошаблоне содержится до 10 тыс. элементов, минимальные размеры которых могут составлять единицы мкм, и что элементы шаблонов должны последовательно совмещаться с высокой точностью, то можно представить, насколько ответственна роль фотолитографии в планарной технологии.

Технологический цикл фотолитографии [1] составляет следующие операции:

• 1.    Обработка подложки от загрязнений;

• 2.    Нанесение светочувствительного слоя - фоторезиста;

• 3.    Сушка фоторезиста;

• 4.    Совмещение имеющегося на подложке рисунка с рисунком на фотошаблоне и экспонирование;

• 5.    Проявление фотослоя и образование рельефа из фоторезиста (маски), повторяющего рисунок шаблона;

• 6.    Задубливание оставшегося фоторезиста;

• 7.    Травление подложки в местах, не защищенных слоем фоторезиста;

• 8.    Удаление рельефа из фоторезиста с поверхности подложки.

Выполнение третьего пункта технологического цикла фотолитографии, обеспечивает устройство по сушке (задубливанию) фоторезиста. Такое устройство должно удовлетворять следующим требованием: - быстрый выход на заданный температурный режим;

• -    поддержание заданной температуры в течении заданного времени;

• -    защита подложки с фоторезистом от внешних воздействий. Схематично устройство сушки фоторезиста можно представить в виде блок схемы:

  Программируемый регулятор температуры

  
  
  
  

Нагревательный элемент, защищающий подложку с фоторезистом от внешних воздействий

Сушка фоторезиста производится в соответствии с установленным ТУ или

ГОСТом для фоторезиста [2]. Для удобства проведения опытов, был использован фоторезист марки  ФП-51КИ,  температура сушки

(задубливания) которого в соответствии с ТУ составляет 95 градусов [2].

В качестве программируемого регулятора температуры был выбран пропорционально-интегрально-дифференцирующий (ПИД) регулятор ТРМ-151 фирмы ОВЕН [3]. Регулятор ТРМ151 предназначен для построения автоматических систем мониторинга, контроля и управления производственными технологическими процессами в различных областях. Упрощенная схема конструкции регулятора представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Упрощенная схема регулятора ТРМ-151.

Работа ТРМ-151 напрямую зависит от правильности настройки ПИД регулятора [4], работающего по формуле (1).

• 1        ДЕ 1 V

Y X,.(E1 '■ •.,_,■ -И 2^ *•......) (1)

• X                         1=0            /

Где:

X _P - полоса пропорциональности;

E i - разность между уставкой и текущим значением;

Т д - дифференциальная постоянная;

т_и - интегральная постоянная;

2 р=₀ E i - сумма рассогласований наколенных в момент времени i.

Так же, необходимо изучить поведение системы, подав 100% мощности на нагреватель в течении некоторого времени, после чего произвести охлаждение системы. Данная операция необходима для расчета отношения коэффициента мощности нагревателя к мощности холодильника. График которого изображен на рисунке 2.

шг^спгч^Г|\(Т)гч^гюспн^гюспнтюоо^тю(Х)нгп1Л(Х)Огп1-П(Х)Огч1Лг^огч ^^^^^^^OOOOHHrHHfNNNNmmmm^^^^LnLQLnLnOOOOHH |<|<|<|<|<|<|<66 66 66 66 66 66 66 66 66 66 66 66 66 66 66 66 66 66 66 66 66 66 66 66СПСПСПСПСПСП

^^*Измеритель №1 ^^—ПС №1

Рисунок 2. Отношение коэффициента мощности нагревателя к мощности холодильника

По изученным параметрам системы, был произведен расчет коэффициентов ПИД регулятора по формуле 1. Рассчитанные коэффициенты введены непосредственно в программу ТРМ-151.

Время выхода на

режим

Перегрев

Поддержание

Температуры ± 0,4

13 минут

СПОННГЧГЧГП^Г^Г1ЛЮЮГ^ООООСПСПОННГЧГПГП'^-1Л1ЛЮЮ|\(Х)(Х)СПООНГЧГЧ ^нгчгчгчгчгчгчгчгчгчгчгчгчгчгчгчгчттттттттттттттт’^'^'^'^'^

^^*Измеритель №1  ^^*Уставка №1

Рисунок 3. Работа устройства после настройки ПИД регулятора.

После чего произведена конечная настройка ПИД регулятора и сборка всего устройства согласно блок схеме. После сборки, было поставлено несколько экспериментов по поддержанию температуры рабочего режима. Результаты экспериментов приведены на рисунке 3. Из рисунка 3 видно, что с использованием регулятора ТРМ-151 и нагревательного элемента, удалось достичь:

• •    Выход на режим 95 градусов (согласно ТУ фоторезиста ФП-51КИ );

• •    Поддержание температуры в 95 градусов с минимальной погрешностью;

• •    Время выхода на режим работы 13 минут.

В итоге создано устройство сушки фоторезиста, которое полностью удовлетворяют поставленным задачам. Таким образом, разработанное и сконструированное устройство позволяет производить сушку (задубливание) фоторезиста при необходимой температуре.