Выбор дозатора для установки центрифугирования
Валерия Утгоф, инженер-технолог по микроэлектронике
v.utgof@dipaul.ru
Основное применение метод жидкостной обработки находит в процессе фотолитографии, а также в качестве различных межоперационных стадий. Наиболее широко центрифугирование распространено в операциях травления, сушки, отмывки, очистки подложек, а также нанесения различных слоев. Помимо этого одним из ключевых применений является использование центрифуг в процессе фотолитографии на этапах нанесения и проявления фоторезиста. Кроме того, в центрифуге может проводиться очистка с помощью модуля мегазвуковой обработки, что позволяет удалять частицы субмикронного размера с тонких пластин или чувствительных структур.
По производительности установки центрифугирования можно разделить на лабораторные установки с преимущественно ручным методом нанесения рабочего вещества, полуавтоматические производственные установки и полностью автоматизированные установки с кассетной загрузкой, используемые в серийном производстве. В настоящий момент среди российских пользователей наибольшим спросом пользуются лабораторные установки с ручной и полуавтоматической подачей рабочих веществ, поскольку они универсальны, просты в эксплуатации и недороги. Оборудование для данного сегмента широко представлено немецкой компанией APT, дистрибьюторами продукции которой является компания «Диполь».
В общем случае модельный ряд установок центрифугирования компании APT можно разделить по типу подачи веществ на несколько стандартных конфигураций:
• Ручные/комбинированные. Центрифуги серии Spin150i и Spin200i могут быть скомбинированы с различными типами подачи рабочих веществ и в общем случае предназначены для экспериментального лабораторного применения.
• Полуавтоматические. Центрифуги серии Polos 200 Advanced с куполообразной крышкой, конструкция которых рассчитана на определенный автоматизированный процесс. Эти центрифуги, как правило, оснащаются одной или несколькими линиями подачи вещества и предназначаются для серийного проведения определенных операций.
• Автоматические. Установки серии Spin process station представляют собой полноценную рабочую станцию, действующую в автоматическом режиме. Корпус центрифуги встраивается в столешницу вытяжного шкафа, а сама установка может быть оснащена различными модулями подачи реактивов и газов. Такие установки изготавливаются на заказ под конкретные нужды заказчика и обладают высокой производительностью.
Способ подачи вещества — это ключевой момент в выборе конфигурации центрифуги, а потому мы хотели бы более подробно познакомить читателей с различными вариантами систем подачи реагентов. В общем случае подбор системы подачи рабочего вещества определяется следующими факторами: тип и дозировка реагента, необходимая точность дозировки и повторяемость процесса, требуемая производительность.
Ручная подача веществ с помощью шприцов
К самым простым способам нанесения рабочего вещества относится нанесение при помощи шприцов. Шприц монтируется по центру крышки центрифуги, и подача осуществляется вручную. Стандартный объем шприца составляет 30 см³ и варьируется по требованию заказчика. В случае использования одновременно нескольких рабочих веществ возможна подача из трех шприцов с использованием специальной насадки. Такой способ нанесения рабочего вещества наиболее удобен, если центрифуга эксплуатируется в лабораториях или на пилотных производствах. Естественно, этот способ наиболее экономичен за счет низкой стоимости используемых инструментов и малого расхода рабочего вещества. Также следует отметить, что благодаря небольшому размеру инструментов обеспечивается ощутимая экономия рабочего пространства. В то же время работа в ручном режиме всегда сильно зависима от навыков оператора, что достаточно ощутимо влияет на стабильность и повторяемость результатов процесса. Ручной режим работы тоже негативно отражается на времени, затраченном оператором на выполнение всей процедуры, то есть на производительности. В случае если есть необходимость промывки или травления образцов, данный метод подачи проигрывает автоматизированным методам, поскольку малый объем шприцов позволяет работать только с небольшим количеством реактива.
Система автоматической подачи Opus
Конструкция системы автоматической подачи Opus включает поршневой насос, который обеспечивает прецизионную дозировку вещества. Система представлена тремя моделями, различающимися максимальным объемом подаваемой порции — 10, 20 или 50 мл. Кроме этого, система позволяет задавать скорость подачи рабочего вещества. Все части Opus, контактирующие с химическими веществами, выполнены из химически инертных материалов. Система имеет автоматизированную функцию отмывки, а также собственный контроллер, но при желании может быть подключена к панели управления центрифуги Spin150i/Spin200i. Подобный способ нанесения рабочего вещества наиболее предпочтителен при использовании центрифуги в условиях мелко- и среднесерийных производств. Наличие в комплекте адаптеров с различной резьбой позволяет использовать систему подачи Opus для R&D-центров и пилотных производств, поскольку в таких случаях требуется частая замена реактивов. В качестве емкостей для реактивов могут выступать как стандартные стеклянные/пластиковые бутылки, так и специализированная пластиковая тара. Подача в автоматическом режиме позволяет добиваться хорошей повторяемости результатов обработки. Поскольку управление системой подачи выполняется с контроллера и может быть внесено в рецепт, после отладки процесса не требуется непосредственного участия оператора, что не только оптимизирует его работу, но и экономит время. В собранном виде устройство подачи достаточно компактно и не занимает много места на рабочей поверхности. Благодаря функции промывки линии подачи, которая запускается нажатием одной кнопки, проводить техническое обслуживание такой системы достаточно просто. Стоимость самой системы невелика, а небольшой объем элементов подачи позволяет экономить реактивы. Несмотря на удобство автоматизированного нанесения, в связи с отграничением подаваемой порции вещества данная система не предназначена для нанесения большого количества реактивов, и, соответственно, ограниченно применяется в таких процессах, как травление образцов или отмывка.
Основные особенности центрифуг APT:
• бесшовный корпус из полипропилена/политетрафторэтилена;
• крышка, оснащенная электромагнитным замком;
• регулируемая скорость вращения от 0 до 12 000 об/мин;
• вращение по часовой и против часовой стрелки;
• съемная панель управления с сенсорным дисплеем;
• простое пошаговое программирование рецептов;
• возможность подключения большого числа линий для подачи реагентов, а также для продувки сжатым воздухом или азотом;
• возможность оснащения дополнительными форсунками, расположенными в чаше центрифуги;
• возможность оснащения модулем мегазвуковой очистки.
Система автоматической подачи Dispense Vessel
Система подачи вещества Dispense Vessel состоит из рабочей емкости, полностью выполненной из политетрафторэтилена (PTFE), и набора трубок. Принцип действия заключается в создании в рабочей емкости системы избыточного давления путем напуска сжатого воздуха или азота, благодаря которому реактив вытесняется в линию подачи из емкости (например, бутылки), где он находится. Реактив подается по трубке к пневматическому клапану, который установлен на центрифуге и управляется при помощи специального контроллера. Такая конструкция предоставляет возможность работать с большими объемами вещества, что делает данную систему очень востребованной при серийном изготовлении средних и крупных партий продукции, но в пределах ограничений, накладываемых производительностью одной центрифуги. Благодаря автоматизации система позволяет достичь высокой повторяемости результатов. Управление с контроллера и внесение шага подачи вещества в рецепт, как и в случае с системой Opus, делает Dispense Vessel очень удобной для использования оператором. Система выполнена их химически стойкого материала PTFE, что расширяет спектр используемых реактивов и предусматривает работу с химически агрессивными средами. Значительный внутренний объем устройства вмещает достаточно большое количество реактива, а значит, можно сократить время, затрачиваемое на замену или пополнение его запаса. Однако такая объемная система сравнима по габаритам с самой установкой центрифугирования, и это необходимо учитывать при размещении установки в небольшом пространстве (например, при работе в вытяжном шкафу). Также данная система подачи, в виду своей более основательной конструкции, менее гибкая в плане работы с различными реактивами и, соответственно, не столь удобна для применения в экспериментальных процессах. Поскольку данный способ подачи предполагает присутствие сжатого воздуха/азота, рабочее пространство должно быть снабжено технологической линией подачи, и, что немаловажно, подобную линию следует оснастить фильтром, ведь для правильной работы требуется, чтобы поступающий воздух/азот был чистым. Стоимость такой сложной автоматизированной системы со всеми необходимыми комплектующими достаточно высока и сравнима со стоимостью основного блока центрифуги.
В результате сравнения вышеперечисленных плюсов и минусов различных способов подачи, а также опираясь на собственный опыт сотрудничества с заказчиками, мы рекомендуем следующие базовые конфигурации центрифуг:
• для большинства лабораторных экспериментальных применений, а также для стадии нанесения фоторезиста — центрифуги серии Spin150i/Spin200i с ручной подачей веществ с помощью шприца или же в комбинации шприцевой подачи и автоматической системы Opus;
• для операций травления, отмывки, проявления фоторезиста — центрифуги серии Spin150i/Spin200i с автоматической системой Dispense Vessel;
• для работы с химически агрессивными средами — центрифуги серии Spin150i/Spin200i и Polos 200 Advanced в исполнении из материала PTFE с автоматической системой Dispense Vessel;
• для использования в серийном производстве — автоматические станции центрифугирования Spin process station со встроенной системой подачи реактивов.
