ЭКУ на основе электретного эффекта

ЭКУ в фотолитографии. Фотолитография является одним из основных и трудоемких этапов технологического процесса производства изделий электронной техники, которая во многом определяет качество изготавливаемого микроприбора в целом. В этом процессе основной операцией представляется нанесение фогорезистивного слоя на полупроводниковые пластины из раствора методом центрифугирования. Пластины на вращающемся столике центрифуги закрепляются различными механическими методами: держатели, ограничительные штыри или вакуумное притягивание обрабатываемой пластины к поверхности столика. Однако при таких методах закрепления обрабатываемой пластины имеет место неконтролируемое её проскальзывание и смещение в начальный момент вращения относительно заданной ориентации, а в ряде случаев её сбрасывания с поверхности вращающегося столика, с что приводит к разнотолщинности слоя фоторезиста формируемого на её поверхности и снижает воспроизводимость заданных параметров слоя. Электростатический метод закрепления не имеет описанных выше недостатков и может быть выбран за основу для закрепления обрабатываемых пластин при разработке высокоскоростных методов нанесения наноразмерных слоев из раствора.

На рис. 12.18 приведена схема электроадгезионного столика центрифуги для нанесения слоев фоторезиста на полупроводниковые пластины из раствора.

Центрифуга с электростатическим закреплением обрабатываемой пластины включает: 1 — металлический столик; 2 ;

полупроводящий слой; 3 — диэлектрический слой; 4 — закрепляемая пластина; 5 — изолирующий цилиндр; 6 ;

зарядный электрод; 7 — подвижный контактный электрод; 8 — пружинка; 9 — ограничительное сопротивление; 10 — электродвигатель вращения столика центрифуги Здесь на металлическом основании столика 1 жестко Рис. 12.18. закреплена полупроводящая положка 2 с диэлектрическим слоем 3 из полимерной пленки на которую помещается обрабатываемая пластина 4. Изолирующий цилиндр 5 с игольчатым пружинным электродом 7 через ограничительное высокоомное сопротивление 9 (~ 5 — 10 МОм) обеспечивает электрический контакт пластины 4 с электропроводящим заземленным столиком 1. Столик 1 жестко закреплен на валу ротора электродвигателя 10, обеспечивающее его вращательное движение вокруг единой оси.

Обрабатываемая пластина прижимается к диэлектрическому слою 3 силами электроадгезии при касании зарядного электрода 6 с высоким электрическим потенциалом (~ 1 …2 кВ) с закрепляемой пластиной. После отключения электрода 6 от пластины 4 в полимерной пленке 3 сохраняется остаточная электрическая поляризация за счет зарядов инжектированных из электродов 2 и 4 в пленку и остаточной дипольной поляризации в полимере, т. е. образуется электроэлектрет, который свое состояние сохраняет длительное время.

На рис. 12.19 представлен график зависимости усилия закрепления F" полупроводниковой кремниевой пластины на столике центрифуги (рис. 12.18) с диэлектрическим слоем из ПЭТФ после приложения к электроду 6 постоянного электрического.

Рис. 12.19.

напряжения минус 2,0 кВ в течение ~ 10 с.

Для получения слоя фоторезиста на поверхность закрепленной пластины 4 наносится необходимая доза раствора фоторезиста и включается вращение столика I центрифуги вращением электродвигателя 10. Жидкий раствор фоторезиста дозировано наносится на поверхность закрепленной пластины 4 и с помощью центробежных сил, при её вращении, равномерно растекается, но поверхности полупроводниковой пластины и образует тонкую пленку в виде покрытия. Фоторезист на пластину может наноситься также при её вращении.

Использование в качестве диэлектрического слоя 3 полимер типа ПЭТФ толщиной 10 мкм обеспечивает надежное закрепление пластины с усилием F, превышающим ~ 10 кПа в течение длительного времени.

Другие устройства ЭКУ с использованием электретного эффекта представлены на рис. 12.20 ирис. 12.21, которые могут использоваться в качестве предметного столика при фотоэкснонировании фоторезиста, при разметке и скрайбировании пластин, для устройств транспортировки и длительного хранения микроприборов в газовых средах и других технологических операциях.

Рис. 12.20.

Устройство предметного столика для закрепления пластин (рис. 12.20) состоит из корпуса I, полупроводящей плиты 3, ограничивающей токи утечки, диэлектрического покрытия 4 из полимерной пленки, обладающей электретными свойствами, полоски электрода 6, напыленного в вакууме, нижнего электрода

2 полупроводящей пластины 3 и автономного источника высоковольтных импульсов 8 с контактным электродом 7. Автономный источник 8 высокого импульсного напряжения (~ 2 — 3 кВ) имеет пьезоэлементы 9 в диэлектрической обойме 13, электрическую цепь состоящую из ограничительных резисторов 11 и 12, высоковольтного диода 10 и механический спусковой механизм 14 с ударником 15. Автономный источник 8 одним полюсом подключен к внешнему полосковому электроду 6 на пленке 4, а другим к нижнему электроду 2 полупроводящей плиты 3. При нажатии рычага спускового механизма 14 ударник 15 вызывает генерацию пьезоэлементами импульса высокого электрического напряжения длительностью ~ 2 — 6−10 ³ с, который прикладывается к системе электродов 2 и 6 вследствие чего в диэлектрической пленке 4 создается электроэлектретное состояние. Поскольку электрет 4 находится постоянно в закороченном состоянии через цепь резисторов 11 и 12, то в конденсаторе 6−4-3−2 возникает пондеромоторное притяжение (закрепление) пластины 5 в ЭКУ.

Использование в устройстве ЭКУ (рис. 12.20) в качестве диэлектрического слоя 4 эластичную пленку ПВХ, легированную низкомолекулярной добавкой родамин 6Ж, позволяет развивать усилие закрепления кремниевых пластин до значений ~ 50 кПа.

Аналогичного ЭКУ возможно построить на основе электретных элементов рис. 12.21 и использовать для транспортировки и длительного хранения пластин и микроприборов. Основной узел такого ЭКУ (рис. 12.21, а) содержит корпус 1, электрстную подложку 2, выполненную в виде чередующихся разнополярно заряженных областей с электродами 3 и 4, закрепляемую полупроводниковую пластину 5, резистор 6, подключенный к парным разнополярным электродам 3 и 4, коммутатор 7 и источник 8 постоянного напряжения компенсации внешнего электрического поля электретов. Подложка 2 выполняется из хорошего электретного материала, например, фторполимера Ф4- МБ с разнополярно заряженными областями (рис. 12.21, б, в).

Рис. 12.21. Схема электретного ЭКУ транспортной кассеты (а): 1 — корпус; 2 — электретная подложка; 3 и 4 — электроды; 5 — закрепляемая пластина; 6 — резистор; 7 — коммутатор; 8 — источник постоянного компенсирующего напряжения.

В процессе закрепления пластины 5 на электретной подложке 2 парные электроды 3,4 и N, АН-1, соответственно, подключаются к источнику компенсирующего напряжения 8 для уменьшения действующего внешнего электрического поля электретных областей ?₀i и ?₀2 до значений меньших пробивной прочности газовой среды в зазоре электрет — закрепляемая пластина 5. В этом случае поверхностная плотность заряда электретных областей не будет претерпевать изменение значений в процессе закрепления и открепления пластины 5. После закрепления пластины 5 источник 8 отключается. При откреплении пластины внешний источник 8 используется также как и при закреплении.

Используемый принципа компенсации внешнего электрического поля электрета Е₀ существенно увеличивает надежность работы электретного ЭКУ в целом.

Описанные выше виды ЭКУ могут использоваться в автоматизированных линиях производства микроприборов при разделении и подготовки полупроводниковых кристаллов на подвижном транспортном электроадгезионном спутнике с управляемым процессом закрепления и съема кристаллов.

Схема такой автоматизированной установки представлена на рис. 12.22, в которой традиционный транспортный носитель с липкой поверхностью 1 заменяется на электретный носитель.

На закрепляемой поверхности носителя 1 (рис. 12.22) под каждым кристаллом имеется система тонкопленочных матричных электродов 7 и 8. Путем подачи на эту пару электродов напряжения от источника через коммутатор блока 9 происходит закрепление кристалла 6 на носителе 1.

Коммутатор 9 обеспечивает режим открепления образца 6 в манипуляторе 4. Путем подачи напряжения компенсации противоположной полярности знаку поверхностного заряда электретного носителя осуществляется открепление транспортируемого кристалла 2 с поверхности носителя 1. Манипулятор 4 с чередующими разнополярными полупроводящими электродами 5 производит захват и открепление посредством подачи на них напряжения от коммутатора 9 управляемого процессором 10.

ЭКУзахват может выполняться в других вариантах рис. 12.23, а и б. На рис. 12.23, я один центральный электрод выполнен в виде игольчатого контакта, который задает нулевой потенциал кристаллу 6. Другой, кольцевой электрод 5 из полупроводящего материала обеспечивает электроадгезионное закрепление кристалла 6 в ЭКУ.

Рис. 12.22. Схема автоматизированной установки транспортировки кристаллов. 1 — подвижный электретный носитель кристаллов, 2 — кристалл, 3 — корпус манипулятора; 4, 5 — разнополярные полупроводящие электроды, 6 — закрепляемый кристалл, 7 и 8 — электроды компенсации, 9 — управляющий коммутатор, 10 — микропроцессор.

Другой вид захвата (на рис. 12.23,6) выполнен на основе полупроводящих электродов 5 изготовленных из фотопроводящего полупроводника типа CdTe. Путем изменением электропроводности фотопроводящими электродами 5, при воздействии на них световым потоком от источника 11, уменьшается электропроводность фотопроводника 5 и существенно увеличивается быстродействие как захвата так и открепления объекта в манипуляторе. Поскольку в процессе переноса кристалла 6 в манипуляторе на фотопроводящих электродах 5 подается постоянное электрическое напряжение смещения (/", посредством контактов.

9' и 9″, то при отключении U₀ происходит откреплении объекта. В этом случае после отключения и_о наиболее оптимальным режимом открепления является одновременное воздействие светового излучения на фотопроводящие электроды 5 и импульса.

Рис. 12.23.

электрического напряжения от управляющего коммутатора 9' и 9″ для компенсации остаточного заряда на адгезионной границе электроды — кристалл.

Рассмотренный выше ЭКУзахват с фотопроводящими электродами может развивать усилие.

закрепления кристаллов до ~ 20…40 кПа.