Ограничење уједначености температуре у обради фоторезиста
Јединице за контролу температуре развијача фотоотпорника за полупроводничку литографију захтевају униформност од ±0,5 степени преко течности развијача која излази из грејне секције. Не-неуједначена температура изазива варијације у брзини реакције развијача, стварајући критичне варијације димензија на плочици. Структура протока флуида који улази у грејач одређује колико се топлотна енергија темељно меша након проласка кроз одељак за грејање ПФА. Квантитативна анализа система за литографију са 22 колосека показује да дизајн ПФА грејача који укључује генераторе улазне турбуленције смањује дебљину низводног ламинарног граничног слоја за 60% до 70%, постижући потребну униформност унутар 150 мм од излаза грејача наспрам 350 мм за глатке дизајне улаза.
Развој ламинарног граничног слоја и термичко мешање
Када течност за развијање уђе у глатку ПФА цев за грејање, стање без-клизања на зиду ствара ламинарни гранични слој који расте дуж путање протока. Потпуно развијени ламинарни профил брзине производи параболичну дистрибуцију где се течност у центру креће двоструко од просечне брзине, док се течност у близини зида креће споро. Овај профил брзине ствара одговарајуће температурне профиле када се топлота примени на зид. Дебљина топлотног граничног слоја δ_тх следи δ_тх=4.64 × к × Ре^(-0,5) × Пр^(-0,33), где је к растојање од улаза. За типичан ток развијача фоторезиста (Ре 1200, Пр 7, 80 степени), термички гранични слој достиже центар цеви на 280 мм од улаза у грејану секцију. Пре ове удаљености постоји централно језгро течности које није у контакту са загрејаним зидом, стварајући радијалне температурне разлике од 1,5 до 2,0 степена.
Механизми стварања турбуленције на улазу
Улази за ПФА грејач дизајнирани са статичким мешалицама или спиралним лопатицама терају течност развијача у ротационо кретање које омета развој граничног слоја. Рачунарско моделирање динамике флуида ПФА грејача пречника 25 мм са четири-почетна спирална улазна лопатица показује тангенцијалну компоненту брзине од 0,8 м/с додату аксијалној брзини од 1,2 м/с. Резултујући број вртлога од 0,67 ствара секундарне токове који континуирано транспортују течност од загрејаног зида до центра и назад. Мерења ласерске Доплер брзине потврђују да је дебљина ламинарног граничног слоја на 100 мм од излаза лопатице 0,8 мм, у поређењу са 2,3 мм за гладак улаз на истој удаљености. Тањи гранични слој значи да загрејана течност пре стигне до центра, смањујући дужину термалног улаза са 280 мм на 110 мм.
Промена притиска{0}}искључена за стварање турбуленције
Турбуленција која се ствара на улазу ради побољшања уједначености температуре троши енергију пумпања кроз повећан пад притиска. За глатку ПФА цев грејача на Ре 1200, пад притиска је 0,8 кПа по метру. Додавање спиралних улазних лопатица повећава пад притиска на 2,1 кПа по метру, што представља повећање од 162%. Ниско-конструкције са четири лопатице са углом од 30 степени производе умерену турбуленцију (број вртлога 0,4) са падом притиска од 1,4 кПа по метру и термичком улазном дужином од 170 мм, што може бити довољно за краће склопове грејача. Потребан пораст пада притиска мора бити избалансиран у односу на расположиву висину пумпе. За реконструкцију, инжењери би требало да провере да постојећа циркулациона пумпа може да испоручи додатних 0,6 до 1,3 кПа без кавитације или смањења протока.
Интеракција дебљине зида са термичким мешањем
Дебљина зида ПФА не утиче директно на турбуленцију флуида, али утиче на способност дизајнера грејача да угради карактеристике турбуленције. ПФА цеви-дебелих зидова (2,5 мм до 3,0 мм) се могу обликовати са интегралним спиралним лопатицама као део ПФА структуре, елиминишући потребу за одвојеним металним промотерима турбуленције који би могли да доведу до контаминације. ПФА са-танким зидовима (1,5 мм) нема механичку чврстоћу да подржи обликоване лопатице, што захтева одвојене уметнуте мешалице које стварају додатни пад притиска и потенцијална места стварања честица. За апликације фотоотпорности где контаминација честицама мора да остане испод 0,03 честица по мЛ на 0,1 µм, обликоване интегралне лопатице у ПФА зидовима од 2,2 мм до 2,5 мм представљају пожељну конструкцију, пошто континуална ПФА површина елиминише металне{12}}полимерне интерфејсе.
Перформансе униформности према дизајну улаза
| Конфигурација улаза грејача | ПФА дебљина зида | Свирл Нумбер | Пад притиска (кПа/м) | Дужина топлотног улаза (мм) | Уједначеност температуре на излазу од 200 мм |
|---|---|---|---|---|---|
| Глатки улаз за звоно | 2.0мм | 0 | 0.8 | 280 | ±0,8 степени до ±1,1 степен |
| 4-почетна спирала, лопатице од 30 степени | 2.2мм | 0.4 | 1.4 | 170 | ±0,5 степени до ±0,7 степени |
| 4-почетна спирала, лопатице од 45 степени | 2.2мм | 0.67 | 2.1 | 110 | ±0,3 степена до ±0,4 степена |
| Хеликс са 6 стартова, лопатице од 45 степени | 2.5мм | 0.85 | 2.9 | 85 | ±0,2 степена до ±0,3 степена |
| Уметнути статички миксер (тип Кофло{0}}) | 1.8мм | 0.5 | 2.4 | 130 | ±0,4 степена до ±0,6 степени |
Компатибилност развојне хемије са карактеристикама турбуленције
Материјал било ког уметнутог турбулентног уређаја мора да одговара хемији развијача. Развијачи тетраметиламонијум хидроксида у концентрацији од 2,38% су веома корозивни за алуминијум и неке нерђајуће челике. ПФА-обликоване лопатице у потпуности елиминишу проблеме хемијске компатибилности. За дизајне који захтевају уметнуте мешалице, једини прихватљиви материјали су титанијум или ПФА-обложен нерђајући челик. Грешке на терену су се десиле јер су програмери флуорополимера напали мешалице од нерђајућег челика 316Л, ослобађајући јоне гвожђа и хрома који мењају активност развијача. Када специфицирате ПФА грејаче за развијаче фотоотпорника, захтевајте да све влажне површине, укључујући све карактеристике стварања турбуленције, буду израђене од ПФА или титанијума, без изложеног нерђајућег челика.
Смернице за спецификације система за литографију колосека
За одржавање униформности од ±0,5 степени у контроли температуре развијача фоторезиста, наведите ПФА грејаче са обликованим спиралним улазним лопатицама које постижу број вртлога од најмање 0,5. Потребна дебљина зида за обликоване лопатице је минимум 2,2 мм, што такође обезбеђује адекватну хемијску баријеру за 2,38% ТМАХ на 80 степени. Затражите од добављача валидацију рачунске динамике флуида или ласерске Доплер вециметрије која показује предвиђену дужину топлотног улаза за специфични пречник цеви и брзину протока апликације. За нове дизајне система, поставите грејач тако да постоји најмање 150 мм равне цеви између излаза грејача и тачке сензора температуре, што омогућава потпуно топлотно мешање пре мерења. За апликације за накнадну уградњу где постојећи капацитет пумпе ограничава пад притиска на 1,5 кПа/м, дизајн лопатица од 30 степени обезбеђује прихватљиву униформност за већину процеса литографије уз одржавање адекватног протока. Када тражите понуде, наведите тип развијача, концентрацију и опсег протока како би добављач могао да одреди карактеристике турбуленције на одговарајући начин, пошто геометрија лопатица оптимизована за један услов протока може бити неефикасна у другим.
