DE102007033226A1 - Aerodynamisches Schleuderverfahren zum Auftragen von flüssigen Schichten - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein aerodynamisches Schleuderverfahren zum Auftragen von flüssigen Schichten in Bauweise einer Einzelwaferanlage mit mindestens einer Luftströmungsvorrichtung, mit mindestens einer Halte- und Bewegungsvorrichtung.

Description

• Die Erfindung betrifft ein aerodynamisches Schleuderverfahren zum Auftragen von flüssigen Schichten in Bauweise einer Einzelwaferanlage mit mindestens einer Luftströmungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
• Herkömmliche Schleudergeräte für strukturierte oder glatte Wafer in Bauweise von Einzelwaferanlagen sind in der Mikrosystemtechnik als Standard seit langem bekannt und werden zum Beispiel im Bereich Lithographie auch laufend benutzt. Dazu zählen unter anderem die weit verbreiteten Lackschleudern für den Photolack; andere davon abweichende Geräte für das Belacken sind beispielhaft einzusehen in den Patenten Nr.: U. S. Pat. No. 5900273 ; 4,370,356 ; 5,270,079 ; 5,368,645 ; 4,938,994 ; 4,696,885 . Nach vorhandenem Stand der Technik werden bei Lackschleudern die Viskosität des aufzutragenden Lacks, seine Haftung an dem zu benetzenden Wafer sowie die Rotation des Wafers ausgenutzt um strukturierte oder glatte Wafer mit einer dünnen Schicht des erwünschten Lacks zu überziehen. Dies wird benötigt um die Wafer für nachfolgende Belichtungs- und Entwicklungsprozesse vorzubereiten und dient somit als ein essentielles Instrument bei der Strukturierung von Halbleitern und anderen Substraten.
• Sobald der aufzutragende Lack auf den Wafer dosiert wurde, wird dieser in rotierende Bewegungen mit teilweise sehr hohen Rotationszahlen versetzt, bis der flüssige Lack zerläuft und sich über die Fläche des Wafers verteilt. Oft stellt die Uniformität der Lackschicht dabei ein Problem dar, weil die letztendlich für die Verteilung verantwortlichen Zentrifugalkrägte von der Mitte des Wafers hin zum Rand zunehmen. Dies hat unter anderem Bemühungen seitens verschiedener Firmen in Gang gesetzt mittels von Feinsprühdosierverfahren die Ergebnisse zu verbessern, um Zuverlässigkeit und die Rentabilität der nachfolgenden Prozesse sicherzustellen. Dabei wird der Lack nicht bloß vor dem Beginn des Schleuderns auf den Wafer dosiert, sondern vielmehr während des Schleudervorgangs auf den rotierenden Wafer aufgesprüht.
• Der Einsatz von herkömmlichen Schleuderverfahren ist insbesondere mit Hinblick auf die zukünftigen Entwicklungen auch noch insofern als kritisch anzusehen, als dass bei den erst entstehenden Anwendungen aus der Halbleiterindustrie wie zum Beispiel dem Auftrag von flüssigen Low-k Materialen oder Spin-on Gläsern noch dünnere und noch homogenere Schichtdicken erwünscht werden. Diese an sich billigen Anwendungen leiden schon jetzt unter starker Konkurrenz von alternativen Lösungsansätzen, da das labile Prozessdesign bei herkömmlichen Schleuderverfahren in Bezug auf die Genauigkeit die potentiellen Käufer abschreckt. Weiterhin ist der Einsatz oft insofern unsicher, als dass die gewünschten im Submikrometerbereich liegenden Schichtdicken bei verschiedenen Wafern je nach vorhandener Topographie gar nicht erzielt werden können.
• Von der Industrie gewünscht werden deswegen unabhängig von der Art der Flüssigkeit sowie der zu benetzenden Oberfläche funktionierende Schleuderverfahren, welche die oben erwähnten Herausforderungen erfolgreich meistern. Auf diese Weise sollen allgemein ausgedrückt die Vorteile der billigen Schleuderverfahren auch in Zukunft trotz gesteigerter Anforderungen an die Homogenität der aufzutragenden flüssigen Schichten weiterhin für guten Durchsatz in der Mikrosystemtechnik sorgen.
• Doch erweisen sich die wie zum Beispiel oben erwähnten neueren Feinsprühdosierverfahren als nicht dazu geeignet oder bestenfalls als unzureichend. Der Grund liegt darin, dass auch diese Verfahren keinerlei Kontrolle über die Luftströmung oberhalb der aufzutragenden Schicht bieten. Das bedeutet, dass die vorliegenden Strukturen und Rauigkeiten in alle Richtungen ungleichmäßig bedeckt werden. Eine Lösung wäre ein Schleuderverfahren bei dem genau diese Luftströmung oberhalb des sich drehenden Wafers exakt kontrolliert und gesteuert, ja idealerweise sogar für das Verteilen der flüssigen Schicht mitbenutzt werden könnte.
• Demzufolge liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein aerodynamisches Schleuderverfahren zum Auftragen von flüssigen Schichten zur Verfügung zu stellen, welches eine weiterhin billige, technisch aber anspruchsvollere und vor allem ausreichende Lösung des Luftströmungsproblems sicherstellt.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
• Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
• Kerngedanke der Erfindung ist das Benutzen einer in der Mitte gelochten Scheibe mit einer entsprechenden Halte- und Bewegungsvorrichtung in kurzer Entfernung über dem sich drehenden Wafer auf einer Einzelwaferanlage, wobei die parallele Position der gelochten Scheibe als Steuer- und Kontrollinstrument für die laminare Luftströmung als Hauptmerkmal und die dazu geeignete Halte- und Bewegungsvorrichtung als Nebenmerkmal den gewünschten besseren Verteilungseffekt bei der zu dosierenden Flüssigkeit herbeiführen sollen.
• Dabei wird ein physikalischer Effekt ausgenutzt, bei dem die Bewegung des sich rotierenden Wafers an den Kanten einen Unterdruck zwischen dem sich bewegenden Wafer und der darüber angebrachten mittig gelochten Scheibe erzeugt. Die Anwesenheit des Lochs in der Mitte der Scheibe, über der ein normaler Luftdruck herrscht, bewirkt nun seinerseits die Herbeiführung des Luftdruckausgleichs und die Bewegung der Luft über der gelochten Scheibe durch das Loch hindurch und anschließend zwischen den Wafer und die gelochte Scheibe zu den Rändern, wobei diese zuletzt zu den Rändern hin stattfindende laminare Luftbewegung für einen gewünschten homogenen Verteilungseffekt der flüssigen Schicht auf dem Wafer sorgt. Ausschlaggebend ist dabei auch die Tatsache, dass die Luftströmung im Gegensatz zu den Zentrifugalkräften, die konkurrierend mit auf die Flüssigkeit einwirken, von der Mitte weg zu den Rändern hin im Zuge des zunehmenden Volumens schwächer wird und somit dafür sorgt, dass überall auf die Wafer in der Summe die gleichen latteralen Kräfte auf die Flüssigkeit einwirken. Bei Verwendung einer entsprechenden Halte- und Bewegunsvorrichtung für die gelochte Scheibe wird dieser Effekt nun je nach Abstand zu dem Wafer, dessen Rotation sowie Größe des mittigen Loches derart ausgenutzt, dass bei bereits minimal eingestellten Luftströmung über dem Wafer die flüssige Schicht regelrecht glatt gestrichen wird.
• Die Halte- und Bewegungsvorrichtung selbst ist derart ausgebildet, dass sie die gelochte Scheibe ständig auf konstanten Abstand zu dem Wafer hält und diese jederzeit zu dem Wafer hin und wieder weg bewegen kann ohne das Dosieren der Flüssigkeit bzw. die Rotation des Wafers zu stören. Der dazu nötige mechanische Aufbau kann nach Bedarf individuell gestaltet werden.
• Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann die gelochte Scheibe je nach Bedarf mit einem konkaven oder auch konvexen Schliff versehen werden. Ein derartiger Schliff dient dazu die optimale Luftströmung sicherzustellen. Zusätzlich kann die Dosiervorrichtung für die Flüssigkeit so ausgelegt werden, dass diese bei Bedarf und bei einem entsprechenden Düsenaufsatz durch das Loch der Scheibe hindurch auf den Wafer dosiert werden kann, sei es nun mit einer herkömmlichen oder auch mit einer Sprühdüse.
• Weitere vorteilhaften Ausführungsformen und Zweckmäßigkeiten ergeben sich aus den nachfolgenden Patentansprüchen in Verbindung mit der Zeichnung. Hierbei zeigen:

1

Drehachse des rotierenden Wafers

2

Drehbar gelagerter Wafer

3

Dosierte Flüssigkeit

4

Mittig gelochte Scheibe

5

Luftloch

6

Unterdruck, bewirkt durch Rotation des Wafers

7

Luftströmung durch das Loch infolge des Druckausgleichs

• 1 eine perspektivische Ansicht von der Seite auf ein teilgeöffnetes System nach der Montage
• Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarte Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• - US 5900273 [0002]
• - US 4370356 [0002]
• - US 5270079 [0002]
• - US 5368645 [0002]
• - US 4938994 [0002]
• - US 4696885 [0002]

Claims (5)

1. Aerodynamisches Schleuderverfahren zum Auftragen von flüssigen Schichten in Bauweise einer Einzelwaferanlage mit mindestens einer Luftströmungsvorrichtung, gekennzeichnet durch eine mittig gelochte Scheibe, die über einem drehbar gelagert gehaltenen Wafer positioniert wird.
2. Eine mittig gelochte Scheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einem konvexen oder konkaven Schliff versehen ist.
3. Halte- und Bewegungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gelochte Scheibe jederzeit automatisch oberhalb des Wafers positioniert oder von diesem wieder entfernt werden kann.
4. Halte- und Bewegungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die gelochte Scheibe als Bestandteil eines sich schließenden Deckels ausgelegt ist.
5. Halte- und Bewegungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die gelochte Scheibe während des Dosiervorgangs der Flüssigkeit über dem Wafer bleibt und durch das Loch hindurch zudosiert wird.