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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Blacken von Substraten, insbesondere Si-Wafern mit photosensiblem Material, mit einer Belackungskammer, in der wenigstens eine Austrittsöffnung für einen dosierbaren, aus zerstäubtem Lack, Lösungsmittel und Treibgas gebildeten, gegen das auf einem Träger gehaltene Substrat gerichteten Sprühstrahl (Spray) vorgesehen ist.
Bekannte Vorrichtungen dieser Art ermöglichen keine hinreichend gleichmässige Belackung und werden daher eher in der Leiterplattentechnik als für die Belackung von Si-Wafern mit photo- sensiblem Material verwendet.
Für die letztgenannten Zwecke wird bei anderen bekannten Vorrichtungen eine mittels einer Pumpe genau dosierte Menge an Photolack im Zentrum des Wafers angebracht und dann der Wafer in schnelle Drehung versetzt, wobei überflüssiger Lack abgeschleudert und eine Verteilung des Photolackes mit relativ hoher Gleichmässigkeit auf ebenen Wafern erzielt werden kann. Dieses Verfahren wird derzeit für die benannten Zwecke am häufigsten gebraucht. Bei einem anderen Verfahren wird eine photosensible Schicht In Form einer Folie am Substrat angebracht. Zur Erzielung einer hohen Qualität und einer möglichst gleichmässigen Schichtdicke auf ebenen Wafern wird auch teilweise mit geschlossenen Belackungskammern oder mitrotierenden Abdeckungen für den Wafer gearbeitet.
Für das Auftragen von Lackschichten auf stärker strukturierte Wafer oder Substrate, wie sie bei der Fertigung mikromechanischer Gebilde, z. B. barometrischer Dosen, oder bei sonstigen Gebilden für das Einlegen von Glasfasern, Leiterelementen, Flüssigkeiten usw. benötigt werden und wobei Kanäle oder Gräben ebenfalls möglichst gleichmässig mit Photolack zu beschichten sind, sind derzeit noch keine voll befriedigenden Anlagen bekannt.
Aus der DE 21 51 809 A ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung dünner Schichten aus Metall auf einer erhitzten Unterlage bekannt geworden, bei der lediglich mit Metallsalzen und einem Trägergas gearbeitet und die Vernebelung der Metallsalze durch einen Ultraschallerzeuger bewirkt wird, wobei grundsätzlich eine Verwendung von Gas bei der Zerstäubung ausgeschlossen wird, da sich bei diesen Materialien sehr unterschiedliche Partikelgrössen ergeben.
Auch in der US 4 290 384 A und der EP 0 486 393 A wird aufzutragendes Material einer Zerstäubung durch Ultraschall unterzogen und durch ein Trägergas weiter zu dem zu beschichtenden Teil transportiert. Bei der EP 0 486 393 A handelt es sich bei dem zerstäubten Material um eine Mischung aus einem Lösungsmittel und einem Polymer in einem genau definierten Mischungsverhältnis. An und für sich ist es aus der EP 0 653 683 A bekannt, bei der Niederschlagung eines vernebelten Materials auf einem Substrat das Substrat über Schwingungserzeuger zu rütteln. Nach der US 4 290 384 A werden zur Beschleunigung der Ablagerung elektrische oder magnetische Felder angelegt.
Aufgabe der Erfindung Ist demnach die Schaffung einer Vorrichtung der eingangs genannten Art, die eine allen Anforderungen hinsichtlich Schichtdicke, Gleichmässigkeit, Oberflächenstruktur und übrigem Aufbau entsprechende Belackung sowohl von ebenen als auch von strukturierten Wafern gewährleistet und bei der eine Anpassung an die Beschaffenheit des verwendeten Lackes möglich ist.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass für die Erzeugung des Sprühstrahles eine eigene an sich bekannte Vernebelungskammer (1) dient, in der im oberen Bereich ein Anschluss für eine zur Austrittsöffnung In der Belackungskammer führende Förderleitung vorgesehen ist, dass im unterem Bereich der Vernebelungskammer ein mit dem Lack beschickbarer Zerstäuber und ein Zerstäuber für ein Lösungsmittel und mit Abstand darüber, aber unterhalb des Anschlusses der Förderleitung ein Einlass für ein unter Druck zuführbares Treibgas angebracht ist, dass zur Einstellung der Tröpfchengrösse des Sprühmaterials in der Förderleitung der Einlass für das Treibgas und bzw.
oder der Anschluss für die Förderleitung in der Kammer gegeneinander der Höhe nach einstellbar sind, dass Im Bodenbereich der Vernebelungskammer ein Ablauf für sich an ihrem Boden oder ihren Wandungen niederschlagendes Material vorgesehen ist, dass vorzugsweise die In die Belackungskammer gerichtete Austrittsöffnung für den Sprühstrahl wenigstens über einen Teil des Waferdurchmessers verstellbar und der Substratträger in an sich bekannter Welse drehend antreibbar ist und dass, ebenfalls vorzugsweise, für die Belackung von Substraten mit von der Kreisform abweichendem, z.
B. rechteckigem oder quadratischem Umriss, ein im Durchmesser grösserer, dem Substratträger zugeordneter Adapter mit dem Substratumriss angepasster Öffnung vorgesehen ist, der die zu belackende Seite des Substrates zu einer runden Umrissform ergänzt.
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Durch die Verwendung der Vernebelungskammer für die Vorbereitung des Sprühstrahles werden entscheidende Vorteile erreicht. Der Zerstäubungsgrad von Lack und Lösungsmittel und ihr Mengen- und Mischungsverhältnis, das sogar während der Dauer einer Belackung variiert werden kann, lassen sich genau einstellen. Dies gilt sowohl für diese Materialien als auch für das Treibgas, wobei sogar im Bedarfsfall mit unterschiedlichen Temperaturen der die Sprühwolke bildenden Materialien gearbeitet werden kann. Als Treibgas können herkömmliche Treibgase, die bei der
Entspannung aus flüssiger in gasförmige Phase übergehen, eingesetzt werden. Bevorzugt wird jedoch die Verwendung von Luft oder inerter Gase, z. B. Stickstoff, als Treibgas. Wesentlich für die Erfindung ist die besondere Anordnung der einzelnen Elemente in der Vernebelungskammer.
Die von den Zerstäubern abgegebenen Sprühwolken enthalten Tröpfchen verschiedener Grösse, wobei sich feststellen lässt, dass die Tröpfchengrösse mit zunehmendem Höhenabstand von den Zerstäubern kleiner wird. Durch relative Höhenverstellung des Einlasses für das Treibgas zum Anschluss für die Förderleitung (dieser könnte in die Kammer abgesenkt werden) kann man die die gewünschte Tröpfchengrösse aufweisenden Bereiche der Sprühwolken bzw. des in der Kammer gebildeten Nebels über die Förderleitung zur Bildung des Sprühstrahles in die Belackungskammer leiten, die Konsistenz des Sprühstrahles also genau definieren. In der Praxis wird vor Beginn der Zerstäubung von Lack und Lösungsmittel in der Kammer eine Atmosphäre aus inertem Gas, insbesondere aus dem erwähnten Treibgas geschaffen, in der dann die Zerstäuber einen Nebel erzeugen.
Durch die an und für sich bekannte Verwendung eines Schwingungserzeugers, der das Substrat in Vibration bzw. Schwingungen versetzt, wird der sich am Substrat niederschlagende Lack noch besser verteilt und es werden insbesondere die Tröpfchen rasch zu einer gleichmässigen Schicht zusammenwachsen, wobei auch ein gleichmässiger Überzug von im Wafer vorgesehenen Strukturen gewährleistet ist. Die Vernebelungskammer kann die Grundform eines stehenden Hohlzylinders aufweisen. Das über den Ablauf aus der Vernebelungskammer austretende Material kann abgeleitet, gegebenenfalls aber auch dem Spray wieder beigemischt werden.
Durch den bei unrunden Substraten vorgesehenem Adapter werden bei einem rotierenden Antrieb des Substrates mit dem Substratträger durch die Substratform sonst bedingte unerwünschte Turbulenzen vermieden, die zu Ungleichmässigkeiten in der fertigen Lackschicht führen könnten. Bereits im ruhenden Zustand lässt sich in einer runden Kammer auf einer runden Auftragungsfläche eine bessere Gleichmässigkeit im Lackauftrag als in einer eckigen Kammer bzw. auf einer eckigen AuftragsflÅache erzielen. Ein ähnlicher Adapter kann auch dann sinnvoll sein, wenn runde Substrate verschiedenen Durchmessers zu belacken sind, wobei dann der Adapter mit dem Substrat immer eine gleich grosse Fläche darbietet.
Eine weitere Möglichkeit, den Sprühstrahl hinsichtlich der Stärke und Struktur sowie der Austrittsgeschwindigkeit aus der Austrittsöffnung zu beeinflussen besteht darin, die in die Belackungskammer gerichtete Austrittsöffnung für den Sprühstrahl selbst als zusätzlich wenigstens mit Treibgas beschickbare Sprühdüse auszubilden.
Nach einer ergänzenden Massnahme enthält die Austrittsöffnung einen Drallerzeuger und bzw. oder einen z. B. aus einer angetriebenen Turbine bestehenden Beschleuniger für das als Sprühstrahl abgegebene Material.
Zur Vergleichmässigung des Lackauftrages können zusätzliche, bei bekannten Anlagen teilweise übliche Massnahmen eingesetzt werden. Nach einer dieser Möglichkeiten ist die Austrittsöffnung wenigstens über einen Teil des Waferdurchmessers verstellbar, wenn der Substratträger in an sich bekannter Weise drehend angetrieben wird.
Auch die Art der Niederschlagung des Sprühstrahles am Wafer kann durch weitere Massnahmen ergänzt oder beschleunigt werden. Zu diesem Zweck sind beispielsweise neben Erzeugungseinrichtungen zum Anlegen elektrischer oder elektromagnetischer Beschleunigungsfelder auch Kühleinrichtungen für den Substratträger vorgesehen.
Eine genaue Einstellung der jeweiligen Verhältnisse wird erfindungsgemäss weiter dadurch erleichtert, dass der Adapter gegenüber dem Substratträger normal zu dessen Substratauflage verstellbar angeordnet ist. Es ist dabei auch möglich, den Adapter gegenüber dem Substratträger in eine z. B. abgesenkte Reinigungsstellung zu bringen und dort durch Besprühen mit Lösungs- oder Reinigungsmittel für sich zu reinigen.
Wenn erfindungsgemäss die Öffnung des Adapters in dessen Arbeitsstellung das Substrat unter Einhaltung eines Randspaltes umschliesst, dann kann man über diesen Randspalt überschüssiges
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Material ableiten, aber auch die Vergleichmässigung der Photolackschicht bzw. deren Trocknung begünstigende Strömungen in dem die Lackschicht umgebenden Medium erzeugen. Nach einer dieser Möglichkeiten ist der Adapter zur Erzeugung einer Saugströmung im Randspalt bei der
Rotation selbst turbinenartig ausgebildet. Man kann aber auch den Spalt mit gesonderten Einblaseoder Saugleitungen verbinden.
Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes entnimmt man der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise veranschaulicht. Es zeigen
Fig. 1 in stark schematisierter Darstellungsweise die wesentlichen Teile einer erfindungsge- mässen Vorrichtung in der Gesamtanordnung,
Fig. 2 als Detail einen Substratträger mit Adapter für ein rechteckiges Substrat im Teilschnitt und
Fig. 3 eine Draufsicht zu Fig. 2.
Bei der erfindungsgemässen Vorrichtung ist eine Vernebelungskammer 1 vorhanden, die die Grundform eines stehenden Zylinders aufweist. Im Bodenbereich der Kammer 1 sind nebeneinander ein Zerstäuber 2, z. B. eine Zerstäuberdüse oder ein Ultraschallzerstäuber für Photolack und ein Zerstäuber 3 für ein Lösungsmittel vorgesehen. Der Photolack wird über eine Pumpe 4 mit vorwählbarer Menge aus einem Vorratsbehälter 5 zugeführt. Die Zerstäuber 2,3 erzeugen gegebenenfalls unter Druckgaszufuhr je einen Aerosolnebel, wobei das Mischungsverhältnis einstellbar ist. Vor Einschaltung der Zerstäuber wird die Kammer mit dem Treibgas, z. B. Stickstoff, oder einem sonstigen inerten Gas gefüllt, in dem sich der Nebel entwickelt.
Durch die Mischung der beiden Aerosolnebel wird ein vorzeitiges Abtrocknen des Photolackes im entsprechenden Nebelbereich verhindert. Für die Zufuhr des Lösungsmittels zum Zerstäuber 3 wurde ein Vorratsbehälter 10 mit Druckgaszufuhr 11 angedeutet.
Im Behälterinnenraum ist ein durch den Boden hereingeführtes, gegebenenfalls in einer Sprühdüse mündendes Rohr 6 der Länge nach verschiebbar, so dass sich die Höhe der Austritts- öffnung bzw. Sprühdüse dieses Rohres innerhalb der Vernebelungskammer 1 einstellen lässt.
Dadurch wird beim Ausblasen von Druckgas, gegebenenfalls auch von Druckgas und zerstäubtem Lösungsmittel aus dem Ende des Rohres 6 jener Bereich des Aerosolnebels, der sich oberhalb des Auslasses des Rohres 6 befindet, zu einem oberen Auslass der Vernebelungskammer 1 und von da über eine Schlauch- oder Rohrleitung 7 zu einer Sprühdüse 8 geleitet, die in einer nicht dargestellten offenen oder geschlossenen Belackungskammer, vorzugsweise der Höhe und Seite nach verstellbar angeordnet und gegen einen rotierend antreibbaren Substratträger (Chuck) 15 gerichtet ist, auf dem ein Wafer 13 gehalten ist, dessen Oberfläche 12 den Lacküberzug erhalten soll Die Sprühdüse 8 kann zusätzlich über einen Einlass mit Druckluft 14 beaufschlagbar sein und gegebenenfalls einen Drallerzeuger oder eine Turbine enthalten,
die zur Beschleunigung des austretenden Sprühstrahles dient. Auch die Düse 8 kann über 14 wahlweise mit Druckgas allein oder mit einem Druckgas-Lösungsmittelgemisch beaufschlagt werden. Durch entsprechende Einstellung einer hinund hergehenden Bewegung der Sprühdüse 8 gegenüber dem rotierend antreibbaren Wafer wird ein gleichmässiger Auftrag des Lackes auf die Oberfläche 12 erzielt. Zusätzlich wird eine Vergleichmässigung der Lackschicht dadurch erreicht, dass der Substratträger (Chuck) 15 über einen anliegenden Schwingungsgeber 16 oder auch über einen mit ihm gekoppelten Schwingungserzeuger 17 gemeinsam mit dem aufgelegten Wafer 13 in Vibration versetzt wird, wodurch insbesondere das Zerrinnen der Aerosoltröpfchen zu einer gleichmässigen Lackschicht beschleunigt wird.
Zu erwähnen ist noch, dass im Bodenbereich der Belackungskammer 1 ein Ablauf 9 für sich niederschlagende oder nicht verwendete Teile des Aerosolnebels vorhanden ist. Schliesslich ist es auch möglich, die Anordnung umzukehren und die Sprühwolke von unten (möglicherweise auch von der Seite her) zu dem dann am Träger nach unten oder nach der Seite weisend angebrachten Wafer zu richten.
Bei der Ausführung nach den Fig. 2 und 3 wird für einen einen rechteckigen Umriss aufweisenden Wafer 13 wieder ein Substratträger 15 vorgesehen, der entweder an die rechteckige Umrissform des Wafers 13 angepasst ist oder auch eine kreisförmige Draufsicht haben kann, wobei der Durchmesser dieses Kreises gleich oder kleiner als die kleinere Seitenlänge des Rechteckes gewählt wird. Der Substratträger 15 ist wieder rotierend antreibbar. Zur Erzielung einer kreisrunden Umrissform dient ein Adapter 18, der mit der Welle 19 des Substratträgers auf Drehung kuppelbar
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und gegenüber dem Substratträger 15 überdies der Höhe nach verstellbar ist. In einer gegenüber Fig. 2 weit abgesenkten Stellung kann die Oberseite des Adapters 18 über eigene Reinigungsdüsen mit Reinigungsmittel beschickt und gesäubert werden.
In seiner Grundform bildet der Adapter 18 einen Teller mit einem Ausschnitt 20, der an die Umrissform des Substrates 13 angepasst, aber etwas grösser als dieses Substrat gehalten ist, so dass in der Stellung nach Fig. 2 zwischen dem Rand des Substrates und dem Ausschnittrand 20 ein Spalt 21 freibleibt, durch den überschüssiger Photolack abfliessen kann. Beim rotierenden Antrieb erzeugen turbinenartige Flügel 22 des Adapters 18 eine Saugströmung durch den Spalt 21, wie sie durch Pfeile 23 angedeutet wurde.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zum Belacken von Substraten, insbesondere Si-Wafern mit photosensiblem
Material, mit einer Belackungskammer, in der wenigstens eine Austrittsöffnung für einen dosierbaren, aus zerstäubtem Lack, Lösungsmittel und Treibgas gebildeten, gegen das auf einem Träger gehaltene Substrat gerichteten Sprühstrahl (Spray) vorgesehen ist, dadurch
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trittsöffnung in der Belackungskammer führende Förderleitung (7) vorgesehen ist, dass im unterem Bereich der Vernebelungskammer ein mit dem Lack beschickbarer Zerstäuber (2) und ein Zerstäuber (3) für ein Lösungsmittel und mit Abstand darüber, aber unterhalb des
Anschlusses der Förderleitung (7) ein Einlass (6) für ein unter Druck zuführbare Treibgas angebracht ist, dass zur Einstellung der Tröpfchengrösse des Sprühmaterials in der Förder- leitung der Einlass (6)
für das Treibgas und bzw. oder der Anschluss für die Förderleitung (7) in der Kammer (1) gegeneinander der Höhe nach einstellbar sind, dass im Bodenbereich der Vernebelungskammer (1) ein Ablauf (9) für sich an ihrem Boden oder ihren Wandun- gen niederschlagendes Material vorgesehen ist, dass vorzugsweise die in die Belackungs- kammer gerichtete Austrittsöffnung (8) für den Sprühstrahl wenigstens über einen Teil des
Waferdurchmessers verstellbar und der Substratträger (15) in an sich bekannter Weise drehend antreibbar ist und dass, ebenfalls vorzugsweise, für die Belackung von Substraten mit von der Kreisform abweichendem, z.
B. rechteckigem oder quadratischem Umriss, ein im Durchmesser grösserer, dem Substratträger zugeordneter Adapter (18) mit dem Sub- stratumriss angepasster Öffnung (20) vorgesehen ist, der die zu belackende Seite des Sub- strates zu einer runden Umrissform ergänzt.