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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung der Oberfläche
eines Substrats, insbesondere Wafers, durch Auftragen und Abschleudern einer
Behandlungsflüssigkeit, insbesondere für nasschemische
Prozesse, mit einem Substrat-Träger. Ferner betrifft die
Erfindung ein Verfahren zum Auftragen von Flüssigkeiten
auf das Substrat.
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Mit
Hinblick auf Weiterentwicklungen von modernen integrierten Schaltungen
(IC) und anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASIC) sollen
immer dünnere Substrate zum Einsatz kommen, um die Funktionalität
und Leistung auf kleinstem Raum weiter zu steigern. Scheibenförmige
Substrate, insbesondere Wafer, werden dafür z. B. mechanisch
geschliffen und auf diese Weise verdünnt und aufeinander
gestapelt.
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Übliche
Standardanlagen zur Verarbeitung solcher Substrate sind meistens
nur für genormte Substrate ausgelegt und daher nicht immer
geeignet für dünne, also weniger stabile, Substrate.
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Gängige
Anlagen und Transportvorrichtungen bestehen aus einem Träger
(z. B. aus Glas oder Silizium), der mit dem behandelten Substrat,
z. B. dem Wafer, reversibel verbunden ist und dadurch stabilisiert
wird. Der Träger soll den dünnen Wafer allerdings
nicht nur stabilisieren, sondern zusätzlich vor allem den
Wafer-Rand vor Brüchen schützen, was besonders
bei der Lagerung der Wafer in Kassetten von Bedeutung sein kann.
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Für
bestimmte Behandlungen der Wafer wird der Träger fest mit
dem Wafer verbunden (z. B. mit einem Klebstoff), um ihn zu stabilisieren.
In diesem Fall kann der Träger allerdings nur einmal verwendet
werden. Die Verbindung zwischen Substrat und Träger ist
dann so stabil, dass anschließende Schleifprozesse und
auch eventuell nachfolgende Beschichtungs- und Strukturierungsbehandlungen
problemlos durchgeführt werden können, ohne dass
Substrat und Träger sich gegeneinander verschieben.
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Allerdings
kann das Trennen eines z. B. durch Schleifen verdünnten
Wafers vom Träger mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden
sein, gerade wenn die Oberfläche des dünnen Wafers
beschichtet und strukturiert wurde und die Anwendung von klebstofflösenden
Mitteln nicht vorteilhaft scheint.
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Eine
Alternative könnte z. B. ein elektrostatischer Träger
darstellen. Diese Träger können im Idealfall problemlos
vom Wafer getrennt und somit mehrfach wiederverwendet werden. Allerdings
haben elektrostatische und andere wiederverwendbare Träger,
von denen sich ein behandeltes dünnes Substrat leichter
lösen lässt, die Eigenschaft, dass die Verbindung
zwischen Substrat und Träger nicht flüssigkeitsdicht
ist.
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Insbesondere
bei nasschemischen Behandlungen kann sich somit das Problem stellen,
dass Behandlungsflüssigkeiten, z. B. flüssige
Chemikalien, zwischen dem dünnen Wafer und dem Träger,
z. B. durch Kapillarkräfte, eindringen können.
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Zum
einen kann sich bei der Verwendung von Einmal-Trägern die
Trennung der dünnen Wafer vom Träger wegen der
starken Haftung des Wafers am Träger und der hohen Bruchgefahr
des dünnen Wafers als schwierig erweisen, zum anderen können bei
der Verwendung von elektrostatischen Trägern sowohl die
Wafer-Rückseite als auch der Träger mit Behandlungsflüssigkeiten
kontaminiert werden, so dass diese zusätzlich gereinigt
werden müssen.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zur
Behandlung von scheibenförmigen Substraten zur Verfügung
zu stellen.
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Diese
Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche gelöst.
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Die
vorliegende Erfindung löst die oben beschriebenen Probleme,
indem sie eine geometrische Veränderung von, z. B. elektrostatischen,
Trägern vorschlägt. Insbesondere ist eine Stufe
in dem Randbereich des Trägers vorgesehen, so dass das
Auftreten von Kapillarkräften zwischen Substrat und Träger vermieden
werden kann.
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung z. B. zur nasschemischen
Behandlung von scheibenförmigen Substraten, insbesondere
Wafern, bereit. Die Vorrichtung weist einen Substrat-Träger auf,
der um eine zur Trägerfläche, die dem zu tragenden
Substrat zugewandt ist, senkrechten Achse drehbar ist. In der Trägerfläche
ist eine radial nach außen abfallende, sich über
den gesamten Umfang der Trägerfläche erstreckende
Stufe vorgesehen.
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Durch
die Stufe in dem Träger für das Substrat wird
der Abstand zwischen Substrat und Träger an dieser Stelle
erhöht. Somit kann erreicht werden, dass an dieser Stelle
zwischen Substrat und Träger keine Kapillar-Kräfte
auftreten, die eventuell Flüssigkeit radial nach innen
(in Richtung zur Drehachse) ziehen können.
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In
einer Ausführungsform ist der Außendurchmesser
des Trägers im Wesentlichen gleich dem Außendurchmesser
des Substrats.
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Vorzugsweise
ist der Durchmesser des Trägers (zusammen mit der Stufe)
um höchstens 5% (bezogen auf den Durchmesser des Substrats)
kleiner oder größer als das Substrat.
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Hierdurch
wird die Bruchgefahr am Rand des Substrats weiter verkleinert, vor
allem bei sehr dünnen Substraten mit einer Dicke von unter
500 μm. Bei zu kleinem Durchmesser des Trägers
besteht ein erhöhtes Risiko, bei der Behandlung des Substrats
seine empfindlichen Randbereiche zu beschädigen. Umgekehrt
kann bei einem zu großen Durchmesser des Trägers
das Entfernen des Substrates von dem Träger problematisch
werden, da in diesem Fall der empfindliche Rand des Substrats nicht
frei liegt oder auch nicht leicht übersteht, und somit
beim „Greifen” des Substrats sehr leicht Beschädigungen
des empfindlichen Rands verursacht werden können.
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In
einer Ausführungsform sind die Abmessungen der Stufe, der
Durchmesser des Substrats und der des Substrat-Trägers
sowie die Drehzahl des Substrat-Trägers derart abgestimmt,
dass das Eindringen von Behandlungsflüssigkeit zwischen
Substrat-Träger und Substrat verhindert wird.
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Die
Geometrie der Stufe (die Abmessungen der Stufe) ist gekennzeichnet
durch ihre Breite und ihre Höhe. Je nach chemischer Zusammensetzung, Temperatur
der Flüssigkeit und/oder der Umgebung können sich
die Fließeigenschaften oder Zähigkeit der Behandlungsflüssigkeit ändern.
Zudem kann z. B. auch die Oberflächenbeschaffenheit des
Substrats und/oder des Trägers, sowie die Höhe
der Drehzahl das Verhalten der Flüssigkeit beeinflussen.
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In
einer Ausführungsform beträgt die Stufenbreite
1 mm bis 10 mm, vorzugsweise 3 mm bis 7 mm, oder etwa 5 mm.
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Die
Stufenbreite des Trägers ist die Differenz zwischen kleinstem
Radius des Trägers (Radius an der Trägeroberseite,
die dem Substrat zugewandt ist) und größtem Radius
des Trägers (Radius der Trägerunterseite), beides
senkrecht zur Drehachse des Trägers gemessen.
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Flüssigkeit,
die auf das Substrat aufgebracht wird, kann z. B. durch Adhäsionskräfte über
den Substrat-Rand zur Unterseite des Substrats gelangen und diese
im Bereich der Stufe benetzen. Um zu vermeiden, dass Flüssigkeit
zwischen das Substrat und den Träger gelangt, ist es vorteilhaft,
die Stufenbreite ausreichend groß zu wählen und
sie den Fließeigenschaften der Flüssigkeit anzupassen.
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In
einer Ausführungsform beträgt die Stufenhöhe
100 μm bis 1000 μm, vorzugsweise 200 μm
bis 700 μm, oder etwa 400 μm.
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Vorteilhafterweise
besitzt die Stufe eine Höhe, die derart gewählt
ist, dass das Substrat und der Träger im Bereich der Stufe
einen Abstand zueinander haben, der groß genug ist, dass
im Wesentlichen keine Kapillar-Kräfte auf die auf das Substrat
aufgebrachte Flüssigkeit wirken können und/oder
bei der Drehbewegung des Trägers die auf die Flüssigkeit am
Substratrand einwirkenden Fliehkräfte ausreichen, eventuelle
radial nach innen zur Drehachse wirkende Kapillar- oder Oberflächenkräfte
zu überwinden.
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In
einer Ausführungsform weist die Trägerfläche
mit der Stufenbreite einen Durchmesser von mindestens 5 mm, vorzugsweise
mindestens 50 mm, auf.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform weist die Trägerfläche
mit der Stufenbreite einen Durchmesser von mindestens 100 mm oder
von mindestens 150 mm auf. Vorteilhafterweise ist der Durchmesser
des Trägers mit der Stufenbreite nicht größer als
500 mm oder nicht größer als 300 mm. Vorteilhafterweise
beträgt der Durchmesser des Substrats etwa 200 mm.
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In
einer Ausführungsform weist die Stufe eine Stufenwand auf,
die rechtwinklig auf der Trägerfläche steht.
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Die
Trägerfläche ist in diesem Fall die Trägeroberseite,
d. h. die Seite des Trägers, die dem zu tragenden Substrat
zugewandt ist. Die Trägeroberseite verläuft parallel
zur Trägerunterseite.
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In
alternativen Ausführungsformen ist die Stufenwand in einem
anderen Winkel als 90° zur Trägeroberseite angeordnet.
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In
weiteren Ausführungsformen kann die Stufenwand in ihrem
Querschnitt eine konvexe oder konkave oder beliebige Form aufweisen.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Auftragen von Flüssigkeiten
auf ein scheibenförmiges Substrat, insbesondere auf einen
Wafer. In dem Verfahren wird ein Substrat auf einem Substrat-Träger
einer Vorrichtung angeordnet. Der Substrat-Träger kann
hierbei in einer besonderen Ausführungsform der Substrat-Träger
einer der oben beschriebenen Vorrichtungen sein. Eine Flüssigkeit wird
auf das Substrat aufgebracht, und der Träger wird um eine
Achse durch den Mittelpunkt des Trägers und senkrecht zu
diesem rotiert. Hierbei verteilt sich die Flüssigkeit auf
der Substrat-Oberfläche, ohne auf die Substrat-Rückseite
zu gelangen.
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Hierdurch
kann vermieden werden, dass sowohl der Träger, als auch
die Substrat-Rückseite (Substrat-Unterseite), von der Behandlungsflüssigkeit
benetzt werden. Somit kann auf zeitintensive Reinigungen des Trägers
nach jeder Substrat-Behandlung verzichtet werden. Zudem kann auch
das Substrat, z. B. ein dünner und damit empfindlicher Wafer,
ohne Reinigung seiner Rückseite direkt weiterverarbeitet
werden.
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In
einer Ausführungsform liegt die Drehzahl des Trägers
zwischen 50 und 500 Umdrehungen/Minute (U/min), vorzugsweise zwischen
100 und 300 U/min, oder bei 200 U/min, so dass überschüssige Flüssigkeit
von der Substrat-Oberfläche in radialer Richtung abgeschleudert
wird.
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Die
Drehzahl des Trägers kann z. B. bestimmten Verfahrensbedingungen
angepasst werden. Z. B. kann die Drehzahl für höher-viskose
Flüssigkeiten, die auf das Substrat aufgebracht werden sollen,
erhöht oder für nieder-viskose Flüssigkeiten entsprechend
erniedrigt werden, um eine gleichmäßige Benetzung
der Substrat-Oberfläche, insbesondere eine gleichmäßige
Dicke des Flüssigkeitsfilms auf dem Substrat, zu erreichen.
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Eine
Erhöhung und/oder Erniedrigung der Drehzahl kann auch während
der Substrat-Behandlung vorgenommen werden, um die Benetzung der Substrat-Oberfläche
bzw. ein Verlassen (ein radial nach außen Schleudern) von überschüssiger
Flüssigkeit über den Substrat-Rand hinaus zu optimieren.
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Die
Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf die Figuren näher
erläutert, die schematisch die erfindungsgemäße
Vorrichtung und das entsprechende Verfahren zeigen.
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1 zeigt
eine Seitenansicht eines Trägers und eines Wafers, der
mit einer Flüssigkeit behandelt wird;
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2 zeigt
eine Seitenansicht eines Trägers mit Wafer, wobei Flüssigkeit
zwischen den Wafer und den Träger gelangt ist;
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3 zeigt
eine Seitenansicht eines Trägers mit Wafer, wobei der Träger
erfindungsgemäß eine Stufe aufweist; und
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4 zeigt
eine Seitenansicht des Trägers mit Wafer aus 3,
wobei der Träger rotiert.
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Zunächst
wird in 1 beispielhaft gezeigt, wie
ein Substrat 10 auf einem Träger 20 mit
einer Flüssigkeit 40 behandelt wird. Der Träger 20 wird über
den Drehteller 30 angetrieben, der den Träger 20 um
eine Achse A, die senkrecht durch den Mittelpunkt M des Trägers 20 verläuft,
rotiert. Hierbei wird auf das Substrat 10 aufgebrachte
Flüssigkeit 40 durch Fliehkräfte radial
nach außen auf der Oberfläche 12 des
Substrats 10 verteilt, so dass die Flüssigkeit 40 im
Idealfall gleichmäßig die Oberfläche 12 des Substrats 10 benetzt.
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2 stellt
eine vergrößerte Ansicht des linken Randbereichs
des Trägers 20 aus 1 dar. Hier
wird beispielhaft verdeutlicht, wie die auf die Oberfläche 12 des
Substrats 10 aufgebrachte Flüssigkeit 40 vor
allem durch Flieh- und Adhäsionskräfte über
den Rand 16 des Substrats 10 gelangt. Falls das
Substrat 10 mit dem Träger 20 nicht fest
verbunden ist (z. B. durch Verwendung eines elektrostatischen Trägers),
kann die Flüssigkeit 40 durch Kapillarkräfte
unter Umständen über den Rand 16 in den kapillaren
Zwischenraum 40a zwischen Substrat 10 und Träger 20 gezogen
werden und kontaminiert somit sowohl die Oberseite 22 des
Trägers 20, als auch die Unterseite (Rückseite) 14 des
behandelten Substrats 10.
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3 zeigt
beispielhaft eine erfindungsgemäße Vorrichtung
mit Träger 20, auf dem ein Substrat 10 angeordnet
ist. Der Träger 20 weist im Randbereich seiner
Oberfläche 22 eine Stufe 24 auf. Die Stufe 24 hat
eine Höhe h und eine Breite b. Die Stufenwand 26 steht
gemäß 3 z. B. senkrecht auf der Trägerfläche 22,
die dem Substrat 10 zugewandt ist. Flüssigkeit 40,
die sich auf der Oberfläche 12 des Substrats 10 befindet,
kann – je nach Fließeigenschaften der Flüssigkeit 40 – an
den äußersten Rand der Unterseite des Substrats 10 und
in den Bereich der Stufe 24 gelangen (qualitativ in 3 angedeutet),
wenn der Träger 20 nicht rotiert. Dadurch, dass die
Stufenhöhe h um ein Vielfaches größer
ausgelegt wurde als der kapillare Zwischenraum 40a im Beispiel
der 2, wirken auf die Flüssigkeit 40 in
dieser Konstellation keine Kapillarkräfte, so dass in der
Regel keine Flüssigkeit 40 in den Kontaktbereich
(Kapillarbereich) zwischen Trägerfläche 22 und
Substratunterseite eindringt.
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Anhand
von 4 wird beispielhaft der Einfluss der Rotation
auf den Zustand, der in 3 beschrieben ist, erläutert.
Flüssigkeit 40, die auf die Oberfläche 12 des
rotierenden Substrats 10 aufgebracht wird, verteilt sich
durch die Fliehkräfte radial nach außen. Bei genügend
hoher Drehzahl des Trägers 20 überwiegen
die Fliehkräfte die Adhäsions- und Kohäsionskräfte
der Flüssigkeit 40 im Randbereich 16 des
Substrats 10, so dass überschüssige Flüssigkeit 42 auf
der Oberfläche 12 des Substrats 10 und
Flüssigkeit 44, die sich eventuell an dem Rand 16 des
Substrats 10 befindet, radial nach außen abgeschleudert
werden. Dabei werden auch eventuell in den Kapillarbereich eindringende
geringfügige Flüssigkeitsmengen radial nach außen
abgeschleudert, so dass die Flüssigkeitsmenge im Kapillarbereich
zumindest stark reduziert wird.
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Durch
das völlige oder zumindest weitgehende Ausschalten der
Kapillarwirkung durch das Vorsehen der Stufe 24 im Träger 20 und
bei genügend hoher Drehzahl des Trägers 20,
kann somit auch leicht bzw. weitgehend vermieden werden, dass Flüssigkeit 40 an
die Unterseite 14 des Substrats 10 gelangt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 0844646
A2 [0010]
- - EP 0669644 B1 [0010]
- - DE 2004045447 A1 [0010]