DE19752517A1 - Einrichtung zum Aufbringen einer Flüssigkeit auf eine Oberfläche bspw. einer Halbleiterscheibe, einer Glasscheibe, einer Keramikscheibe o. dgl. - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Aufbringen einer Flüssigkeit auf eine Oberfläche bspw. einer Halbleiterscheibe, einer Glasscheibe, einer Keramikscheibe o. dgl., mit einer Austrittsöffnung für die Flüssigkeit, der eine Zumeßvorrichtung für die Flüssigkeit zugeordnet ist.

Unter anderem in der Halbleitertechnik ist es erforderlich, bspw. einen Fotolack auf die Oberfläche einer Halbleiterscheibe aufzubringen. Dies wird bei bekannten Einrichtungen dadurch erreicht, daß die Halbleiterscheibe horizontal angeordnet und um ihren Mittelpunkt drehbar ist. Über dem Mittelpunkt ist eine Austrittsöffnung angeordnet, mit der der Fotolack tropfenweise auf die Halbleiterscheibe aufgebracht werden kann. Mit Hilfe einer Zumeßeinrichtung ist es möglich, die Anzahl der Tropfen und damit die aufgebrachte Menge an Fotolack zu beeinflussen. Die Halbleiterscheibe wird dann zuerst in eine langsame und dann in eine schnelle Rotation versetzt. Durch die langsame Rotation wird der Fotolack auf der Oberfläche der Halbleiterscheibe verteilt und durch die schnelle nachfolgende Rotation wird der Fotolack vergleichmäßigt.

Handelt es sich um wenig strukturierte Halbleiterscheiben, so ist es mit Hilfe der beschriebenen Einrichtung möglich, homogene Schichten auf die Oberfläche der Halbleiterscheibe aufzubringen. Weist die Oberfläche der Halbleiterscheibe jedoch größere topografische Strukturen auf, sind also in der Oberfläche der Halbleiterscheibe größere Stufen oder Gräben enthalten, so ist es nur mit einem größeren Aufwand möglich, eine homogene Schicht auf der Oberfläche zu erzeugen. Dazu ist es z. B. möglich, durch die Zuführung einer großen Menge von Fotolack eine geschlossene und im Wesentlichen auch homogene Bedeckung der Oberfläche der Halbleiterscheibe zu erreichen. Die große Flüssigkeitsmenge hat jedoch bei einer Rotation der Halbleiterscheibe zur Folge, daß bei Stufen o. dgl. auf der Anströmseite wesentlich dickere Schichten entstehen als auf der der Strömung abgewandten Seite.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zum Aufbringen einer Flüssigkeit auf eine Oberfläche zu schaffen, die in jedem Fall das Aufbringen einer geschlossenen und homogenen Schicht der Flüssigkeit ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art durch die Erfindung dadurch gelöst, daß eine Vielzahl von Austrittsöffnungen vorgesehen sind, wobei jeder der Austrittsöffnungen eine separate Zumeßeinrichtung zugeordnet ist.

Durch die Vielzahl der Austrittsöffnungen wird erreicht, daß jedem Punkt der Oberfläche bspw. der Halbleiterscheibe unmittelbar die Flüssigkeit zugeführt wird. Die Flüssigkeit muß also nicht mehr zentral aufgebracht und dann durch eine langsame Rotation verteilt werden. Statt dessen wird, wie erwähnt, jedem Punkt der Oberfläche die Flüssigkeit direkt zugeführt. Dies führt insgesamt zu einer vollständigen Abdeckung der gesamten Oberfläche mit der Flüssigkeit. Desweiteren wird durch die punktweise Aufbringung der Flüssigkeit erreicht, daß die Dicke der entstehenden Schicht der Flüssigkeit auf der Oberfläche schon vor einer Rotation sehr gleichmäßig ist. Bei der nachfolgenden schnellen Rotation bspw. der Halbleiterscheibe wird dann eine äußerst homogene Schicht der aufgebrachten Flüssigkeit auf der Oberfläche erzeugt.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Menge der durch jede der Austrittsöffnungen zugemessenen Flüssigkeit abhängig von der Ausgestaltung der Oberfläche. Es wird also bspw. an Stufen oder Gräben der Oberfläche mehr oder weniger Flüssigkeit durch die jeweils zugehörigen Austrittsöffnungen zugeführt. Die Menge der jeweils zugemessenen Flüssigkeit wird dabei derart gewählt, daß insgesamt eine möglichst homogene Schicht auf der Oberfläche bspw. der Halbleiterscheibe entsteht.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Autrittsöffnungen mit den jeweils zugehörigen Zumeßeinrichtungen netz- bzw. matrixartig angeordnet sind und einen möglichst geringen Abstand zueinander aufweisen. In diesem Fall kann durch die unterschiedliche Zumessung von Flüssigkeit die Struktur der Oberfläche bspw. der Halbleiterscheibe bei der jeweils zuzumessenden Flüssigkeitsmenge optimal berücksichtigt werden. Insgesamt wird auf diese Art und Weise die Homogenität der Flüssigkeitsschicht auf der Oberfläche weiter erhöht.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Anordnung der Austrittsöffnungen abhängig von der Ausgestaltung der Oberfläche. In diesem Fall wird also die Anordnung der Austrittsöffnungen individuell an die Ausgestaltung der Oberfläche bspw. der Halbleiterscheibe angepaßt. So ist es bspw. möglich, im Bereich relativ unstrukturierter Flächen weniger Austrittsöffnungen vorzusehen, während im Bereich von Stufen oder Gräben eine größere Anzahl von Austrittsöffnungen vorgesehen sind. Auf diese Weise ist es möglich, besondere Strukturen in der Oberfläche durch entsprechende Anordnungen der Austrittsöffnungen zu berücksichtigen.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn nicht nur die Anordnung der Austrittsöffnungen in Abhängigkeit von der Ausgestaltung der Oberfläche gewählt wird, sondern wenn darüberhinaus auch noch die durch jede der Austrittsöffnung zugemessene Flüssigkeitsmenge in Abhängigkeit von der Ausgestaltung der Oberfläche durchgeführt wird. Auf diese Art und Weise ist es möglich, die Homogenität der erzeugten Flüssigkeitsschicht auf der Oberfläche bspw. der Halbleiterscheibe weiter zu verbessern.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Austrittsöffnungen und die zugeordneten Zumeßeinrichtungen auf einem Substrat aus Silizium aufgebracht. Damit ist es möglich, die gesamte erfindungsgemäße Einrichtung mit Hilfe von Verfahren der Siliziumtechnik herzustellen. Insbesondere können auf diese Weise die Abstände zwischen den einzelnen Austrittsöffnungen wesentlich verringert werden.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn das Substrat aus Silizium mit Hilfe von mikromechanischen Verfahren bearbeitet wird. Auf diese Weise kann ebenfalls insbesondere der Abstand zwischen den einzelnen Austrittsöffnungen sehr gering gehalten werden.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist zu jeder der Austrittsöffnungen eine zugeordnete auslenkbare Membran vorgesehen, mit der durch eine Auslenkung die Flüssigkeit durch die Austrittsöffnung förderbar ist. Eine derartige Membran ist insbesondere mit Hilfe von mikromechanischen Verfahren auf Siliziumbasis besonders genau und reproduzierbar herstellbar.

Wird die Membran ausgelenkt, und weist die Membran auf Grund der Auslenkung dann eine kugelförmige Gestalt auf, so wird die hinter der Membran befindliche Flüssigkeit durch die Auslenkung verdrängt. Die Flüssigkeit gelangt dadurch zu der Austrittsöffnung und tritt durch diese hindurch. In diesem Fall ist ggf. noch eine Einrichtung erforderlich, die einen Rückfluß der der Austrittsöffnung zuzuführenden Flüssigkeit verhindert.

Ebenfalls ist es möglich, die Membran als Ventil zu verwenden. Die der Membran zugeführte Flüssigkeit steht dann unter einem Überdruck. Ist die Membran ausgelenkt, so ist die Austrittsöffnung und damit das Ventil geschlossen. Wird die Membran nicht ausgelenkt, so ist die Austrittsöffnung und damit das Ventil geöffnet.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Austrittsöffnungen und die Membranen in etwa parallelen und übereinander angeordneten Ebenen auf dem Substrat angeordnet sind. Dadurch wird erreicht, daß die Flüssigkeit in einer dazwischenliegenden Ebene zu allen Austrittsöffnungen bzw. Membranen zugeführt werden kann. Der Aufbau des Substrats wird auf diese Weise wesentlich vereinfacht.

Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Membran mit einer elektrischen Schaltung, insbesondere mit einem Heizdraht versehen, mit der bzw. mit dem die Membran auslenkbar ist. Fließt ein Strom durch den Heizdraht, so hat dies eine Erwärmung der Membran zur Folge. Die Erwärmung bewirkt eine Ausdehnung der Membran. Da die Membran jedoch fest in dem Substrat eingespannt ist, kann sich die Membran nur auf die bereits erwähnte bauchförmige Art und Weise ausdehnen. Damit entsteht die bauchförmige Gestalt der Membran, die zum Austritt der Flüssigkeit aus der Austrittsöffnung führt oder die Austrittsöffnung versperrt.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Menge der zugemessenen Flüssigkeit einstellbar ist. Dies kann auf einfache Weise z. B. mit Hilfe des Stroms durch den Heizdraht erreicht werden. Hierdurch kann in einfacher Weise eine individuelle, frei programmierbare Belegung unterschiedlicher Halbleiterscheiben o. dgl. ohne einen Umbau der erfindungsgemäßen Einrichtung vorgenommen werden.

Weiterhin ist es vorteilhaft, jeder Austrittsöffnung bzw. jeder Membran eine Einrichtung zur Messung der Menge der zugeführten Flüssigkeit zuzuordnen. Dies kann z. B. mit Hilfe von Massenflußsensoren erfolgen, die vorzugsweise in Siliziumtechnologie hergestellt werden.

Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist jede der Austrittsöffnungen auf der der zugehörigen Membran abgewandten Seite durch einen Deckel verschließbar, und es ist in geschlossenem Zustand der Austrittsöffnung ein Lösungsmittel zuführbar. Mit Hilfe des Lösungsmittels wird gewährleistet, daß die Flüssigkeit insbesondere im Bereich der Austrittsöffnungen nicht eintrocknet und damit die Austrittsöffnungen verstopft. Damit das Lösungsmittel den Austrittsöffnungen zugeführt werden kann, und insbesondere daß kein "Nachtropfen" auf die Oberfläche der Halbleiterscheibe stattfindet, ist der Deckel vorgesehen. Mit Hilfe des Deckels und dem zuführbaren Lösungsmittel wird somit eine gleichbleibende und reproduzierbare Funktion der gesamten erfindungsgemäßen Einrichtung gewährleistet.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn das Lösungsmittel in einer Ebene zwischen den Austrittsöffnungen und dem Deckel zugeführt ist. Auf diese Weise kann das Lösungsmittel gleichzeitig allen Austrittsöffnungen zugeführt werden. Der Aufbau des Substrats wird dadurch wesentlich vereinfacht.

Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.

Fig. 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Einrichtung zum Aufbringen einer Flüssigkeit auf eine Oberfläche bspw. einer Halbleiterscheibe, einer Glasscheibe, einer Keramikscheibe o. dgl., und

Fig. 2 zeigt einen schematischen Querschnitt einer Einzelheit der Einrichtung der Fig. 1.

In der Fig. 1 ist eine Einrichtung 1 dargestellt, mit deren Hilfe eine Flüssigkeit 2 auf eine Oberfläche 3 bspw. einer Halbleiterscheibe 4 aufgebracht werden kann. Anstelle der Halbleiterscheibe 4 kann auch eine Glasscheibe, eine Keramikscheibe o. dgl. vorgesehen sein. Bei der Flüssigkeit 2 kann es sich bspw. um einen Fotolack handeln. Die Halbleiterscheibe 4 kann bspw. kreisförmig ausgestaltet sein. Die Oberfläche 3 der Halbleiterscheibe 4 ist eben und weist beliebige topografische Strukturen auf.

Die Einrichtung 1 ist scheibenförmig ausgebildet und ist etwa parallel und mit einem Abstand zur Oberfläche 3 der Halbleiterscheibe 4 angeordnet. Die Einrichtung 1 weist eine Vielzahl von Austrittsöffnungen 5 auf, die über die gesamte, der Oberfläche 3 zugewandten Fläche der Einrichtung 1 verteilt sind. Die Austrittsöffnungen 5 können dabei symmetrisch, bspw. netz- oder matrixartig angeordnet sein. Ebenfalls ist es möglich, daß die Austrittsöffnungen 5 völlig beliebig angeordnet sind. Bspw. ist es möglich, daß die Austrittsöffnungen 5 in Abhängigkeit von der Ausgestaltung der topografischen Strukturen auf der Oberfläche 3 der Halbleiterscheibe 4 angeordnet sind.

Wie nachfolgend noch erläutert werden wird, ist jeder der Austrittsöffnungen 5 eine separate Zumeßeinrichtung 6 zugeordnet. Mit Hilfe der Zumeßeinrichtung 6 ist es möglich, die Menge der durch jede der Austrittsöffnungen 5 austretenden Flüssigkeit 2 zu dosieren bzw. einzustellen. Insbesondere ist es mit Hilfe der Zumeßeinrichtung 6 möglich, die Anzahl der Tropfen, die durch jede der Austrittsöffnungen 5 austritt, zu bemessen.

Die Menge der durch jede der Austrittsöffnungen 5 austretenden Flüssigkeit 2 kann dabei bei allen Austrittsöffnungen 5 der Einrichtung 1 gleich sein. Ebenfalls ist es möglich, daß die Menge bei den verschiedenen Austrittsöffnungen 5 jeweils verschieden zugemessen wird. Insbesondere ist es möglich, die Menge der durch jede der Austrittsöffnungen 5 mit Hilfe der Zumeßeinrichtungen 6 zugemessenen Flüssigkeit 2 in Abhängigkeit von der Ausgestaltung der topografischen Struktur der Oberfläche 3 der Halbleiterscheibe 4 einzustellen.

In der Fig. 2 ist eine einzelne Austrittsöffnung 5 mit der zugehörigen Zumeßvorrichtung 6 dargestellt. Die Austrittsöffnung 5 und die Zumeßvorrichtung 6 sind in einem Substrat 7 aus Silizium eingebracht.

In einer ersten, der Halbleiterscheibe 4 abgewandten Ebene 8 ist eine bspw. kreisförmige Membran 9 vorgesehen. Auf die Membran 9 ist ein bspw. ebenfalls kreisförmiger Heizdraht 10 aufgebracht, der von einer elektrischen Schaltung o. dgl. angesteuert werden kann.

In einer unterhalb der Ebene 8 angeordneten zweiten Ebene 11 ist eine Ausnehmung 12 enthalten, die der Aufnahme der Flüssigkeit 2 dient. Die Ausnehmung 12 erstreckt sich über die gesamte Einrichtung 1, also über alle Austrittsöffnungen 5 und Zumeßeinrichtungen 6. Die Flüssigkeit 2 kann daher an einer seitlichen Öffnung der Einrichtung 1 für alle Austrittsöffnungen 5 und Zumeßeinrichtungen 6 gemeinsam zugeführt werden.

In einer unterhalb der Ebene 11 angeordneten Ebene 13 ist die Austrittsöffnung 5 eingebracht. Die Austrittsöffnung 5 weist bspw. eine sich zur Halbleiterscheibe 4 hin öffnende konische Form auf.

Fließt ein elektrischer Strom durch den Heizdraht 10, so wird die Membran 9 dadurch erwärmt. Dies hat eine Ausdehnung der Membran 9 zur Folge. Da die Membran 9 in dem Substrat 7 fest eingespannt ist, bewirkt dies eine bauchförmige Ausdehnung der Membran 9 in den Bereich der Ausnehmung 12. Dies ist in der Fig. 2 mit einer gestrichelten Linie 14 dargestellt.

Durch die bauchförmige Ausdehnung der Membran 9, 14 in den Bereich der Ausnehmung 12 wird die dort befindliche Flüssigkeit 2 verdrängt. Dies hat zur Folge, daß die Flüssigkeit 2 durch die Austrittsöffnung 5 hindurchgedrückt wird und somit aus der Austrittsöffnung 5 tropfenweise austritt. Die Menge der auf diese Weise zugemessenen Flüssigkeit 2 ist abhängig von der Erwärmung der Membran 9 und damit von dem Strom durch den Heizdraht 10. Wird der Stromfluß durch den Heizdraht 10 wieder beendet, kühlt die Membran 9 ab und geht in ihre Ausgangslage zurück. Der auf diese Weise frei werdende Raum in der Ausnehmung 12 wird dann wieder von außen mit weiterer Flüssigkeit 2 aufgefüllt.

Alternativ ist es möglich, die Flüssigkeit 2 unter Druck der Membran 9 zuzuführen. Ist die Membran 9 erwärmt, so liegt sie an dem Rand der Austrittsöffnung 5 an. Die Austrittsöffnung 5 ist damit verschlossen. Fließt jedoch kein Strom mehr durch den Heizdraht 10, so kühlt die Membran 9 ab und zieht sich zurück. Die Austrittsöffnung 5 wird dadurch geöffnet und die unter Druck stehende Flüssigkeit 2 kann austreten.

In einer weiteren, unterhalb der Schicht 13 angeordneten Schicht 15 ist ein Deckel 16 vorgesehen. Mit Hilfe des Deckels 16 ist es möglich, die Austrittsöffnungen 5 zu verschließen. Der Deckel 16 ist dabei mit einem Abstand zu
der Ebene 13 und damit zu den Austrittsöffnungen 5 angeordnet. Der Deckel 16 weist eine Vielzahl von mit den Austrittsöffnungen 5 übereinstimmenden Öffnungen auf und wird zum Verschließen geringfügig verschoben.

Zwischen dem Deckel 16 und den Austrittsöffnungen 5 ist eine Ebene 17 vorgesehen, die mit Bereichen 18 versehen ist, in denen ein Lösungsmittel, insbesondere ein Lösungsmitteldampf den Austrittsöffnungen 5 zugeführt werden kann. Das Lösungsmittel ist dazu geeignet, an den Austrittsöffnungen 5 angetrocknete Flüssigkeit 2 aufzulösen und damit zu beseitigen.

Damit ist es möglich, bspw. vor und nach jeder Zuführung von Flüssigkeit 2 den Deckel 16 zu verschließen und in die Bereiche 18 das Lösungsmittel zuzuführen. Die Austrittsöffnungen 5 werden dadurch gereinigt, so daß danach, bei wieder geöffnetem Deckel 16, eine genaue Zumessung der nunmehr in die Ausnehmung 12 zugeführten Flüssigkeit 2 möglich ist. Desweiteren findet ein "Nachtropfen" nur auf den Deckel 16, nicht jedoch auf die Oberfläche 3 der Halbleiterscheibe 4 statt.

Claims (11)

1. Einrichtung (1) zum Aufbringen einer Flüssigkeit (2) auf eine Oberfläche (3) bspw. einer Halbleiterscheibe (4), einer Glasscheibe, einer Keramikscheibe o. dgl., mit einer Austrittsöffnung (5) für die Flüssigkeit (2), der eine Zumeßvorrichtung (6) für die Flüssigkeit (2) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Austrittsöffnungen (5) vorgesehen sind, wobei jeder der Austrittsöffnungen (5) eine separate Zumeßeinrichtung (6) zugeordnet ist.

2. Einrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der durch jede der Austrittsöffnungen (6) zugemessenen Flüssigkeit (2) abhängig ist von der Ausgestaltung der Oberfläche (3).

3. Einrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung der Austrittsöffnungen (5) abhängig ist von der Ausgestaltung der Oberfläche (3).

4. Einrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen (5) in einer zur Oberfläche (3) etwa parallelen Ebene angeordnet sind.

5. Einrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen (5) und die zugeordneten Zumeßeinrichtungen (6) auf einem Substrat (7) aus Silizium aufgebracht sind.

6. Einrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zu jeder der Austrittsöffnungen (5) eine zugeordnete auslenkbare Membran (9) vorgesehen ist, mit der durch eine Auslenkung die Flüssigkeit (2) durch die Austrittsöffnung (5) förderbar ist.

7. Einrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen (5) und die Membranen (9) in etwa parallelen und übereinander angeordneten Ebenen (8, 13) auf dem Substrat (7) angeordnet sind.

8. Einrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (9) mit einer elektrischen Schaltung, insbesondere mit einem Heizdraht (10) versehen ist, mit der bzw. mit dem die Membran (9) auslenkbar ist.

9. Einrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit (2) in einer Ebene (11) zwischen den Austrittsöffnungen (5) und den zugeordneten Membranen (9) zugeführt ist.

10. Einrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Austrittsöffnungen (5) auf der der zugehörigen Membran (5) abgewandten Seite durch einen Deckel (16) verschließbar ist, und daß im geschlossenen Zustand der Austrittsöffnung (5) ein Lösungsmittel zuführbar ist.

11. Einrichtung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel in einer Ebene (17) zwischen den Austrittsöffnungen (5) und dem Deckel (16) zugeführt ist.