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Drehbeschichtungsverfahren
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Die Erfindung betrifft ein Drehbeschichtungsverfahren, und insbesondere
ein Drehbeschichtungsverfahren zur Herstellung einer flüssigen Beschichtung mit
gleichmäßiger Dicke über der gesamten Oberfläche einer Basisplatte bzw. eines Substrats.
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Bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen ist bisher ein Dreh-
bzw. Spinn- bzw. Schleuderbeschichtungsverfahren eingesetzt worden, um den Photoresist
bzw. Photolack auf eine Basisplatte aufzubringen. Die Basisplatte kann beispielsweise
ein Photomasken-Rohling, ein Silizium-Scheibchen oder ein ähnliches Element sein,
das eine Glasplatte mit einem Metallfilm bzw.
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einer Metallfolie aufweist. Es sind sowohl ein manuelles Beschichtungsverfahren
für die Beschichtung von Photolack-Beschichtungsflüssigkeiten als auch ein automatisches
Beschichtungsverfahren mittels einer automatischen Maschine zur Beschichtung mit
Photolack entwickelt worden. Bei dem manuellen
Beschichtungsverfahren
wird die Basisplatte auf einem Drehteller einer angehaltenen, sehr schnell drehbaren
"Spinneinrichtung" angeordnet; die Beschichtungsflüssigkeiten werden von Hand, beispielsweise
ST!- tPipette, aufgenommen; die Flüssigkeiten werden dann auf einen Bereich der
Basisplatte abgelagert, der sich im wesentlichen in ihrer Mitte befindet, und anschließend
wird der Drehteller in Umdrehungen versetzt.
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Wenn die Beschichtungsflüssigkeiten aus der Pipette auf die Basisplatte
fallen, werden sie nur auf den zentralen Bereich verteilt. Nachdem also die Beschichtungsflüssigkeiten
von der Pipette dem zentralen Bereich der Basisplatte zugeführt worden sind, wird
der Drehteller mit geringer Geschwindigkeit bzw.
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Drehzahl gedreht, um die Beschichtungsflüssigkeiten über die gesamte
Oberfläche der Basisplatte unter der Einwirkung von Zentrifugalkräften zu verteilen;
anschließend wird der Drehteller mit hoher Drehzahl gedreht, um zusätzliche bzw.
Extra-Flüssigkeiten zu verteilen, wodurch sich die gewünschte Filmdicke ergibt.
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Bei einer automatischen Beschichtungsmaschine ist über dem Drehteller
eine Düse bzw. eine Auslaßöffnung angeordnet, um die Beschichtungsflüssigkeiten
zuzuführen. Wenn die Basisplatte sich auf dem Drehteller befindet, so wird eine
bestimmte Menge der Beschichtungsflüssigkeiten einem mittleren Bereich der Basisplatte
zugeführt. Anschließend wird der Drehteller mit einer niedrigen Drehzahl gedreht,
so daß die Beschichtungsflüssigkeiten über die gesamte Oberfläche der Basisplatte
verteilt werden. Dann wird der Drehteller mit hoher Drehzahl gedreht, um eine Filmbeschichtung
mit der gewünschten Dicke zu erhalten.
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Wenn die Basisplatte nur eine geringe Größe hat (beispielsweise von
7,5 bis 10 cm) und/oder bestimmte Arten von Photolack-Beschichtungsflüssigkeiten
eingesetzt werden, so reichen die obenerwähnten Verfahren aus. Wenn jedoch die Basisplatte
relativ groß ist, beispielsweise 12,5 cm und 15 cm, oder wenn bestimmte andere Arten
von Beschichtungsflüssigkeiten verwendet werden, so läßt sich mit den obenbeschriebenen
Verfahren sogar für
kleinere Basispiatten keine Beschichtung mit
gleichmäßiger Dicke über der gesamten Oberfläche erreichen. Wenn beispielsweise
die Beschichtungsflüssigkeiten Silberhalogenid-Emulsionen sind, für die als Bindemittel
Gelatine verwendet wird, oder wenn das Beschichtungs-Lösemittel rasch trocknet,
wie es beispielsweise bei Azeton der Fall ist, so ergeben sich folgende Schwierigkeiten:
Sogar dann, wenn die Beschichtungsflüssigkeiten dem zentralen Bereich von der Düse
zugeführt werden, wobei der Drehteller zuerst mit niedriger Drehzahl gedreht wird,
um die Beschichtungsflüssigkeiten über die gesamte Oberfläche zu verteilen, und
anschließend der Drehteller gedreht wird, um die gewünschte Filmdicke zu erreichen,
so tritt ein Effekt auf, bei dem die Filmdicke eines Teils, auf den die Beschichtungsflüssigkeiten
zuerst aufgebracht werden (insbesondere die Filmdicke in einem Grenzbereich in diesem
Bereich) sich eindeutig von der Filmdicke eines Bereiches unterscheidet, auf dem
die Verteilung durch Drehung des Drehtellers erfolgt. Dieser Effekt macht sich dann
besonders stark bemerkbar, wenn Silberhalogenid-Emulsionen als Schicht auf die Basisplatte
aufgebracht werden.
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Wenn die Filmdicke nach der Beschichtung teilweise unterschiedlich
ist, wie es oben beschrieben wurde, so sind die Empfindlichkeit und die Entwicklungsgeschwindigkeit
in den verschiedenen Bereichen jeweils unterschiedlich, so daß als Folge hiervon
die Linien- bzw. Zeilenbreite bzw. Linienstärke der erhaltenen Abbildung teilweise
unterschiedlich ist. So schwankt beispielsweise die Charakteristik bzw. Kennlinie,
die durch Ausbildung einer Halbleiteranordnung unter Verwendung der erhaltenen Abbildung
erreicht wird.
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Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Drehbeschichtungsverfahren
zu schaffen, bei dem unabhängig von der Art der verwendeten Beschichtungsflüssigkeiten
die Dicke des als Schicht aufgebrachten Films über die gesamte Oberfläche der Basisplatte
gleichmäßig ist.
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Weiterhin soll ein Drehbeschichtungsverfahren geschaffen werden, mit
dem Flüssigkeiten in gleichmäßiger Dicke auf größere Basisplatten
als
es bisher möglich war aufgebracht werden können.
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Dies wird durch ein Drehbeschichtungsverfahren erreicht, bei dem die
Beschichtungsflüssigkeiten einer horizontalen Basisplatte zugeführt werden, wonach
die Basisplatte um eine vertikale Drehachse rotiert wird, um einen Film aus der
Beschichtungsflüssigkeit auf der Basisplatte zu erhalten, wobei sich dieses Verfahren
dadurch auszeichnet, daß die Beschichtungsflüssigkeiten vorher im wesentlichen gleichmäßig
auf im wesentlichen der gesamten Oberfläche der Basisplatte als Schicht aufgebracht
werden, und daß die Basisplatte dann gedreht wird.
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Ein bevorzugter Gedanke liegt in einem Drehbeschichtungsverfahren
zur Zuführung von Beschichtungsflüssigkeiten auf eine horizontale Basisplatte, wonach
die Basisplatte um eine vertikale Drehachse rotiert wird, um eine Filmbeschichtung
auf der Basisr)latte zu erhalten. Die Beschichtungsflüssigkeiten werden im wesentlichen
gleichmäßig auf im wesentlichen der gesamten Oberfläche der Basisplatte vorbeschichtet,
wonach die Basisplatte gedreht wird. Dadurch läßt sich eine gleichmäßige Dicke des
aufgebrachten Films unabhängig von der Art der verwendeten Beschichtungsflüssigkeiten
erreichen.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines herkömmlichen
Drehbeschichtungsverfahrens, Fig. 2 eine Draufsicht auf den Zustand, bei dem Gelatin-Silberhalogenid-Emulsionen
mit dem in Figur 1 gezeigten Verfahren aufgebracht werden, Figuren 3 bis 6 perspektivische
Ansichten oder Draufsichten auf das Verfahren, wie es gemäß verschiedener Ausführungsformen
der
vorliegenden Erfindung durchgeführt werden kann.
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Figur 1 zeigt ein herkömmliches Drehbeschichtungsverfahren.
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Wenn eine Basisplatte 10 auf einem Drehteller (nicht dargestellt)
angeordnet wird, so können die Beschichtungsflüssigkeiten von einer Düse 11 über
den mittleren Bereich der Basisplatte nach unten auf die Basisplatte tropfen; die
Beschichtungsflüssigkeiten werden über dem zentralen Bereich 12 der Basisplatte
verteilt, so daß eine Grenze 13 entsteht. Wenn dann der Drehzähler mit niedriger
Drehzahl rotiert wird (normalerweise mit 100 bis 1000 Umdrehungen pro Minute), werden
die Beschichtungsflüssigkeiten durch die Zentrifugalkräfte nach außen verstreut
bzw. verteilt und bedecken die gesamte Oberfläche der Basisplatte. Wenn anschließend
der Drehteller eine vorher bestimmte Zeitspanne lang mit hoher Drehzahl (normalerweise
bei 2000 bis 6000 Umdrehungen pro Minute) rotiert wird, werden die überschüssigen
bzw. Extra-BeschichtungsflüssicJkeiten durch die ZentrifugalkrdLtn entfernt, so
daß sich ein Film mit der gewünschten, gleichmäßigen Dicke ergibt. Die meisten Photolack-Beschichtungsflüssigkeiten
können im wesentlichen gleichmäßig mit diesem Verfahren als dünne Schicht aufgebracht
werden, Schwierigkeiten treten mit diesem Verfahren auf, wenn bestimmte Arten von
Photolack-Beschichtungsflüssigkeiten aufgebracht werden sollen, dabei handelt es
sich beispielsweise um Flüssigkeiten, bei denen ein rasch trocknendes Lösungsmittel,
wie beispielsweise Azeton, als Beschichtungs-Lösemittel verwendet wird, oder bei
denen Gelatin-Silberhalogenid-Emulsionen eingesetzt werden, mit diesen Beschichtungsflüssigkeiten
läßt sich keine Beschichtung mit gleichmäßiger Dicke über die gesamte Oberfläche
erreichen. Wenn beispielsweise der Drehteller mit niedriger Drehzahl rotiert wird,
nachdem die Gelatin-Silberhalogenid-Emulsionen zugeführt worden sind, wie es in
Figur 1 dargestellt ist, werden die Emulsionen auf der Basisplatte nicht gleichmäßig
nach außen verteilt, sondern sie spreizen sich längs mehrerer, radialer Durchgänge
20 nach außen, wie in Figur 2 dargestellt ist. Als Folge hiervon werden die Emulsionen
als dünne Schicht nicht auf die Bereiche
der Basisplatte aufgebracht,
an denen sich keine radialen Durchgänge 20 befinden. Es wird angenommen, daß dieser
Effekt auf die schlechte Benetzung bzw. Befeuchtung der Silberhalogenid-Emulsionen
auf der Basisplatte zurückzuführen ist. Da andererseits viele Photolack-Beschichtungsflüssigkeiten
in einem organischen Beschichtungslösemittel gelöst sind, ist die Basisplatte aufgrund
solcher organischer Lösungsmittel gut befeuchtet bzw. benetzt, so daß dieser Effekt
im allgemeinen nicht auftritt.Wenn jedoch das Beschichtungslösungsmittel extrem
flüchtig ist, erscheinen die Markierungen bzw. Marken der Grenze 13 nach Figur 1
oft auf dem Film nach der Beschichtung.
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Es sind deshalb zahlreiche Untersuchungen durchgeführt worden, um
die obenerwähnten Nachteile zu vermeiden; das Ergebnis dieser Untersuchungen ist
ein Verfahren, wie es im folgenden beschrieben werden soll.
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Figur 3 zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei
der eine Beschichtungsflüssigkeit von der Düse 11 auf Bereiche aufgebracht wird,
die sich direkt über oder unmittelbar vor oder unmittelbar hinter einer Stange 30
befinden, während die Stange mit einer bestimmten Geschwindigkeit bewegt und ein
vorherbestimmter, kleiner Zwischenraum zwischen der Stange 30 und der Basisplatte
10 aufrechterhalten wird. Die Beschichtungsflüssigkeit wird rasch (bei 31) in dem
Zwischenraum zwischen der Stange und der Oberfläche der Basisplatte durch die Oberflächenspannung
verteilt; wenn also die Düse und die Stange mit einer bestimmten Geschwindigkeit
in Richtung des Pfeils 32 bewegt werden, so wird die Beschichtungsflüssigkeit auf
die gesamte Oberfläche der Basisplatte aufgebracht. Da in diesem Zustand die Beschichtungsflüssigkeit
keine gleichmäßige Dicke über die gesamte Oberfläche der Basisplatte hat, wird der
Drehteller rotiert, um die überschüssige Flüssigkeit zu entfernen und gleichzeitig
eine gleichmäßige Dicke über die gesamte Oberfläche zu erhalten.
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Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
die für eine automatische Vorrichtung geeignet ist.
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Ein Block 40 weist viele Düsen 41 auf, die in einer Reihe mit vorherbestimmten
Abständen angeordnet sind. Wenn die Beschichtungsflüssigkeit aus diesen Düsen in
der Weise zugeführt werden, daß die Reihe von Düsen zuerst über das Ende der Basisplatte
10 eingestellt wird, so werden die Beschichtungsflüssigkeiten der Basisplatte bei
42 zugeführt. Die von jeder Düse abgegebene Flüssigkeit wird in gewissem Maße verteilt
und trifft auf die Flüssigkeit, die von einer benachbarten Düse zugeführt wird.
Als Folge hiervon werden die Flüssigkeiten über den gesamten Bereich zugeführt,
der sich unter der Reihe von Düsen befindet. Wenn also der Block 40 mit einer bestimmten
Geschwindigkeit in der Richtung des Pfeils 43 bewegt wird, so können die Flüssigkeiten
über der gesamten Oberfläche der Basisplatte zugeführt werden. Selbstverständlich
läßt sich die gleiche Wirkung auch erreichen, wenn die Basisplatte mit einer bestimmten
Geschwindigkeit in eine Richtung bewegt wird, die entgcq2nyeJetze zu deut Pfil 43
ist, wobei dc- Block 40 staXisnir bleibt.
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Der Abstand zwischen den Düsen ändert sich mit der Art der verwendeten
Beschichtungsflüssigkeiten1 der Menge der zugeführten Flüssigkeiten und anderen
Faktoren; er liegt jedoch üblicherweise im Bereich von ungefähr 5 bis ungefähr 30
mm, nach einer bevorzugten Ausführungsform von ungefähr 10 bis 20 mm. Für die Bewegungsgeschwindigkeit
der Düsen, den Abstand zwischen den Düsenspitzen und der Basisplatte oder ähnliche
Parameter gibt es keine speziellen Grenzwerte.
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Figur 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Über der Basisplatte 10 sind Düsen 50 in einer zweidimensionalen Gruppe mit im wesentlichen
jeweils gleichen Abständen angeordnet. Dadurch ist es nicht mehr erforderlich, daß
die Düsen oder die Basisplatte mit einer bestimmten Geschwindigkeit bewegt werden
müssen, wie es bei der Ausführungsform nach Figur 4 der Fall war. Der Abstand der
Düsen wird in ähnlicher Weise wie bei der Ausführungsform nach Figur 4 ausgewählt.
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Figur 6 zeigt eine weitere Ausführungsfor,n der vorliegenden Erfindung.
Über der Basisplatte 10 ist wenigstens eine Düse 60 angeordnet. Die Düse wird zuerst
über einer Ecke der Basisplatte eingestellt und längs der durch den Pfeil angedeuteten
Schlangenlinien 62 bewegt, während die Beschichtungsflüssigkeit zugeführt wird.
Auf der Basisplatte werden unter der Düse Beschichtungsflüssigkeiten in einem begrenzten
Bereich (bei 61) zugeführt, und dieser Bereich breitet sich aus bzw. verteilt sich
bei der Bewegung der Düse, so daß schließlich die gesamte Oberfläche durch die Beschichtungsflüssigkeit
bedeckt werden kann.
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Es ist möglich, eine Kombination der in Figur 3 gezeigten Vorrichtung
und der in den Figuren 4 und 6 gezeigten Vorrichtung als eine weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung anzusehen. Dabei wird eine Beschichtungsflüssigkeit über
der Basisplatte 10 von den in den Figuren 4 oder 6 gezeigten Düsen längs einer Stange
30 vorgesehen bzw. zugeführt, wie sie in Figur 3 dargestellt ist; anschließend wird
die Stange auf der Basisplatte bewegt, um die Vorbeschichtung der Beschichtungsflüssigkeit
auf im wesentlichen der gesamten Oberfläche der Basisplatte durchzuführen.
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Um eine im wesentlichen gleichmäßige Beschichtung der Beschichtungsflüssigkeit
auf im wesentlichen der gesamten Oberfläche der Basisplatte vor der Rotation der
Basisplatte zu erreichen, können bei einer praktischen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verfahrens auch andere Beschichtungsverfahren eingesetzt werden, so daß keine Begrenzung
auf die obenerwähnten Ausführungsformen angestrebt wird. Wie oben im einzelnen beschrieben
wurde, ermöglicht die vorliegende Erfindung die Verwendung jeder beliebigen Beschichtungsflüssigkeit,
so daß sich immer eine gleichmäßige Filmdicke über der gesamten Oberfläche der Basisplatte
erreichen läßt. Darüber hinaus kann eine Beschichtung mit gleichmäßiger Dicke auf
größere Basisplatten aufgebracht werden als es mit den herkömmlichen Verfahren möglich
war. Insbesondere in den Fällen, bei denen die Beschichtungsflüssigkeiten
Gelatin-Silberhalogenid-Emulsionen
sind, bietet die vorliegende Erfindung den wesentlichen Vorteil, daß eine gleichmäßige
Beschichtung erreicht werden kann, ohne daß sich die schwerwiegenden Nachteile bemerkbar
machen, wonach die Emulsionen längs der radialen Durchgänge auf der Basisplatte
nach außen gespreizt bzw. verteilt werden.
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- Patentansprüche -