DE69831496T2

DE69831496T2 - Verfahren und vorrichtung zum zentrifugalbeschichten von chemikalien

Info

Publication number: DE69831496T2
Application number: DE69831496T
Authority: DE
Inventors: Peter Mahneke; T. William BATCHELDER
Original assignee: Suess Microtec Lithography GmbH
Current assignee: Suess Microtec Lithography GmbH
Priority date: 1997-05-30
Filing date: 1998-05-29
Publication date: 2006-06-29
Anticipated expiration: 2018-05-30
Also published as: ATE303872T1; JP2002502309A; EP1015136B1; JP4108767B2; EP1015136A1; DE69831496D1; AU7803498A; EP1015136A4; TW391893B; WO1998053923A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen die Halbleiterherstellung und insbesondere Vorrichtungen und Verfahren zur Schleuderbeschichtung von Substraten, die in der Herstellung von Halbleiterbauteilen verwendet werden.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Die Herstellung einer großen Vielfalt von Festkörperbauelementen, wie zum Beispiel Halbleitern erfordert die Verwendung von ebenen Substraten, die dem Fachmann auf diesem Gebiet als Wafer bekannt sind. Ein wichtiger Gesichtspunkt bei der Herstellung dieser Bauelemente ist die Endanzahl (das heißt die Ausbeute) funktionierender Chips, die von jedem hergestellten Wafer übrig bleiben. Die funktionierenden Chips werden verpackt, einem Test (sowohl elektrisch, als auch anderweitig) unterzogen, und im Wesentlichen alle von diesen verpackten Chips, welche die erforderliche Prüfung durchlaufen haben, werden verkauft. Es ist daher für die Hersteller dieser Produkte von äußerster Wichtigkeit, die bedeutenden wirtschaftlichen Vorteile zu nutzen, die durch die Steigerung ihrer Produktionsausbeute realisiert werden. Typischerweise können, abhängig von den einzelnen Chipabmessungen mehr als 1000 oder noch mehr Chips auf einem einzigen Wafer hergestellt werden. Diese Wafer weisen typischerweise einen Durchmesser in der Größenordnung von 15,24 bis 30,48 cm (6 bis 12 Inches) auf.
Ein typischer Herstellungsprozess erfordert zahlreiche Schritte, wobei mehrere Materialschichten auf der Oberfläche des Wafer kumulativ aufgebracht und strukturiert werden. Im fertigen Zustand bilden diese Schichten die gewünschte Halbleiterstruktur, die für die resultierende Schaltung oder das Bauelement erforderlich ist. Wie man erkennen kann, hängt die Endfunktionsausbeute in kritischer Weise von der korrekten Aufbringung jeder Schicht während der verschiedenen Prozessschritte auf. Die korrekte Aufbringung dieser Schichten hängt typischerweise wiederum von der Fähigkeit ab, gleichmäßige Beschichtungen von Material auf der Oberfläche des Wafers in einer effizienten, umweltfreundlichen und produktionsangemessenen Weise zu erzeugen.
Verschiedene, bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen implementierte Herstellungsprozesse verwenden Photolithographie, um die gewünschten Muster auf der Oberfläche eines Wafers auszubilden. Wie es allgemein bekannt ist, ist Photolithographie der Prozess, bei welchem Lichtenergie durch eine Belichtungsmaske (unter Verwendung einer Stepper-Belichtungskamera) auf ein Photoresistmaterial aufgebracht wird, das auf den Wafer aufgebracht ist, um Muster auszubilden, in welchen eine anschließende Ätzung stattfindet. Diese Oberflächenmuster stellen ein zweidimensionales Layout der gewünschten Struktur dar, die auf der Oberfläche des Wafers hergestellt wird. Es ist daher wichtig, dass das Photoresistmaterial in gleichmäßig verteilten Beschichtungen aufgebracht wird, während gleichzeitig sichergestellt wird, dass die Feststoffteilchenerzeugung minimiert wird. Wie es im Fachgebiet allgemein bekannt ist, ist es, wenn die Feststoffteilchenerzeugung minimiert oder eliminiert wird, möglich, die Auflösung der gewünschten Muster zu steigern, sowie die Musterdichte zu vergrößern.
Herkömmlicherweise wird die Aufbringung von Photoresistbeschichtungen auf der Oberfläche eines Wafers erreicht, indem man ein Photoresistfluid auf einen Wafer gießt, der sich bei hohen Drehzahlen innerhalb einer feststehenden, ausgepumpten Schale bewegt. Im Allgemeinen wird die feststehende, ausgepumpte Schale dazu verwendet, alle überschüssigen Fluide aufzufangen und Feststoffteilchen zu entfernen. Sobald das Photoresistfluid aufgebracht worden ist, überwindet die sich aus der hohen Drehzahl des Wafers ergebende Zentrifugalkraft die Oberflächenspannung des Photoresistfluids, was eine Verteilung des Photoresistfluids über die Oberfläche des Wafers bewirkt.
Ein Nebeneffekt der Drehung des Wafers ist die Induzierung von Luftströmungen in der Luft unmittelbar über der und angrenzend an die Waferoberfläche. Leider hat diese Luftströmung die Tendenz Feststoffteilchen des Photoresists zum Verlassen der Waferoberfläche an dem Waferrand zu veranlassen. Wenn der Photoresist den Waferrand verlässt, haben die freischwebenden Photoresistfeststoffteilchen die Möglichkeit den Rest der Waferoberfläche auf welcher gerade eine frische Beschichtung des Photoresists aufgebracht worden ist, wieder zu verschmutzen. Obwohl diese Feststoffteilchen durch ein Abpumpsystem, das Teil der feststehenden Schale sein kann, entfernt werden können, hat dieses Abpumpsystem den unerwünschten Effekt Photoresist-Lösungsmittelfilme ungleichmäßig auszutrocknen und somit eine ungleichmäßige Beschichtung des Photoresists über der Oberfläche des Wafers während des Schleuderbeschichtungsprozesses zu erzeugen. Eine Rückverschmutzung des Photoresistfilms mit Photoresist-Feststoffteilchen und ungleichmäßiges Trocknen des Photoresistfilms sind daher unerwünschte die Ausbeute reduzierende Nebeneffekte des herkömmlichen Schleuderbeschichtungsprozesses.
Ein weiteres Problem in Verbindung mit herkömmlichen Schleuderbeschichtungsverfahren ist eine Photoresistfluid-Wulstbildung an dem Außenrand des sich schnell drehenden Wafers. Insbesondere glaubt man, dass die während der schnellen Drehung auftretende Oberflächenspannung und Haftung des Photoresistfilms an der Waferoberfläche den Photoresist zur Ausbildung einer "Zone vergrößerter Dicke" an dem Rand des Wafers veranlasst. Diese Wulstbildung kann typischerweise zu einem erheblichen Verlust an funktionsfähigen Chips beitragen, die an dem oder nahe an dem Außenrand des Wafers liegen.
Noch ein weiteres Problem in Verbindung mit dem Wulstbildungseffekt an den Rändern des Wafers besteht darin, dass die Wafer normalerweise in Kassetten gelagert werden und die vergrößerte Dicke an den Rändern den ungünstigen Effekt eines Waferbruches bewirkt, wenn sie mit der Aufbewahrungskassette in Kontakt kommen. Natürlich tritt, wenn Wafer in irgendeiner Form brechen, ein sofortiger Verlust in der Ausbeute auf.
1 ist eine Darstellung einer herkömmlichen Vorrichtung 10 mit offener Schale zur Schleuderbeschichtung eines Wafers 16. Ein Wafer 16 wird typischerweise auf eine drehbare Aufspannvorrichtung 14 gelegt, welche starr über eine Welle 18 mit einer sich schnell drehenden Motoreinheit 20 verbunden ist. Gemäß Darstellung sind diese sich schnell drehende Aufspannvorrichtung 14 und der Wafer 16 innerhalb einer offenen feststehenden Schale 12 angeordnet. Die offene feststehende Schale 12 kann geeignete Abpumpkanäle 22 enthalten, die dazu verwendet werden, die Feststoffteilchen abzusaugen, die innerhalb der offenen feststehenden Schale 12 während eines Schleuderbeschichtungsprozesses erzeugt werden können. Leider waren herkömmliche Verfahren zum Entfernen von Feststoffteilchen, die während der Schleuderbeschichtungsvorgänge erzeugt wurden, weniger als angemessen.
Während eines Schleuderbeschichtungsvorgangs können einige Luftströmungen 17 in der Luft unmittelbar über und angrenzend an die sich schnell drehende Aufspannvorrichtung 14 erzeugt werden. Wie es vorstehend beschrieben wurde, haben die Luftströmungen 17 die Tendenz, Feststoffteilchen des Photoresists zu erzeugen, die die vorstehend beschriebenen Rückverschmutzungsprobleme weiter komplizieren.
Angesichts des Vorstehenden besteht ein Bedarf nach Vorrichtungen und Verfahren, die die Aufbringung von im Wesentlichen gleichmäßigen aufgeschleuderten Materialien über der Oberfläche eines Wafers unter gleichzeitiger Reduzierung der den Ausbeutebetrag reduzierenden Feststoffteilchen ermöglichen.
Insgesamt erfüllt die vorliegende Erfindung diesen Bedarf, indem sie ein Verfahren und eine Vorrichtung zum gleichmäßigen Aufschleudern von Materialien auf die Oberfläche eines Substrates, wie zum Beispiel eines Wafers, bereitstellt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Aufschleudern von Chemikalien auf ein Substrat gemäß Definition des beigefügten Anspruches 1 offenbart. Die Vorrichtung enthält eine Schale mit einer erhöhten Auflage zur Aufnahme des Substrats. Die Schale enthält gekrümmte Wände, die einen Hohlraum definieren, der ein Fluid in der Nähe eines äußeren Bereichs der Schale aufnehmen kann. Die Vorrichtung enthält einen Deckel, der so beschaffen ist, dass er auf die gekrümmten Wände passt. Der Deckel weist bevorzugt eine im Wesentlichen flache Unterseite auf, die in unmittelbarer Nähe zu einer Oberseite des Substrates positioniert ist. Ferner enthält die Vorrichtung Fluidinjektorlöcher, die entlang einem Injektorring ausgebildet sind, der unter dem Substrat ausgebildet ist. Die Fluidinjektorlöcher sind auf eine Unter seite des Substrates gerichtet, die sich in der Nähe des Äußeren Durchmessers des Substrates befindet. Die Vorrichtung enthält auch mehrere Abflusslöcher, die auf einem Bodenbereich der Schale ausgebildet sind. Die mehreren Abflusslöcher sind in Abstand von dem Außenbereich der Schale angeordnet, um dem Hohlraum zu ermöglichen, Fluid aufzunehmen, während sich die Schale mit hoher Geschwindigkeit dreht, und das Fluid abzuleiten, wenn die Schale im Wesentlichen zum Stillstand kommt.
Ein Verfahren zum Schleuderbeschichten eines Substrates gemäß der vorliegenden Erfindung wird ebenfalls gemäß Definition des beigefügten Anspruches 28 offenbart. Das Verfahren beinhaltet das Aufbringen einer über einem Substrat, das in einer Schale gelagert ist, aufzuschleudernden Chemikalie. Die Schale weist an einem äußeren Rand der Schale einen Flüssigkeitsrückhaltehohlraum auf. Das Verfahren beinhaltet auch das Einkapseln des Substrates in der Schale und das schnelle Drehen der gekapselten Schale, um das Aufschleudern der aufgebrachten Chemikalie über der Oberfläche des Wafers zu bewirken. Ferner beinhaltet das Verfahren die Injektion eines Lösungsmittels an einem Unterseitenrand des Wafers, um einen überschüssigen Chemikalienwulst von dem Rand des Wafers zu entfernen, und das Sammeln des Lösungsmittels und des überschüssigen Chemikalienwulstes, der von dem Substrat in den Fluidrückhaltehohlraum abfließt, während sich die gekapselte Schale schnell dreht. Ferner beinhaltet das Verfahren das Ableiten des überschüssigen Chemikalienwulstes und des Lösungsmittels, die in dem Flüssigkeitsrückhalteholraum gesammelt werden, wenn sich die gekapselte Schale einem nicht schnell drehenden Zustand annähert.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass der Deckel so beschaffen ist, dass er den Wafer einschließt und die Umgebung über der Waferoberfläche während eines Schleuderbeschichtungsvorgangs ausschließt. Die mehreren in dem Boden der sich schnell drehenden Schale ausgebildeten Injektorlöcher sind gut für die Aufbringung eines Lösungsmittels auf die Unterseite des Wafers zum Spülen des Waferrandes geeignet, um eine Randwulstbildung der aufgebrachten Chemikalien (zum Beispiel Photoresist, SOG oder andere aufgeschleuderte Dielektrika) zu verhindern. Im Allgemeinen wird das Lösungsmittel, das auf die Unterseite des Wafers aufgebracht wird, durch die erzeugten Zentrifugalkräfte in die sich schnell drehende Schale getrieben, wenn sich die Schale schnell dreht. Demzufolge kann das aufgebrachte Lösungsmittel auch zum Reinigen der Innenseite der Schale nach jedem Schleuderbeschichtungsvorgang verwendet werden, um den Chemikalienaufbau zu reduzieren, welcher die Ausbeute reduzierende Defekte verursachen kann.
Ferner ist der Flüssigkeitsrückhaltevorgang gemäß der vorliegenden Erfindung in der Schale gut dafür geeignet, alle überschüssigen Chemikalien festzuhalten, die über dem Wafer aufgeschleudert werden, sowie jedes Lösungsmittelmaterial, dass auf die Unterseite des Wafers aufgebracht wird. Bevorzugt werden im Wesentlichen alle Fluide innerhalb des Hohlraums zurückgehalten, während die Schale sich schnell dreht, und wenn die Schale zum Stehen kommt, beginnen die Flüssigkeiten durch die in dem Boden der Schale ausgebildeten Löcher abzulaufen. Als ein zusätzlicher Vorteil werden durch das Erfassen der Flüssigkeiten innerhalb des Hohlraums während eines Schleuderbeschichtungsvorgangs wesentlich weniger Ausbeute reduzierende Feststoffteilchen erzeugt. In einer weiteren Ausführungsform ist eine Erweiterung der Schale gut für die Ausbildung eines Labyrinthes mit einem Spritzring eines Auffangbechers geeignet, um dadurch im Wesentlichen die Möglichkeit von in der Luft schwebenden Feststoffteilchen außerhalb des Schalen/Auffangbechersystems zu reduzieren.
Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich, welche im Rahmen eines Beispiels die Prinzipien der Erfindung darstellen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird ohne weiteres durch die nachstehende Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verständlich.
1, welche nicht der vorliegenden Erfindung entspricht, ist eine Querschnittsansicht eines Substrates, das in einer herkömmlichen offenen runden Schalenanordnung schleuderbeschichtet wird.
2A, welche nicht der vorliegenden Erfindung entspricht, ist eine Explosionsdarstellung einer drehbaren Schale und eines Deckels.
2B, welche nicht der vorliegenden Erfindung entspricht, ist eine Draufsicht auf eine drehbare Schale.
2C, welche nicht der vorliegenden Erfindung entspricht, ist eine Querschnittsansicht, welche die drehbare Schale darstellt, die einen Wafer und einen Verriegelungsschaft enthält, um mechanisch den Deckel auf die drehbare Schale aufzubringen und zu entfernen.
2D, welche nicht der vorliegenden Erfindung entspricht, ist eine Draufsicht auf den verwendeten Deckel.
2E, welche nicht der vorliegenden Erfindung entspricht, ist eine vergrößerte Seitenansicht eines Abschnittes einer drehbaren Schale mit einem Flüssigkeitsabflussloch.
2F, welche nicht der vorliegenden Erfindung entspricht, ist eine schematische Querschnittsansicht eines Wafers während eines typischen Schleuderbeschichtungsvorgangs.
2G, welche nicht der vorliegenden Erfindung entspricht, ist eine Querschnittsansicht eines Wafers mit einer im Wesentlichen gleichmäßigen Beschichtungsschicht nach einer Schleuderbeschichtungsprozedur.
3, welche nicht der vorliegenden Erfindung entspricht, stellt ein exemplarisches Schleuderbeschichtungssystem mit einem Auffangbecher dar.
4A ist eine Explosionsdarstellung einer drehbaren Schale und eines Deckels gemäß der vorliegenden Erfindung.
4B ist eine Querschnittsansicht der drehbaren Schale von 4A gemäß der vorliegenden Erfindung.
4C ist eine vergrößerte Seitenansicht der drehbaren Schale von 4B, die einen Hohlraum zum Zurückhalten von Flüssigkeiten während eines Wafer-Schleuderbeschichtungsvorgangs gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
5A ist eine Querschnittsansicht des in dem Hohlraum während des Schleuderbeschichtungsvorgangs gemäß der vorliegenden Erfindung aufgefangenen aufgebrachten Beschichtungsfluids.
5B ist eine Querschnittsansicht der aufgebrachten Beschichtung nachdem ein Lösungsmittelrückspülvorgang gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt wurde.
6A ist ein exemplarisches Schleuderbeschichtungssystem, das einen Auffangbecher und Spritzringe gemäß der vorliegenden Erfindung enthält.
6B ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Labyrinths, das durch eine Erweiterung der drehbaren Schale und einen Spritzring des Auffangbechers von 6A gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Es wird eine Erfindung für eine geschlossene Halbleiterverarbeitungsschale offenbart, welche eine verbesserte Schleuderbeschichtungsgleichmäßigkeit bereitstellt. Obwohl die vorliegende Erfindung insbesondere für die Aufbringung von Photoresistmaterialien geeignet ist, können weitere Chemikalien, wie zum Beispiel SOG (Spin-on-Glas) ebenfalls für den Aufbringungsprozess zur Verbesserung der Beschichtungsgleichförmigkeit geeignet sein. Die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in jeder Form implementiert werden und insbesondere Anwendung bei der Aufbringung sowohl von Materialien mit hoher als auch niedriger Viskosität auf die Oberfläche eines ebenen Wafers finden. In der nachstehenden Beschreibung werden zahlreiche spezifische Details beschrieben, um ein tiefes Verständnis der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen. Es dürfte sich jedoch für den Fachmann auf diesem Gebiet verstehen, dass die vorliegende Erfindung ohne einige oder alle von diesen spezifischen Details ausgeführt werden kann. In weiteren Fällen wurden allgemein bekannte Arbeitsschritte nicht im Detail beschrieben, um nicht in unnötiger Weise die vorliegende Erfindung zu verschleiern.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine geschlossene Prozessschale offenbart, in welcher Chemikalien auf ein Substrat während eines Herstellungsprozesses aufgeschleudert werden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Substrat ein Wafer, der dazu verwendet werden kann, Halbleiterbauteile herzustellen. Im Allgemeinen wird der Wafer auf eine drehbare Schale gelegt, die starr an einer von einem Motor angetriebenen Welle befestigt ist. Während des Beschichtungsprozesses wird eine Chemikalie, wie zum Beispiel ein Photoresist auf die Oberfläche des Wafers aufgebracht, bevor ein Deckel auf der drehbaren Schale mit gekrümmten Wänden befestigt wird. Die schnelle Drehung der Schale bewirkt die Verteilung der Chemikalie über der Oberfläche des Wafers.
Um die vorstehend erwähnten Randwulstbildungsprobleme zu bekämpfen, wird bevorzugt ein Lösungsmittel auf die Rückseite des sich schnell drehenden Wafers in der Nähe seines äußeren Durchmessers aufgespritzt (d.h., eine Rückseitenspülung durchgeführt), nachdem sich der Photoresist über der Oberfläche des Wafers verteilt hat. Bevorzugt wird das Lösungsmittel durch mehrere Lösungsmittelinjektorlöcher eingespritzt, die sich von einer Außenoberfläche der drehbaren Schale zu einem Innenbereich der drehbaren Schale hin erstrecken. Bei der Aufbringung wird das Lösungsmittel in der drehbaren Schale durch die durch den schnellen Drehvorgang erzeugte Zentrifugalkraft in die drehbare Schale gedrückt. In einer Ausführungsform wirkt das aufgebrachte Lösungsmittel so, dass es wesentlich die Wulstbildung an den äußeren Bereichen des Wafers reduziert. Ferner wirkt das aufgebrachte Lösungsmittel auch so, dass es die Feststoffteilchenkontamination an der Unterseite des Wafers reduziert.
Bevorzugt wird die den beschichteten Wafer enthaltende Schale schnell gedreht, während das Lösungsmittel auf die Oberfläche des Wafers aufgebracht wird, um die Oberseitenspülung abzuschließen. Alle Lösungsmittelchemikalien, die von der Oberfläche des Wafers abgeschleudert werden, während sich die Schale schnell dreht, können daher die Schale durch die vorstehend erwähnten Abflusslöcher, die unterhalb der Oberflächenhöhe des Wafers angeordnet sind, verlassen, wenn die Schale zur Ruhe kommt. Die Rückseitenspül- und Oberseitenspülvorgänge haben den vorteilhaften Effekt der Reinigung der inneren Bereiche der Schale von überschüssigen Photoresist zusätzlich zu der Bereitstellung einer verbesserten Randwulstbeseitigung in einer kontrollierten Umgebung.
2A entspricht nicht der vorliegenden Erfindung. Sie trägt jedoch zu dem Verständnis der beanspruchten Erfindung bei und stellt eine Explosionsdarstellung eines geschlossenen Halbleiterprozesssystems 100 mit einer Schale 102 und einem Deckel 101 dar. Der Deckel 101 weist bevorzugt eine runde Form mit einer angeschrägten Oberseite 110, einer unteren ebenen Oberfläche 114 und einem hohlen Innenbereich 111 auf, welcher über eine obere Öffnung 113 zugänglich ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Schale 102 in einem Stück mit einer motorbetriebenen axialen Welle 135 ausgebildet. Gemäß Darstellung weist die axiale Welle 135 eine axial angeordnete Vakuumkammer 118 auf, die sich im Wesentlichen entlang des Längsverlaufs der Welle 135 erstreckt und in einer Vakuumöffnung 119 endet. Die Vakuumöffnung 119 ist bevorzugt mittig auf einer Auflagefläche 104 der Schale 102 angeordnet.
Gemäß Darstellung ist die Auflagefläche 104 der Schale 102 bevorzugt dafür eingerichtet, ein geeignetes Werkstück festzuhalten. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Werkstück ein Silizium-Wafer, der bei der Herstellung integrierten Halbleiterschaltungen verwendet wird. Es dürfte sich jedoch verstehen, dass die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in gleicher Weise auf weitere Technologien anwendbar sind, in welchen eine Präzisionsschleuderbeschichtung von Chemikalien erwünscht ist (zum Beispiel Photoresist, Spin-on-Glas (SOG), Kompaktdisk-Beschichtungen auf aufzeichnungsfähigen CD's und so weiter). Im Allgemeinen bildet ein Auflagerand 126 den Außenumfang der Auflageoberfläche 104 der Schale 102 aus und ist für die Lagerung eines Wafers 130 gemäß Darstellung in 2C eingerichtet. In diesem Beispiel besitzt der Deckel 101 bevorzugt eine kreisrunde ausgesparte Nut 112, die in dessen flacher Unterseite 114 ausgebildet ist. Die kreisrunde ausgesparte Nut 112 ist bevorzugt passend zu einer kreisrunden vorspringenden Lippe 124 ausgebildet, die um den Außenwandabschnitt der Schale 102 herum angeordnet ist.
Es sind auch mehrere Abflusslöcher 125 dargestellt, die an dem Außenradius der Schale 102 angeordnet sind. Bevorzugt liegen die Abflusslöcher 125 vertikal tiefer als die Auflagefläche 104. Auf diese Weise liegt der Wafer, wenn er auf der Auflagefläche 104 aufliegt, über den Abflusslöchern 125. Da Chemikalien, die auf die Oberfläche eines sich schnell drehenden Wafers aufgebracht werden, von dem Wafer mit hoher Geschwindigkeiten abgeschleudert werden, werden die Chemikalien bevorzugt nach unten und entlang den gekrümmten Wänden zu den Abflusslöchern 125 geführt. Somit ist diese gekrümmte Wandoberfläche gut für das Auffangen der von der Waferoberfläche abgelösten Chemikalien in einer Weise geeignet, die die Chemikalien aus den geschlossenen Schalensystemen entfernt. Bevorzugt sind etwa 8 bis etwa 16 Abflusslöcher 125 um den Außenradius der Schale 102 ausgebildet, um den aufgebrachten Chemikalien einen Austritt während eines Hauptschleuderzyklus zu ermöglichen. In dieser Ausführungsform haben die Abflusslöcher 125 ein Durchmesser zwischen etwa 1 mm und etwa 3 mm. Natürlich kann der Durchmesser in Abhängigkeit von der Viskosität der aufgebrachten Chemikalien und der durch die Injektorlöcher 121 eingespritzten Lösungsmittelmaterialien geeignet modifiziert werden. In jedem Falle sind die Abflusslöcher 125 im Allgemeinen groß genug, um sicherzustellen, dass ein ausreichender Pfad ausgebildet ist, um das eingespritzte Lösungsmittel und die gelösten Beschichtungsmaterialien abfließen zu lassen.
2B ist eine Draufsicht auf die in 2A dargestellte Schale 102. Gemäß Darstellung weist die Auflagefläche 104 der Schale 102 mehrere Auflagen 128 auf, die sich radial nach außen von der mittig angeordneten Vakuumöffnung 119 zu dem Auflagering 126 erstrecken. Die Auflagen 128 werden dazu verwendet, das Substrat, das durch das durch die Vakuumöffnung 119 und Vakuumkammer 118 erzeugte Vakuum in seiner Lage gehalten wird, zu unterstützen. Mehrere Verriegelungszapfen 122 sind um den oberen Abschnitt der Schale 112 herum angeordnet dargestellt, um die Befestigung des Deckels 101 an der Schale 102 zu unterstützen. Im Allgemeinen sind die Verriegelungszapfen 122 so konfiguriert, dass sie mit geeigneten ausgesparten Zapfenlöchern 122a übereinstimmen, die an dem Deckel 101 gemäß Darstellung in der nachstehenden 2D angeordnet sind. Natürlich arbeiten andere Deckelbefestigungstechniken ebenso. Diese Ansicht liefert auch eine gute Darstellung der mehreren Lösungsmittelinjektorlöcher 121, die auf einem Lösungsmittelejektorring 127 angeordnet sind. In einer Ausführungsform sind etwa 100 Lösungsmittelinjektorlöcher 121 um den Lösungsmittelejektorring 127 herum ausgebildet, um bei Rückseitenspülvorgängen verwendete Lösungsmittelchemikalien aufzubringen. Die Rückseitenspülfunktion der Lösungsmittelinjektorlöcher 121 wird unter Bezugnahme auf 2E detaillierter beschrieben.
2C zeigt einen auf der Auflageoberfläche 104 der Schale 102 gemäß den 2A und 2B aufgelegten Wafer 130. Gemäß vorstehender Beschreibung ist ein durch eine (nicht dargestellte) Vakuumpumpe erzeugtes Vakuum mit der Vakuumkammer 118 verbunden, welche zu der Auflagefläche 104 führt, um den Wafer 130 während des Betriebs zu befestigen. In dieser Ausführungsform wurde der Deckel 101 mit der Schale 102 verbunden, um den Wafer 130 einzukapseln. Bevorzugt ist die flache Unterseite 114 des Deckels 101 von der Oberseite 132 des Wafers 130 über einen Abstand getrennt, der klein genug ist, um die Ausbildung von Konvektionswirbeln in der Nähe der sich über dem schnell drehenden Wafer liegenden Oberfläche zu verhindern. In einer Ausführungsform beträgt der Abstand zwi schen etwa 1 mm und etwa 10 mm und bevorzugter zwischen etwa 1 mm und etwa 3 mm und am bevorzugtesten etwa 2 mm.
Während eines Schleuderbeschichtungsvorgangs wird ein Beschichtungsmaterial bevorzugt auf den inneren Radius der Oberseite 132 des Wafers 130 aufgebracht, bevor der Deckel 101 auf der Schale 102 befestigt wird. Nachdem das Beschichtungsmaterial aufgebracht worden ist, wird der Deckel 101 auf der Schale 102 befestigt, indem die kreisrunde ausgesparte Nut 112 mit der kreisrunden vorstehenden Lippe 124 zusammengebracht wird, wie es vorstehend beschrieben wurde. In einer Ausführungsform ist die axiale Welle 135 mit einem (nicht dargestellten) Motor verbunden, der bevorzugt die axiale Welle 135 mit zum Verteilen der Beschichtungsmaterialien ausreichenden Betriebsdrehzahlen dreht.
Um sicherzustellen, dass der Deckel 101 an der Schale 102 während der Drehung befestigt bleibt, ist ein Verriegelungsschaft 160 auf dem Deckel 101 befestigt. Zusätzlich wird der Verriegelungsschaft 160 dazu genutzt, um den Deckel 101 mechanisch auf die Schale 102 während und zwischen Schleuderbeschichtungszyklen aufzubringen und zu entfernen. Gemäß Darstellung durch die 2D bildet die Öffnung 113 eine Form aus, die für die Aufnahme des (eine ähnliche Form aufweisenden) Verriegelungsschaftes 160 in einem hohlen Innenbereich 111 beschaffen ist. Sobald der Verriegelungsschaft 160 in den hohlen Innenbereich 111 abgesenkt ist, wird der Verriegelungsschaft 160 angenähert um 120° in beliebiger Richtung gedreht. Auf diese Weise verhindern die nun einander gegenüberliegenden Formen des Verriegelungsschaftes 160 und der Öffnung 113, dass sich der Deckel 101 während des Aufschleuderns löst. In dieser Draufsichtansicht des Deckels 101 sind die mehreren ausgesparten Zapfenlöcher 122a entlang dem äußeren Durchmesser des Deckels 101 so ausgebildet dargestellt, dass die in den 2A und 2B dargestellten mehreren Zapfen 122 mit den mehreren Zapfenlöchern 122a übereinstimmen.
Wie es vorstehend beschrieben und in 2E dargestellt wurde, enthält die Schale 102 mehrere Lösungsmittelinjektorlöcher 121. Die Lösungsmittelinjektorlöcher 121 weisen ein Ende E₁ auf, das sich innerhalb des Lösungsmittelinjektorrings 123 befindet, der in einem radialen Abstand r₁ von dem Drehmittelpunkt der Schale 102 angeordnet ist. Ferner ist ein inneres Ende E₂ der Lösungsmittelinjektorlöcher 121 etwa bei einem radialen Abstand r₂ von dem Drehmittelpunkt der Schale 102 angeordnet. Im Allgemeinen ist der radiale Abstand r₁ kleiner als der radiale Abstand r₂, weshalb die Injektorlöcher 121 einen abgewinkelten Leitungspfad (zum Beispiel etwa zwischen 30 und 50 Grad) durch die Schale 102 hindurch ausbilden, welche den Lösungsmittelinjektorring 123 und den Lösungsmittelejektorring 127 verbinden. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Lösungsmittelejektorring 127 einen Durchmesser auf, der sich etwa 150 mm beträgt. Gemäß vorstehender Beschreibung ist durch Injektorlöcher des Wafers 130 hindurch getretenes Lösungsmittel gut dazu geeignet, eine Rückseitenspülung des Wafers 130 zu vervollständigen, um dadurch die Möglichkeit einer Randwulstausbildung zu reduzieren.
Es dürfte erkennbar sein, dass der Wafer 130 in einem Abstand "Hw" über den Abflusslöchern 125 angeordnet ist. In einer Ausführungsform liegt der Abstand Hw wenigstens zwischen etwa 3 mm und etwa 5 mm und bevorzugter wenigstens zwischen etwa 3 mm und etwa 4 mm und am meisten bevorzugt wenigstens bei etwa 3 mm. Auf diese Weise werden Chemikalien, die von der Oberfläche des Wafers 130 abgeschleudert werden, bevorzugt nicht auf die Oberfläche des Wafers 130 zurückgeschleudert. Gemäß vorstehender Beschreibung ist die Innenwandoberfläche der Schale 102 bevorzugt ausreichend gekrümmt, um den Chemikalien ein Abschleudern von dem Wafer 130 und nach unten entlang der zu dem Abflusslöchern 125 gerichteten Wandoberfläche zu ermöglichen. Ein weiterer Vorteil, dass die Trennlöcher 125 unterhalb der Oberseite 132 des Wafers 130 liegen, besteht darin, dass jede in der Nähe des Innenrandes der Schale 112 erzeugte Turbulenzströmung bevorzugt unterhalb des Wafers 130 gehalten wird. Wenn turbulente Strömungen von dem oberflächenbehandelten Wafer 130 weg gehalten werden, werden die aufgeschleuderten Beschichtungen mit verbesserter Gleichmäßigkeit erzeugt, und dadurch die die Ausbeute reduzierenden Unvollkommenheiten reduziert.
2F stellt eine Querschnittsansicht des Wafers 130 während einer typischen Schleuderbeschichtungsprozedur dar. Sobald sich die Schale 102 dreht, unterstützen die erzeugten Zentrifugalkräfte die Verteilung des Beschichtungsmaterials über der Oberfläche 132 des Wafers 130, um dadurch eine Beschichtungsschicht 140 auszubilden. Leider erzeugt die typische Beschichtungsprozedur einen Wulst 150 an dem Rand des Wafers 130. Wie es vorstehend beschrieben wurde, präsentiert die Wulstbildung 150 eine Reihe unerwünschter die Ausbeute reduzierender Probleme. Um die Möglichkeit der Wulstbildung 150 zu reduzieren, wird ein Lösungsmaterial durch den Lösungsmittelinjektor 121 hindurch eingespritzt und als eine temporäre Lösungsmittelbeschichtung 141 aufgebracht. In diesem Beispiel wird die Lösungsmittelbeschichtung 141 dazu veranlasst, sich zu dem Wulst 150 hin durch dieselben Zentrifugalkräfte, welche die Beschichtungsschicht 140 verteilen, zu verteilen. Demzufolge unterstützt die Lösungsmittelbeschichtung 141 die Auflösung des Wulstes 150, um einen gleichmäßiger beschichten Rand zu erzeugen. Das aufgelöste Beschichtungsmaterial und das überschüssige Lösungsmittel fließen dann aus der Schale 102 durch die Abflusslöcher 125 ab, wie es vorstehend beschrieben wurde. 2G ist eine schemati sche Querschnittsansicht des Wafers 130 mit der aufgeschleuderten Beschichtungsmaterialschicht 140, nachdem die Lösungsmittelbeschichtung 141 angewendet wurde, um den Wulst 150 zu entfernen. Gemäß Darstellung ist die Beschichtungsschicht 140 nun über der gesamten Oberfläche des Wafers 130 gleichmäßiger.
3 entspricht nicht der vorliegenden Erfindung. Sie trägt jedoch für das Verständnis der beanspruchten Erfindung bei. Sie stellt ein Schleuderbeschichtungssystem 180 dar, das in Verbindung mit dem vorstehend beschriebenen geschlossenen Schalenschleuderbeschichtungssystem verwendet werden kann. Gemäß Darstellung sind die Schale 102 und der Deckel 101 bevorzugt in einem Auffangbecher 182 eingebaut. Der Auffangbecher 182 kann einen Spritzring 183 enthalten, der dazu genutzt wird, um außerhalb der Abflusslöcher 125 erzeugte Feststoffteilchen am Austritt aus dem Auffangbecher 182 zu hindern. Der Auffangbecher 182 enthält auch ein Abflussloch 190, das gut dafür geeignet ist, die Chemikalien aus dem Auffangbecher 182 und in einen (nicht dargestellten) Ablaufsammler zu führen. Ein Abluftsammler 188 kann ebenfalls vorgesehen sein, um die Entfernung von in der Luft schwebenden Feststoffteilchen zu unterstützten. Ein (nicht dargestelltes) HEPA-Filter kann ebenfalls über dem Schleuderbeschichtungssystem 180 angeordnet sein, um alle Feststoffteilchen einzufangen, die aus dem Auffangbecher 182 austreten können. In der dargestellten Ausführungsform ist eine Sammelkammer 192 mit der Schale 102 verbunden, um einen Kanal 194 bereitzustellen, der zum Zuführen der vorstehend erwähnten Lösungsmittelchemikalien zu den Lösungsmittelinjektorlöchern 121 verwendet wird. Zusätzlich stellt die Sammelkammer 192 eine Oberfläche für die Aufnahme des Abluftsammlers 188 bereit. Natürlich kann eine beliebige Anzahl von allgemein bekannten Abluftsammlern 188 ebenso implementiert werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine geschlossene Halbleiterprozessschale offenbart, die eine Feststoffteilchenerzeugung reduziert und verbesserte Schleuderbeschichtungsgleichmäßigkeiten bereitstellt. Obwohl die vorliegende Erfindung insbesondere für die Aufbringung von Photoresistmaterialien geeignet ist, können andere Chemikalien, wie zum Beispiel Spin-on-Glas (SOG) und Spin-on-Dielectrics (SODs) für die hierin beschriebenen Aufbringungsprozesse besonders vorteilhaft zur Erzielung verbesserter Beschichtungsgleichmäßigkeiten und Reduzierung von Feststoffteilchen sein. Ferner können die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in beliebiger Form implementiert werden und können insbesondere in der Aufbringung von Materialien sowohl hoher als auch niedriger Viskosität Verwendung finden.
Jedes gelöste Beschichtungsmaterial und überschüssige Lösungsmittel, dass während eines Schleuderbeschichtungsprozesses erzeugt wird, wird bevorzugt in dem konkaven Bereich, der an einem Innenrand der Schale angeordnet ist, während des Verlaufs des Schleuderbeschichtungsprozesses aufgefangen. Sobald der Schleuderbeschichtungsprozess abgeschlossen ist (z.B. die Schleuderschale im Wesentlichen zum Stehen kommt), kann das aufgefangene gelöste Beschichtungsmaterial und überschüssige Lösungsmittel aus der Aufschleuderschale durch die Abflusslöcher abfließen, die auf der Unterseite der Schale angeordnet sind. Das heißt, während der schnellen Drehung der Schale wirkt die Zentrifugalkraft so, dass sie das gelöste Beschichtungsmaterial in dem konkaven Bereich hält. Sobald jedoch die Zentrifugalkräfte abnehmen, kann die Flüssigkeit aus dem geschlossenen Schalensystem ablaufen. Es dürfte erkennbar sein, dass im Wesentlichen alle Feststoffteilchen in vorteilhafter Weise innerhalb des geschlossenen Schalensystems während des Schleuderbeschichtungsvorgangs enthalten sind, und dadurch Rückseitenkontaminationsprobleme sowie eine Umweltverschmutzung reduziert wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ermöglichen Rückseiten- und manchmal Oberseiten-Wulstentfernungs-(EBR)-Prozessschritte die Erzeugung von im Wesentlichen gleichmäßigen Beschichtungen in einer kontrollierten Umgebung, die eine Feststoffteilchenerzeugung reduziert. Ferner unterstützt der EBR-Prozess in vorteilhafter Weise eine automatische Spülung der Schale nach jedem Beschichtungsvorgang. Natürlich ist die Reinhaltung der Schale während einer Beschichtung, insbesondere zum Reduzieren der Möglichkeit einer Verschmutzung aktueller Wafer mit Feststoffteilchen aus vorherigen Schleuderbeschichtungen wichtig.
4A ist eine Explosionsdarstellung einer geschlossenen Halbleiterprozessschale 200 mit einer Schale 202 und einem Deckel 201, und 4B ist eine Zusammenbauansicht gemäß der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform weist der Deckel 201 bevorzugt eine kreisrunde Form mit einer angeschrägten Oberseite 210, einer flachen Unterseite 214 und einem hohlen Innenbereich 211 auf, der über eine obere Öffnung 213 zugänglich ist. Bevorzugt ist die Schale 202 in einem Stück mit einer motorbetriebenen axialen Welle 235 verbunden, die eine axial angeordnete Vakuumkammer 218 enthält, die sich über die Länge der axialen Welle 235 erstreckt und in einer Vakuumöffnung 219 endet. Die Vakuumöffnung 219 ist bevorzugt mittig in der Schale 202 für die Befestigung von Wafern auf einer Auflagefläche 204 angeordnet.
Gemäß Darstellung in 4B ist die Auflagefläche 204 der Schale 202 gut dafür geeignet, einen Wafer 230 während Schleuderbeschichtungsvorgängen festzuhalten. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Substrat ein bei der Herstellung von integrierten Halbleiterschaltungen verwendeter Sili ziumwafer. Es dürfte sich jedoch verstehen, dass die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in gleicher Weise auf weitere Technologien anwendbar sind, in welcher eine Präzisionsschleuderbeschichtung von Chemikalien (zum Beispiel Photoresist, Spin-on-Glas (SOG), Spin-on-Dielectrics (SODs) Kompaktdisk-Beschichtungen auf aufzeichnungsfähigen CD's, Maskenplatten, Flüssigkristall-Anzeigeplatten, Multichip-Träger und so weiter). In dieser Ausführungsform bildet ein Auflagerand 226 den Außenumfang der Auflageoberfläche 204 aus. In diesem Beispiel besitzt der Deckel 201 bevorzugt eine kreisrunde ausgesparte Nut 212, die in dessen flacher Unterseite 214 ausgebildet ist. Die kreisrunde ausgesparte Nut 212 ist bevorzugt passend zu einer kreisrunden vorspringenden Lippe 224 ausgebildet, die um den Außenwandabschnitt der Schale 202 herum angeordnet ist. Ferner ist bevorzugt ein Abstand zwischen etwa 1 mm und etwa 10 mm zwischen der flachen Unterseite 214 des Deckels 201 und der Oberseite des Wafers 230 und bevorzugter zwischen etwa 1 mm und etwa 3 mm und am bevorzugtesten von etwa 2 mm ausgebildet.
Wie es vorstehend erwähnt wurde, enthält die Schale 202 bevorzugt einen Hohlraum 250 zum Zurückhalten des gesamten während des Schleuderbeschichtungsprozesses gelösten Beschichtungsmaterials und überschüssigen Lösungsmittels. Daher halten, während sich die Schale 202 und der Deckel 201 schnell drehen, die Zentrifugalkräfte die überschüssige Flüssigkeit in dem Hohlraum 250, und wenn die Kräfte abnehmen, fließt die Flüssigkeit bevorzugt durch mehrere Abflusslöcher 225 heraus. Bevorzugt sind zwischen etwa 8 und etwa 16 Abflusslöcher 225 entlang dem Boden der Schale 202 ausgebildet, um einen Austritt der aufgebrachten Chemikalien nach einer Schleuderbeschichtungsaufbringung zu ermöglichen.
Gemäß 4B enthält die Schale 202 auch mehrere Lösungsmittelinjektorlöcher 221, die ein erstes Ende innerhalb eines Lösungsmittelinjektorrings 223 (in einem radialen Abstand r₁ von dem Mittelpunkt der Schalte 202) angeordnet haben, und ein zweites Ende haben, das angenähert an der Mittellinie eines Lösungsmittelsejektorrings 227 (in einem radialen Abstand r₂ von dem Mittelpunkt der Schale 202) angeordnet ist. Im Allgemeinen ist der radiale Abstand r₁ kleiner als der radiale Abstand r₂, weshalb das Lösungsmittelinjektorloch 221 einen abgewinkelten Kanal (zum Beispiel zwischen etwa 30 und 50 Grad) durch die Schale 202 hindurch bildet, der den Lösungsmittelinjektorring 223 und den Lösungsmittelejektorring 227 verbindet.
Die Schale 202 enthält auch eine runde Erweiterung 260, die sich von dem äußeren Bereich der Schale 202 aus erstreckt, um die Möglichkeit einer Feststoffteilchenkontamination zu reduzieren. Wie es nachstehend detaillierter unter Bezugnahme auf die 6B beschrieben wird, bildet die runde Erweiterung 260 mit einem feststehenden Auffangspritzring, ein Labyrinth, um zu verhindern, dass im Wesentlichen alle erzeugten Feststoffteilchen aus dem System austreten und die aufgeschleuderten Chemikalien verschmutzen.
Um sicherzustellen, dass der Deckel 201 auf der Schale 202 befestigt bleibt, ist ein Verriegelungsschaft 261 in der Nähe der Unterseite 214 des Deckels 201 angeordnet. Beispielsweise entspricht der Verriegelungsschaft 261 in seiner Form der Form der oberen Öffnung 213 des Deckels 201, um dadurch in den hohlen Innenbereich 211 einzutreten. Sobald er in den hohlen Innenraum 211 eingetreten ist, wird der Verriegelungsschaft 261 angenähert um 120 Grad in einer beliebigen Richtung gedreht. Auf diese Weise wird der Verriegelungsschaft 261 fest in der Nähe der Unterseite 214 des Deckels 201 befestigt, um sicherzustellen, dass sich der Deckel 201 während des Schleuderbeschichtungsprozesses nicht löst.
Zusätzlich sind mehrere in den 4A und 2B dargestellte Verriegelungszapfen 122, 222 um den oberen Abschnitt der Wände der Schale 202 herum angeordnet, um die Befestigung des Deckels 201 während der Verarbeitung zu unterstützen. Im Allgemeinen sind die Verriegelungszapfen 122, 222 so konfiguriert, dass sie mit entsprechenden ausgesparten Zapfenlöchern übereinstimmen, die auf der Unterseite des Deckels 201 angeordnet sind. In einer weiteren Ausführungsform kann der Deckel 201 (nicht dargestellte) magnetische Verriegelungen zum Befestigen des Deckels 201 an der Schale 202 enthalten. Im Allgemeinen können die magnetischen Verriegelungen aus mehreren sich anziehenden Magnetflächen bestehen, die gut ausgewogen entlang dem oberen Abschnitt der Wände der Schale 202 und entlang der Unterseite des Deckels 201 angeordnet sind. Auf diese Weise müssen die Magnetflächen der Schale 202 und des Deckels 201 nicht jedes Mal in derselben festen Ausrichtung übereinstimmen, wenn der Deckel 201 auf die Schale 202 aufgelegt wird. Als ein Vorteil kann ein rascheres Verschließen der Schale 202 durchgeführt werden, was in manchen Fällen ein vorzeitliches Trocknen der auf den Wafer 230 aufgebrachten Chemikalien verhindert.
4C ist eine vergrößerte Querschnittsansicht von 4B mit den mehreren Abflusslöchern 225, die in einem Abstand "y" von dem äußeren Rand der Schale 202 (ausschließlich der runden Erweiterung 260) angeordnet sind. Auf diese Weise liegen die mehreren Abflusslöcher 225 (welche etwa zwischen 1 und 3 mm Durchmesser aufweisen) unter dem Wafer 230, um sicherzustellen, dass der Hohlraum 250 das überschüssige Lösungsmittel und gelösten Photoresist während eines Schleuderbeschichtungsvorgangs festhält. Aus diesem Grunde ist der Hohlraum 250 bevorzugt groß genug, um ein Volumen zwischen etwa 10 cm³ und etwa 20 cm³ aufzunehmen.
5A ist eine stärker vergrößerte Ansicht des Hohlraums 250, der durch die Lösungsmittelinjektorlöcher 221 zugeführte und gelöste Chemikalien festhält, die sich von dem Wafer 230 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verteilen. Wie es vorstehend beschrieben wurde, stellen die Zentrifugalkräfte, während sich die Schale 202 schnell während eines Schleuderbeschichtungsprozesses dreht, sicher, dass die überschüssigen Chemikalien in dem Hohlraum 250 während des Schleuderbeschichtungsprozesses festgehalten werden. Daher tritt, wenn eine Chemikalie, wie zum Beispiel Photoresist, über eine Oberseite 232 eines Wafers 230 aufgebracht wird, leider eine Photoresistwulstbildung 254 an dem Rand des Wafers 230 auf.
Um die Wulstbildung 254 zu beseitigen, wird ein Lösungsmittel 241 von der Unterseite der Schale 202 gegen den Injektorring 223 durch die Injektorlöcher 221 und auf die Rückseite des Wafers 230 aufgebracht. Sobald das Lösungsmittel 241 auf eine Unterseite 231 des Wafers 230 aufgebracht ist, verteilt sich das Lösungsmittelmaterial aufgrund der Zentrifugalkräfte der schnellen Drehbewegung der Schale 202 in einer nach außen gerichteten Weise. Man vermutet, dass, wenn das Lösungsmittel 241 den Rand des Wafers 230 erreicht, der Lösungsmittelswulst 254 mit dem Wulst 254 einer chemischen Beschichtung 240 in Wechselwirkung tritt. Wenn das Lösungsmittel 241 mit dem Wulst 241 in Kontakt kommt, beginnt der Wulst 254 sich aufzulösen und in den Hohlraum 250 zu fallen. In vorteilhafter Weise werden im Wesentlichen alle überschüssigen Fluide in dem Hohlraum 250 während eines Schleuderbeschichtungsvorgangs erfasst und im Wesentlichen alle unkontrollierten Lösungsmittel und Beschichtungschemikalien an ei nem Austritt aus der Schale 202 gehindert, in welcher unerwünscht Feststoffteilchen erzeugt werden können.
5B ist eine Querschnittsansicht, der in einer im Wesentlichen gleichmäßigen Weise auf die gesamte Oberseite des Wafers 230 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebrachten chemischen Beschichtung 240. Wie es vorstehend beschrieben wurde, reduziert eine Schale 202 mit einem Hohlraum 250 in vorteilhafter Weise die Menge erzeugter Feststoffteilchen während eines Schleuderbeschichtungsvorgangs. Ferner trägt die geschlossene Schalenkonfiguration zur Aufrechterhaltung von Beschichtungsgleichmäßigkeiten bei, indem ein vorzeitiges Trocknen der aufgebrachten Lösungsmittel verhindert wird. Demzufolge kann eine chemische Beschichtung 240 gleichmäßiger aufgebracht werden, während im Wesentlichen die Ausbeute reduzierende Effekte in Verbindung mit der Wulstbildung und vorzeitigen Lösungsmitteltrocknung verhindert werden.
6A stellt ein exemplarisches Schleuderbeschichtungssystem 300 dar, das zum Reduzieren einer Feststoffteilchenerzeugung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Gemäß Darstellung sind die Schale 202 und der Deckel 201 teilweise innerhalb eines Auffangbechers 302 enthalten, der einen ersten Spritzring 303 und einem zweiten Spritzring 304 enthält. Der Auffangbecher 302 enthält auch exemplarische Bodenabflusslöcher 310, die Chemikalien ableiten, die aus den Abflusslöchern 225 fließen und sie dann zu einem Ablaufsammler abführen. Ferner kann ein Abluftsammler 308 dazu verwendet werden, die Entfernung von in der Luft schwebenden Feststoffteilchen zu unterstützen. Natürlich kann auch eine beliebige Anzahl allgemein bekannter Abluftsammler 308 implementiert werden. In dieser Ausführungsform ist der zweite Spritzring 304 bevorzugt gut dafür geeignet, sich an die runde Erweiterung 260 anzupassen und ein Labyrinth auszubilden, um im Wesentlichen das Entweichen von in der Luft schwebenden Feststoffteilchen in die das Schleuderbeschichtungssystem 300 umgebende Umwelt zu verhindern.
6B ist eine Explosionsdarstellung des exemplarischen Schleuderbeschichtungssystems 300, dass das Labyrinth gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Gemäß Darstellung können, wenn Chemikalien über den Wafer schleuderbeschichtet werden, einige Chemikalien aus dem Hohlraum 250 durch die Abflusslöcher 225 herausfliegen, was eine Verteilung der Feststoffteilchen 320 in dem Auffangbecher 302 bewirkt. Jedoch sind die innerhalb des Auffangbechers 302 enthaltenen Feststoffteilchen 320 typischerweise kein Problem, da sie durch den Abluftsammler 308 entfernt werden. Da der zweite Spritzring 304 so ausgelegt ist, dass er nahezu die ringförmige Erweiterung 260 der Schale 202 berührt, müssten Feststoffteilchen zum Entweichen einen unwahrscheinlichen Weg 350 vor dem Austritt aus dem Schleuderbeschichtungssystem 300 durchqueren.
Als Folge des zwischen der Schale 202 und dem zweiten Spritzring 304 erzeugten Labyrinths sowie des Fluidrückhaltehohlraums 250 wird die Menge der die Ausbeute reduzierenden Feststoffteilchen im Wesentlichen eliminiert. Daher stellt das Schleuderbeschichtungssystem 300 mit geschlossener Schale Halbleiterherstellern ein leistungsfähiges Werkzeug zum Steigern der Ausbeute und Aufrechterhalten im Wesentlichen feststoffteilchenfreier gleichmäßiger Beschichtungen zur Verfügung.

Claims

Schleuderbeschichtungsvorrichtung mit: einer Einrichtung zum Aufbringen einer flüssigen chemischen Substanz durch Schleuderbeschichten auf ein Substrat (230), das innerhalb einer Schale (202) aufliegt, wobei die Schale an einem äußeren Rand der Schale einen Hohlraum (250) zur Aufnahme der Flüssigkeit aufweist; einer Kapselungseinrichtung zum Einschließen des Substrats (230) in der Schale (202); eine Einrichtung zum schnellen Drehen der gekapselten Schale (202), so daß die aufgebrachte Chemikalie auf die Oberfläche des Substrats (230) aufgeschleudert wird; einer Injektoreinrichtung zum Aufbringen eines Lösungsmittels auf einen Rand an der Unterseite des Substrats (230), wobei das Aufbringen des Lösungsmittels so beschaffen ist, daß ein überschüssiger Chemikalienwulst vom Rand des Substrats (230) entfernt wird; und einer Einrichtung zum Auffangen des Lösungsmittels und des von dem Substrat abfließenden überschüssigen Chemikalienwulsts in dem Flüssigkeitsaufnahmehohlraum (250) während der schnellen Drehung der gekapselten Schale (202).
Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner aufweist: eine Abflußeinrichtung zum Entfernen des in dem Flüssigkeitsaufnahmehohlraum (250) von der Schale (202) aufgefangenen überschüssigen Chemikalienwulsts und Lösungsmittels, wenn die Schale im wesentlichen zum Stillstand kommt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, die ferner aufweist: eine Einrichtung zum Reinigen des Inneren der Schale (202) nach dem Schleuderbeschichten jedes Substrats (230).
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, die ferner ein zwischen der Schale (202) und einem Auffangbecherspritzring (304) definiertes Labyrinth aufweist, wobei das Labyrinth so konfiguriert ist, daß es den Austritt von Feststoffteilchen aus dem Auffangbecher (302) während eines Schleuderbeschichtungsvorgangs weitgehend verhindert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Chemikalie aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer Photoresist-Chemikalie und einer Chemikalie zum Aufschleudern auf Glas besteht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Schale (202) eine erhöhte Auflage (204) zur Aufnahme des Substrats (230) und gekrümmte Wände aufweist, die den Hohlraum (250) definieren; wobei die Kapselungseinrichtung einen Deckel (201) aufweist, der so konfiguriert ist, daß er zu den gekrümmten Wänden paßt, wobei der Deckel eine im wesentlichen flache Unterseite (214) aufweist, die dicht an einer Oberseite des Substrats (230) angeordnet ist; wobei die Injektoreinrichtung Flüssigkeitsinjektorlöcher (221) aufweist, die entlang einem Injektorring (223) definiert sind, der unter dem Substrat (230) angeordnet ist, wobei die Flüssigkeitsinjektorlöcher auf eine Unterseite des Substrats (230) nahe dem Außendurchmesser des Substrats gerichtet sind; und wobei die Abflußeinrichtung mehrere am Bodenbereich der Schale (202) ausgebildete Abflusslöcher (225) aufweist, wobei die mehreren Abflußlöcher vom äußeren Schalenbereich beabstandet sind, um zu ermöglichen, daß der Hohlraum (250) eine Flüssigkeit aufnimmt, während sich die Schale (202) mit hoher Geschwindigkeit dreht, und die Flüssigkeit ableitet, wenn die Schale langsamer wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei bewirkt wird, daß sich die auf das Substrat (230) aufgebrachte Flüssigkeit während der schnellen Drehung der Schale (202) durch eine Zentrifugalkraft über das Substrat ausbreitet, wo bei die Zentrifugalkraft ferner bewirkt, daß die vom Substrat ablaufende Flüssigkeit während der schnellen Drehung der Schale in dem Hohlraum (250) aufgefangen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Schale (202) eine Erweiterung (260) aufweist, die außerhalb einer Außenkante der gekrümmten Wände ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, 7 oder 8, wobei die Flüssigkeitsinjektorlöcher (221) in einem Winkel ausgebildet sind, der im Bereich zwischen etwa 30 Grad und etwa 50 Grad liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Auffangbecher (302) so konfiguriert ist, daß er die Schale (202) mit der außerhalb einer Außenkante der gekrümmten Wände ausgebildeten Erweiterung (260) aufnimmt, wobei der Auffangbecher ferner mindestens einen Spritzring (304) aufweist, der zusammen mit der Erweiterung (260) ein Labyrinth zur Verminderung der Feststoffteilchen definiert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei die im wesentlichen flache Unterseite (214) des Deckels (201) etwa 2 mm bis etwa 3 mm von einer Oberseite des Substrats (230) getrennt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, die ferner einen Verriegelungsschaft (261) zum mechanischen Anbringen des Deckels (201) über der Schale (202) aufweist, wobei der Verriegelungsschaft so konfiguriert ist, daß er den Deckel während der schnellen Drehung der Schale fest verschließt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Schale (202) mehrere Magnetplatten zum Fixieren des Deckels (201) an der Schale (202) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Hohlraum (250) so konfiguriert ist, daß er ein Volumen von etwa 10 cm3 bis etwa 20 cm3 aufnimmt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 14, wobei der Injektorring (223) eine Innenfläche aufweist, die von der Unterseite des Substrats (230) beabstandet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Schale (202) mehrere Zapfen (222) aufweist, die so konfiguriert sind, daß sie mit dem Deckel (201) der Schale (202) zusammenpassen und diesen fest verschließen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei der Deckel (201) einen hohlen inneren Bereich (211) aufweist, der so konfiguriert ist, daß er den Verriegelungsschaft (261) aufnimmt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 17, wobei der Auffangbecher (302) ein Abflußsystem und ein Absaugsystem aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 18, wobei der Auffangbecher (302) einen ersten Spritzring (303) aufweist, der so konfiguriert ist, daß er über einem oberen Abschnitt des Auffangbechers sitzt.
Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei der Auffangbecher (302) einen zweiten Spritzring (304) aufweist, der so konfiguriert ist, daß er mit dem ersten Spritzring (303) zusammenpaßt, wobei der zweite Spritzring ferner so konfiguriert ist, daß er aus den mehreren Abflußlöchern (225) innerhalb des Auffangbechers austretende Feststoffteilchen weitgehend zurückhält.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei das Substrat (230) ein Halbleiterwafer ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 21, wobei das erste Ende der mehreren Injektorlöcher (221) in einem ersten radialen Abstand angebracht ist, der kleiner als ein zweiter radialer Abstand des zweiten Endes der mehreren Injektorlöcher ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 22, wobei die mehreren Abflußlöcher (225) im wesentlichen in der Nähe eines unteren Abschnitts der Schale (202) definiert sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 23, wobei die mehreren Injektorlöcher (221) vertikal niedriger als das Substrat (230) angeordnet und davon beabstandet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, wobei die Schale (202) einen Vakuumkanal (219) zum Fixieren des Substrats (230) an der Schale (202) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 25, wobei der Vakuumkanal (219) mit einer Vakuumpumpe verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 26, wobei der Deckel (201) mehrere Zapfenlöcher aufweist, die so konfiguriert sind, daß sie mit den mehreren Zapfen (222) zusammenpassen, die an einer oberen Lippe der Schale (202) ausgebildet sind.
Verfahren zum Schleuderbeschichten eines Substrats, mit den folgenden Schritten: Aufbringen einer flüssigen chemischen Substanz durch Schleuderbeschichten über einem Substrat (230), das innerhalb einer Schale (202) aufliegt, wobei die Schale an einem äußeren Rand der Schale einen Flüssigkeitsrückhaltehohlraum (250) aufweist; Einkapseln des Substrats (230) in der Schale (202); schnelles Drehen der gekapselten Schale (202), um ein Aufschleudern der aufgebrachten Chemikalie über der Oberfläche des Substrats (230) zu bewirken; Injektion eines Lösungsmittels in der Nähe eines Rands an der Unterseite des Substrats (230), um einen überschüssigen Chemikalienwulst vom Rand des Substrats zu entfernen; und Auffangen des Lösungsmittels und des von dem Substrat (230) abfließenden überschüssigen Chemikalienwulsts in dem Flüssigkeitsrückhaltehohlraum (250) während der schnellen Drehung der gekapselten Schale (202).
Verfahren nach Anspruch 28, das ferner aufweist: Ableiten des in dem Flüssigkeitsrückhaltehohlraum (250) aufgefangenen überschüssigen Chemikalienwulsts und Lösungsmittels, wenn sich die gekapselte Schale (202) einem langsam drehenden oder drehungsfreien Zustand nähert.
Verfahren nach Anspruch 29, wobei die in dem Flüssigkeitsrückhaltehohlraum (250) aufgefangenen überschüssigen Chemikalien durch mehrere, im Bodenbereich der Schale (202) ausgebildete Abflußlöcher (225) abgeleitet werden.
Verfahren nach Anspruch 30, wobei die mehreren Abflußlöcher (225) vom äußeren Umfang der Schale (202) beabstandet sind, um einen Flüssigkeitsrückhaltehohlraum (250) zu bilden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 31, wobei der Flüssigkeitsrückhaltehohlraum (250) so konfiguriert ist, daß er ein Volumen von etwa 10 cm³ bis etwa 20 cm³ aufnimmt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 32, das ferner aufweist: Verzögern der Chemikalienverdunstung der aufgebrachten Chemikalie, wenn die Schale (202) während der schnellen Drehung eingekapselt wird, wobei die verzögerte Verdunstung der Chemikalie so beschaffen ist, daß sie zu einer gleichmäßigeren Schleuderbeschichtung an einer Oberseite des Substrats (230) führt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 33, das ferner aufweist: Bereitstellen einer Schalenerweiterung (260) entlang einer Außenkante der Schale (202).
Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 34, das ferner aufweist: Bereitstellen eines Auffangbechers (302) zur Aufnahme der eingekapselten Schale (202) während der schnellen Dre hung, wobei der Auffangbecher mindestens einen Spritzring aufweist; Ausbilden eines Labyrinths zwischen dem mindestens einen Spritzring und der Schalenerweiterung (260), wobei das Labyrinth so konfiguriert ist, daß es die Menge der aus dem Auffangbecher (302) austretenden Feststoffteilchen verringert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 35, das ferner aufweist: Reinigen der Schale (202) von überschüssigen Chemikalien mit dem in die Schale injizierten Lösungsmittel nach jedem Schleuderbeschichtungsvorgang.
Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 36, das ferner aufweist: Auflösen des über der Oberseite des Substrats (230) ausgebildeten Chemikalienwulsts, wenn das an der Unterseite des Substrats (230) injizierte Lösungsmittel in Kontakt mit dem Chemikalienwulst kommt.
Verfahren nach Anspruch 37, wobei das Auflösen des Chemikalienwulsts zu einem im wesentlichen gleichmäßigen Chemikalienüberzug über der Oberseite des Substrats (230) führt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 38, wobei die schnelle Drehung der geschlossenen Schale (202) durch die Injektion des Lösungsmittels durch die mehreren Injektorlöcher (221) unterstützt wird.