NL9000484A - Werkwijze voor het in een centrifuge verwijderen van een vloeistof van een oppervlak van een substraat. - Google Patents

Description

Werkwijze voor het in een centrifuge verwijderen van een vloeistof van een oppervlak van een substraat.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het verwijderen van een vloeistof van een oppervlak van een substraat, waarbij het substraat in een centrifuge wordt geplaatst en daarin vervolgens wordt onderworpen aan een draaibeweging waarbij het substraat zo snel wordt rondgedraaid dat de vloeistof van het oppervlak af wordt geslingerd.

Een dergelijke werkwijze kan bijvoorbeeld worden toegepast bij de vervaardiging van geïntegreerde halfgeleiderschakelingen (IC's), van beeldschermen met vloeibare kristallen (L.C.displays), van electrische schakelingen op kunststof platen (circuit boards) en van beeld- en geluidplaten (VLP's en CD's). In al deze gevallen worden substraten van halfgeleidermateriaal, glas of kunststof dikwijls vele malen in een vloeistof behandeld. Bijvoorbeeld in galvanische baden voor depositie van metalen, in etsbaden om patronen te etsen in metaallagen of in halfgeleidermateriaal, in ontwikkelbaden om belichte lagen fotolak te ontwikkelen en in spoelbaden om de substraten te reinigen. Daarna dient steeds de vloeistof van het oppervlak van de substraten te worden verwijderd.

Uit de samenvatting van de Japanse octrooiaanvrage nummer 60-113431 gepubliceerd in "Patent Abstracts of Japan", No. 266 (E 352), Volume 9, page 111, 23-10-1985 is een werkwijze van de in de aanhef genoemde soort bekend, waarbij een plakvormig halfgeleidersubstraat in een centrifuge op een draaitafel wordt aangebracht en vervolgens snel om een as dwars op zijn oppervlak wordt rondgedraaid.

Het blijkt in de praktijk dat er bij toepassing van de bekende beschreven werkwijze verontreinigingen die in de vloeistof zijn opgelost op het oppervlak van het substraat kunnen achterblijven. Deze verontreinigingen zijn dikwijls van metallische of organische aard en kunnen zeer hinderlijk zijn bij verdere bewerkingen van het substraat.

Organische verontreinigingen die plaatselijk op het oppervlak achterblijven kunnen bijvoorbeeld een etsbehandeling plaatselijk sterk vertragen of zelfs blokkeren.

Met de uitvinding wordt beoogd een werkwijze te verschaffen waarbij genoemde bezwaren zijn ondervangen.

Daartoe heeft de in de aanhef genoemde werkwijze, volgens de uitvinding als kenmerk, dat het substraat in de centrifuge in kontakt wordt gebracht met een damp van een met de vloeistof mengbare stof, die bij menging daarmee een mengsel geeft met een oppervlaktespanning die lager is dan die van de vloeistof.

Vergeleken met de bekende werkwijze geeft de werkwijze volgens de uitvinding een veel schoner resultaat. Uit vergelijkende proeven blijkt, dat door de toevoer van genoemde damp in de centrifuge de hoeveelheid stof die op het oppervlak achterblijft met zeker een factor tien kan worden gereduceerd.

Bij proeven, waarbij over een oppervlak van een substraat waarop zich een vloeistoffilm bevindt, een gasstroom met de hiervoor genoemde damp wordt geleid, blijkt, dat de vloeistoffilm zich in delen splitst en dat deze delen zich verder samentrekken tot vloeistof druppels. Wordt de gasstroom onderbroken, dan vormt zich weer een vloeistoffilm. Vermoed wordt dat het Marangoni effect hierbij een rol speelt en dat de druppelvorming wordt veroorzaakt door plaatselijke verschillen in oppervlaktespanning in de vloeistof die door toevoer van de damp worden veroorzaakt. Omdat de vloeistof zich bij toevoer van de damp samentrekt in kleinere en dus dikkere vloeistofdelen, zal, tijdens de behandeling in de centrifuge, de vloeistof niet alleen minder sterk door het oppervlak worden vastgehouden maar ook langzamer verdampen. Tijdens de behandeling zal dus, door de maatregel volgens de uitvinding, meer vloeistof van het oppervlak verwijderd worden door afslingeren en minder door verdampen. Omdat er minder vloeistof van het oppervlak verdwijnt door verdamping zullen er dus ook minder in de vloeistof opgeloste verontreinigingen op het oppervlak achterblijven.

De damp wordt, volgens de uitvinding, bij voorkeur in onverzadigde toestand met het substraat in kontakt gebracht. Aldus wordt voorkomen dat damp tijdens de behandeling in de centrifuge op het oppervlak van het substraat condenseert. Deze gecondenseerde damp zou met behulp van een extra droogbehandeling verwijderd moeten worden.

Omdat damp uiterst schoon is zou het oppervlak daarbij echter niet extra verontreinigd worden. Toepassing van onverzadigde damp levert dus geen schoner oppervlak op, maar maakt genoemde extra droogbehandeling overbodig.

De damp kan op eenvoudige wijze in onverzadigde toestand met het substraat in konkakt worden gebracht door deze af te koelen tot een temperatuur die lager is dan die van het substraat.

Bij voorkeur wordt het substraat, volgens de uitvinding, al in kontakt gebracht met de damp van de met de vloeistof mengbare stof voordat het wordt onderworpen aan de draaibeweging in de centrifuge. Er worden dan druppels gevormd op het oppervlak van het substraat nog voordat de draaibeweging begint. De samentrekking van vloeistof tot druppels gaat als het substraat stilstaat veel gemakkelijker dan wanneer het substraat draait. Het oppervlak wordt op deze manier schoner dan wanneer de toevoer van damp pas tijdens de draaibeweging wordt gestart.

Zoals hiervoor al opgemerkt kunnen substraten in verschillende vloeistofbaden behandeld worden. In de praktijk bevatten deze baden echter meestal water. In die gevallen wordt bij voorkeur een damp van een organisch oplosmiddel in de centrifuge geleid. Het blijkt dat toevoer van damp van vele alcoholen, glycolen, aldehyden, esters en ketonen tot een schoon oppervlak kunnen leiden.

Het substraat wordt bij voorkeur met de damp in contact gebracht door deze te mengen met een draaggas en door dat mengsel vervolgens in de centrifuge te leiden. Aldus kan op een eenvoudige wijze onverzadigde damp in de centrifuge geleid worden.

De uitvinding wordt in het navolgende, bij wijze van voorbeeld, nader toegelicht aan de hand van een tekening en enkele uitvoeringsvoorbeelden. In de tekening tonen:

Figuur 1 een schematische dwarsdoorsnede van een centrifuge voor het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding, Figuur 2 en 3 schematisch het substraatoppervlak met vloeistof voor en na toevoer van damp en

Figuur 4 een schematische dwarsdoorsnede van een centrifuge met een damptoevoer die afwijkt van die in de centrifuge volgens figuur 1.

Een substraat 1, hier een plak silicium met een doorsnede van 10 cm, met een oppervlak 2 waarop zich een vloeistof 3 bevindt is in een centrifuge 4 op een draaitafel 5 geplaatst. De draaitafel 5 is voorzien van een kamer 6 die via kanalen 7 in verbinding staat met het oppervlak 2. De draaitafel 5 is draaibaar in de centrifuge 4 opgesteld op een in een lagering 9 draaibare rotatieas 8. In de rotatieas 8 is een kanaal 10 aangebracht dat in verbinding staat met de kamer 6. Via het kanaal 10 kan de kamer 6 op een onderdruk worden gebracht zodat het substraat 1 via de kanalen 7 op de substraathouder 5 wordt vastgezogen.

Nadat het substraat 1 op de draaitafel 5 is vastgezogen wordt deze in beweging gezet waarbij het substraat 1 zo snel wordt rondgedraaid, dat de vloeistof 3 van het oppervlak 2 wordt afgeslingerd. De vloeistof wordt verder via een afvoer 11 verwijderd.

Het substraat 1 is in dit voorbeeld in het midden van de draaitafel geplaatst, maar de vloeistof 3 wordt even goed van het oppervlak 2 van het substraat geslingerd als er op de (dan grotere) draaitafel meerdere substraten worden aangebracht. Ook kan de centrifuge 4 natuurlijk gebruikt worden om andere substraten dan plakken silicium te drogen zoals bijvoorbeeld glasplaten en kunststof platen waarop bijvoorbeeld electrische schakelingen worden aangebracht.

Volgens de uitvinding wordt het substraat 1 in de centrifuge 4 in kontakt gebracht met een damp van een met de vloeistof mengbare stof, die bij menging met de vloeistof een mengsel geeft roet een oppervlaktespanning die lager is dan die van de vloeistof. Aldus wordt een zoals nog blijken zal een betere en snellere droging van het substraat 1 verkregen.

Het blijkt dat de vloeistof 3, die aanvankelijk zoals in figuur 2 schematisch is weergegeven, als een vloeistoffilm 30 op het oppervlak 2 van het substraat 1 aanwezig was zich, zoals in figuur 3 schematisch is weergegeven, splitst in kleinere en dikkere vloeistofdelen 31. Een dergelijk vloeistofdeel 31 vertoont een relatief klein aanrakingsvlak 32 met het oppervlak 2 en een relatief klein vrij oppervlak 33. Hierdoor zal de vloeistof 3 tijdens de behandeling in de centrifuge 4 niet alleen minder sterk door het oppervlak 2 worden vastgehouden maar ook langzamer verdampen. Tijdens de behandeling zal dus, door toevoer van de damp, meer vloeistof van het oppervlak verwijderd worden door afslingeren en minder door verdampen. Omdat er minder vloeistof door verdamping van het oppervlak verdwijnt zullen er dus ook minder in de vloeistof opgeloste verontreinigingen op het oppervlak achterblijven.

Het substraat 1 wordt bij voorkeur, volgens de uitvinding, al in kontakt gebracht met de damp voordat het wordt onderworpen aan de draaibeweging in de centrifuge 4. De samentrekking van de vloeistof 3 tot vloeistofdelen 31 gaat als het substraat 1 stilstaat veel gemakkelijker dan wanneer het substraat ronddraait. Aldus is een betere en snellere droging van het substraat te realiseren.

In de praktijk is de vloeistof dikwijls water. Een goede en snelle droging wordt dan verkregen als met de vloeistof mengbare stof een organisch oplosmiddel wordt gebruikt. Bij voorkeur wordt dan een schematisch met een pijl 12 aangeduid draaggas via een pijp 13 door een vat 14 met dat oplosmiddel 15 geleid. Hierdoor wordt het draaggas 12 gemengd met damp van het oplosmiddel 15. Het mengsel wordt vervolgens via de pijp 16 met uitstroomopening 17 in de centrifuge 4 geleid. Aldus wordt op eenvoudige wijze onverzadigde damp over het substraat geleid.

De damp wordt, volgens de uitvinding, bij voorkeur in onverzadigde toestand met het substraat 1 in kontakt gebracht. Hierdoor wordt voorkomen dat damp op het substraat condenseert tijdens de behandeling in de centrifuge. Deze gecondenseerde damp zou dan met behulp van een extra droogbehandeling verwijderd moeten worden.

De damp kan op eenvoudige wijze in onverzadigde toestand met het substraat 1 in kontakt worden gebracht door deze af te koelen tot een temperatuur die lager is dan die van het substraat 1. Dit kan bijvoorbeeld door het oplosmiddel 15 in het vat 14 tot die lagere temperatuur op een gebruikelijke wijze af te koelen. Het blijkt overigens dat het doorleiden van het draaggas 12 door het oplosmiddel 15 aanleiding geeft tot een geforceerde verdamping van het oplosmiddel 15 en daarmee tot een temperatuurverlaging die in de praktijk voldoende is om condensatie van de damp op het substraat te voorkomen.

Figuur 4 toont een schematische dwarsdoorsnede van een centrifuge met een damptoevoer die afwijkt van de hiervoor beschrevene.

Het draaggas 12 gemengd met damp van het oplosmiddel 15 wordt via pijpen 18 onderin de centrifuge 4 geleid. Het gasmengsel wordt zodanig in de centrifuge geleid dat gasstroming nabij het oppervlak 2 van het substraat 1 gering is. Aldus is bereikt, dat verdamping van de vloeistof 3 tijdens de behandeling nog verder beperkt wordt.

Een aantal siliciumplakken met een doorsnede van circa 10 cm worden achtereenvolgens gereinigd in gebruikelijke oplossingen van HF, NH4OH-H2O2 en HCI-H2O2 en nog eens extra gereinigd in een UV ozon kast. Iedere siliciumplak wordt in een tot 1 M NaCl verontreinigde wateroplossing gedompeld en daar rechtstandig uitgehaald met een snelheid van ongeveer 2 cm/sec. Er blijft dan een waterfilm achter op de siliciumplak met een dikte van ongeveer 60 pm. Een zo behandelde siliciumplak wordt op de draaitafel 5 van de centrifuge 4 bevestigd en ongeveer 1 seconde voordat deze wordt rondgedraaid, wordt een damp in de centrifuge zoals getoond in figuur 4 geleid. De damp wordt verkregen door een draaggas, in dit voorbeeld stikstofgas, met circa 111/min door het met een organisch oplosmiddel gevulde vat 14 te leiden. De siliciumplak wordt vervolgens rondgedraaid met een zekere draaisnelheid, waarbij ook gedurende het ronddraaien de damp over het oppervlak 2 wordt geleid. In onderstaande tabel staan een aantal resultaten vermeld.

Proef Draaggas Oplosmiddel Dampdruk Reststof Reststof nr Oplosmiddel

Pascal pg/plak pg/plak 20 omw/s 50 omw/s 1 - - 1350 915 2 N2 1350 910 3 N2 hexaan 16000 1000 635 4 N2 hexanol 100 700 700 5 N2 isopropanol 4400 100 215 6 N2 diacetonalcohol 150 65 120 7 N2 1-methoxy-2-propanol 1100 70 120 8 N2 ethylglycol 500 75 125 9 N2 methylpyrrolidon 30 200 280

De reststof is de hoeveelheid stof, voornamelijk NaCl, die achterblijft op de siliciumplak na het drogen in de centrifuge. Bij de proeven was de temperatuur van de substraten circa 22°C en die van de damp circa 20°C. In proef nummer 1 wordt de vloeistof van het substraat verwijderd zonder dat een draaggas met daarin opgenomen een damp in kontakt wordt gebracht met het substraat. Alle vloeistof is dan na circa 1 minuut verwijderd. In proef nummer 2 wordt alleen draaggas (stikstof) in kontakt gebracht met het substraat. De hoeveelheid gevonden reststof verandert hierdoor niet. Wel neemt de tijd af die nodig is voor het verwijderen van alle vloeistof. In de volgende proeven wordt iedere keer een damp van een organisch oplosmiddel met het draaggas gemengd en in kontakt gebracht met het substraat. Dit wordt gedaan bij twee verschillende draaisnelheden van de draaitafel, 20 en 50 omw./s. Uit de tabel blijkt dat de beste resultaten worden verkregen bij de laagste draaisnelheid (20 omw./s). Vermoedelijk komt dit doordat bij deze lage snelheid de hiervoor beschreven samentrekking in delen van de vloeistoffilm praktisch niet verstoord wordt. Bij een hogere draaisnelheid gebeurt dit door de grotere centrifugale krachten wel, waardoor de delen althans gedeeltelijk weer worden uitgesmeerd tot een vloeistoffilm, die zich moeilijker verwijderen laat. De beste resultaten worden verkregen met de damp van diacetonalcohol, 1-methoxy-2-propanol en ethylglycol by 20 omw./s. De hoeveelheid reststof is dan ongeveer 18- 20 kleiner in vergelijking met het verwijderen van de vloeistof zonder dat het substraat in kontakt gebracht wordt met de damp. In alle hierboven vermelde proeven wordt het substraat ongeveer 1 seconde voordat het wordt rondgedraaid in kontatk gebracht met de damp. Deze tijd kan langer worden gekozen. Wordt deze tijd echter langer dan ongeveer 15 seconden, dan kan al een aanzienelijk deel van de waterfilm door verdamping verwijderd zijn waardoor meer verontreinigingen achterblijven op het oppervlak. Dit leidt tot een minder schoon resultaat.

Claims (9)

1. Werkwijze voor het verwijderen van een vloeistof van een oppervlak van een substraat, waarbij het substraat in een centrifuge wordt geplaatst en daarin vervolgens wordt onderworpen aan een draaibeweging waarbij het substraat zo snel wordt rondgedraaid, dat de vloeistof van het oppervlak af wordt geslingerd, met het kenmerk, dat het substraat in de centrifuge in kontakt wordt gebracht met een damp van een met de vloeistof mengbare stof, die bij menging daarmee een mengsel geeft met een oppervlaktespanning die lager is dan die van de vloeistof.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de damp in onverzadigde toestand met het substraat in kontakt wordt gebracht.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de damp in onverzadigde toestand met het substraat in kontakt wordt gebracht door deze af te koelen tot een temperatuur die lager is dan die van het substraat.

4. Werkwijze volgens conclusie 1,2 of 3 met het kenmerk, dat het substraat al in kontakt wordt gebracht met de damp van de met de vloeistof mengbare stof voordat het wordt onderworpen aan de draaibeweging in de centrifuge.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat het substraat een tot vijftien seconden voordat het wordt onderworpen aan de draaibeweging in kontakt gebracht wordt met de damp.

6. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat als met de vloeistof mengbare stof een organisch oplosmiddel wordt gebruikt.

7. Werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat een organisch oplosmiddel uit de groep met isopropanol, 1-methoxy-2-propanol, ethylglycol en diacetonalcohol wordt gebruikt.

8. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het substraat met de damp in kontakt wordt gebracht door deze te mengen met een draaggas en door dat mengsel in de centrifuge te leiden.

9. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat het mengsel met damp en draaggas zodanig in de centrifuge wordt geleid dat gasstroming nabij het oppervlak van het mengsel van het substraat gering is.