WO2005103825A2 - Vorrichtung zum drehbelacken von substraten - Google Patents

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    • H01L21/67126Apparatus for sealing, encapsulating, glassing, decapsulating or the like

Definitions

  • the invention relates to a device for the rotary coating of substrates according to the preamble of claim 1.
  • rotary or spin buckers which are also called coaters, are used in particular for applying photoresist to substrates, e.g. Wafers or glass panes, but also known for other liquid media in various forms.
  • a decisive criterion for reproducible manufacturing processes with high yield is the liquid medium, e.g. to be able to apply a photoresist as a homogeneous layer as possible, even with comparatively large substrates.
  • a covering unit is used for the “spin process” and is lowered over the substrate to be coated. This is intended to produce a solvent cushion on the substrate or the applied liquid medium, which leads to a more uniform layer during the spin process. Without a cover, one would normally Laminar flow in clean rooms result in undesired “drying" of the liquid medium to be applied.
  • the invention is based on a device for the rotary coating of substrates with liquid media, which comprises a rotatable substrate holder (chuck) for the horizontal support of substrates and a cover unit for covering the substrate during a distribution process of the liquid medium by rotating (spinning) the substrate holder.
  • the essence of the invention lies in the fact that the substrate holder can be joined together tightly with the cover unit and circumferentially arranged through holes are provided, via which the coating interior formed from the cover unit and the substrate plate is still connected to the outside.
  • centrifugal forces occur during the spin process, which distribute the applied medium radially outwards into the peripheral area or displace.
  • the through holes for example bores, are preferably arranged radially in order to promote the removal of excess spun off medium.
  • a kind of Venturi effect with a flow in the radial direction to the outside arises in the through holes when the substrate holder is rotated rapidly, since the holes perform a relative movement to the surrounding atmosphere during the rotary movement due to the rotary movement, as a result of which medium and atmosphere follow from the through holes is sucked off outside, with the consequence of a negative pressure formation in the interior of the coating.
  • the through holes are in the area of a peripheral wall, e.g. arranged of the substrate holder.
  • the . Arrangement of through holes, e.g. Bores is advantageously radially, possibly tilted slightly downward from the horizontal, for example, with a predetermined angle of inclination. This further supports the outflow process.
  • sealing means be provided between the cover unit and the substrate holder.
  • an O-ring is arranged on an annular end wall of the substrate holder, which enables a tight connection between the substrate holder and a cover unit resting thereon.
  • a wall section is provided at a distance from the circumferentially arranged through holes in such a way that the through holes execute a relative movement to the wall section during the spin process.
  • This favors that the atmosphere between the wall section and the rotating parts of the coating device is less entrained during spinning and so the degree the relative movement is increased.
  • This increases the "Venturi effect" in the through holes, which leads to an increased suction effect. This is desirable to a certain extent. Excess medium is almost completely sucked off through the through holes and. this measure also has a positive influence on the applied layer homogeneity.
  • the suction effect in particular with regard to the Venturi effect, is determined by the through holes and / or the design of the wall section and / or the way in which the through holes are related to the wall section.
  • influence is preferably exerted on the distance of the through holes from the wall section or on the shape of the wall section and thus the orientation of a wall section surface.
  • the largely rotationally symmetrical substrate holder is rotatably arranged in a rotationally symmetrical trough unit, which has a rotationally symmetrical, jacket-shaped, e.g. has a cone-shaped wall section, possibly with a surface curved in the area of the through holes over the height of the jacket.
  • the wall section preferably has a predetermined distance with a predetermined angle of inclination in the region of the through holes, in particular the jacket section is widened downward.
  • the distance is preferred for coating with photoresist, for example set so that a sufficient suction effect occurs in the through holes, but the extracted medium does not interact with the surrounding wall section in such a way that threading occurs between the rotating parts and the wall section.
  • the rotational speed of the substrate holder with the covering unit can range from a few revolutions per minute to several hundred revolutions per minute. In addition to the geometric conditions, the speed of rotation has a strong influence on the suction effect in the through holes.
  • the figure shows in a schematic sectional view a "spin becker" with substrate to be coated.
  • the Spinbeiacker 1 comprises a rotatable substrate plate 2 with a rotating shaft 3, which is arranged concentrically in an annular collecting pan 4.
  • the collecting trough 4 comprises an annular base part 5, which is optionally equipped with a suction device (not shown) and a rotationally symmetrical attachment 6, which defines a slightly curved, cone-shaped inner wall section 6a, which points towards the substrate plate 2, over its height. The bend can follow any curve.
  • the substrate plate 2 has a circumferential wall 2a, in the circular end wall of which an O-ring 7 is inserted.
  • the resulting lacquer interior 10 is then not hermetically sealed to the outside, but is connected to the atmosphere of the collecting trough 4 via through holes 11.
  • the through holes are preferably designed as through bores, the longitudinal axis of which extends radially.
  • a plurality of through holes 11 are, for example, evenly distributed over the circumference of the peripheral wall 2a of the substrate plate 2 in its lower region.
  • a rotationally symmetrical arrangement is preferred for reasons of homogeneity of the layer to be produced.
  • the through bores 11 are tilted slightly downward in order to promote a suction effect of excess medium.
  • the drainage process is also favored in that the through bores 11 start in a lower radially outer corner 12 of the coating interior 10.
  • a distance a between the peripheral wall 2a and the wall section 6a is preferably less than 20 mm-30 mm and is in particular
  • the inclination determines the distance between the wall section 6a and the exits 11a of the through bores 11, which has an influence on the behavior of the atmosphere between the exit 11a of the through holes 11 and the wall section area which is radially opposite in one area in one plane. This in turn affects the suction behavior in the through holes 11.

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum Drehbelacken von Substraten (8) mit flüssigem Medium vorgeschlagen, die einen drehbaren Substrathalter (2) zur horizontalen Auflage eines Substrats (8) und eine Abdeckeinheit (9) zum Abdecken des Substrates (8) während eines Verteilvorgangs des flüssigen Mediums durch Drehen des Substrathalters (8) umfasst. Erfindungsgemäss ist der Substrathalter (2) mit der Abdeckeinheit (9) dicht zusammenfügbar. Zusätzlich sind jedoch umfänglich angeordnete Durchgangslöcher vorgesehen, über welche der aus Abdeckeinheit (9) und Substrathalter (2) gebildete Belackungsinnenraum (10) nach wie vor nach aussen verbunden ist.

Description

"Vorrichtung zum Drehbelacken von Substraten"
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Drehbelacken von Substraten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik:
In der Halbleitertechnik sind Dreh- bzw. Spinbeiacker, die auch Coater genannt werden, insbesondere zum Aufbringen von Fotolack auf Substrate, z.B. Wafer oder Glasscheiben, aber auch für andere flüssige Medien in vielfältigen Ausführungsformen bereits bekannt.
Für reproduzierbare Herstellungsprozesse mit großer Ausbeute ist ein entscheidendes Kriterium, das flüssige Medium, z.B. ein Fotolack als möglichst homogene Schicht, auch bei vergleichsweise großen Substraten mit aufbringen zu können.
Bei einer Ausführungsform wird für den "Spinvorgang" eine Abdeckeinheit eingesetzt, die über das zu belackende Substrat abgesenkt wird. Damit soll ein Lösungsmittelpolster auf dem Substrat bzw. dem aufgebrachten flüssigen Medium erzeugt werden, was beim Spinvorgang zu einer gleichmäßigeren Schicht führt. Ohne eine Abdeckung würde ein normalerweise Laminarflow in Reinräumen eine unerwünschte "Abtrocknung" des aufzubringenden flüssigen Mediums zur Folge haben.
Stand der Technik:
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Drehbelacken der eingangs genannten Art bereitzustellen, die einen verbesserten Auftrag von flüssigen Medien erlaubt.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
Die Erfindung geht von einer Vorrichtung zum Drehbelacken von Substraten mit flüssigen Medien aus, die einen drehbaren Substrathalter (Chuck) zur horizontalen Auflage von Substraten und eine Abdeckeinheit zum Abdecken des Substrats während eines Verteilvorgangs des flüssigen Mediums durch Drehen (Spinnen) des Substrathalters umfasst. Der Kern der Erfindung liegt nun darin, dass der Substrathalter mit der Abdeckeinheit dicht zusammenfügbar ist und umfänglich angeordnete Durchgangslöcher vorgesehen sind, über welche der aus Abdeckeinheit und Substratteller gebildete Belackungsinnenraum aber nach wie vor nach außen verbunden ist.
Durch diese Maßnahme wird nicht nur eine vergleichsweise gute Homogenität einer "aufgespinnten" Schicht erzielt, sondern auch die Möglichkeit gegeben, gleichzeitig überschüssiges Medium mittels der Durchgangslöcher gezielt abzuführen.
Dazu tragen insbesondere zwei Effekte bei: Zunächst treten Fliehkräfte beim Spinvorgang auf, die das aufgebrachte Medium radial nach außen in den Umfangsbereich verteilen bzw. verdrängen. Die Durchgangslöcher, z.B. Bohrungen sind vorzugsweise radial angeordnet, um einen Abtransport von überschüssigen abgespinnten Medium zu begünstigen. Darüber hinaus entsteht in den Durchgangslöchern beim schnellen Drehen des Substrathalters eine Art Venturi-Effekt mit einer Strömung in radialer Richtung nach außen, da die Löcher durch die Drehbewegung eine Relativbewegung zu der umgebenden Atmosphäre bei der Drehbewegung durchführen, wodurch aus den Durchgangslöchern Medium und Atmosphäre nach außen abgesaugt wird, mit der Folge einer ünterdruckbildung im Belackungsinnenraum.
Vorzugsweise sind die Durchgangslöcher im Bereich einer ümfangswand, z.B. des Substrathalters angeordnet. Die . Anordnung der Durchgangslöcher, z.B. Bohrungen, ist günstigerweise radial, gegebenenfalls mit einem vorgegebenen Neigungswinkel aus der Horizontalen beispielsweise etwas nach unten gekippt. Hierdurch wird der Abströmvorgang weiter unterstützt.
Um eine Unterdruckbildung im Belackungsinnenraum zu fördern, wird außerdem vorgeschlagen, dass zwischen Abdeckeinheit und Substrathalter Dichtmittel vorgesehen sind. Beispielsweise ist auf einer kreisringförmigen Stirnwand des Substrathalters ein O-Ring angeordnet, der eine dichte Verbindung zwischen Substrathalter und einer darauf aufliegenden Abdeckeinheit ermöglicht.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist im Abstand zu den umfänglich angeordneten Durchgangslöchern ein Wandabschnitt derart vorgesehen, dass während des Spinvorgangs die Durchgangslöcher zum Wandabschnitt eine Relativbewegung ausführen. Hierdurch wird begünstigt, dass die Atmosphäre zwischen dem Wandabschnitt und den sich drehenden Teilen der Belackungsvorrichtung während des Spinnens weniger mitgerissen wird und so der Grad der Relativbewegung vergrößert ist. Dadurch wird der "Venturi-Effekt" in den Durchgangslöchern verstärkt, was zu einer erhöhten Absaugwirkung führt. Diese ist in einem vorgegebenen Maß erwünscht. Denn dadurch wird überschüssiges Medium nahezu vollständig über die Durchgangslöcher abgesaugt und. zudem hat diese Maßnahme positiven Einfluss auf die aufgebrachte Schichthomogenität.
Offensichtlich wird ein Mitreißen der Atmosphäre im Bereich um die sich drehenden Teile (Substrathalter, Abdeckeinheit) über den Wandabschnitt reduziert, weil die Atmosphäre am Wandabschnitt "reibt".
Die Absaugwirkung insbesondere im Hinblick auf den Venturi- Effekt wird durch die Durchgangslöcher und/oder die Ausbildung des Wandabschnitts und/oder die Art und Weise, wie die Durchgangslöcher in Bezug zum Wandabschnitt stehen, bestimmt.
Um eine gewünschte Strömung in den Durchgangslöchern zu erhalten, wird bevorzugt Einfluss über den Abstand der Durchgangslöcher zum Wandabschnitt bzw. auf die Form des Wandabschnitts und damit die Ausrichtung einer Wandabschnittoberfläche genommen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der weitgehend rotationssymmetrische Substrathalter in einer rotationssymmetrischen Wanneneinheit drehbar angeordnet, die einen rotationssymmetrischen, mantelförmigen, z.B. kegelmantelförmigen Wandabschnitt, gegebenenfalls mit über die Mantelhöhe gekrümmter Fläche im Bereich der Durchgangslöcher besitzt. Der Wandabschnitt weist vorzugsweise einen vorgegebenen Abstand mit einem vorbestimmten Neigungswinkel im Bereich der Durchgangslöcher auf, insbesondere ist der Mantelabschnitt nach unten aufgeweitet.
Für z.B. ein Belacken mit Fotolack ist der Abstand bevorzugt so einzustellen, dass ein ausreichender Absaugeffekt in den Durchgangslöchern auftritt, aber das abgesaugte Medium mit dem umgebenden Wandabschnitt nicht in einer Weise interagiert, dass eine Fadenbildung zwischen den sich drehenden Teilen und dem Wandabschnitt auftritt.
Die Rotationsgeschwindigkeit von Substrathalter mit Abdeckeinheit kann im Bereich von wenigen Umdrehungen pro Minute bis mehrere hundert Umdrehungen pro Minute liegen. Die Rotationsgeschwindigkeit hat dabei neben den geometrischen Gegebenheiten einen starken Einfluss auf die Absaugwirkung in den Durchgangslöchern.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels:
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der einzigen Figur dargestellt.
Die Figur zeigt in einer schematischen Schnittansicht einen "Spinbeiacker" mit zu belackenden Substrat.
Der Spinbeiacker 1 umfasst einen drehbaren Substratteller 2 mit einer Drehwelle 3, der konzentrisch in einer kreisringförmigen Auffangwanne 4 angeordnet ist. Die Auffangwanne 4 umfasst ein kreisringförmiges Basisteil 5, das gegebenenfalls mit einer Absaugung (nicht dargestellt) ausgestattet ist und einem rotationssymmetrischen Aufsatz 6, der über seine Höhe einen leicht gebogenen kegelmantelförmigen Innenwandabschnitt 6a, welcher zum Substratteller 2 zeigt, definiert. Die Biegung kann einer beliebigen Kurve folgen. Der Substratteller 2 besitzt eine Umfangswand 2a, in deren kreisringförmiger Stirnwand ein 0- Ring 7 eingefügt ist.
Während eines Spinvorgangs nach Aufbringen eines zu belackenden Mediums auf ein Substrat 8 wird ein Abdeckelement
9 aufgesetzt, das über den O-Ring 7 die Öffnung 2b des Substrattellers 2 dicht verschließt. Der dadurch entstehende Belackungsinnenraum 10 ist aber dann nicht hermetisch nach außen abgeschlossen, sondern steht über Durchgangslöcher 11 mit der Atmosphäre der Auffangwanne 4 in Verbindung. Die Durchgangslöcher sind vorzugsweise als Durchgangsbohrungen ausgestaltet, deren Längsachse radial verläuft. Mehrere Durchgangsbohrungen 11 sind beispielsweise gleichmäßig über den Umfang der Umfangswand 2a des Substrattellers 2 in dessen unterem Bereich verteilt. Bevorzugt ist eine rotationssymmetrische Anordnung aus Homogenitätsgründen der zu erzeugenden Schicht. Die Durchgangsbohrungen 11 sind leicht nach unten abgekippt, um ein Absaugeffekt von überschüssigem Medium zu begünstigen. Begünstigt wird der Abfließvorgang auch dadurch, dass die Durchgangsbohrungen 11 in einer unteren radial außen liegenden Ecke 12 des Belackungsinnenraums 10 ansetzen.
Ein Abstand a der Umfangswand 2a zum Wandabschnitt 6a ist vorzugsweise kleiner 20 mm - 30 mm und beträgt insbesondere
10 mm. Einen Einfluss auf das Absaugverhalten durch die Durchgangsbohrungen 11 hat überdies die Neigung des Wandabschnitts 6a. Dieser beträgt im vorliegenden Fall α = 20°. Durch die Neigung wird der Abstand des Wandabschnitts 6a zu den Ausgängen 11a der Durchgangsbohrungen 11 bestimmt, was Einfluss auf das Verhalten der Atmosphäre zwischen dem Ausgang 11a der Durchgangslöcher 11 und dem in einem Bereich in einer Ebene radial gegenüberliegenden Wandabschnittsbereich hat. Dies wiederum wirkt sich auf das Absaugverhalten in den Durchgangsbohrungen 11 aus.
Beim Spinvorgang mit geschlossenem Abdeckelement 9 bildet sich eine Strömung in den Durchgangsbohrungen 11 aus, die überschüssiges Material nach außen abzieht, im Wesentlichen vollständig abzieht und zudem einen Unterdruck im Belackungsinnenraum 10 erzeugt. Hierdurch wird ein homogener Schichtauftrag auf das Substrat 8 begünstigt.
Bezugszeichenliste :
1 Spinbeiacker 2 Substratteller 2a Umfangswand 2b Öffnung 3 Drehwelle 4 Auffangwanne 5 Basisteil 6 Aufsatz 6a Wandabschnitt 7 O-Ring 8 Substrat 9 Abdeckelement 10 Belackungsinnenraum 11 Durchgangslöcher 11a Ausgang 12 Ecke

Claims

Schutzansprüche :
1. Vorrichtung zum Drehbelacken von Substraten mit flüssigen Medien mit einem drehbaren Substratteller (2) zur horizontalen Auflage eines Substrats (8) und einer Abdeckeinheit (9) zum Abdecken des Substrats (8) während eines Verteilvorgangs des flüssigen Mediums durch Drehen des Substrathalters (2) , dadurch gekennzeichnet, dass der Substrathalter (2) mit der Abdeckeinheit (9) dicht zusammenfügbar ist, jedoch umfänglich angeordnete Durchgangslöcher (11) vorgesehen sind, über welche der aus Abdeckeinheit (9) und Substrathalter (2) gebildete Belackungsinnenraum (10) nach wie vor nach außen in Verbindung steht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangslöcher im Bereich einer Umfangswand (2a) angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Substrathalter eine Umfangswand (2a) umfasst.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Abdeckeinheit (9) und Substrathalter (2) Dichtmittel (7) vorgesehen sind.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Abstand zu den umfänglich angeordneten Durchgangslöchern (11) ein Wandabschnitt (6a) derart vorgesehen ist, dass während des Drehbelackens die Durchgangslöcher (11) zum Wandabschnitt (6a) eine Relativbewegung ausführen.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangslöcher (11) und/oder der Wandabschnitt (6a) und/oder die Durchgangslöcher (11) in Bezug den Wandabschnitt (6a) so ausgestaltet sind, dass in den Durchgangslöchern (11) und damit im Belackungsinnenraum (9) bei der Relativbewegung von Wandabschnitt (6a) in Durchgangslöchern (11) ein vorgegebener Unterdruck entsteht.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Durchgangslöcher (11) zum Wandabschnitt (6a) und/oder die Ausrichtung des
Wandabschnitts (6a) derart ist, dass ein gewünschter Gasstrom in den Durchgangslöchern (11) während des Drehbelackungsvorgangs auftritt.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Substrathalter (2) in einer Wanneneinheit (4) drehbar angeordnet ist, die einen mantelförmigen Wandabschnitt (6a) im Bereich der Durchgangslöcher (11) umfasst.
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