DE102007033226A1

DE102007033226A1 - Aerodynamic centrifugal method for coating of fluid layers in constructing single wafer system, involves positioning centrically punched disk over rotatably supported wafer

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Publication number: DE102007033226A1
Application number: DE102007033226A
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-07-17
Filing date: 2007-07-17
Publication date: 2009-01-22

Abstract

The aerodynamic centrifugal method involves positioning a centrically punched disk (4) over a rotatably supported wafer (2). A convex or concave section is provided. The air moves over the punched disk through an air hole (5) and afterwards between the wafer and the punched disk to the edges. An independent claim is also included for a holding and moving device.

Description

Die Erfindung betrifft ein aerodynamisches Schleuderverfahren zum Auftragen von flüssigen Schichten in Bauweise einer Einzelwaferanlage mit mindestens einer Luftströmungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The The invention relates to an aerodynamic spin coating method of liquid layers in construction of a single wafer plant with at least one air flow device according to the Preamble of claim 1.

Herkömmliche Schleudergeräte für strukturierte oder glatte Wafer in Bauweise von Einzelwaferanlagen sind in der Mikrosystemtechnik als Standard seit langem bekannt und werden zum Beispiel im Bereich Lithographie auch laufend benutzt. Dazu zählen unter anderem die weit verbreiteten Lackschleudern für den Photolack; andere davon abweichende Geräte für das Belacken sind beispielhaft einzusehen in den Patenten Nr.: U. S. Pat. No. 5900273 ; 4,370,356 ; 5,270,079 ; 5,368,645 ; 4,938,994 ; 4,696,885 . Nach vorhandenem Stand der Technik werden bei Lackschleudern die Viskosität des aufzutragenden Lacks, seine Haftung an dem zu benetzenden Wafer sowie die Rotation des Wafers ausgenutzt um strukturierte oder glatte Wafer mit einer dünnen Schicht des erwünschten Lacks zu überziehen. Dies wird benötigt um die Wafer für nachfolgende Belichtungs- und Entwicklungsprozesse vorzubereiten und dient somit als ein essentielles Instrument bei der Strukturierung von Halbleitern und anderen Substraten.Conventional centrifugal devices for structured or smooth wafers in the construction of single-wafer systems have long been known in microsystem technology as a standard and are also used continuously, for example, in the field of lithography. These include, among others, the widespread paint spin for the photoresist; Other deviating devices for the coating are exemplified in the patent no. US Pat. 5900273 ; 4,370,356 ; 5,270,079 ; 5,368,645 ; 4,938,994 ; 4,696,885 , According to the existing state of the art, the viscosity of the paint to be applied, its adhesion to the wafer to be wetted and the rotation of the wafer are exploited in the case of spin coating in order to coat structured or smooth wafers with a thin layer of the desired paint. This is needed to prepare the wafers for subsequent exposure and development processes and thus serves as an essential tool in the patterning of semiconductors and other substrates.

Sobald der aufzutragende Lack auf den Wafer dosiert wurde, wird dieser in rotierende Bewegungen mit teilweise sehr hohen Rotationszahlen versetzt, bis der flüssige Lack zerläuft und sich über die Fläche des Wafers verteilt. Oft stellt die Uniformität der Lackschicht dabei ein Problem dar, weil die letztendlich für die Verteilung verantwortlichen Zentrifugalkrägte von der Mitte des Wafers hin zum Rand zunehmen. Dies hat unter anderem Bemühungen seitens verschiedener Firmen in Gang gesetzt mittels von Feinsprühdosierverfahren die Ergebnisse zu verbessern, um Zuverlässigkeit und die Rentabilität der nachfolgenden Prozesse sicherzustellen. Dabei wird der Lack nicht bloß vor dem Beginn des Schleuderns auf den Wafer dosiert, sondern vielmehr während des Schleudervorgangs auf den rotierenden Wafer aufgesprüht.As soon as the paint to be applied was dosed onto the wafer, this becomes in rotating movements with sometimes very high numbers of rotations Staggered until the liquid paint runs down and over the area of the wafer is distributed. Often the uniformity of the Lackschicht thereby a problem, because ultimately for the distribution responsible Zentrifugalkrägte of the Center of the wafer towards the edge increase. This has, among other things, efforts started by various companies by means of Feinsprühdosierverfahren improve the results to reliability and the Ensure profitability of subsequent processes. At the same time, the varnish does not just open up before the spin begins dosed the wafer, but rather during the spin process sprayed onto the rotating wafer.

Der Einsatz von herkömmlichen Schleuderverfahren ist insbesondere mit Hinblick auf die zukünftigen Entwicklungen auch noch insofern als kritisch anzusehen, als dass bei den erst entstehenden Anwendungen aus der Halbleiterindustrie wie zum Beispiel dem Auftrag von flüssigen Low-k Materialen oder Spin-on Gläsern noch dünnere und noch homogenere Schichtdicken erwünscht werden. Diese an sich billigen Anwendungen leiden schon jetzt unter starker Konkurrenz von alternativen Lösungsansätzen, da das labile Prozessdesign bei herkömmlichen Schleuderverfahren in Bezug auf die Genauigkeit die potentiellen Käufer abschreckt. Weiterhin ist der Einsatz oft insofern unsicher, als dass die gewünschten im Submikrometerbereich liegenden Schichtdicken bei verschiedenen Wafern je nach vorhandener Topographie gar nicht erzielt werden können.Of the Use of conventional centrifugal methods is particular with regard to future developments too insofar as to be considered critical, than that in the first emerging applications from the semiconductor industry such as the order of liquid Low-k materials or spin-on glasses are even thinner and even more homogeneous layer thicknesses are desired. These in itself cheap applications already suffer from strong competition of alternative approaches since the labile Process design in relation to conventional centrifugal processes on the accuracy of deterring potential buyers. Furthermore, the use is often unsafe in that the desired in the Submicron range lying layer thicknesses on different wafers depending on the existing topography can not be achieved.

Von der Industrie gewünscht werden deswegen unabhängig von der Art der Flüssigkeit sowie der zu benetzenden Oberfläche funktionierende Schleuderverfahren, welche die oben erwähnten Herausforderungen erfolgreich meistern. Auf diese Weise sollen allgemein ausgedrückt die Vorteile der billigen Schleuderverfahren auch in Zukunft trotz gesteigerter Anforderungen an die Homogenität der aufzutragenden flüssigen Schichten weiterhin für guten Durchsatz in der Mikrosystemtechnik sorgen.From Therefore, the industry is desired independently on the type of liquid and the surface to be wetted functioning centrifugal processes, which are the above-mentioned Master challenges successfully. In this way should be general expressed the benefits of cheap centrifugal process also in the future, despite increased requirements for homogeneity the liquid layers to be applied for ensure good throughput in microsystem technology.

Doch erweisen sich die wie zum Beispiel oben erwähnten neueren Feinsprühdosierverfahren als nicht dazu geeignet oder bestenfalls als unzureichend. Der Grund liegt darin, dass auch diese Verfahren keinerlei Kontrolle über die Luftströmung oberhalb der aufzutragenden Schicht bieten. Das bedeutet, dass die vorliegenden Strukturen und Rauigkeiten in alle Richtungen ungleichmäßig bedeckt werden. Eine Lösung wäre ein Schleuderverfahren bei dem genau diese Luftströmung oberhalb des sich drehenden Wafers exakt kontrolliert und gesteuert, ja idealerweise sogar für das Verteilen der flüssigen Schicht mitbenutzt werden könnte.But turn out to be the newer ones mentioned above, for example Feinsprühdosierverfahren as not suitable or at best as insufficient. The reason is that even these procedures no control over the air flow above to provide the layer to be applied. This means that the present Structures and roughness uneven in all directions to be covered. One solution would be a spin method the exact same air flow above the rotating Wafers exactly controlled and controlled, ideally even for the distribution of the liquid layer could be shared.

Demzufolge liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein aerodynamisches Schleuderverfahren zum Auftragen von flüssigen Schichten zur Verfügung zu stellen, welches eine weiterhin billige, technisch aber anspruchsvollere und vor allem ausreichende Lösung des Luftströmungsproblems sicherstellt.As a result, The present invention is based on the object, an aerodynamic Centrifugal method for applying liquid layers to To provide, which continues to be a cheap, technical but more sophisticated and, above all, adequate solution ensures the air flow problem.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.These The object is achieved by the features of claim 1.

Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.advantageous Embodiments emerge from the subclaims.

Kerngedanke der Erfindung ist das Benutzen einer in der Mitte gelochten Scheibe mit einer entsprechenden Halte- und Bewegungsvorrichtung in kurzer Entfernung über dem sich drehenden Wafer auf einer Einzelwaferanlage, wobei die parallele Position der gelochten Scheibe als Steuer- und Kontrollinstrument für die laminare Luftströmung als Hauptmerkmal und die dazu geeignete Halte- und Bewegungsvorrichtung als Nebenmerkmal den gewünschten besseren Verteilungseffekt bei der zu dosierenden Flüssigkeit herbeiführen sollen.core idea The invention is the use of a center-perforated disc with a corresponding holding and moving device in a short time Distance above the rotating wafer on a single wafer plant, wherein the parallel position of the perforated disc as a control and Control instrument for laminar air flow as a main feature and the appropriate holding and moving device as a secondary feature the desired better distribution effect at the liquid to be dosed should.

Dabei wird ein physikalischer Effekt ausgenutzt, bei dem die Bewegung des sich rotierenden Wafers an den Kanten einen Unterdruck zwischen dem sich bewegenden Wafer und der darüber angebrachten mittig gelochten Scheibe erzeugt. Die Anwesenheit des Lochs in der Mitte der Scheibe, über der ein normaler Luftdruck herrscht, bewirkt nun seinerseits die Herbeiführung des Luftdruckausgleichs und die Bewegung der Luft über der gelochten Scheibe durch das Loch hindurch und anschließend zwischen den Wafer und die gelochte Scheibe zu den Rändern, wobei diese zuletzt zu den Rändern hin stattfindende laminare Luftbewegung für einen gewünschten homogenen Verteilungseffekt der flüssigen Schicht auf dem Wafer sorgt. Ausschlaggebend ist dabei auch die Tatsache, dass die Luftströmung im Gegensatz zu den Zentrifugalkräften, die konkurrierend mit auf die Flüssigkeit einwirken, von der Mitte weg zu den Rändern hin im Zuge des zunehmenden Volumens schwächer wird und somit dafür sorgt, dass überall auf die Wafer in der Summe die gleichen latteralen Kräfte auf die Flüssigkeit einwirken. Bei Verwendung einer entsprechenden Halte- und Bewegunsvorrichtung für die gelochte Scheibe wird dieser Effekt nun je nach Abstand zu dem Wafer, dessen Rotation sowie Größe des mittigen Loches derart ausgenutzt, dass bei bereits minimal eingestellten Luftströmung über dem Wafer die flüssige Schicht regelrecht glatt gestrichen wird.In this case, a physical effect is exploited, in which the movement of the rotating wafer at the edges of a negative pressure between the moving wafer and the above angegan produced a centrally perforated disc. The presence of the hole in the center of the disc over which there is a normal air pressure, in turn, causes the air pressure equalization and the movement of the air over the perforated disc through the hole and then between the wafer and the perforated disc to the edges, this laminar air movement last towards the edges provides a desired homogeneous distribution effect of the liquid layer on the wafer. Another decisive factor is the fact that, in contrast to the centrifugal forces competing with the liquid, the air flow weakens from the center to the edges in the course of increasing volume, thus ensuring that the wafer is in full contact with the wafer the sum of the same latter forces act on the liquid. When using a corresponding holding and Bewegunsvorrichtung for the perforated disc, this effect is now depending on the distance to the wafer, its rotation and size of the central hole exploited such that at already minimally set air flow over the wafer, the liquid layer is virtually smooth.

Die Halte- und Bewegungsvorrichtung selbst ist derart ausgebildet, dass sie die gelochte Scheibe ständig auf konstanten Abstand zu dem Wafer hält und diese jederzeit zu dem Wafer hin und wieder weg bewegen kann ohne das Dosieren der Flüssigkeit bzw. die Rotation des Wafers zu stören. Der dazu nötige mechanische Aufbau kann nach Bedarf individuell gestaltet werden.The Holding and moving device itself is designed such that keep the perforated disc constantly at a constant distance to the wafer and keep it at any time to the wafer and can move away again without dosing the liquid or disturb the rotation of the wafer. The necessary mechanical structure can be customized as needed.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann die gelochte Scheibe je nach Bedarf mit einem konkaven oder auch konvexen Schliff versehen werden. Ein derartiger Schliff dient dazu die optimale Luftströmung sicherzustellen. Zusätzlich kann die Dosiervorrichtung für die Flüssigkeit so ausgelegt werden, dass diese bei Bedarf und bei einem entsprechenden Düsenaufsatz durch das Loch der Scheibe hindurch auf den Wafer dosiert werden kann, sei es nun mit einer herkömmlichen oder auch mit einer Sprühdüse.According to one Development of the invention, the perforated disc as needed be provided with a concave or convex cut. One Such grinding is the optimal air flow sure. In addition, the metering device be designed for the liquid so that this if necessary and with a corresponding nozzle attachment can be metered through the hole of the disc on the wafer, be it with a conventional one or with one Spray nozzle.

Weitere vorteilhaften Ausführungsformen und Zweckmäßigkeiten ergeben sich aus den nachfolgenden Patentansprüchen in Verbindung mit der Zeichnung. Hierbei zeigen:Further advantageous embodiments and expediencies emerge from the following claims in Connection with the drawing. Hereby show:

11: Drehachse des rotierenden Wafersaxis of rotation of the rotating wafer
22: Drehbar gelagerter Waferswiveling stored wafer
33: Dosierte Flüssigkeitdosed liquid
44: Mittig gelochte Scheibecenter perforated disc
55: Luftlochair pocket
66: Unterdruck, bewirkt durch Rotation des WafersVacuum, caused by rotation of the wafer
77: Luftströmung durch das Loch infolge des Druckausgleichsairflow through the hole due to pressure equalization

1 eine perspektivische Ansicht von der Seite auf ein teilgeöffnetes System nach der Montage 1 a perspective view from the side of a partially opened system after assembly

Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarte Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.All features disclosed in the application documents are claimed as essential to the invention, as far as they are individually or in combination with the stand new to the technology.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 5900273 [0002]
US 4370356 [0002]
US 5270079 [0002]
US 5368645 [0002]
US 4938994 [0002]
- US 4696885 [0002]

Claims

Aerodynamic spin coating method of liquid layers in construction of a single wafer plant with at least one air flow device, characterized through a centrally perforated disc that rotates over one stored stored wafer is positioned.

A centrally perforated disc according to claim 1, characterized characterized in that they have a convex or concave cut is provided.

Holding and moving device according to claim 1, characterized in that the perforated disc at any time automatically positioned above or removed from the wafer can be.

Holding and moving device according to claim 3, characterized in that the perforated disc as a component a closing lid is designed.

Holding and moving device according to claim 3, characterized in that the perforated disc during the metering of the liquid over the wafer remains and is metered through the hole.