Устройство для нанесения фоторезиста на пластины

 

Область использования изобретения: изобретение относится к полупроводниковому производству и может быть использовано при получении тонких покрытий из фоторезиста на пластинах. Сущность изобретения: технической задачей, решаемой при помощи предлагаемого устройства, является повышение качества покрытия посредством предотвращения на этапе нанесения дозы раствора фоторезиста механического контакта с вращающимся основанием. Технический результат достигается тем, что в пневматическом устройстве для нанесения фоторезиста на пластины, содержащем корпус 1 с пневматической камерой внутри него, соединенной с магистралями подачи сжатого воздуха и вакуума и с рабочей зоной 8 с одной его внешней стороны для размещения пластины, сообщающейся с пневматической камерой 4, блок управления, соединенный с магистралями подачи сжатого воздуха и вакуума, и дозатор 9 для подачи раствора фоторезистора, расположенный под рабочей зоной 8 корпуса 1 для размещения пластины 10, причем корпус 1 установлен неподвижно, а его пневматическая камера 4 разделена на центральную 2 и периферийную часть 3, которая соединена с магистралью подачи сжатого воздуха и снабжена соплами, которые размещены со стороны рабочей зоны 8 корпуса 1, и магистрали подачи сжатого воздуха и вакуума снабжены установленными на их выходах средствами изменения расхода сжатого воздуха, которые соединены с блоком управления, и имеется датчик толщины газовой прослойки, расположенный со стороны рабочей зоны 8 корпуса 1, а рабочая зона 8 для размещения пластины 10 сообщена с центральной частью 2 пневматической камеры 4 и с периферийной частью 3 пневматической камеры 4. 4 ил., 1 табл.

Изобретение относится к полупроводниковому производству и может быть использовано при получении тонких покрытий из фоторезиста на пластинах (подложках).

Известна установка для нанесения резиста на полупроводниковую пластину, содержащая вращающийся столик для размещения пластины, дозатор резиста в виде резервуара с трубой для подачи резиста на пластину, которая размещена над вращающимся столиком, и труба, соединенная с источником газа и размещенная под вращающимся столиком, причем выходное отверстие трубы расположено у нижнего края пластины, а выходное отверстие сообщено с источником газа, что обеспечивает во время вращения столика с пластиной продувание газа через трубу и попадание потока газа на пластину для предупреждения затекания резиста на обратную сторону пластины (заявка Японии N59-168639, H 01 L 21/30, B 05 C 11/08, 1984 г.).

Недостатком данного устройства является наличие биений и вибраций, обусловленных рассогласованием осей вращения столика и привода, приводящее к снижению качества покрытия, в следствие образования стоячих волн в слое резиста, а также к отрыву частиц резиста от обрабатываемой поверхности пластины и образованию аэрозолей в окружающей среде, которые оседают на покрытую поверхность пластины, образуя местные дефекты покрытия.

Наиболее близким к изобретению известным средство является пневматическое устройство для нанесения фоторезиста на полупроводниковую пластину, содержащее вращающееся основание для размещения с одной его внешней стороны, в его рабочей зоне пластины, которая удерживается на поверхности вращающегося основания посредством пневматических фиксаторов, за счет того, что основание выполнено в виде пневматической камеры, дозатор для подачи раствора фоторезиста, расположенный ниже обрабатываемой поверхности пластины, под вращающимся основанием под его рабочей зоной для размещения пластины, блок управления и магистрали подачи сжатого воздуха и вакуума, в которым соединено основание (заявка Японии N 59-72725 H 01 L 21/30, B 05 D 1/40 от 23.04.84).

Недостатком данного устройства также является наличие биений, причем в процессе нанесения капли раствора фоторезиста оседают из окружающего воздуха на обратную сторону пластины, загрязняя ее.

Технической задачей, решаемой при помощи предлагаемого устройства, является повышение качества покрытия посредством предотвращения на этапе нанесения дозы раствора фоторезиста механического контакта с вращающимся основанием.

Технический результат достигается тем, что в пневматическом устройстве для нанесения фоторезиста на пластины, содержащем корпус с пневматической камерой внутри него, соединенной с магистралями подачи сжатого воздуха и вакуума и с рабочей зоной с одной его внешней стороны для размещения пластины, сообщающейся с пневматической камерой, блок управления, соединенный с магистралями подачи сжатого воздуха и вакуума, и дозатор для подачи раствора фоторезиста, расположенный под рабочей зоной корпуса для размещения пластины, причем, корпус установлен неподвижно, а его пневматическая камера разделена на центральную и периферийную часть, которая соединена с магистралью подачи сжатого воздуха и снабжена соплами, которые размещены со стороны рабочей зоны корпуса, и магистрали подачи сжатого воздуха и вакуума снабжены установленными на их выходах средствами изменения расхода сжатого воздуха, которые соединены с блоком управления, и имеется датчик толщины газовой прослойки, расположенный со стороны рабочей зоны корпуса, а рабочая зона для размещения пластины сообщена с центральной частью пневматической камеры и с периферийной часть, пневматической камеры посредством ее сопел, а также датчик давления соединен с блоком управления.

Разрез общего вида представлен на Фиг.1 На Фиг. 2 показана расчетная схема устройства. На Фиг. 3 и Фиг. 4 изображены полученные по результатам расчетов распределения давления воздуха в зазоре между пластиной и корпусом устройства при различных расходах воздуха через периферийную часть пневмокамеры и через центральную часть пневмокамеры соответственно.

Устройство содержит корпус 1 (см. Фиг. 1), центральную часть 2 и периферийную часть 3 пневмокамеры с соплами 4, расположенными со стороны размещения пластины, датчик толщины газовой прослойки 5 и средство изменения расхода сжатого воздуха 6, соединенные с блоком управления 7, рабочую зону 8, сообщающуюся с центральной частью пневмокамеры, которая подключена к магистралям сжатого воздуха и вакуума. Дозатор 9 расположен ниже пластины 10.

Качество получаемого покрытия повышается из-за отсутствия механического контакта между пластиной и корпусом устройства, а также из-за отсутствия биений на этапе нанесения дозы раствора фоторезиста.

Устройство работает следующим образом. На первом этапе устройство поворачивают рабочей зоной вверх. При помощи пневматического загрузочного устройства перемещают пластину в рабочую зону. Затем подается избыточное давление в периферийную часть пневматической камеры и понижается давление воздуха в центральной части пневматической камеры, что приводит к удержанию и вращению пластины. Давление в центральной части камеры регулируется по сигналу датчика толщины газовой прослойки. Толщина газовой прослойки выдерживается в пределах 0.01-0.1 мм. На следующем этапе устройство поворачивает таким образом, что пластина оказывается ниже пневмокамеры, и изменяют угловую скорость пластины до требуемой величины повышением давления в периферийной части пневмокамеры и производят нанесение раствора фоторезиста. Для этого, после достижения максимальной скорости снизу подводится дозатор и подается доза раствора на покрываемую поверхность. Раствор фоторезиста растекается по пластине, излишки раствора стекают с краев пластины. Для формирования равномерного слоя давление в пневмокамерах понижают таким образом, чтобы скорость вращения пластины постепенно уменьшалась. Дозатор отводят от пластины. Устройство переворачивают таким образом, чтобы пластина находилась выше пневмокамеры. После остановки пластины ее извлекают из рабочей зоны устройства и при помощи пневматического загрузочного устройства отправляют на следующую технологическую операцию. Возможно помещать пластину в рабочую зону и без поворота устройства, но в этом случае необходима доработка погрузочного оборудования, применяемого в полупроводниковой промышленности.

Для обоснования возможности удержания пластины в рабочей зоне воспользуемся уравнением для максимальной грузоподъемности устройства (см. статью: Абрамов Г. В. К вопросу о разработке адаптивного устройства нанесения полимерных покрытий на подложки центрифугированием // Теоретические основы проектирования аэродинамических систем оборудования автоматизированных производств./ Вузовский сб. тр. Воронеж: ВТИ, 1993. с. 162-170): где: R_п радиус пластины (см. Фиг.2); P(r) распределение давления вдоль радиуса пластины; r текущая радиальная координата; ρ - плотность воздуха; Q₁ расход воздуха через периферийную часть пневмокамеры; S₁ площадь сечения сопла; N количество сопел;
α - угол наклона сопел, создающих вращение пластины;
Q₂ расход воздуха через центральную часть пневмокамеры;
S₂ площадь центрального отверстия.

Распределение давления P(r) можно найти путем численного интегрирования уравнения:

где
h толщина воздушной прослойки между пластиной и корпусом;
ν - коэффициент кинематической вязкости воздуха;
ω - угловая скорость вращения пластины.

В качестве граничного условия использовалось равенство давления на краю пластины атмосферному. (См. статью: Абрамов Г.В. Битюков В.К. Попов Г.В. Математическое моделирование процесса управления пневмовихревой центрифугой // Автоматизация проектирования и управления в технологических системах: Межвузовск. сб. науч. тр. Воронеж, ВГУ, 1990. с. 79-82).

Результаты расчетов давления между пластиной и корпусом, подтверждающиеся экспериментальными данными, для различных значений Q₁ и Q₂ представлены соответственно на Фиг.3 и Фиг.4.

Полученные зависимости показывают преобладание отрицательного давления в промежутке. Таким образом создающееся разряжение будет удерживать пластину.

Пример. Для проверки эффективности заявляемого устройства использовались позитивные фоторезисты ФП-383 и ФП-РМ-7. Скорость вращения пластины 6000 об/мин. Нанесение дозы фоторезиста на пластину осуществлялось подачей фоторезиста снизу. Среднее количество капель диаметром от 0.02 до 0.1 мм, осевших на покрытие и в большинстве случаев приводящих к выбраковке кристалла, определялось после высыхания слоя.

Для сравнения были проведены нанесения с использованием центрифуги традиционно применяемой в промышленности. Использовались те же фоторезисты, нанесение проводилось при скорости вращения 6000 об/мин.

Эксперименты проводились на кремниевых пластинах диаметром 100 мм. Проведено по 20 нанесения на каждой центрифуге. Усредненные результаты приведены в таблице:
Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод о том, что предполагаемое устройство позволяет в 7-20 раз уменьшить количество капель, попадающих на обрабатываемую поверхность, что повышает выход годных кристаллов в среднем на 2 процента.

Формула изобретения

Пневматическое устройство для нанесения фоторезиста на пластины, содержащее корпус с пневматической камерой внутри него, соединенной с магистралями подачи сжатого воздуха и вакуума и с рабочей зоной с одной его внешней стороны для размещения пластины, сообщающейся с пневматической камерой, блок управления, соединенный с магистралями подачи сжатого воздуха и вакуума, и дозатор для подачи раствора фоторезиста, расположенный под рабочей зоной корпуса для размещения пластины, отличающееся тем, что корпус установлен неподвижно, а его пневматическая камера разделена на центральную и периферийную часть, которая соединена с магистралью подачи сжатого воздуха и снабжена соплами, которые размещены со стороны рабочей зоны корпуса, тем, что магистрали подачи сжатого воздуха и вакуума снабжены установленными на их выходах средствами изменения расхода сжатого воздуха, которые соединены с блоком управления, тем, что имеется датчик толщины газовой прослойки, расположенный со стороны рабочей зоны корпуса, тем, что рабочая зона для размещения пластины сообщена с центральной частью пневматической камеры и с периферийной частью пневматической камеры посредством ее сопел, а также тем, что датчик толщины газовой прослойки соединен с блоком управления.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5