СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК НА ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ ПОДЛОЖКЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК H01L21/30 G03C1/74 

Изобретение относится к технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к способу и устройству для формирования тонких пленок, например пленок фоторезиста на полупроводниковых пластинах.

В настоящее время известны многочисленные способы и устройства для формирования пленок фоторезиста на полупроводниковых пластинах. Наиболее широко распространенным является способ формирования пленок фоторезиста методом центрифугирования.

Типичный способ получения тонких пленок фоторезиста на поверхности кремниевой подложки способом центрифугирования описан, например, в работе. При использовании этого способа доза фоторезиста подается с помощью дозирующего устройства на центральный участок пластины, установленной на вращающемся столике центрифуги. При включении центрифуги жидкий фоторезист растекается под действием центробежных сил. За счет уравновешивания центробежной силы, пропорциональной числу оборотов, и силы сопротивления, зависящей от когезии молекул резиста, фоторезист формирует тонкую равномерную по толщине пленку. Данный способ позволяет формировать на центрифуге качественные пленки фоторезиста. Однако этот способ обладает и рядом недостатков, основным из которых является большой расход фоторезиста, поскольку обычно на изготовление самой пленки идет менее 1% от общего количества расходуемого фоторезиста. Регенерация бывшего в употреблении фоторезиста для его повторно использования вызывает большие трудности из-за потери им своих первоначальных свойств (вязкость, степень чистоты и т.д.) из-за контакта с окружающей средой при первичном использовании. Большие проблемы вызывает также утилизация отработанного фоторезиста из-за высокой токсичности его компонентов.

Известен способ нанесения пленки фоторезиста, выбранный авторами в качестве прототипа, при котором фоторезист наносится на подложку путем окунания последней в резервуар с жидким фоторезистом с вращением ее при этом с малой скоростью и последующим вращением на воздухе с повышенной скоростью с целью получения пленки заданной толщины. Данный способ осуществляют на устройстве, содержащем резервуар с наносимой жидкостью, вращающийся столик с вакуумным захватом для фиксации обрабатываемой подложки, снабженный механизмом поворота на 180^о вокруг горизонтальной оси и механизмом для вертикального перемещения.

Данный способ позволяет уменьшить расход фоторезиста по сравнению с описанным выше способом за счет комбинации нанесения покрытия окунанием с последующим центрифугированием. Однако этот способ имеет и значительные недостатки. В процессе последовательной обработки подложек в одном и том же резервуаре идет постепенное загрязнение фоторезиста инородными частицами. Известно, что сама подложка является носителем значительного количества инородных частиц (до 600 шт. размером с 0,1-10 мкм), захваченных ею при контактах с кассетой, механизмом транспортировки, окружающей средой, оператором и т.д. В момент соприкосновения рабочей поверхности подложки с поверхностью фоторезиста часть этих частиц захватывается границей раздела пленка-подложка, а другая часть смывается с поверхности в объем фоторезиста, причем концентрация последних в фоторезисте с каждой обрабатываемой подложкой возрастает. Тем самым увеличивается возможность загрязнения формируемой на подложке пленки. С другой стороны, большая поверхность резервуара с фоторезистом, ведет к большим потерям фоторезиста через испарения и к загрязнению окружающей атмосферы экологически вредными веществами, входящими в состав фоторезиста.

Цель изобретения создание способа и устройства для нанесения тонких пленок, позволяющих осуществить изготовление бездефектных пленок, сокращение расхода наносимой жидкости и обеспечение экологически чистых условий производства.

Для достижения цели в способе формирования тонких пленок на полупроводниковой подложке, включающем закрепление подложки на вращающемся столике, снабженном вакуумным захватом, поворот подложки на 180^о вокруг горизонтальной оси и опускание в резервуар с наносимой жидкостью, вращение подложки, возвращение подложки в исходное положение и вращение подложки с увеличенной скоростью, подложку опускают в резервуар, изолированный от окружающей среды, с образованием зазора между подложкой и поверхностью, находящейся в резервуаре жидкости, снизу под давлением на поверхность вращающейся подложки подают фильтрованную наносимую жидкость, затем вращающийся столик переключают на более высокую частоту вращения, обеспечивающую сброс излишков наносимой жидкости, столик с подложкой возвращают в исходное положение, а отработанную жидкость в количестве, равном количеству, поданному на подложку в процессе цикла нанесения, сбрасывают из резервуара в систему рециркуляции и через фильтр направляют на повторный цикл нанесения пленки.

Отличительными признаками способа является то, что подложку опускают в резервуар, изолированный от окружающей среды, с образованием зазора между подложкой и поверхностью находящейся в резервуаре жидкости, снизу под давлением на поверхность вращающейся подложки подают фильтрованную наносимую жидкость, затем вращающийся столик переключают на более высокую частоту вращения, обеспечивающую сброс излишков наносимой жидкости, столик с подложкой возвращают в исходное положение, а отработанную жидкость в количестве, равном количеству, поданному на подложку в процессе цикла нанесения, сбрасывают из резервуара в систему рециркуляции и через фильтр направляют на повторный цикл нанесения пленки.

Цель достигается также за счет того, что в устройстве для формирования тонких пленок на полупроводниковой подложке, содержащем резервуар с наносимой жидкостью, вращающийся столик с вакуумным захватом для фиксации обрабатываемой подложки, снабженный механизмом поворота на 180^о вокруг горизонтальной оси и механизмом для вертикального перемещения, резервуар для наносимой жидкости состоит из камеры нанесения и гофрированной емкости с приводом для ее сжатия в вертикальном направлении, отделенных друг от друга коническим клапаном, седлом которого является наружная поверхность донной части корпуса камеры нанесения, а сам клапан установлен на цилиндрической пружине, закрепленной на донной поверхности гофрированной емкости, вверху клапан заканчивается горизонтальной площадкой, диаметр которой не превышает диаметр обрабатываемой подложки, в корпусе клапана закреплен фильтр, вход которого соединен с объемом гофрированной емкости, а выход через канал, выполненный в корпусе конического клапана, соединен с объемом камеры нанесения, камера нанесения снабжена цилиндрической или шаровой крышкой и механизмом для ее поворота на 180^о относительно камеры нанесения, внутри крышки выполнена полость, в которой установлен вращающийся столик с вакуумным захватом и приводом для перемещения столика с обрабатываемой подложкой в камеру нанесения, а наружная поверхность крышки сопрягается с верхней поверхностью стенок камеры нанесения.

Отличительными признаками устройства является то, что резервуар для наносимой жидкости состоит из камеры нанесения и гофрированной емкости с приводом для ее сжатия в вертикальном направлении, отделенных друг от друга коническим клапаном, седлом которого является обратная сторона донной части корпуса камеры нанесения, а сам клапан установлен на цилиндрической пружине, закрепленной на донной поверхности гофрированной емкости, вверху клапан заканчивается горизонтальной площадкой, диаметр которой не превышает диаметр обрабатываемой подложки, в корпусе клапана закреплен фильтр, вход которого соединен с объемом гофрированной емкости, а выход через канал, выполненный в корпусе конического клапана, соединен с объемом камеры нанесения, камера нанесения снабжена цилиндрической или шаровой крышкой и механизмом для ее поворота на 180^о относительно камеры нанесения, внутри крышки выполнена полость, в которой установлен вращающийся столик с вакуумным захватом и приводом для перемещения столика с обрабатываемой подложкой в камеру нанесения, а наружная поверхность крышки сопрягается с верхней поверхностью стенок камеры нанесения.

Проведенные патентные исследования показали, что совокупность признаков патентуемого способа и устройства является новой, и патентуемое изобретение соответствует критерию новизны.

Опускание подложки в изолированный от окружающей среды резервуар с образованием зазора между обрабатываемой подложкой и поверхностью наносимой жидкости устраняет возможность загрязнения формируемой пленки под воздействием окружающей среды и жидкости, находящейся в резервуаре. Если учесть, что нанесение пленки производится не посредством окунания в постепенно загрязняемую жидкость, а посредством подачи на поверхность подложки фильтрованной жидкости, то это позволяет смыть частицы, захваченные поверхностью пластины в результате контакта с окружающей средой. Все это позволяет формировать бездефектные пленки, а циклическое фильтрование жидкости, накапливающейся в резервуаре и направляемой через фильтр на повторное использование, позволяет резко снизить расход наносимой жидкости.

Отличительные признаки патентуемого устройства позволяют осуществить оптимальную реализацию способа, поскольку наличие пьедестала в камере нанесения, реализующего зазор между поверхностью подложки и поверхностью наносимой жидкости, позволяет оптимизировать смачивание подложки наносимой жидкостью. Гофрированная емкость, конический клапан и встроенный фильтр позволяют осуществлять многократное использование наносимой жидкости, а поворотная крышка, имеющая цилиндрическую или шаровую поверхность, сопряженную с поверхностью стенок камеры нанесения, обеспечивает изоляцию камеры нанесения от окружающей среды, чем достигается сохранность физико-химических свойств наносимой жидкости и экологически чистые условия окружающей среды.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство для формирования тонких пленок в исходном положении; на фиг.2 фрагмент устройства для реализации способа в момент формирования пленки.

Устройство содержит резервуар для заливки наносимой жидкости, образуемый камерой 1 нанесения и гофрированной емкостью 2 и закрытый цилиндрической крышкой 3, в теле которой выполнена полость 4, внутри которой размещен вращающийся столик 5, снабженный вакуумным захватом для фиксации подложки 6 и пневмоприводом 7 для вертикального перемещения. Электропривод 8 обеспечивает поворот цилиндрической крышки 3 на 180^о относительно камеры 1 нанесения. Внутри гофрированной емкости 2 на пружине 9 установлен конический клапан 10, на корпусе которого закреплен фильтр 11 глубокой очистки. Верхняя часть конического клапана 10 заканчивается горизонтальной площадкой 12, через центр которой проходит канал 13 для подачи фильтрованной жидкости в процессе нанесения. Кожух 14 и донная часть основания гофрированной емкости 2 образуют пневмопривод 15 вертикального сжатия гофрированной емкости 2.

Способ осуществляют следующим образом.

Кремниевая подложка 6, поступившая на обработку, фиксируется с помощью вакуума на поверхности столика 5, находящегося в крайнем верхнем положении, после чего по соответствующей команде на пневмопривод 7 столик 5 с подложкой 6 опускается вниз, в полость 4, выполненную в теле цилиндрической крышки 3. В нижнем положении столика 5 включают электропривод 8 и поворачивают цилиндрическую крышку 3 на 180^о.

Поверхность крышки 3 сопряжена с поверхностью боковой стенки камеры 2, длина дуги которой превышает величину диаметра полости 4, а в центральной части этой дуги выполнено сквозное отверстие 16, соединенное с вакуумной системой.

Следовательно, при повороте крышки 3 происходит совмещение полости 4 с отверстием 16, что обеспечивает удаление атмосферного воздуха из полости 4.

Затем включают пневмопривод 7 и опускают столик 5 в камеру нанесения 1. При этом подложка 6 образует зазор с поверхностью находящегося там фоторезиста, после чего включают вращение столика 5 со скоростью 200 об/мин. Одновременно формируют команду на сжатие гофрированной емкости 2 путем подачи сжатого воздуха в пневмопривод 15. Конический клапан 10, установленный на пружине 9, перемещается вверх и фиксируется в седле 17, изолируя друг от друга объемы камеры нанесения 1 и гофрированной емкости 2. При этом горизонтальная площадка 12 конического клапана 10 образуют с рабочей поверхностью подложки 6 зазор 18 высотой 0,5 мм. Закрытие конического клапана 10 и дальнейшее сжатие гофрированной емкости 2 ведут к возрастанию давления на входе фильтра 11. Под действием этого давления струя фоторезиста поступает по каналу 13 на вращающуюся поверхность кремниевой подложки 6, заполняя зазор 18. Наличие зазора в сочетании со скоростью подачи фоторезиста и вращением подложки обеспечивают ламинарный поток фоторезиста в зазоре, оптимальное смачивание поверхности и удаление с рабочей поверхности частиц, захваченных ею при контактах с окружающей средой до момента поступления в камеру нанесения. При достижении заданного предела сжатия гофрированной емкости 2 отключают сжатый воздух от пневмопривода 15, и под действием сжатой пружины 9 и веса находящегося в гофрированной емкости 2 фоторезиста, гофрированная емкость 2 возвращается в исходное положение, что ведет к опусканию конического клапана 10 с горизонтальной площадкой 12. При этом фоторезист, скопившийся на дне камеры нанесения 1, через зазор между клапаном 10 и стенкой камеры нанесения сбрасывается в гофрированную емкость с тем, чтобы впоследствии через фильтр 11 подаваться на повторные циклы нанесения фоторезиста. После этого переключают вращение столика 5 на скорость 2100 об/мин и в течение 15 с формируют пленку. После этого прекращают вращение столика 5 и с помощью пневмопривода 7 возвращают столик 5 в полость 4 крышки 3. Затем включают электропривод 8 на реверс и поворачивают цилиндрическую крышку 3 на 180^о в обратном направлении. При совмещении полости 4 с отверстием 18 происходит удаление летучих компонентов фоторезиста из полости 4 крышки 3. После этого включают пневмопривод 7 и столик 5 поднимают в зону загрузки, где происходит смена подложек, и цикл формирования пленки повторяется.

В описанном выше примере изобретение описано на примере нанесения на кремниевую подложку фоторезиста. Однако изобретение не ограничивается нанесением только фоторезиста. Аналогичным образом на этом устройстве могут быть сформированы тонкие пленки и других материалов, например пленки полиимидов. При этом, исходя из свойств наносимых материалов, будут меняться зазор между подложкой и поверхностью горизонтальной площадки конического клапана, скорость вращения подложки, величина дозы и скорость подачи наносимой жидкости без изменения сущности способа.

Способ и устройство позволяют наносить на подложки из различных материалов пленки высокого качества, не имеющие загрязнений, при пониженном расходе наносимого материала и устранении загрязнения окружающей среды летучими компонентами наносимых материалов.

Использование: изобретение относится к технологии производства ИС, в частности к способу и устройству для формирования тонких пленок на поверхности полупроводниковых подложек. Сущность изобретения заключается в том, что в способе формирования тонких пленок на полупроводниковой подложке, включающем закрепление подложки на вращающемся столике, снабженном вакуумным захватом, поворот подложки на 180° вокруг горизонтальной оси и опускание в резервуар с наносимой жидкостью, вращение подложки, возвращение подложки в исходное положение и вращение подложки с увеличенной скоростью, подложку опускают в резервуар с образованием зазора между подложкой и поверхностью находящейся в резервуаре жидкости, снизу под давлением на поверхность вращающейся подложки подают фильтрованную наносимую жидкость, затем столик с подложкой вращают с увеличенной скоростью перед возвращением в исходное положение, а отработанную жидкость сбрасывают из резервуара в систему рециркуляции и через фильтр направляют на повторный цикл нанесения пленки. Устройство для формирования тонких пленок на полупроводниковой подложке содержит резервуар с наносимой жидкостью, вращающийся столик с вакуумным захватом для фиксации обрабатываемой подложки, снабженный механизмом поворота на 180° вокруг горизонтальной оси и механизмом для вертикального перемещения, резервуар для нанесения жидкости состоит из камеры нанесения и гофрированной емкости с приводом для ее сжатия в вертикальном направлении, которые отделены друг от друга коническим клапаном, седлом которого является наружная поверхность донной части корпуса камеры нанесения, а сам клапан установлен на цилиндрической пружине, закрепленной на донной поверхности емкости. Вверху клапан заканчивается горизонтальной площадкой, диаметр которой не превышает диаметр обрабатываемой подложки, в корпусе клапана закреплен фильтр, вход которого соединен с объемом гофрированной емкости, а выход через канал, выполненный в корпусе конического клапана, соединен с объемом камеры нанесения, камера нанесения снабжена цилиндрической или шаровой крышкой и механизмом ее поворота на 180° относительно камеры нанесения. Внутри крышки выполнена полость, в которой установлен вращающийся столик с вакуумным захватом и приводом для перемещения столика с обрабатываемой подложкой в камеру нанесения, а наружная поверхность крышки сопрягается с верхней поверхностью стенок камеры нанесения. 2 с. п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ формирования тонких пленок на полупроводниковой подложке, включающий закрепление подложки на вращающемся столике с вакуумным захватом, поворот подложки на 180^o вокруг горизонтальной оси и опускание в резервуар с наносимой жидкостью, вращение подложки, возвращение подложки в исходное положение и вращение подложки с увеличенной скоростью, отличающийся тем, что подложку опускают в резервуар с образованием зазора между подложкой и поверхностью находящейся в резервуаре жидкости, снизу под давлением на поверхность вращающейся подложки подают фильтрованную наносимую жидкость, увеличивают скорость вращения столика с подложкой перед возвращением в исходное положение, а отработанную жидкость сбрасывают из резервуара в систему рециркуляции и через фильтр направляют на повторный цикл нанесения пленки. 2. Устройство для формирования тонких пленок на полупроводниковой подложке, содержащее емкость для наносимой жидкости, вращающийся столик с вакуумным захватом для фиксации обрабатываемой полупроводниковой подложки, установленный с возможностью поворота на 180^o вокруг горизонтальной оси и вертикального перемещения, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительной емкостью для наносимой жидкости, фильтром и крышкой основной емкости, дополнительная емкость размещена под основной емкостью и выполнена гофрированной с приводом ее сжатия, между основной и дополнительной емкостями размещен конический клапан, седло которого совмещено с донной стенкой корпуса основной емкости, клапан выполнен с горизонтальной площадкой со стороны основной емкости, диаметр которой на 6 7 мм меньше диаметра обрабатываемой полупроводниковой подложки, и подпружинен к донной стенке дополнительной емкости, в корпусе клапана размещен фильтр, вход которого соединен с дополнительной емкостью, а выход через канал, выполненный в корпусе клапана, соединен с основной емкостью, крышка основной емкости выполнена цилиндрической или шаровой и установлена с возможностью поворота на 180^o относительно основной емкости, внутри крышки выполнена полость для столика с обрабатываемой полупроводниковой подложкой, наружная поверхность крышки сопряжена с верхней поверхностью стенок основной емкости, причем длина дуги сопряжения превышает величину диаметра полости крышки, а в центральной части дуги сопряжения выполнено сквозное отверстие для соединения с вакуумной системой.