Устройство для отмывки и сушки круглой полупроводниковой подложки и удаления капель с ее поверхности Российский патент 2024 года по МПК H01L21/02 

Изобретение относится к устройствам очистки и сушки поверхности изделий, преимущественно полупроводниковых подложек, предназначена для использования в конструкции оборудования для индивидуальной химической обработки подложек и может быть использована в электронной промышленности для глубокой высококачественной очистки поверхности в производстве при изготовлении ИС, БИС и СБИС.

Известен многоточечный держатель, используемый в способе и устройстве для сушки подложек, описанный в патенте US 5884640 A (Method and apparatus for drying substrates), 07.08.1997.

Многоточечный держатель используется в процессе сушки подложки с эффектом Марангони для ее крепления в вертикальном положении в разных точках удержания, в то время как уровень поверхности жидкости понижен относительно подложки, так что остаточная жидкость стекает с поверхности подложки без пересечения понижающего уровня поверхности жидкости с точками удержания на подложке.

Известное устройство содержит:

- удерживающие поверхности для удержания подложки в различных точках;

- систему управления для приведения в действие и контроля работы удерживающих поверхностей и их положения удержания на подложке.

Недостатком устройства является то, что фиксация подложки осуществляется на удерживающих поверхностях, что приводит к образованию разводов на подложке в точках соприкосновения этих поверхностей с подложкой.

Известно также устройство для крепления подложки, описанное в патенте US 2016201986 A1 (Substrate holder assembly, apparatus, and methods), 09.01.2015.

Устройство для удержания подложки сконфигурировано и приспособлено для удержания подложки в вертикальном положении во время ее очистки и сушки с эффектом Марангони. При этом для удаления жидкости вдоль нижнего края подложки в одном или нескольких местах создается вакуум.

Данное устройство включает в себя:

- раму, имеющую множество опор для контакта с подложкой, выполненных с возможностью контакта с подложкой и ее поддержки;

- один или несколько вакуумных портов, выполненных с возможностью подачи вакуума в одном или нескольких местах вдоль нижнего края подложки.

Недостатками известного устройства является сложность конструкции и увеличение стоимости аппаратуры.

Указанный недостаток обусловлен наличием системы управления удалением остаточной влаги, включающей в себя вакуумный насос, подвод трубопроводов и клапан включения и выключения вакуума.

Совокупность признаков, наиболее близкая к совокупности существенных признаков заявляемого технического решения, присуща известному устройству, описанному в патенте RU 2510098 C1 «Способ и устройство отмывки и сушки подложек» H01L 21/306, 27.07.2012, принятому за прототип.

На фиг. 1-2. представлен вид устройства-прототипа, удерживающего подложку.

Устройство-прототип содержит ванну отмывки подложек, включающую необходимое оборудование, а именно магистраль подачи и слива деионизованной воды, две трубки, установленные по обе стороны обрабатываемой подложки в зоне выхода ее из деионизованной воды в камеру сушки, каждая из которых содержит ряд отверстий для подачи органического растворителя на границу раздела уровня деионизованной воды ванны отмывки и воздушной среды камеры сушки, связанной магистралью подачи паров органического растворителя, а также мегазвуковой излучатель, установленный неподвижно на стенке ванны. Кроме этого, прикрепленный к механизму вертикального перемещения носитель подложки с остроугольными выступами с выемками для удержания подложки, каждый из которых имеет канал, создающий разрежение в зоне контактов подложки и носителя, имеющий диаметр больше толщины обрабатываемой подложки, но меньше основания выступов, переходящий в канал большего диаметра. Носитель подложки, прикрепленный к механизму вертикального перемещения, предназначен для отмывки и сушки прямоугольных подложек с эффектом Марангони, например, таких как стеклянные подложки для жидкокристаллических экранов.

Две планки 17, 18 с остроугольными выступами 2, в выемки 3 которых нижним 15 и боковым 16 торцами установлена подложка 6, каждый остроугольный выступ 2 в свою очередь содержит канал меньшего диаметра 4, создающий разряжение, диаметром больше толщины обрабатываемой подложки, но меньше основания выступов, которые в свою очередь переходят в каналы большего диаметра 5, держатель 19 в форме угольника.

Устройство-прототип работает следующим образом (фиг. 3-4):

Обрабатываемую подложку 6, устанавливают нижним 15 и боковым 16 торцами на выемки 3 в каждом остроугольном выступе 2 планок 17, 18. Планки 17 и 18 установлены на держателе 19 в форме угольника.

Подложку, установленную на устройство-прототип при помощи механизма вертикального перемещения 9 опускают в ванну 8 отмывки деионизованной водой до полного погружения подложки 6, затем медленно поднимают подложку 6 из воды в камеру сушки, а в момент выхода подложки из воды подают пары органического растворителя на границу раздела уровня деионизованной воды ванны 8 и воздушной среды камеры, и сушат. Каналы меньшего диаметра 4, предусмотренные в остроугольных выступах 2 планок 17, 18, переходящие в каналы большего диаметра 5, создают разряжение в зоне контактов подложки и носителя за счет перепада давления в них при подъеме подложки 6, способствующее удалению оставшейся воды из зон контактов.

Недостатком устройства-прототипа является конструкция, не позволяющая устанавливать круглую подложку.

Указанный недостаток обусловлен тем, что в случае установки круглой подложки на устройство не все остроугольные выступы будут соприкасаться с краем подложки, следовательно, круглая подложка будет закреплена ненадежно и может быть повреждена во время обработки.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое устройство, является улучшение качества обработки круглой полупроводниковой подложки во время ее отмывки и сушки.

Для решения поставленной задачи, в устройстве для отмывки и сушки полупроводниковой подложки и удаления капель с ее поверхности с эффектом Марангони, содержащем ванну для отмывки подложек и камеру сушки, а также прикрепленный к механизму вертикального перемещения носитель подложки с остроугольными выступами с выемками для удержания подложки, каждый из которых имеет канал, создающий разрежение в зоне контактов подложки и носителя, имеющий диаметр больше толщины обрабатываемой подложки, но меньше основания выступов, переходящий в канал большего диаметра, согласно изобретению, носитель представляет собой корпус для удержания подложки, верхняя поверхность которого выполнена вогнутой, а количество остроугольных выступов с каналами, по меньшей мере, равно пяти.

Предлагаемое устройство решает проблему удаления остаточных капель с данной подложки без образования разводов, а также без образования загрязнений или остатков жидкости на подложке.

При очистке и сушке полупроводниковых подложек с использованием эффекта Марангони подложка опускается механизмом вертикального перемещения в ванну с деионизованной водой, на поверхности которой создается зона, например, из смеси паров изопропанола и азота. Деионизованная вода откачивается из ванны с определенной скоростью, а подложка находится неподвижно на корпусе носителя. По мере убывания воды подложка проходит через границу раздела фаз вертикально, т.е. перпендикулярно поверхности жидкости, границе раздела газовой среды (паров изопропанола с азотом) с деионизованной водой. В связи с разницей поверхностного натяжения изопропанола и воды на поверхности воды создается поверхностный слой, состоящий из изопропанола, абсорбированного поверхностным слоем воды. Формирование такого слоя, определяемое силами поверхностного натяжения двух жидких сред изопропанола и воды, характеризуется эффектом Марангони. В месте выхода подложки из жидкости формируется мениск, при этом в верхней части мениска концентрация изопропанола, абсорбированного поверхностью воды, значительно больше, чем в нижней части мениска, благодаря чему коэффициент поверхностного натяжения в верхней части мениска резко отличается от коэффициента поверхностного натяжения в нижней части мениска, что и приводит к очистке поверхности подложки и ее сушке.

После полного выхода подложки из воды, чтобы исключить капли воды, удерживающиеся в зоне контакта подложки с устройством, создаваемые за счет сил поверхностного натяжения, в корпусе устройства предусмотрены каналы. Подложка удерживается на корпусе носителя по нижней дуге с помощью пяти остроугольных выступов, имеющих каналы диаметром большим, чем толщина обрабатываемой подложки, но меньше основания выступов, которые в свою очередь переходят в каналы большего диаметра. Именно пять и более остроугольных выступов с каналами дают возможность полностью извлекать капли влаги, образующиеся в точке соприкосновения нижней дуги подложки с устройством. Эффект удаления капель заключается в свойстве возникновения разряжения в канале большего диаметра по мере удаления деионизованной воды. Таким образом капля воды, удерживаемая в зоне контакта подложки и устройства, откачивается из канала.

В качестве материала для изготовления заявляемого устройства предлагается полиацеталь или фторопласт, т.к. данные материалы не реагируют с любыми органическими и неорганическими веществами (кислотами, щелочами, спиртами) и не вносят дополнительных загрязнений в процесс отмывки и сушки. Литая конструкция корпуса носителя содержит по меньшей мере пять остроугольных выступов и не имеет швов, пор и заусенцев, что позволяет круглой полупроводниковой подложке надежно фиксироваться, минимально контактируя с корпусом носителя. Таким образом, помимо повышения качества обработки, минимизируется риск повреждения полупроводниковой подложки во время обработки.

Сущность заявляемого устройства поясняется чертежами.

На фиг. 5 - вид корпуса носителя, удерживающего подложку;

На фиг. 6 - вид корпуса носителя в проекции;

На фиг. 7 - обработка подложки в процессе сушки;

На фиг. 8 - формирование капли в точке касания подложки и устройства;

На фиг. 9 - отвод жидкости из канала при выходе подложки из ванны отмывки.

На фиг. 5-9 приняты следующие обозначения:

1 - корпус носителя (носитель);

2 - остроугольные выступы;

3 - выемки для удержания подложки;

4 - каналы меньшего диаметра;

5 - каналы большего диаметра;

6 - подложка, удерживаемая устройством;

7 - капля в точке касания подложки и устройства;

8 - ванна;

9 - механизм вертикального перемещения;

10 - заслонка;

11- канал подачи изопропилового спирта;

12- форсунки;

13 - канал подачи деионизованной воды;

14 - канал откачки деионизованной воды;

Предлагаемое устройство содержит (фиг.5, 6) литой корпус носителя 1, в верхней части которого находится пять остроугольных выступов 2 с выемками 3 для удержания подложки, в вершине каждого остроугольного выступа 2 предусмотрен канал меньшего диаметра 4, диаметр которого больше толщины обрабатываемой подложки 6, но меньше основания выступов 2. Далее каждый канал меньшего диаметра 4 переходит в канал большего диаметра 5 для создания разряжения в каждой точке касания подложки 6 и корпуса носителя 1.

Заявляемое устройство работает следующим образом (фиг. 5-9).

Подложка 6 устанавливается в корпус носителя 1 и с помощью механизма вертикального перемещения 9 опускается в ванну 8, наполненную деионизованной водой (фиг. 7). Заслонка 10 ванны 8 закрывается и через канал 11 подаются пары изопропилового спирта, которые равномерно распыляются форсунками 12. Подача деионизованной воды через канал 13 прекращается, а через канал 14 начинается ее откачка. По мере уменьшения уровня воды внутренняя полость ванны 8 наполняется парами спирта, тем самым создавая в месте выхода подложки 6 из жидкости мениск, при этом в верхней части мениска концентрация изопропанола абсорбированного поверхностью воды значительно больше, чем в нижней части мениска, благодаря чему коэффициент поверхностного натяжения в верхней части мениска резко отличается от коэффициента поверхностного натяжения в нижней части мениска, что и приводит к очистке поверхности подложки 6 и ее сушке.

Подложка 6 удерживается по верхней вогнутой части корпуса носителя 1 с помощью выемок 3 в пяти остроугольных выступах 2, имеющих каналы меньшего диаметра 4, переходящие в каналы большего диаметра 5 (фиг. 5). Эффект удаления капли (фиг. 8, 9) заключается в свойстве возникновения разряжения в каналах большого диаметра 5 по мере удаления деионизованной воды. Таким образом капля воды 7, удерживаемая в зоне контакта подложки 6 с корпусом носителя 1 откачивается из канала большего диаметра 5 и удаляется.

Технический результат - улучшение качества обработки круглой полупроводниковой подложки.

Использование: для глубокой высококачественной очистки поверхности в производстве при изготовлении ИС, БИС и СБИС. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для отмывки и сушки круглой полупроводниковой подложки и удаления капель с ее поверхности с эффектом Марангони содержит ванну для отмывки подложек и камеру сушки, а также прикрепленный к механизму вертикального перемещения носитель подложки с остроугольными выступами с выемками для удержания подложки, каждый из которых имеет канал, создающий разрежение в зоне контактов подложки и носителя, имеющий диаметр больше толщины обрабатываемой подложки, но меньше основания выступов, переходящий в канал большего диаметра, при этом носитель подложки представляет собой корпус для ее удержания, верхняя поверхность которого выполнена вогнутой, а количество остроугольных выступов с каналами, по меньшей мере, равно пяти. Технический результат обеспечение возможности улучшения качества обработки круглой полупроводниковой подложки. 2 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Устройство для отмывки и сушки круглой полупроводниковой подложки и удаления капель с ее поверхности с эффектом Марангони, содержащее ванну для отмывки подложек и камеру сушки, а также прикрепленный к механизму вертикального перемещения носитель подложки с остроугольными выступами с выемками для удержания подложки, каждый из которых имеет канал, создающий разрежение в зоне контактов подложки и носителя, имеющий диаметр больше толщины обрабатываемой подложки, но меньше основания выступов, переходящий в канал большего диаметра, отличающийся тем, что носитель подложки представляет собой корпус для ее удержания, верхняя поверхность которого выполнена вогнутой, а количество остроугольных выступов с каналами, по меньшей мере, равно пяти.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что корпус носителя выполнен из полиацеталя.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что корпус носителя выполнен из фторопласта.