Способ сушки подложек Советский патент 1993 года по МПК H01L21/324 

Изобретение относится к области электронной техники, в частности к технологии сушки поверхности полупроводниковых и стеклянных подложек, используемых при изготовлении фотошаблонных заготовок (ФШЗ).

Целью изобретения является повышение качества поверхности подложек и производительности процесса.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе сушки подложек, включающем размещение подложек на подлож- кодержателе в вертикальном положении с заданным интервалом, выдержку при постоянной температуре и вертикальное вытягивание в парах воды с заданной скоростью, интервал Ь между подложками устанавливают в соответствии с соотношением:

I

где К - козффициент, J.5-5: толщина подложки, м;

KXJ.5-5: - оА- коэффициент теплопроводности материала подложки, , выдержку проводят в парах воды при температуре 100-105°С и давлении (1,02-1,025) -105н/м2 в течение времени г , определяемого по формуле:

T Ki -(сек),

где Ki - безразмерный коэффициент;

ККЗ,5-5,0) -Ю11; б- толщина подложки, м j

I - высота подложки, м;

а-коэффициент температуропроводности материала подложки, м2/с, а вытягивание осуществляют со скоростью 110-130 см/мин.

Сущность изобретения состоит в следующем. Размещение подложек на подложко- держателе вертикально с интервалом Ь, определяемым по формуле:

b-K-J.

СЛ С

00

со со

со

выдержка в камере в парах воды при давлении (1,02-1.025) -105 н/м2 и температуре 100-105°С в течение времени г. определяемого по формуле:

T Ki

ач

а

и последующее вертикальное вытягивание их со скоростью 110-130 см/мин существенно повышают качество осушенной поверхности подложек.

В процессе выдержки с указанными режимами в первоначальный момент времени влажный нагретый пар, заполняющий камеру под указанным давлением,быстро конденсируется на сравнительно холодной поверхности подложек. При этом поверхность подложек покрывается микрокаплями дистиллированной воды, количество которых быстро возрастает, превращаясь в тончайший слой конденсата, который равномерно распределяется по поверхности. В последующем под действием горячего пара, равномерно омывающего каждую поверхность подложки в пространстве, необходимом и достаточном для теплообмена между паром и подложками.без снижения температуры всего объема пара, происходит интенсивный и равномерный двусторонний прогрев подложки на всю ее- толщину до температуры пара, близкой к 100°С. При этом конденсация пара на поверхности подложек постепенно прекращается и на ней остается вышеуказанный тонкий равномерный слой конденсата. Равномерно прогретые во всем объеме подложки, при вертикальном вытягивании их вместе с подложкодёржателем из камеры с указанной скоростью, плавно в течение не- . скольких секунд попадают из среды с повышенной относительной влажностью и температурой в среду с низкой относительной влажностью и более низкой температурой. При этом оставшийся на поверхности разогретой подложки тончайший слой конденсата тут же испаряется вереде с низкой относительной влажностью за счет остаточного тепла подложки, не оставляя никаких следов, В результате получают совершенно сухую поверхность подложек, на которой практически отсутствуют пятна, потеки и точки. Равномерный прогрев подложки во всем ее объеме и по всей поверхности, а также сравнительно большая скорость вытягивания улучшают качество осушенной поверхности подложек и тем самым способствуют получению поверхности с равномерным распределением гидрофобности, что

0

5

0

5

0

5

является необходимым требованием для качественного проведения последующих операций, например нанесения маскирующих слоев.

При оабочем давлении в камере менее 1,02 -10 н/м2 в условиях изохорного процесса и контакте пара (рабочего тела) с срав- нительно холодными подложками происходит снижение температуры пара ниже температуры насыщения, что приводит к неравномерному и недостаточному прогреву подложек и тем самым к снижению качества осушенной поверхности, т.е. появлению на ней точек, сыпи, потеков, и неравномерному распределению гидрофобности,

При рабочем давлении в камере более 1,025- 105 н/м2 в условиях изохорного процесса происходит образование в ней слишком большого количества перегретого пара, при котором первоначально снижается конденсация его на поверхности подложек, а в дальнейшем ухудшается процесс теплообмена между паром и поверхностью подложек, что приводит к неравномерному и недостаточному прогреву подложек и тем самым к снижению качества осушенной поверхности.

При выдержке подложек в камере в

течение временит менее З.Б-Ю11 - )сек

3

происходит их неравномерный и недостаточный прогрев, что приводит к снижению качества осушенной поверхности, т.е. к появлению на ней точек, сыпи, потеков и неравномерному распределению гидрофобности.

При выдержке подложек в камере в теИ1(У)еек

0

5

0

5

чение времени t более 5,0 -10

состояние их прогрева не улучшается, а только затягивается процесс сушки следовательно, снижается его производительность.

При создании интервала Ь между вер- тикальностоящими подложками в камере

менее 3,5 -т(м), в условиях конвективного

теплообмена между подложками и обтекающим их паром, суммарная толщина двух пристеночных слоев становится близкой к величине указанного интервала и это приводит к снижению температуры пара, находящегося между подложками, в результате чего они неравномерно прогреваются (хуже прогрев в центральной их части), что вызы- вает снижение качества осушенной поверхности, наличие на ней сыпи, точек, потеков- и неравномерное распределение гидрофобности. При создании интервала Ь между

д.

подложками в камере более 5 (м) в условиях конвективного теплообмена практически не улучшается равномерность прогрева подложек, но при групповой сушке подложек возникает необходимость значительного увеличения объема камеры, что ведет к снижению производительности процесса.

При скорости вертикального вытягивания менее 110 см/мин происходит неодновременное попадание всех точек поверхности разогретых подложек из зоны высокой относительной влажности в зону с низкой относительной влажностью, в результате чего участки подложек, находящиеся внизу, за счет теплоотвода попадают в зону с низкой относительной влажностью уже значительно остывшие, но недосохшие, что приводит к снижению качества осушенной поверхности и возникновению на ней потеков, сыпи, а также к неравномерному распределению гидрофобное™.

При скорости вертикального вытягивания подложек более 130 см/мин происхот дит возникновение инерционных усилий в слое жидкости, находящемся на поверхно- сти подложек, в результате этих усилий в нижней части подложек слой быстро увеличивается, вода стекаете поверхности струйками, что приводит к образованию на ней точек, потеков, сыпи, а также неравномерному распределению гидрофобности.

Предлагаемый способ сушки подложек осуществляется на специальной установке для сушки подложек Интеграция следующим образом.

Пример 1. Подложки из кварцевого стекла размером 0,127x0,127x0,003 м (127x127x3,0 мм), прошедшие стадии механической обработки (шлифование, полирование) и 10-ти ступенчатой ультразвуковой отмывки, устанавливают вертикально на подложкодержателе с интервалом между их поверхностями ,0102 м (10,2 мм). С помощью специального устройства подложко- держатель вместе с подложками опускают в камеру, в нижней части которой имеется передвижная заслонка для подачи пара из емкости с кипящей водой. После спуска оставшегося в камере воздуха ее герметизируют, создавая в ней давление, равное 1,023 10 н/м2; а через открытую заслонку подают горячий пар с температурой 103°С. При заданном давлении подложки выдер- живают в камере в парах воды в течение времени,равном 193 сек (3,21 мин).

После этого камеру разгерметизируют и подложки на подложкодержателе вытягивают вертикально вверх со скоростью 120 см/мин в зону с относительно низкой влажностью, где хорошо прогретые подложки

мгновенно высыхают. Качество поверхности осушенных подложек определяют визуальным контролем в проходящем и отраженном свете УФ-источника и устанавливают, что на ней практически отсутствуют точки, сыпь, потеки (11,8%). Распределение гидрофобности по поверхности осушенных подложек контролируют с помощью определения краевого угла смачивания & на установке измерения краевого угла смачивания Укус-. По результатам измерения угла смачивания в различных точках поверхности подложек вычисляют градиент краевого угла смачивания, который характеризует распределение гидрофобности по поверхности осушенных подложек и составляет 1,2°. После проведения указанных методов контроля на поверхность подложек наносят маскирующий слой. Дефекты маскирующего слоя контролируют при 50х увеличении под микроскопом МБС-2 (5,1 %). После контроля маскированных подложек подсчитывают процент выхода годных, который составляет в этом примере -83,7%. Остальные примеры выполнения предлагаемого способа с использованием подложек из различных материалов приведены в таблице. Примеры 1-9 выполнены в пределах, заявленных в формуле. Примеры 10-19 показывают выход за пределы. Примеры 20-24 - по прототипу. Из приведенных примеров видно, что использование предлагаемого способа позволяет получать поверхность осушенных подложек высокого качества, практически без сыпи, точек и потеков (от 11,8 до 19,1%), с равномерным распределением гидрофобности по поверхности (от 1,2 до 2,4°), необходимым для получения маскирующих слоев с минимальным количеством дефектов (от 5,1 до 12.5%), а также повысить производительность процесса сушки до 270 шт/час - для оконного стекла, до 480 шт/час - для кварцевого стекла и до 3500 шт/час для кремния по сравнению с прототипом, по которому она составляет соответственно 110,110,230 шт/час. Выход годных составляет 70,8- 83.7%. Предполагаемый годовой экономический эффект от внедрения изобретения составит 105 тыс. рублей.

Формулаизобретения Способ сушки подложек, включающий размещение подложек на подложкодержателе в вертикальном положении с заданным интервалом, выдержку при постоянной температуре и вертикальное вытягивание в парах воды с заданной скоростью, отличающийся тем, что, с целью повышения качества поверхности подложек и производительности процесса, интервал Ь между

подложками устанавливают в соответствии с соотношением

К |, (м),

где К - коэффициент, Вт/м«°С, ,5-5;

5- толщина подложки-, м«

А- коэффициент теплопроводности материала подложки, 8т/м.°С, выдержку проводят в парах воды при температуре 100-1Q5°C и давлении {1,02-1,025) -105

н/м2 в течение времени г. определяемого по формуле

, «

с,

где Ki - безразмер ный коэффициент, К1(3,)- 1011;

I - высота подложки, м; а - коэффициент температуропроводности материала подложки, м2/с, а вытягивание осуществляют со скоростью 110-130 см/мин.

1816331

10

Продолжение таблицы

Использование: изобретение может быть применено при обработке подложек, используемых при изготовлении фотошаблонных заготовок. Сущность: способ включает размещение подложек на подлож- кодержателе в вертикальном положении с определенным интервалом, выдержку в парах воды при температуре 100-105°С и давлении (1.02-1,025)- 105Н/м2 в течение определенного времени и вертикальное вытягивание со скоростью 110-130см/мин. 1 табл.