RU2827317C1 - Устройство для отмывки и сушки круглой полупроводниковой подложки и удаления капель с ее поверхности - Google Patents

Abstract

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.

Description

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.

Claims (3)

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.

Images