DE10228280A1 - Device for coating three-dimensional surfaces of substrate e.g. for coating semiconductors with a photoresist comprises spray sources each having a capillary provided with an electrode and arranged in a spray head - Google Patents

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Abstract

Device for coating three-dimensional surfaces of substrates comprises at least two spray sources each having a capillary (1) provided with an electrode (2) and arranged in a spray head. The spray sources are individually distributed over a voltage source which produces a potential difference between the electrode and the substrate. An independent claim is also included for a process for coating three-dimensional surfaces of substrates comprising using the above device.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur massenproduktionstauglichen Beschichtung von Oberflächen mittels der elektrohydrodynamischen Ionenspray-Methode. Die Massenproduktionstauglichkeit wird erreicht durch die Kombination mehrerer Ionenquellen, die beispielsweise in Form eines kompakten Sprühkopfes zusammengefasst werden können. Mit diesem Verfahren können insbesondere auch dreidimensional strukturierte Oberflächen in der Mikroelektronik, Photonik, Mikrostrukturtechnik und Nanotechnologie beschichtet werden. Es können sowohl elektrisch leitende wie auch halbleitende und isolierende Materialien beschichtet werden. Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist außerdem Gegenstand der Erfindung.The invention relates to a method for mass production coating of surfaces by means of the electrohydrodynamic ion spray method. The suitability for mass production achieved by combining several ion sources, for example in the form of a compact spray head can be summarized. With this procedure you can especially three-dimensional structured surfaces in of microelectronics, photonics, microstructure technology and nanotechnology be coated. It can both electrically conductive as well as semiconducting and insulating materials be coated. A device for performing the method is also the subject the invention.

Aus der Leiterplattenfertigung ist die galvanische Abscheidung sogenannter ED-Photoresists (electro de positable resists) bekannt, die sich allerdings nur auf elektrisch leitende Oberflächen auftragen lassen. Außerdem können sich die Eigenschaften der beschichteten Oberflächen dabei erheblich zum Nachteil verändern.From PCB manufacturing the galvanic deposition of so-called ED photoresists (electro de positable resists) known, which, however, only affects electrical conductive surfaces have it applied. Moreover can the properties of the coated surfaces are considerably disadvantageous change.

Für MEMS-Anwendungen wurde ein Sprühkopf in eine Maschine für die konventionelle Photoresist-Beschichtung integriert. Das Sprühverfahren basiert auf einen Ultraschallkopf, der die Partikel generiert, die im Gasstrom auf den zu beschichtenden Wafer gelenkt werden, Mit diesem Verfahren können die Oberflächen unabhängig von deren Leitfähigkeit beschichtet werden. Nachteilig ist bei diesem Verfahren die unvollständige Bedeckung der Oberfläche im Bereich scharfer Kanten und Spitzen, wie sie insbesondere auf dreidimensional strukturierten Glas- und Siliziumoberflächen häufig benötigt werden.For MEMS applications became a spray head into a machine for integrates the conventional photoresist coating. The spraying process is based on an ultrasound head that generates the particles that are directed in the gas stream onto the wafer to be coated, with this procedure can surfaces independently coated by their conductivity become. The disadvantage of this method is the incomplete coverage the surface in the area of sharp edges and tips, such as those in particular three-dimensional structured glass and silicon surfaces are often required.

In der DE 4228344 C2 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Photoresist-Beschichtung von mikromechanisch dreidimensional strukturierten Bauteilen in der Mikrostrukturtechnik mittels einer Kombination aus elektrohydrodynamischer Ionenquelle und der Ionenspray-Methode beschrieben. Die Photoresist-Lösung wird einer Glaskapillaren zugeführt und auf Grund der Kapillarkräfte bis zu deren Spitze geleitet. In der Kapillaren befindet sich ebenfalls ein Metalldraht, der ein kurzes Stück aus der Kapillaren herausragt und von der Lösung benetzt wird. Zwischen diesem Metalldraht und dem zu beschichtenden Substrat wird eine Spannung von 1 bis 20 kV angelegt. In dem starken elektrischen Feld am Austritt der Kapillaren bildet sich im Zusammenspiel mit der Oberflächenspannung der Lösung ein sogenannter Taylor-Konus aus. Bei geeigneter Wahl der elektrischen Feldstärke in Abstimmung mit der Oberflächenspannung der Lösung werden von diesem Konus Jets emittiert, die zur Ausbildung kleiner Tröpfchen führen. Diese Tröpfchen sind auf Grund der elektrophoretischen Ladungstrennung im Taylor-Konus hoch geladen. Der Transport der Tröpfchen geschieht durch Drift im elektrischen Feld zum zu beschichtenden Substrat. Bei genügend großer Driftstrecke verdampft das Lösungsmittel, bevor die Photoresist-Partikel das Substrat erreichen. Dadurch wird ein unmittelbares Zerfließen des Photolackes verhindert, so dass auch scharfe Kanten beschichtet werden können. Die in dieser Druckschrift beschriebene Vorrichtung wird mit einer zeitlich konstanten Spannung betrieben. Sie weist Rotationssymmetrie auf, so dass der Ionenstrahl relativ einfach mit einer Ionenlinse fokussiert werden kann.In the DE 4228344 C2 describes a method and a device for photoresist coating of micromechanically three-dimensionally structured components in microstructure technology by means of a combination of an electrohydrodynamic ion source and the ion spray method. The photoresist solution is fed to a glass capillary and, due to the capillary forces, guided to the tip. There is also a metal wire in the capillaries, which protrudes a short distance from the capillaries and is wetted by the solution. A voltage of 1 to 20 kV is applied between this metal wire and the substrate to be coated. In the strong electric field at the exit of the capillaries, a so-called Taylor cone forms in interaction with the surface tension of the solution. With a suitable choice of the electric field strength in coordination with the surface tension of the solution, this cone emits jets which lead to the formation of small droplets. These droplets are highly charged due to the electrophoretic charge separation in the Taylor cone. The droplets are transported by drift in an electrical field to the substrate to be coated. If the drift distance is large enough, the solvent evaporates before the photoresist particles reach the substrate. This prevents the photoresist from immediately flowing away, so that even sharp edges can be coated. The device described in this document is operated with a voltage that is constant over time. It has rotational symmetry, so that the ion beam can be focused relatively easily with an ion lens.

Nachteilig ist bei diesem Verfahren, dass die benötigte Zeit für die Beschichtung eines 76 mm Wafers mit einer Photoresistschicht der in der Halbleitertechnologie typischen Schichtdicke von 1,4 μm etwa 30 min beträgt. In der modernen Halbleiterproduktion werden jedoch in der Regel Wafer mit Durchmessern zwischen 150 mm und 300 mm verarbeitet. Die dafür benötigte Beschichtungszeit ist nicht kompatibel mit den für die Massenproduktion angestrebten Prozesszeiten. Des weiteren tritt auf Grund der Ladung der Partikel eine Aufladung elektrisch schlecht leitender Oberflächen während des Beschichtungsprozesses auf. Empfindliche Oberflächenbereiche wie etwa CMOS-Strukturen können dabei zerstört werden.The disadvantage of this method is that that the needed time for coating a 76 mm wafer with a photoresist layer the typical layer thickness of 1.4 μm in semiconductor technology is about 30 min is. In modern semiconductor production, however, as a rule Wafers with diameters between 150 mm and 300 mm processed. The coating time required for this is not compatible with those for the mass production target process times. Furthermore occurs due to the charge of the particles, charging is poor conductive surfaces while of the coating process. Sensitive surface areas such as CMOS structures can destroyed in the process become.

Ausgehend hiervon war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu beseitigen und ein für die Massenfertigung geeignetes Verfahren sowie eine entsprechende Vor richtung bereitzustellen.Based on this, it was task the present invention known from the prior art Eliminate disadvantages and a suitable for mass production Provide procedures and a corresponding device.

Diese Aufgabe wird durch die gattungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch das gattungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Die weiteren abhängigen Ansprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen auf. In den Ansprüchen 27 bis 29 werden mögliche Verwendungen der Vorrichtung aufgezeigt.This task is achieved by the generic device with the characterizing features of claim 1 and by generic method solved with the characterizing features of claim 12. The other dependent Expectations show advantageous developments. In claims 27 to 29 are possible uses shown the device.

Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zur Beschichtung dreidimensional strukturierter Oberflächen von Substraten in der Mikrostruktur-Technik bereitgestellt. Diese bestehen aus einer Sprühquelle, die eine mit einer Elektrode versehene Kapillare aufweist, die wiederum mit einem die Beschichtungssubstanz enthaltendem Vorratsgefäß verbunden ist.According to the invention, a device for coating three-dimensional structured surfaces of substrates in the Microstructure technology provided. These consist of a spray source that has a capillary provided with an electrode, which in turn connected to a storage vessel containing the coating substance is.

Erfindungswesentlich ist es nun, daß mindestens zwei Sprühquellen in einem Sprühkopf angeordnet sind und die Sprühquellen über mindestens eine Spannungsquelle einzeln adressierbar sind. Mittels der Spannungsquellen kann eine Potentialdifferenz zwischen der Elektrode und dem Substrat hergestellt werden.It is now essential to the invention that at least two spray sources in a spray head are arranged and the spray sources over at least one Voltage source are individually addressable. By means of the voltage sources can be a potential difference between the electrode and the substrate getting produced.

Der Sprühkopf besteht somit aus einer Mehrzahl von Ionenspray-Quellen, die mit gleichen oder unterschiedlichen Potentialen versehen werden können (einzeladressierbare Quellen). Die einzeladressierbaren Quellen sind über den Sprühkopf relativ zueinander fixiert. Für die Herstellung eines derartigen Sprühkopfes kommen sowohl konventionelle Fertigungstechniken wie auch mikrosystemtechnische Fertigungsverfahren in Frage.The spray head thus consists of a plurality of ion spray sources, which can be provided with the same or different potentials (individually addressable sources). The individually addressable sources are fixed relative to one another via the spray head. Both conventional manufacturing techniques and microsystem manufacturing processes can be used to manufacture such a spray head.

Vorzugsweise weist die Vorrichtung mindestens zwei Sprühquellen auf, die in Form eines Arrays angeordnet sind. Besonders bevorzugt ist ein Array, das aus zumindest zehn Sprühquellen aufgebaut ist. Der Abstand zwischen den mindestens zwei Sprühquellen beträgt dabei vorzugsweise zwischen 10 μm und max. 2 cm, wobei diese Größenordnung an die Dimensionierung des Substrates angepaßt werden kann.The device preferably has at least two spray sources arranged in the form of an array. Particularly preferred is an array made up of at least ten spray sources. The The distance between the at least two spray sources is preferably between 10 μm and Max. 2 cm, this order of magnitude can be adapted to the dimensioning of the substrate.

Bevorzugt werden die Sprühquellen parallel zueinander angeordnet. Ebenso ist es aber auch möglich, daß die Sprühquellen untereinander zumindest teilweise zueinander geneigt angeordnet sind. Auf diese Weise kann eine zusätzliche Anpassung an die Topographie des Substrates erfolgen.The spray sources are preferred arranged parallel to each other. But it is also possible that the spray sources arranged at least partially inclined to one another are. In this way, an additional adaptation to the topography of the substrate.

Vorzugsweise stellte die Elektrode der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine in einer Kapillare angeordnete Drahtelektrode dar, wobei der Draht ein kurzes Stück aus der Kapillaren herausragt und von der Beschichtungslösung benetzt wird. Eine andere Variante sieht vor, daß eine flächige Elektrode verwendet wird, die z. B. in Form einer metallischen Beschichtung der inneren und/oder äußeren Kapillarspitze ausgestaltet ist. Alternativ ist es möglich als Elektrode eine Ringelektrode zu verwenden.Preferably put the electrode the device according to the invention a wire electrode arranged in a capillary, the Wire a short piece protrudes from the capillaries and wetted by the coating solution becomes. Another variant provides that a flat electrode is used, the z. B. in the form of a metallic coating of the inner and / or outer capillary tip is designed. Alternatively, it is possible to use a ring electrode as the electrode to use.

Es ist auch denkbar, statt einer Mehrzahl von punktförmigen Sprühquellen eine bandförmige Quelle einzusetzen. Insbesondere kommen hierbei auch ringförmige Quellen in Frage.It is also conceivable instead of one Plurality of punctiform spray sources a band-shaped Source. In particular, ring-shaped sources also come here in question.

Vorzugsweise ist zwischen den mindestens zwei Sprühquellen und dem Substrat mindestens eine Extraktorelektrode angeordnet. Mittels derartiger Extraktorelektroden kann die Stabilität des Sprühverhaltens er höht werden, wobei die Extraktorelektroden zwischen den Sprühquellen, z. B. den Kapillarspitzen, und dem Substrat angeordnet sind. Die Extraktorelektroden bestimmen über den Abstand zur Kapillarenspitze sowie der anliegenden Spannung in Kombination mit dem Radius der Elektrode das elektrische Feld im Bereich des Tailor-Konus. Um ein stabiles Sprühen zu gewährleisten, sollte ein Minimalabstand der Kapillarenspitzen untereinander nicht unterschritten werden. Der Abstand der Sprühquellen untereinander sollte größer als der Abstand der Sprühquellen zu den Extraktorelektroden sein. Die Extraktorelektroden können auch als gemeinsame Extraktorplatte ausgeführt sein.Is preferably between the at least two spray sources and arranged at least one extractor electrode on the substrate. Using such extractor electrodes can improve the stability of the spray behavior elevated with the extractor electrodes between the spray sources, z. B. the capillary tips, and the substrate. The extractor electrodes determine over the distance to the capillary tip and the applied voltage in combination with the radius of the electrode the electric field in the area of the tailor cone. In order to ensure a stable spraying, there should be a minimum distance the capillary tips are not below each other. The distance of the spray sources among themselves should be greater than the distance of the spray sources to the extractor electrodes. The extractor electrodes can also be designed as a common extractor plate.

In einer weiteren Variante weist die Vorrichtung zwischen der mindestens einen Sprühquelle und dem Substrat mindestens eine ionenoptische Linse und/oder Ablenkplatte auf.In a further variant points the device between the at least one spray source and the substrate at least one ion-optical lens and / or baffle on.

Erfindungsgemäß wird ebenso ein Verfahren zur Beschichtung dreidimensional strukturierter Oberflächen von Substraten in der Mikrostruktur-Technik bereitgestellt. Bei diesen werden geladene Tröpfchen eines Beschichtungsmaterials von einer Sprühquelle, die auf einer elektrohydrodynamischen Ionenquelle in Kombination mit der Ionenspray-Methode basiert, auf die zu beschichtende Oberfläche gesprüht.According to the invention, a method for Coating three-dimensional structured surfaces of Substrates provided in microstructure technology. With these become charged droplets of a coating material from a spray source based on an electrohydrodynamic Ion source in combination with the ion spray method is based on the surface to be coated sprayed.

Erfindungswesentlich ist es hierbei, daß ein Sprühkopf eingesetzt wird, der mindestens zwei über mindestens eine Spannungsquelle einzeln adressierbare Sprühquellen aufweist.It is essential to the invention here that a spray head is used being at least two over at least a voltage source has individually addressable spray sources.

Gegenüber dem in der Halbleitertechnologie üblichen Spin-on-Verfahren zur Beschichtung planarer Oberflächen lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren dreidimensional strukturierte Oberflächen beschichten. Charakteristisch für das erfindungsgemäße Verfahren ist es, daß auch scharfkantige Oberflächenstrukturen mit einer geschlossenen Schicht sicher und vollständig abgedeckt werden können. Bereits existierende und auf Ultraschall basierende Sprühverfahren sind prinzipiell für die Beschichtung von dreidimensionalen Oberflächen geeignet, versagen jedoch bei den genannten scharfkantigen und spitzen Strukturen, wie sie insbesondere in der Mikrosystemtechnik und bei MEMS-Anwendungen häufig auftreten. Es können praktisch beliebig geformte Substrate beschichtet werden. So sind rechteckige und runde Substrate gleichermaßen prozessierbar.Compared to the usual in semiconductor technology Let spin-on process for coating planar surfaces three-dimensional with the inventive method structured surfaces coat. Characteristic of the inventive method is it that too sharp-edged surface structures covered safely and completely with a closed layer can be. Existing and ultrasound-based spray processes are principally for the coating of three-dimensional surfaces is suitable, but fails with the sharp-edged and pointed structures mentioned, such as especially in microsystem technology and in MEMS applications frequently occur. It can substrates of practically any shape can be coated. So are rectangular and round substrates alike processable.

Gegenüber dem Ionenspray-Verfahren hat dieses Verfahren den Vorteil, daß es für die Massenproduktion geeignet ist. Außerdem können nicht nur elektrisch leitende und halbleitende Oberflächen, sondern auch schlecht leitende und isolierende Oberflächen beschichtet werden. Gegenüber dem existierenden Verfahren kann dieses Verfahren auch angewendet werden für Oberflächen, die empfindlich gegenüber elektrostatischen Aufladungen sind. Hierzu zählen insbesondere die nicht metallisierten Oberflächen von in CMOS-Technologie gefertigten Wafern, Waferoberflächen mit optoelektronischen Komponenten sowie Hybridaufbauten, in denen elektrische und optische Komponenten kombiniert werden.Compared to the ion spray process This method has the advantage that it is suitable for mass production is. Moreover can not just electrically conductive and semiconducting surfaces, but poorly conductive and insulating surfaces can also be coated. Compared to the existing one This method can also be used for surfaces that use this method sensitive to are electrostatic charges. In particular, these do not count metallized surfaces from in CMOS technology manufactured wafers, wafer surfaces with optoelectronic components as well as hybrid structures in which electrical and optical components can be combined.

Vorzugsweise werden die mindestens zwei Sprühquellen mit gleichem Potential eingesetzt. Werden hierbei gleiche Beschichtungsmaterialien eingesetzt, so ist es möglich gegenüber dem Stand der Technik in Abhängigkeit von der Anzahl der Sprühquellen deutlich höhere Beschichtungsgeschwindigkeiten sicherzustellen.Preferably the at least two spray sources used with the same potential. Here are the same coating materials used, so it is possible across from depending on the state of the art on the number of spray sources significantly higher Ensure coating speeds.

Entsprechend der Anzahl der in einem Sprühkopf integrierten Kapillaren reduziert sich die Sprühzeit gegenüber einer Einzelkapillaren, sofern alle Kapillaren mit dem gleichen Beschichtungsmaterial bestückt und parallel betrieben werden.According to the number of integrated in one spray head Capillaries the spraying time is reduced compared to single capillaries, provided all capillaries are equipped with the same coating material and operated in parallel.

Die Vorrichtung kann aber auch so ausgeführt sein, daß mit den Kapillaren unterschiedliche Beschichtungsmaterialien oder -materialgemische simultan oder sequentiell gesprüht werden können, so daß auch Mischschichten aus den verschiedenen Materialien hergestellt werden können.The device can also do so accomplished be that with different coating materials or material mixtures in the capillaries sprayed simultaneously or sequentially can be so that too Mixed layers can be made from different materials can.

Eine ebenso bevorzugte Variante sieht vor, daß Sprühquellen mit unterschiedlichem Potential betrieben werden.An equally preferred variant sees before that spray sources operated with different potential.

Mit einem derartigen Sprühkopf kann das Beschichten einer elektrostatisch empfindlichen und/oder einer elektrisch isolierenden Oberfläche auf zwei Arten erreicht werden:

  • 1. Die verschiedenen Kapillaren werden mit Potenzialen unterschiedlicher Polarität gegenüber dem Substrat betrieben, so dass die auf die Substratoberfläche auftreffende Nettoladung stets Null ist.
  • 2. Die Kapillaren werden mit einheitlicher Polarität im dynamischen Modus betrieben d. h. mit zeitlich variabler Beschleunigungsspannung. Wird dabei die Polarität in regelmäßigen zeitlichen Abständen gewechselt, ist die auf das Substrat auftreffende Ladung im zeitlichen Mittel ebenfalls Null.
With such a spray head, the coating of an electrostatically sensitive and / or an electrically insulating surface can be achieved in two ways:
  • 1. The different capillaries are operated with potentials of different polarity with respect to the substrate, so that the net charge striking the substrate surface is always zero.
  • 2. The capillaries are operated with uniform polarity in dynamic mode, ie with accelerating voltage that is variable over time. If the polarity is changed at regular time intervals, the charge impinging on the substrate is also zero on average over time.

Ein Polaritätswechsel der Kapillaren im Sprühbetrieb kann zu Störungen des Sprühprozesses führen. Um die Qualität der Beschichtung nicht zu gefährden, kann der Sprühprozeß während des Polaritätswechsels unterbrochen werden, bis sich der Taylor-Konus erneut stabilisiert hat. Die Unterbrechung kann z. B. durch einen mechanischen Verschluß erfolgen, der unmittelbar vor dem Polaritätswechsel geschlossen wird, so daß kein Beschichtungsmaterial mehr auf das Substrat gelangen kann.A change in polarity of the capillaries in spray mode can cause interference of the spraying process to lead. To quality not to endanger the coating, can the spraying process during the polarity change be interrupted until the Taylor cone stabilizes again Has. The interruption can e.g. B. done by a mechanical closure, the immediately before the polarity change is closed so that no Coating material can get onto the substrate.

Vorzugsweise erfolgt eine Ladungsneutralisation an der Oberfläche. Dies kann z. B. dadurch erfolgen, daß die zu beschichtende Oberfläche mit einem ionisierten Gas in Kontakt gebracht wird. Des weiteren können geladene Oberflächen auch mittels elektromagnetischer Strahlung entladen werden. Im Falle eines Photoresists dürfen die dafür benötigten Wellenlängen allerdings nicht zur Belichtung des Resists führen.Charge neutralization is preferably carried out on the surface. This can e.g. B. done in that the surface to be coated with is brought into contact with an ionized gas. Furthermore, loaded surfaces can also be discharged using electromagnetic radiation. In the event of of a photoresist the one for that required wavelengths, however do not lead to exposure of the resist.

Der Sprühnebel besteht in Abhängigkeit der Spannungsbelegung der einzelnen Sprühquellen entweder aus Tröpfchen einheitlicher oder aber unterschiedlicher Ladungspolarität. Entsprechend unterschiedlich ist die Ladungsverteilung im Sprühnebel und somit, aufgrund der Coulomb-Wechselwirkung der geladenen Partikel untereinander, auch die Dichteverteilung der Tröpfchen im Strahlquerschnitt, dem sogenannten Dichteprofil. So führt die Verwendung einer einheitlichen Polarität für alle Sprühquellen zu einem stark strukturierten Dichteprofil.The spray is dependent the voltage assignment of the individual spray sources either from droplets more uniform or different charge polarity. Accordingly different is the charge distribution in the spray and therefore, due to the Coulomb interaction of the charged particles among themselves, also the density distribution of the droplets in the beam cross-section, the so-called density profile. So leads the use of a uniform polarity for all spray sources to a highly structured Density profile.

Um dennoch eine gleichmäßige Beschichtung des Substrates zu erzielen, wird bevorzugt der Sprühkopf und/oder das Substrat während der Beschichtung bewegt. Das optimale Bewegungsmuster, das zu einer gleichmäßigen Beschichtung des Substrates führt, läßt sich mittels geeigneter mathematischer Algorithmen aus dem Dichteprofil des Teilchenstrahls auf Höhe der Substratoberfläche bestimmen. Alternativ kann ein zufriedenstellendes Bewegungsmuster auch experimentell ermittelt werden. Das Bewegungsmuster kann z. B. mittels eines Rechners oder einer anderen geeigneten elektronischen Steuerung und unter Verwendung eines Rotations- und/oder Translationstisches auf das Substrat oder den Sprühkopf übertragen werden.To ensure an even coating to achieve the substrate, the spray head and / or is preferred the substrate during the coating moves. The optimal movement pattern that results in an even coating of the substrate, let yourself using suitable mathematical algorithms from the density profile of the particle beam at height the substrate surface determine. Alternatively, a satisfactory movement pattern can also be determined experimentally. The movement pattern can e.g. B. by means of a computer or other suitable electronic Control and using a rotary and / or translation table transferred to the substrate or the spray head become.

Besonders kritische Oberflächenstrukturen wie Spitzen und Kanten können durch die Anwendung einer Mehrfachbeschichtung noch sicherer abgedeckt werden. Die Mehrfachbeschichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß nach einem ersten Sprühschritt die beschichtete Oberfläche in eine entsprechende Lösungsmittelatmosphäre gebracht wird, z. B. mit Aceton angereicherte Luft, in der die auf die Oberfläche aufgebrachten Partikel angelöst werden und teilweise ineinander zerfließen, so daß eine teilweise Planarisierung der Oberfläche erfolgt und danach ein weiterer Beschichtungsprozeß mit ebenfalls anschließender Planarisierung erfolgt. Nach zwei bis drei Beschichtungsschritten sind typischerweise auch kritische Oberflächenstrukturen vollständig bedeckt.Particularly critical surface structures such as Tips and edges can covered even more securely by using a multiple coating become. The multiple coating is characterized in that after a first spraying step the coated surface is brought into an appropriate solvent atmosphere, z. B. air enriched with acetone, in which the applied to the surface Particles are dissolved and partially merge into one another so that a partial planarization the surface takes place and then another coating process with likewise followed by Planarization takes place. After two to three coating steps critical surface structures are typically also completely covered.

Verwendung findet die erfindungsgemäße Vorrichtung für die Beschichtung von Substraten in der Halbleitertechnologie. Hierzu zählen neben der Mikroelektronik, der Mikrosystemtechnik, der Optoelektronik ebenso die Nanotechnologie. Ein wichtiges Anwendungsfeld ist dabei die Beschichtung von Halbleiterscheiben mit Photoresist und anderen dielektrischen Materialien wie Zwischenlagen-Dielektrika, Passivierungs- und Isolierungsschichten sowie auch antistatische Be schichtungsmaterialien.The device according to the invention is used for the Coating of substrates in semiconductor technology. For this counting in addition to microelectronics, microsystem technology, optoelectronics also nanotechnology. An important field of application is here coating semiconductor wafers with photoresist and others dielectric materials such as interlayer dielectrics, passivation and insulation layers as well as antistatic coating materials.

Aufgrund der sehr kleinen Tröpfchendurchmesser kann das Verfahren auch zur Erzeugung sehr dünner Schichten verwendet werden, wie sie beispielsweise in der höchstintegrierten Mikroelektronik und der Nanotechnologie benötigt werden. Die Beschichtung mit Nanopartikeln und dispersen Materialien für die Nanotechnologie, die Optoelektronik, die Photonik und andere Bereiche sowie auch mit Biomolekülen sind mögliche Anwendungsfelder.Because of the very small droplet diameter the method can also be used to produce very thin layers, such as in the most highly integrated Microelectronics and nanotechnology are needed. The coating with nanoparticles and disperse materials for nanotechnology, the Optoelectronics, photonics and other areas as well biomolecules are possible Application fields.

Anhand der nachfolgenden Figuren soll der anmeldungsgemäße Gegenstand näher erläutert werden, ohne diesen auf diese Ausführungsformen einzuschränken.Using the following figures the subject of the application are explained in more detail without restricting it to these embodiments.

1a zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit zwei aus einer in eine Kapillare integrierten Drahtelektrode bestehenden Sprühquellen. 1a shows a device according to the invention with two spray sources consisting of a wire electrode integrated in a capillary.

1b zeigt ein Array von Sprühquellen, ebenfalls mit Drahtelektroden. 1b shows an array of spray sources, also with wire electrodes.

1c zeigt ein Array von Sprühquellen, bei dem flächige Elektroden eingesetzt werden. 1c shows an array of spray sources in which flat electrodes are used.

In 1a ist eine Ausführungsform mit zwei oder mehreren Sprühquellen bestehend aus je einer Kapillaren 1 mit einer inneren Drahtelektrode. Zwischen den Drahtelektroden und den Extraktorelektroden 2 können unterschiedliche Spannungen U1, U2 angelegt werden. Die Extraktorelektroden sind elektrisch isoliert voneinander aufgebaut, so dass zwischen den Extraktorelektroden und dem zu beschichtenden Substrat 3 ebenfalls unterschiedliche Spannungen eingestellt werden können. Um eine gleichmäßige Beschichtung zu erzielen, kann das Substrat mittels einer Rotations- und Translationseinheit 4 bewegt werden.In 1a is an embodiment with two or more spray sources each consisting of a capillary 1 with an inner wire electrode. Between the wire electrodes and the extractor electrodes 2 different voltages U 1 , U 2 can be applied. The extractor electrodes are electrically isolated from each other, so that between the extractor electrodes and the substrate to be coated 3 different voltages can also be set. In order to achieve a uniform coating, the substrate can be rotated and translated 4 be moved.

In 1b ist eine Ausführungsform mit einem Array von Sprühquellen, die in einem gemeinsamen Träger 1 integriert sind, mittels Drahtelektroden kontaktiert werden und mit einer gemeinsamen Extraktorplatte 2 versehen sind.In 1b is an embodiment with an array of spray sources in a common carrier 1 are integrated, can be contacted by means of wire electrodes and with a common extractor plate 2 are provided.

In 1c ist eine Ausführungsform mit einem Array von Sprühquellen, die in einem gemeinsamen Träger 1 integriert sind und mit flächigen Elektroden und einer gemeinsamen Extraktorplatte 2 versehen sind.In 1c is an embodiment with an array of spray sources in a common carrier 1 are integrated and with flat electrodes and a common extractor plate 2 are provided.

Claims (29)

Vorrichtung zur Beschichtung dreidimensional strukturierter Oberflächen von Substraten in der Mikrostruktur-Technik mit einer Sprühquelle, die eine mit einer Elektrode versehene Kapillare aufweist, die mit einem die Beschichtungssubstanz enthaltenden Vorratsgefäß verbunden ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Sprühquellen in einem Sprühkopf angeordnet sind und die Sprühquellen über mindestens eine eine Potentialdifferenz zwischen der Elektrode und dem Substrat erzeugende Spannungsquelle einzeln adressierbar sind.Device for coating three-dimensional structured surfaces of substrates in microstructure technology with a spray source, which has a capillary provided with an electrode, which is connected to a storage vessel containing the coating substance, characterized in that at least two spray sources are arranged in one spray head and the spray sources can be individually addressed via at least one voltage source generating a potential difference between the electrode and the substrate. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Sprühquellen in Form eines Arrays angeordnet sind.Device according to claim 1, characterized in that the at least two spray sources are arranged in the form of an array. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den mindestens zwei Sprühquellen mindestens 10 μm und maximal 2 cm beträgt.Device according to at least one of claims 1 or 2, characterized in that that the distance between the at least two spray sources at least 10 μm and is a maximum of 2 cm. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Sprühquellen parallel zueinander angeordnet sind.Device according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that that the at least two spray sources are arranged parallel to each other. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Sprühquellen zumindest teilweise zueinander geneigt angeordnet sind.Device according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that that the at least two spray sources are at least partially inclined to each other. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode eine in der Kapillare angeordnete Drahtelektrode ist.Device according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that that the electrode is a wire electrode arranged in the capillary is. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode flächig, z.B. in Form einer metallischen Beschichtung der Kapillarspitze, ist.Device according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that that the electrode is flat, e.g. in the form of a metallic coating on the capillary tip, is. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode eine Ringelektrode ist.Device according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that that the electrode is a ring electrode. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprühquellen punktförmig, bandförmig und/oder ringförmig ausgebildet sind.Device according to at least one of claims 1 to 8, characterized in that that the spray sources point-like, band-like and / or annular are trained. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den mindestens zwei Sprühquellen und dem Substrat mindestens eine Extraktorelektrode angeordnet ist.Device according to at least one of claims 1 to 9, characterized in that that between the at least two spray sources and the substrate at least an extractor electrode is arranged. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der mindestens einen Sprühquelle und dem Substrat mindestens eine ionenoptische Linse und/oder Ablenkplatten angeordnet sind.Device according to at least one of claims 1 to 10, characterized in that that between the at least one spray source and the substrate at least an ion-optical lens and / or deflection plates are arranged. Verfahren zur Beschichtung dreidimensional strukturierter Oberflächen von Substraten in der Mikrostruktur-Technik, bei dem geladene Tröpfchen eines Beschichtungsmaterials von einer Sprühquelle basierend auf einer elektrohydrodynamischen Ionenquelle in Kombination mit der Ionenspray-Methode auf die zu beschichtende Oberfläche gesprüht werden, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sprühkopf mit mindestens zwei über mindestens eine Spannungsquelle einzeln adressierbare Sprühquellen eingesetzt wird.Process for coating three-dimensional structured surfaces of Substrates in microstructure technology, in which charged droplets one Coating material from a spray source based on a electrohydrodynamic ion source in combination with the ion spray method the surface to be coated sprayed be characterized in that a spray head with at least two over at least a voltage source of individually addressable spray sources is used. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Sprühquellen mit gleichem Potential betrieben werden.A method according to claim 12, characterized in that the at least two spray sources operated with the same potential. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Sprühquellen mit unterschiedlichem Potential betrieben werden.A method according to claim 12, characterized in that the at least two spray sources operated with different potential. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Sprühquellen mit sich -zeitlich änderndem Potential betrieben werden.Method according to at least one of claims 12 to 14, characterized in that that the at least two spray sources with changing time Potential operated. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Sprühquellen mit Potenzialen unterschiedlicher Polarität betrieben werden.Method according to at least one of claims 12 to 15, characterized in that that the at least two spray sources operated with potentials of different polarities. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Sprühquellen mit Potenzialen einheitlicher Polarität betrieben werden, wobei die Polarität in regelmäßigen zeitlichen Abständen gewechselt wird.Method according to at least one of claims 12 to 15, characterized in that that the at least two spray sources operated with potentials of uniform polarity, the polarity in regular time intervals is changed. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung während des Polaritätswechsels unterbrochen wird.Procedure according to at least one of the An Proverbs 12 to 17, characterized in that the coating is interrupted during the polarity change. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass in Form eines Arrays angeordnete Sprühquellen verwendet werden.Method according to at least one of claims 12 to 18, characterized in that that spray sources arranged in the form of an array are used. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ladungsneutralisation der Oberfläche erfolgt.Method according to at least one of claims 12 to 19, characterized in that that the surface is neutralized. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladungsneutralisation durch Kontaktierung der zu beschichtenden Oberfläche mit einem ionisierten Gas erfolgt.A method according to claim 20, characterized in that the Charge neutralization by contacting those to be coated surface with an ionized gas. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladungsneutralisation mittels elektromagnetischer Strahlung erfolgt.A method according to claim 20, characterized in that the Charge neutralization takes place by means of electromagnetic radiation. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Sprühkopf und/oder das Substrat während der Beschichtung in ihrer Position verändert werden.Method according to at least one of claims 12 to 22, characterized in that that the spray head and / or the substrate during the position of the coating can be changed. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung einer Mischbeschichtung die mindestens zwei Sprühquellen mit unterschiedlichem Beschichtungsmaterial eingesetzt werden.Method according to at least one of claims 12 to 23, characterized in that that to produce a mixed coating, the at least two spray sources can be used with different coating material. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrfachbe schichtung durchgeführt wird, wobei zwischen den einzelnen Beschichtungsschritten die Oberfläche mit einem Lösungsmittel in Kontakt gebracht wird.Method according to at least one of claims 12 to 24, characterized in that that a multiple coating is carried out, with between the individual coating steps the surface with a solvent is brought into contact. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass mittels mindestens einer im Sprühkopf angeordneten Extraktorelekrode das elektrische Feld beeinflußt wird.Method according to at least one of claims 12 to 25, characterized in that that by means of at least one extractor electrode arranged in the spray head the electric field is affected. Verwendung der Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11 für die Halbleiterbeschichtung mit Photoresist.Use of the device according to at least one of claims 1 to 11 for the semiconductor coating with photoresist. Verwendung der Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11 für die Erzeugung von Nanoschichten.Use of the device according to at least one of claims 1 to 11 for the creation of nano-layers. Verwendung der Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11 für die Beschichtung mit Nanopartikeln, dispersen Materialien und/oder Biomolekülen.Use of the device according to at least one of claims 1 to 11 for coating with nanoparticles, disperse materials and / or Biomolecules.
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DE102013113169A1 (en) * 2013-11-28 2015-05-28 Karlsruher Institut für Technologie Apparatus and method for producing particle layers and their use

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