WO1987006725A2 - Method and apparatus for spreading resin by centrifugation - Google Patents

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Abstract

The invention relates to the fabrication of integrated circuits. In photoengraving operations, it is necessary to spread resins, particularly photosensitive resins. Such spreading is carried out by centrifugation after deposition of a resin droplet. For semiconductor wafers of large diameter, the tangential speed of the wafer is very high which causes breaks in the inherent flatness of the spread resin layer. This phenomenon is corrected by carrying out the centrifugation in a rarefied atmosphere.

Description

PROCEDE ET APPAREIL D'ETALEMENT DE RESINE PAR CENTRIFUGATION CENTRIFUGATION RESIN SPREADING METHOD AND APPARATUS
La présente invention concerne un appareil destiné à étaler une couche de résine photosensible ou électrosensible, sur des tranches de semiconducteur de grand diamètre.The present invention relates to an apparatus intended to spread a layer of photosensitive or electrosensitive resin, on semiconductor wafers of large diameter.
Dans le traitement des plaquettes de semiconducteur, il est nécessaire de recouvrir la surface de la plaquette d'une couche de résine photosensible ou électrosensible pour réaliser, par procédé photographique ou électrographique, la définition de motifs réservés à des opérations ultérieures de gravure plasma, de gravure ionique réactive, d'usinage ionique ou encore d'implantation ionique. Actuellement cette opération est effectuée par centrifugation d'une petite quantité de résine déposée au centre de la plaquette r posée elle-même horizontalement sur le plateau d'une centrifugeuse.In the treatment of semiconductor wafers, it is necessary to cover the surface of the wafer with a layer of photosensitive or electrosensitive resin to achieve, by photographic or electrographic process, the definition of patterns reserved for subsequent plasma etching operations, reactive ion etching, ion machining or ion implantation. Currently this operation is carried out by centrifugation of a small amount of resin deposited in the center of the wafer r itself placed horizontally on the plate of a centrifuge.
La force centrifuge élimine l'excédent de résine et produit un film mince de 1 à 3 microns d'épaisseur dont l'épaisseur dépend dans les cas expérimentés actuellement sur des plaquettes de diamètre jusqu'à 150 mm, de la viscosité du produit et de la vitesse de rotation.The centrifugal force removes the excess resin and produces a thin film of 1 to 3 microns thick, the thickness of which depends in the cases currently being tested on wafers of diameter up to 150 mm, the viscosity of the product and the speed of rotation.
L'équilibre est atteint après un temps t de l'ordre de 20 à 30 secondes pour des régimes de rotation de 5000 à 10000 tours/minute. Les expressions empiriques données pour l'épaisseur finale ne font pas intervenir à ce jour le rayon de la plaquette.The equilibrium is reached after a time t of the order of 20 to 30 seconds for rotation regimes of 5000 to 10000 revolutions / minute. The empirical expressions given for the final thickness do not to date involve the radius of the insert.
Dans les analyses effectuées, les forces appliquées au film sont également limitées à la viscosité et à la force centrifuge et ne prennent donc pas en compte la résistance de l'air qui peut présenter une composante tangentielle non négligeable.In the analyzes carried out, the forces applied to the film are also limited to the viscosity and to the centrifugal force and therefore do not take into account the resistance of the air which may have a non-negligible tangential component.
Un calcul simple montre que pour une plaquette de diamètre 200 mm, pour une vitesse de rotation de 8000 à 9000 tours/minute, la vitesse tangentielle à la périphérie atteint plus de 300 km/h. Les forces provoquées par le frottement de l'air lors de l'étalement du film de résine ne peuvent pas alors être négligées.A simple calculation shows that for a wafer with a diameter of 200 mm, for a rotation speed of 8000 to 9000 revolutions / minute, the tangential speed at the periphery reaches more than 300 km / h. The forces caused by the friction of air during spreading of the resin film cannot therefore be neglected.
Ces forces risquent de provoquer durant la rotation, des perturbations à la périphérie modifiant l'épaisseur du film loca- lement. Plus particulièrement la présence d'une topologie non parfaitement plane, couramment rencontrée dans la fabrication des semiconducteurs, pourrait conduire à des ruptures de film ou à des défauts localisés principalement sur les bords des tranches.These forces may cause disturbances at the periphery during rotation, modifying the thickness of the film locally. More particularly, the presence of a not perfectly flat topology, commonly encountered in the manufacture of semiconductors, could lead to film ruptures or to defects located mainly on the edges of the wafers.
L'invention a pour but de procurer un procédé et un appareil nouveau pour étaler une couche de résine sur des plaquettes de semiconducteur de grand diamètre.The object of the invention is to provide a new method and apparatus for spreading a layer of resin on large diameter semiconductor wafers.
Le procédé selon l'invention consiste à effectuer la centri¬ fugation de la résine en atmosphère à pression nettement inférieure à la.pression atmosphérique. L'appareil de centrifugation correspondant comprend donc essentiellement une chambre de centrifugation dans laquelle on peut raréfier l'atmosphère.The method according to the invention consists in carrying out the centri¬ fugation of the resin in an atmosphere at a pressure much lower than atmospheric pressure. The corresponding centrifugation apparatus therefore essentially comprises a centrifugation chamber in which the atmosphere can be rarefied.
L'appareil peut comporter, pour garantir une qualité meilleure de l'atmosphère de la chambre, un sas d'entrée et un sas de sortie. Le sas d'entrée et le sas de sortie peuvent être constitués de la même: unité et de plus un même sas d'entrée/sortie peut alimenter plusieurs chambres de traitement. Toutes ces diverses configu¬ rations font partie de l'invention décrite ci-après.The apparatus may include, to guarantee a better quality of the atmosphere of the room, an entry airlock and an exit airlock. The entry airlock and the exit airlock can be made up of the same unit and a single entry / exit airlock can supply several treatment chambers. All these various configurations are part of the invention described below.
Seule la version de base comprenant une chambre et deux sas, l'un. en entrée et l'autre en sortie, sera décrite plus précisément.Only the basic version including a bedroom and two airlocks, one. in input and the other in output, will be described more precisely.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante et avec l'aide des figures données en annexe :The invention will be better understood on reading the following description and with the help of the figures given in the appendix:
- la figure 1 est une vue en coupe verticale de la chambre et des deux sas, - la figure 2 est une vue en coupe horizontale de la chambre et des deux sas.- Figure 1 is a vertical sectional view of the chamber and the two airlocks, - Figure 2 is a horizontal sectional view of the chamber and the two airlocks.
Les plaquettes de semiconducteurs sont représentées en 1, 2 et 3 respectivement dans le sas d'entrée, dans la chambre principale et dans le sas de sortie. La chambre principale 4 comporte deux ouvertures latérales 5 et 6 pour les entrées et sorties de plaquettes, constituées par des vannes à vide de type à guillotine ou similaire permettant l'iso¬ lement entre le sas d'entrée 7 et le sas de sortie 8. Chacun des sas comporte sa vanne à vide de communication avec l'atmosphère permettant à un dispositif extérieur de type navette, spatule ou autre de faire entrer et sortir des plaquettes de l'extérieur vers le sas d'entrée et du sas de sortie vers l'extérieur. Ces vannes sont référencées 9 en entrée et 10 en sortie. 0 Dans chaque sas un dispositif 11 de type navette ou spatule à déformation par parallélogramme ou autre permet à l'ouverture des vannes 5 ou 6 de transférer les plaquettes d'une des positions 1 à 3 vers la suivante.The semiconductor wafers are shown in 1, 2 and 3 respectively in the entry airlock, in the main chamber and in the exit airlock. The main chamber 4 has two lateral openings 5 and 6 for the inlets and outlets of wafers, constituted by vacuum valves of the guillotine type or the like allowing isolation between the entry airlock 7 and the exit airlock 8 Each of the airlocks has its vacuum valve for communication with the atmosphere allowing an external device of the shuttle, spatula or other type to make the plates enter and exit from the outside to the entry airlock and from the exit airlock to outside. These valves are referenced 9 at the inlet and 10 at the outlet. 0 In each airlock, a device 11 of the shuttle or spatula type with parallelogram deformation or the like allows the opening of the valves 5 or 6 to transfer the plates from one of positions 1 to 3 to the next.
Ce mouvement pourra être inversé par programme pour des 5 mesures, par exemple, des taux de contamination.This movement can be reversed by program for 5 measurements, for example, contamination rates.
Ce dispositif de transfert non représenté sur la coupe verti¬ cale, est représenté sur la coupe horizontale en deux positions extrêmes correspondantes à la prise par exemple de la plaquette 1 et à la dépose de la plaquette 2. o La chambre principale 4 est mise sous vide par un groupe de pompage principal 12 relié à la chambre 4 par une vanne d'isolement 13.This transfer device, not shown in the vertical section, is shown in the horizontal section in two extreme positions corresponding to the grip, for example of the wafer 1 and to the removal of the wafer 2. The main chamber 4 is placed under vacuum by a main pumping group 12 connected to the chamber 4 by an isolation valve 13.
La tranche 2 se trouve lors de son traitement en position repérée 2bis, à l'intérieur d'une enceinte en forme de bol 1 . Le 5 support de la tranche 16 relié au moteur 17, monte et descend pour réaliser les fonctions nécessaires. L'ensemble moteur 17 peut être situé à l'extérieur de la chambre.The slice 2 is located during its treatment in position marked 2bis, inside a bowl-shaped enclosure 1. The support of the wafer 16 connected to the motor 17, goes up and down to perform the necessary functions. The motor assembly 17 can be located outside the chamber.
L'enceinte 14 sert à recueillir l'excès de résine chassé par la centrifugation. Cette résine s'écoule par le canal 18 vers un 0 récipient de récupération 19 isolé par une vanne 20 de la chambre 4. Par ailleurs l'enceinte 14 est reliée à un groupe de pompage 21, isolé par une vanne 22 de la chambre 4, pour créer une pression différentielle entre l'enceinte 14 et la chambre principale. La chambre 4 qui peut s'ouvrir vers le haut en soulevant le couvercle 23, comporte à sa partie supérieure des orifices 24 qui portent les buses de distribution des produits nécessaires ; par exemple : résine, solvant, promoteur d'adhérence, et gaz neutre ou oxydant pour purger la chambre ou pour permettre d'en contrôler l'atmosphère. Ces buses de distribution pour réaliser l'étalement d'un film de meilleure qualité peuvent être montées sur des dispositifs mobile de type bras rotatif ou à déplacement tangentiel.The enclosure 14 is used to collect the excess resin expelled by centrifugation. This resin flows through the channel 18 to a 0 recovery container 19 isolated by a valve 20 from the chamber 4. Furthermore the enclosure 14 is connected to a pumping group 21, isolated by a valve 22 from the chamber 4 , to create a differential pressure between the enclosure 14 and the main chamber. The chamber 4 which can open upwards by lifting the cover 23, has at its upper part orifices 24 which carry the nozzles for dispensing the necessary products; for example: resin, solvent, adhesion promoter, and neutral or oxidizing gas to purge the chamber or to allow the atmosphere to be controlled. These distribution nozzles for spreading a better quality film can be mounted on mobile devices of the rotary arm or tangential displacement type.
L'invention procure donc un appareil permettant de s'affranchir des problèmes rencontrés lors de la centrifugation de plaquettes de semiconducteurs. Il va de soit que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil décrit sans sortir du cadre de l'invention.The invention therefore provides an apparatus making it possible to overcome the problems encountered during the centrifugation of semiconductor wafers. It goes without saying that many modifications can be made to the device described without departing from the scope of the invention.
Un ordre de grandeur préférentiel pour la pression à l'intérieur de la chambre pendant la centrifugation est de quelques torr. Une gamme tout à fait acceptable est de 0,1 à 100 torr. A preferential order of magnitude for the pressure inside the chamber during centrifugation is a few torr. A fully acceptable range is 0.1 to 100 torr.

Claims

R E V E N D I C A T I O N S
1. Procédé d'étalement de résine par centrifugation sur une surface plane, caractérisé en ce que la centrifugation est effectuée en atmosphère à pression nettement inférieure à la pression atmos¬ phérique.1. A method of spreading resin by centrifugation on a flat surface, characterized in that the centrifugation is carried out in an atmosphere at a pressure much lower than the atmospheric pressure.
2. Procédé d'étalement de résine par centrifugation sur une surface plane selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pression est de l'ordre de quelque torr.2. A method of spreading resin by centrifugation on a flat surface according to claim 1, characterized in that the pressure is of the order of some torr.
3. Appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une chambre pour recevoir la surface plane à centrifuger et des moyens de pompage pour raréfier l'atmosphère dans cette chambre jusqu'à une valeur inférieure à la pression atmosphérique. 3. Apparatus for implementing the method according to claim 1, characterized in that it comprises a chamber for receiving the flat surface to be centrifuged and pumping means for rarefying the atmosphere in this chamber to a lower value at atmospheric pressure.
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