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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Beschichten
eines Werkstücks,
insbesondere zum Beschichten von Halbleitersubstraten.
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Hintergrund der Erfindung
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Das
Erzeugen von Beschichtungen, insbesondere das Erzeugen von homogenen
Beschichtungen spielt in vielen Anwendungsgebieten der Fertigungstechnik
eine wichtige Rolle. Angefangen vom bloßen Lackieren von Bauteilen
steigen bis hin zum Beschichten von Halbleitersubstraten in der
Mikroelektronik und der Mikromechanik die Anforderungen an die Beschichtungstechnologie.
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So
werden beispielsweise in der Mikromechanik verdünnte lichtempfindliche Polymere,
sogenannte Resists, auf die Werkstücke aufgebracht, um mittels
lithographischer Verfahren Strukturen und Funktionselemente erzeugen
zu können.
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Zum
gleichmäßigen Beschichten
werden insbesondere in der Mikroelektronik Substrate durch Spin-Verfahren
beschichtet. Dabei rotiert das Werkzeug und das Beschichtungsmaterial,
welches zumeist von durch ein viskoses Polymer gebildet wird, breitet
sich aufgrund der Zentrifugalkraft gleichmäßig aus. Mit derartigen Beschichtungsverfahren
lassen sich Schichten mit sehr hoher Homogenität erzeugen.
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Nachteilig
an derartigen Spin-Verfahren ist aber, dass sich diese Verfahren
zumeist nur für
im Wesentlichen ebene Werkstücke
eignen. Insbesondere in der Mikromechanik, wo ebenfalls lithographische
Verfahren eingesetzt werden, sind dreidimensionale Strukturen auf
dem Werkstück,
wie zum Beispiel Mikrolinsen, Mikrokanäle oder Durchkontaktierungen
vorhanden, welche den Einsatz von Spin-Coating-Verfahren erschweren
oder unmöglich machen.
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Um
derartige Werkstücke
gleichmäßig beschichten
zu können,
wird das sogenannte Sprühbeschichten
(Spray Coating) eingesetzt. Dabei wird das Beschichtungsmaterial,
mit welchem das Werkstück beschichtet
wird, aus einer Düse
auf das Werkstück gesprüht. Die
dabei verwendeten Polymere werden oft mit einem leicht flüchtigem
Lösungsmittel
versetzt, um den Sprühvorgang
zu verbessern. Gleichmäßige Schichten
lassen sich vor allem dadurch erzeugen, dass sich die Sprühdüse relativ
zu dem Werkstück
bewegt. So können
auch Werkstücke
mit dreidimensionalen Strukturen von allen Seiten beschichtet werden.
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Wichtig
ist es dabei, auf dem Werkstück
eine reproduzierbare Schichtdickenverteilung, insbesondere eine
homogene Schichtdickenverteilung zu erzeugen. Insbesondere bei lithographischen
Verfahren muss der Resist gleichmäßig aufgetragen sein, um gleichmäßige Strukturen
zu erreichen.
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Während beim
Spin-Coating auf sehr einfache Weise homogene Schichten erzeugt
werden können,
stellt das Sprühbeschichten
einen wesentlich komplexeren Prozess dar, bei dessen Darstellung
eine Vielzahl von Parametern beachtet werden müssen. Maßgeblichen Einfluss auf die Beschaffenheit
und insbesondere auf die Dicke der aufgesprühten Beschichtung haben materialbezogene
Parameter, wie Viskosität
des Beschichtungsmaterials, anlagenbezogene Parameter, wie die Bauweise
der Düse und
die Geometrie von Werkstückdüse und sonstigen
Komponenten zueinander sowie die Art und Form des Werkstücks maßgeblichen
Einfluss.
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Die
Bestimmung der prozessrelevanten Parameter ist dabei sehr aufwändig. Oft
ist es auch kaum möglich,
anhand von prozessrelevanten Parametern die Schichtdickenverteilung
auf dem Werkstück
hinreichend genau zu bestimmen.
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Eine
nachträgliche
Messung der Homogenität
der Schichten am Werkstück
ist oft kaum möglich. So
sind zerstörungsfreie
optische Verfahren bei rauhen Schichten ungeeignet und eine nachträgliche Messung,
bei welcher ein Werkstück
zerstört
wird, erfolgt immer zeitverzögert.
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Aufgabe der Erfindung
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Der
Erfindung liegt demgegenüber
die Aufgabe zugrunde, ein Beschichtungsverfahren sowie eine Vorrichtung
zur Beschichtung bereitzustellen, welche die genannten Nachteile
des Standes der Technik verringert.
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Insbesondere
ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, bei welchem
sich auch dreidimensional strukturierte Werkstücke mit einer definierten Schichtdickenverteilung
beschichten lassen.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren bereitzustellen,
bei welchem die Schichtdickenverteilung hinreichend genau vorhergesagt
werden kann, so dass auf umfangreiche Try- and Error-Versuche verzichtet
werden kann.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren zum Beschichten eines
Werkstücks
sowie durch eine Vorrichtung zum Beschichten von Werkstücken nach
einem der unabhängigen
Ansprüche gelöst.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
und Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu
entnehmen.
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten eines Werkstücks, bei
welchem das Werkstück
mit einer Sprühvorrichtung
beschichtet wird, die Schichtdickenverteilung auf dem Werkstück bestimmt
wird und sodann über
die Bestimmung einer Schichtdickenfunktion eine Zeit- und/oder Bewegungsfunktion
errechnet wird, um eine gewünschte Schichtdickenverteilung
zu erreichen.
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Gemäß der Erfindung
wird ein Werkstück
bereitgestellt, bei welchem, wie es bei einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung vorgesehen ist, es sich auch um ein Dummy-Werkstück handeln kann,
welches also nur die Form der eigentlichen zu beschichtenden Werkstücke aufweist.
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Das
Werkstück,
welches insbesondere als mikroelektronisches oder mikromechaniches
Bauteil, beispielsweise als Silizium Wafer ausgebildet ist, wird
mittels einer Sprühvorrichtung
beschichtet. Unter einer Sprühvorrichtung
wird eine beliebige Vorrichtung verstanden, die es ermöglicht,
ein flüssiges oder
festes Beschichtungsmaterial auf dem Werkstück zu verteilen.
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Nachdem
das Werkstück
mit der Sprühvorrichtung
beschichtet wurde, wird die Schichtdickenverteilung auf dem Werkstück zumindest
abschnittsweise bestimmt. Insbesondere wenn es sich um einen Dummy
handelt, können
dabei auch zerstörende Messungen
der Schichtdicke vorgenommen werden.
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Aus
der Schichtdickenverteilung wird sodann eine Schichtdickenfunktion
bestimmt, welche die Schichtdickenverteilung auf zumindest einem
Abschnitt des Werkstücks
zumindest näherungsweise wiedergibt.
Es wird also das bei dem Sprühvorgang entstandene
Höhenprofil
beispielsweise in Form eines Datensatzes gemessen.
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Die
Erfinder haben herausgefunden, dass sich über diese Schichtdickenfunktion
eine Zeit- und/oder Bewegungsfunktion errechnen lässt, mit welcher
die Sprühvorrichtung
angesteuert werden kann, um das gewünschte Sollhöhenprofil
der Beschichtung zu erreichen.
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Gemäß der Erfindung
sind also nicht mehr aufwändige
Try- and Error-Versuche
notwendig, sondern es reicht vielmehr aus, das Werkstück in einem ersten
Schritt zu beschichten. Aus dem Höhenprofil dieser ersten Beschichtung
kann dann eine Funktion zur Ansteuerung der Sprühvorrichtung errechnet werden,
mit welcher das gewünschte
Profil beim Beschichten des nächsten
Werkstücks
erreicht wird, wie es bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen
ist.
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Die
Zeit- und/oder Bewegungsfunktion, über welche die Sprühvorrichtung
angesteuert wird, wird vorzugsweise anhand eines vorgegebenen Schichtdickensollprofils
berechnet. So haben die Erfinder herausgefunden, dass nach der Beschichtung
des Werkstücks
in einem ersten Sprühgang
und dem dabei entstandenen Schichtdickenprofil, es möglich ist, auszurechnen,
wie die Sprühvorrichtung
geführt
werden muss, um ein gewünschtes
Sollprofil zu erreichen.
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Das
gewünschte
Sollprofil ist dabei vorzugsweise eine homogene Schichtdickenverteilung,
in Einzelfällen
kann aber auch ein alternatives Profil gewählt werden, welches gerade
keine homogene Schichtdicke hat.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform,
der Erfindung wird das Werkstück
in dem ersten Sprühvorgang
im Wesentlichen bei gleichbleibender Position von Werkstück und Sprühvorrichtung
beschichtet. In diesem ersten Beschichtungsgang kann eine statische
Sprühfunktion
bestimmt werden, in welcher sich vor allem die anlagenspezifischen
Parameter widerspiegeln.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung wird in einem ersten Sprühgang zumindest
eine Kante des Werkstücks
beschichtet. Es hat sich in der Praxis gezeigt, dass beim gleichmäßigen Beschichten
von Werkstücken,
insbesondere die Beschichtung der Kanten problematisch ist. So kommt
es insbesondere an Kanten zu inhomogenen Schichten, bei denen meistens
die Schichtdicke entlang der Kante abnimmt. Erfindungsgemäß werden
nun zunächst
die Kanten des Werkstücks
beschichtet, um eine gute Kantenbedeckung zu erreichen. Dabei entsteht
eine inhomogene Schichtdickenverteilung, deren Korrektur dann durch
das erfindungsgemäße Verfahren
berechnet wird.
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Vorzugsweise
wird die Schichtdickenfunktion unter Berücksichtigung einer Verweildauerfunktion, welche
die Verweildauer einer Sprühvorrichtung
in Bezug auf die Position der Sprühvorrichtung umfasst, berechnet.
Dabei gibt die Schichtdickenfunktion die Dicke der Schicht in Bezug
auf einen Punkt an der Oberfläche
des Werkstücks wider,
wohingegen die Verweildauerfunktion die Position der Sprühvorrichtung
relativ zum Werkzeug und die Dauer an dieser Stelle wiedergibt,
um eine bestimmte Schichtdicke aufzutragen.
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Weiter
wird die Schichtdickenfunktion vorzugsweise unter Berücksichtigung
einer Sprühfunktion,
welche die Schichtdicke an einer bestimmten Stelle des Werkstücks pro
Zeiteinheit in Bezug auf eine feste Position der Sprühvorrichtung
umfasst, berechnet. Diese Sprühfunktion,
welche in einem ersten Sprühvorgang
aufgenommen wird, kann auch als statische Sprühfunktion bezeichnet werden.
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Die
Sprüheinrichtung
wird vorzugsweise über
die Sprüheinrichtung
unter Berücksichtigung der
Funktion W(x, y) = S(x, y)**T(x, y) geführt. Dabei gibt die Funktion
W(x, y) die Sollverteilung des Beschichtungsmittels auf dem Werkstück wider,
es handelt sich dabei also um eine ortsabhängige Funktion über die
Werkstückoberfläche. S(x,
y) gibt die statische Schichtdickenfunktion wider, welche bei einem ersten
Sprühvorgang
bestimmt wurde. Es handelt sich dabei also ebenfalls um eine Funktion,
die die Schichtdicke in Bezug auf einen Punkt an der Oberfläche des
Werkstücks
wiedergibt, aber in Abhängigkeit
von einer bestimmten Position der Sprühvorrichtung und in Abhängigkeit
von der Sprühdauer.
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Schließlich gibt
T(x, y) die Verweildauerfunktion der Sprüheinrichtung wieder, über welche
letztendlich die Sollverteilung W(x, y) erreicht werden soll. T(x,
y) gibt dabei die Zeit der Sprühvorrichtung
an dem Ort x, y wieder. Die Verweildauer T(x, y) besagt also, an
welcher Position die Sprühvorrichtung
wie lange verbleiben muss, um mit der vorher eingemessenen statischen
Sprühfunktion
S(x, y) eine Schicht W(x, y) zu erzeugen. Über T(y, x) kann eine Zeit- und/oder Bewegungsfunktion
der Sprühvorrichtung leicht
bestimmt werden.
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Die
Erfinder haben herausgefunden, dass sich die Sollverteilungsfunktion
W(x, y) durch eine doppelte Faltung der statischen Schichtdickenfunktion
S(x, y) sowie der Verweildauerfunktion T(x, y) darstellen lässt.
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Über eine
Transformation, insbesondere über
eine zweifache Laplace-Transformation kann die doppelte Faltung
in eine einfache Multiplikation der Funktionen überführt werden: L(L(W(x,
y))) = L(L(S(x, y)))·L(L(T(x,
y)))
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Diese
Multiplikation der Funktion wird sodann nach T(x, y) aufgelöst und so
letztlich die Verweildauerfunktion und damit eine Bewegung der Sprühvorrichtung
bestimmt.
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Es
versteht sich aber, dass das erfindungsgemäße Ergebnis auch durch andere
mathematische Verfahren erreicht werden kann. Insbesondere ist eine
numerische Darstellung über
die Finite-Elemente Methode denkbar.
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Die
Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zum Beschichten von Werkstücken, welche
zumindest eine Sprühvorrichtung
umfasst, sowie Mittel zur Bestimmung der Schichtdicke und Mittel
zum Berechnen einer Zeit- und/oder Bewegungsfunktion für Sprühvorrichtung.
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Die
Sprühvorrichtung,
die Mittel zur Bestimmung der Schichtdicke sowie die Mittel zum
Berechnen einer Zeit- und/oder
Bewegungsfunktion sind vorzugsweise in einer Vorrichtung integriert.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung weist die Vorrichtung zum Beschichten
von Werkstücken Mittel
zum Speichern von werkstückspezifischen Zeit-
und/oder Bewegungsfunktionen auf.
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So
können über die
statische Sprühverteilungsfunktion
errechnete Bewegungsfunktionen für die
Sprühvorrichtung
in einer Datenbank hinterlegt werden und je nach dem welches Werkstück beschichtet
werden soll, kann auf diese Datenbank zurückgegriffen werden.
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Weiter
weist die Vorrichtung zum Beschichten von Werkstücken vorzugsweise eine Datenbank auf,
in der werkstückspezifische
Beschichtungssollprofile gespeichert werden können. Über die Beschichtungssollprofile
sowie über
die ermittelten statischen Sprühfunktionen
errechnet die die Vorrichtung zum Beschichten von Werkstücken die
Bewegungs- und/oder Zeitfunktion, mit welcher die Sprühvorrichtung
angesteuert wird.
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Die
Erfindung ermöglicht
so das homogene Beschichten auch von dreidimensional strukturierten Werkstücken.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die
Erfindung soll im Folgenden anhand der Zeichnungen 1 bis 10 näher erläutert werden.
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1 bis 3 zeigen
eine schematische Darstellungen einer Vorrichtung zum Beschichten
eines Werkstücks,
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4 zeigt
schematisch die Vermessung der Schichtdickenverteilung auf der Oberfläche eines Werkstücks,
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5 zeigt
schematisch eine dreidimensionale Schichtdickenfunktion,
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6 zeigt
schematisch eine Schichtdickenverteilung auf der Oberfläche eines
Werkstücks,
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7 zeigt
schematisch eine weitere Schichtdickenverteilung auf der Oberfläche eines Werkstücks,
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8 zeigt
schematisch eine Vorrichtung zum Beschichten von Werkstücks,
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9 zeigt
ein Flußdiagramm
mit den wichtigsten Verfahrensschritten eines Verfahrens zum Beschichten
eines Werkstücks
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung,
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10 zeigt
eine weitere schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum
Beschichten eines Werkstücks.
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Detaillierte Beschreibung
der Zeichnungen
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Anhand
von 1 sollen die wesentlichen Bestandteile einer Vorrichtung
zum Beschichten eines Werkstücks 1 erläutert werden.
Die Vorrichtung zum Beschichten eines Werkstücks 1 umfasst eine Sprühvorrichtung 2 mit
einer Austrittsdüse 5,
aus welcher ein Beschichtungsmaterial auf die Oberfläche 4 eines
Werkstücks
gesprüht
werden kann. Die Sprühvorrichtung 2 befindet
sich in der Höhe
h über
der Oberfläche 4.
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Das
Beschichtungsmaterial tritt aus der Austrittsdüse 5 aus und bildet
eine Beschichtung 3 auf der Oberfläche 4 des Werkstücks.
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Das
Profil des abgeschiedenen Beschichtungsmaterials bei feststehender
Sprühvorrichtung bildet
die Grundlage für
die Errechnung einer statischen Schichtdickenfunktion S(x, y).
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Diese
Funktion ist von zentraler Bedeutung für die Errechnung einer Zeit-
und/oder Bewegungsfunktion für
die Ansteuerung der Sprühvorrichtung 2. Die
Sprühvorrichtung 2 kann
nämlich
relativ zum Werkstück
bewegt werden. Es ist im Sinne der Erfindung sowohl vorgesehen,
die Sprühvorrichtung 2 als auch
das Werkstück
beziehungsweise den Werkstückhalter
(nicht dargestellt) zu bewegen.
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Bei
der Planung des Sprühprozesses
muss der Anwender eine ganze Reihe von Randbedingungen miteinander
in Einklang bringen. So spielen auch Faktoren wie Kantendeckung,
Blasenbildung etc. eine Rolle.
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Die
Einflussfaktoren auf den Sprühvorgang lassen
sich grob in vier Klassen einteilen.
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Zum
einen gibt es materialbezogene Parameter, wie die Auswahl des Sprühmittels
beziehungsweise des Resistes sowie die Auswahl von Verdünner, Mischungsverhältnis und
die Fähigkeit des
Beschichtungsmaterials, eine gute Kantenbedeckung zu erreichen.
Auf diese materialbezogenen Parameter hat der Benutzer nur begrenzte
Einflussmöglichkeiten.
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Weiter
gibt es werkstücksbezogene
Parameter, wie die Form und Art des Werkstücks, auf welche der Anwender
zumeist gar keinen Einfluss hat.
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Schließlich gibt
es sprühbezogene
Parameter. So hat die Sprühdüse die Aufgabe,
das Sprühmittel
zu zerstäuben,
so dass sich ein Nebel bildet, der sich gleichmäßig auf dem Werkstück niederschlagen soll.
Die Optimierung der sprühbezogenen
Parameter ist in aller Regel auf eine gute Kantenbedeckung ausgerichtet,
welche nicht zwangsläufig
mit einer hohen Schichtdickenhomogenität einhergeht.
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Schließlich gibt
es noch kinematische Parameter, welche der Anwender für die Optimierung
der Homogenität
verwenden kann. Die Kinematik, also die Relativbewegung zwischen
Werkstück
und Düse, hat
nämlich
nur geringen Einfluss auf die Kantenbedeckung, da diese vor allem
durch die Sprühdosen- und
materialbezogenen Parameter bestimmt wird.
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Der
Erfinder ist daher davon ausgegangen, dass werkstücksbezogene
Parameter als vorgegeben gelten.
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Sodann
erfolgt eine Optimierung der Kantenbedeckung über die material- und sprühbezogenen Parameter.
Die Homogenität
der Schichtdicke über das
Werkstück
wird in diesem Schritt zunächst
ignoriert.
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Sobald
ein zufriedenstellendes Ergebnis bezüglich der Kantenabdeckung erreicht
ist, erfolgt eine Optimierung der Homogenität ausschließlich über die verbleibenden kinematischen
Parameter, also über die
Zeit-/Wegführung
der Sprühvorrichtung 2 über die Werkstückoberfläche 4.
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In
der Sprühdüse wird
unabhängig
von der Konstruktionsform das Beschichtungsmittel, meist eine Mischung
aus Resist und Verdünner,
zerstäubt und
in Richtung Werkstück
beschleunigt.
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Bezug
nehmend auf 2 und 3 soll kurz
erläutert
werden, dass sich je nach verwendeter Düse und verwendeten Beschichtungsmittel
unterschiedliche Schichtdickenprofile bilden.
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So
zeigt 2 eine Beschichtung 3, welche verglichen
mit der Darstellung in 2 relativ zur Düse gesehen
einen wesentlich weiteren Bereich einnimmt.
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Diese
Verteilungen dienen der Beschreibung einer statischen Sprühfunktion.
Dabei wird das Resist/Verdünnergemisch
ohne Relativbewegung auf einem planen Werkstück in einer begrenzten Zeit
aufgebracht. Dies Darstellung dieses Profils wird nachfolgend als
statische Sprühfunktion
S(x, y) bezeichnet und ist eine dreidimensionale Funktion, welche die
Schichtdicke in Abhängigkeit
des Ortes auf dem Werkstück
sowie in Abhängigkeit
von der Sprühzeit darstellt.
Die Funktion S(x, y) kann dabei als diskretes Datenfeld als auch
kontinuierlich, beispielsweise als Approximationspolynom oder als
Spline gebildet sein.
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Der
Erfinder hat herausgefunden, dass über die hinreichend genaue
Beschreibung dieser Sprühfunktion
beziehungsweise Schichtdickenfunktion S(x, y) eine Kinematik errechnet
werden kann, über
die gewünschte
Homogenität
ohne Beeinflussung weiterer Faktoren erreicht werden kann.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
wird zur Berechnung eine Verweildauerfunktion T(x, y) eingeführt. Die
Verweildauerfunktion beschreibt dabei, wie lange die Sprühvorrichtung
an einer Position x, y über dem
Werkstück
verbleiben soll, um ein bestimmtes Schichtdickenprofil zu erreichen.
Die Verweildauerfunktion kann dabei auch diskret oder kontinuierlich dargestellt
werden.
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Das
Beschichtungsmaterial auf dem Werkstück wird durch eine Funktion
W(x, y) beschrieben werden, wobei W(x, y) eine dreidimensionale
Funktion ist, bei welcher die Schichtdicke in Abhängigkeit des
Ortes auf der Oberfläche
des Werkstücks
beschrieben wird.
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Es
ergibt sich der mathematische Zusammenhang W(x, y) = S(x, y)**T(x,
y). Die Operation ** ist die doppelte Faltung der Funktion S(x,
y) und T(x, y). Eine derartige Faltung kann sowohl mit diskreten als
auch mit kontinuierlichen Funktionen erfolgen.
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Die
Gleichung W(x, y) = S(x, y)**T(x, y) muss nach T(x, y) aufgelöst werden,
um eine Vorgabe die für
die Zeit- und/oder
Bewegungsfunktion der Sprühvorrichtung
zu erhalten.
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Die
Berechnung der Verweildauerfunktion T(x, y) kann beispielsweise
durch eine zweifache Laplace-Transformation erfolgen, welche die
doppelte Faltung in eine einfache Multiplikation der Funktionen überführt: L(L(W(x, y))) = L(L(S(x, y)))·L(L(T(x, y)))
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Über Auflösen nach
L(T(x, y) T(x, y) = L–1(L–1(L(L(W(x,
y)))/L(L(S(x, y))) und nach zweifachem Anwenden der inversen
Laplace-Transformation
L–1(L–1(f))
ergibt
sich die gewünschte
Funktion T(x, y) = L–1(L–1(L(L(W(x,
y)))/L(L(S(x, y)))
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Die
mathematischen Operationen können dabei
mit handelsüblicher
Software wie MathCAD auf einem PC durchgeführt werden.
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Bezug
nehmend auf 4 soll die Erzeugung der statischen
Sprühfunktion
S(x, y) kurz erläutert
werden. Zunächst
wird die Oberfläche 4 des Werkstücks mit
einer Messvorrichtung 6, beispielsweise ausgestaltet als
taktiles Messgerät,
vermessen. Auch optische Vermessungen sind im Sinne der Erfindung
vorgesehen. Die Vermessung gibt dabei zunächst das Höhenprofil der Beschichtung 3 wieder.
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Über dieses
Höhenprofil
kann, wie Bezug nehmend auf 5 kurz erläutert wird,
ein mathematisches Höhenprofil 7 errechnet
werden, welches hier in einem dreidimensionalen kartesischen Koordinatensystem 8 die
Sprühfunktion
wiedergibt. Die Funktion S(x, y) umfasst dabei nicht nur das reine
ortsabhängige
Profil sondern ist auch von der Sprühzeit der Sprühvorrichtung
abhängig.
Daher hat die Funktion S(x, y) die Einheit Weg pro Zeit.
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In
einem nächsten
Schritt wird die Schichtdickenfunktion W(x, y) vorgegeben, wie anhand
von Figuren 6 und 7 kurz erläutert werden
soll.
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Bei
der Schichtdickenfunktion kann es sich sowohl um eine homogene Verteilung,
wie in 6 dargestellt, handeln, bei welcher das Sprühmaterial 3 homogen
auf der Oberfläche 4 des
Werkstücks
verteilt ist. Es kann sich aber auch, wie in 7 dargestellt,
um ein inhomogenes Profil, hier ein parabolisches Profil, handeln,
welches beispielsweise dazu dienen kann, Inhomogenitäten zum
Beispiel in den lithographischen Schichten eines Werkstücks auszugleichen.
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Nach
Berechnung der Verweildauerfunktion T(x, y) kann mittels der Sprühvorrichtung
die Schichtfunktion W(x, y) aufgesprüht werden, wie Bezug nehmend
auf 8 kurz dargestellt wird. Die Sprühvorrichtung 2 fährt unter
Beachtung der Verweildauerfunktion T(x, y) über die Oberfläche 4 des
Werkstücks.
Die auf dem Werkstück
aufgebrachte Beschichtung 3 ergibt sich mathematisch gesehen
aus der Faltung der Funktion T(x, y) und S(x, y).
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Bezug
nehmend auf 9 sollen die wesentlichen Verfahrensschritte
eines Ausführungsbeispiels
der Erfindung kurz erläutert
werden.
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In
einem ersten Schritt wird ein Werkstück-Dummy 10 beschichtet.
Dies hat den Vorteil, dass in der Folge eine zerstörende Messung
der Schichtdicke vorgenommen werden kann, ohne dass ein teures elektronisches
Bauteil beschädigt
wird. Der Werkstück-Dummy
sollte vorzugsweise im Wesentlichen die Geometrie des Werkstücks aufweisen, dessen
Beschichtung beabsichtigt ist.
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Sodann
wird die Beschichtungsverteilung auf dem Werkstück gemessen 11. Über das
gewonnene Beschichtungsprofil sowie über die Zeit des Beschichtungsvorgangs
kann die statische Sprühfunktion
S(x, y) bestimmt werden. Weiter wird eine Sollverteilung als Schichtdickenfunktion
W(x, y) definiert und mathematisch beschrieben 13. Über die
statische Sprühfunktion
S(x, y) und die Sollverteilungsfunktion W(x, y) kann eine Verweildauerfunktion
T(x, y) zur Erreichung der Sollverteilung mit der Schichtdickenfunktion
W(x, y) berechnet werden 14.
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Sodann
können
folgende Werkstücke
unter Beachtung der Verweildauerfunktion T(x, y) beschichtet werden 15.
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Der
Erfinder hat herausgefunden, dass über das erfindungsgemäße Verfahren
ohne die Anwendung von mehreren Try- und Error-Versuchen optimale
Sprühverteilungsergebnisse
erzielt werden.
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10 zeigt
eine weitere schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum
Beschichten eines Werkstücks 1.
Die Vorrichtung zum Beschichten eines Werkstücks 1 umfasst in diesem
Ausführungsbeispiel
eine Sprühvorrichtung 2,
welche in die drei Raumrichtungen x, y und z bewegbar ist. Die Sprühvorrichtung 2 ist
zum Beschichten eines Werkstücks 20,
hier als Wafer ausgebildet, vorgesehen. Das Werkstück 20 befindet
sich auf einem Förderband 21, über welches
das Werkstück seinerseits
relativ zur Sprühvorrichtung 2 bewegbar ist.
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Weiter
weist die Vorrichtung zum Beschichten eines Werkstücks 1 eine
Steuerungseinrichtung 22 auf, über welche die Sprühvorrichtung 2 in
Bezug auf Ort und Zeit gesteuert wird. Weiter ist die Steuerungseinrichtung 22 auch
mit dem Förderband 21 verbunden
und kann dieses ebenfalls steuern und so eine zusätzliche
Relativbewegung von Werkstück 20 und
Sprühvorrichtung 2 herbeiführen. Die
Steuerungseinrichtung 22 weist einen Speicher 25 auf,
in welchem Schichtdickensollprofile gespeichert werden können. Weiter
weist die Steuerungseinrichtung 22 eine Recheneinrichtung 23 auf.
Die Vorrichtung zum Beschichten eines Werkstücks 1 hat ferner Mittel,
um auf einem Werkstück 20 abgeschiedene Schichtdickenprofile
zu messen (nicht dargestellt). Aus dem gemessenen Schichtdickenprofil
generiert die Recheneinrichtung 23 ein Weg-/Zeitprofil
zur Ansteuerung der Sprühvorrichtung 2 und
des Förderbandes 21,
welches in einem weiteren Speicher 24 hinterlegt wird.
Gattungsgleiche Werkstücke
können sodann
unter Rückgriff
auf die im Speicher 24 gespeicherten Weg-/Zeitprofile beschichtet
werden.
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Die
Erfindung ist nicht auf eine Kombination vorstehend genannter Merkmale
beschränkt,
sondern es versteht sich, dass der Fachmann sämtliche vorstehend genannten
Merkmale kombinieren wird, soweit dies sinnvoll ist.
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- 1
- Vorrichtung
zum Beschichten eines Werkstücks
- 2
- Sprühvorrichtung
- 3
- Beschichtung
- 4
- Oberfläche
- 5
- Austrittsdüse
- 6
- Messvorrichtung
- 7
- Höhenprofil
- 8
- Kartesisches
Koordinatensystem
- 10
- Beschichten
eines Werkstück-Dummys
- 11
- Vermessung
der Beschichtungsverteilung
- 12
- Bestimmen
einer statischen Sprühfunktion S(x,
y)
- 13
- Bestimmung
einer Sollverteilung W(x, y)
- 14
- Berechnen
einer Verweildauerfunktion T(x, y)
- 15
- Beschichten
des Werkstücks
mit T(x, y)
- 20
- Werkstück
- 21
- Förderband
- 22
- Steuerungseinrichtung
- 23
- Recheneinrichtung
- 24
- Speicher
- 25
- Speicher