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Die Erfindung betrifft ein Verfahren 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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Die
US 2005/0009213 A1 zeigt ein elektrolytisches Beschichtungsverfahren, bei welchem keine Sprühvorrichtung entlang des Werkstücks bewegt wird.
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Die
US 2005/0022732 A1 zeigt eine Sprühvorrichtung. Dabei kann zur Anpassung der Schichtdicke zwar die Geschwindigkeit einer Sprühdose relativ zu einem Werkstück verändert werden, es wird jedoch keine Schichtdickenverteilung gemessen. Vielmehr werden nur ebene Substrate beschichtet, wobei lediglich eine gleichbleibende Schichtdicke sichergestellt werden soll.
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Die
US 6 349 594 B1 zeigt die Messung einer Schichtdickenverteilung, nicht aber die darauf aufbauende Berechnung einer Zeit und Bewegungsfunktion für die Ansteuerung der Sprühvorrichtung.
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Die
DE 198 30 745 C1 beschreibt die Messung eines Schichtdickengradienten entlang eines Prüfpfades.
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Die
US 2005/0129774 A1 betrifft wiederum ein Beschichtungsverfahren, bei welchem keine Sprühvorrichtung verwendet wird, sondern eine Kupferschicht auf einem Werkstück abgeschieden wird. Durch Veränderungen der Verweilzeit des Werkstücks ist die Schichtdicke beeinflussbar.
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Die
US 6 052 191 A zeigt eine kontinuierliche Messung der Schichtdicke.
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Die
US 2006/0177566 A1 zeigt ein elektrolytisches Beschichtungssystem mit einem Kontroller zur Überwachung der Schichtdicke.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Beschichtungsverfahren 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 nach Anspruch 1 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 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 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 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 wieder, 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 wieder, es handelt sich dabei also um eine ortsabhängige Funktion über die Werkstückoberfläche. S(x, y) gibt die statische Schichtdickenfunktion wieder, 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 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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Beschrieben wird 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 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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Bezugszeichenliste
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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
