WO1999059191A2 - Method and device for drying photoresist coatings - Google Patents

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WO1999059191A2
WO1999059191A2 PCT/DE1999/001485 DE9901485W WO9959191A2 WO 1999059191 A2 WO1999059191 A2 WO 1999059191A2 DE 9901485 W DE9901485 W DE 9901485W WO 9959191 A2 WO9959191 A2 WO 9959191A2
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drying
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photoresist
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Gerhard Bleidiessel
Wilhelmus Wilbers
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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10PGENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P72/00Handling or holding of wafers, substrates or devices during manufacture or treatment thereof
    • H10P72/06Apparatus for monitoring, sorting, marking, testing or measuring
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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10P72/04Apparatus for manufacture or treatment
    • H10P72/0431Apparatus for thermal treatment
    • H10P72/0436Apparatus for thermal treatment mainly by radiation

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for drying photoresist layers, in particular for microsystem and precision engineering.
  • Photoresists are customized multicomponent systems that are used to manufacture microelectronic components,
  • the photoresists are multicomponent systems which consist of a polymeric binder, a photoactive component and a solvent mixture. Determined the polymeric binder the physical
  • the photoactive component acts on the photochemical process, and the solvent mixture influences the behavior of the resist system during the drying process.
  • the solvent mixture is composed in such a way that it contains a solvent which has a high vapor pressure in order to accelerate or promote the expulsion of the solvent mixture from the photoresist during the drying process.
  • the drying of the photoresist as an immediate precursor before the photolithographic step in the Manufacturing process is considered a very sensitive process step.
  • the physical drying of the photoresists must be carried out in such a way that complete removal of the solvent mixture is achieved.
  • the resist coating of the wafers is usually carried out on a centrifugal centrifuge at about 5000 min "1.
  • the resist thickness generally ranges between 0.5 ⁇ m with flat or leveled surfaces and 2
  • the surface is dried on a hot plate at approximately 100 ° C, completely removing the solvent, and then the photoresist is adjusted and exposed in a special disk exposure device.
  • the drying time for thicker layers is usually 16 to 20 hours per batch with this conventional technology, so that this represents a bottleneck in the production line.
  • EP 0 509 962 A1 discloses a process for drying photopolymers on metallized substrates, in which the layers are dried by means of infrared radiation (IR radiation). This publication deals specifically with the
  • drying process should be suitable for different resists of different thicknesses and for different combinations of resist / substrate and should enable the production of masks with high image accuracy.
  • the method and the device according to the invention provide an essential technological prerequisite for application in microsystem technology which meets the demand for ever shorter technological processing times for components.
  • the method according to the invention opens up the possibility of electroplating micromechanical components true to size and building up multilayer systems on one another.
  • the applied photoresist layer is exposed to IR radiation in a vented process chamber, while at the same time the temperature or a temperature-dependent variable in the vicinity of the photoresist layer is measured.
  • the output of the IR radiation source is dependent on the measured temperature or temperature-dependent variable (eg electrical resistance) in real time in order to achieve a predetermined temperature profile in the vicinity of the photoresist layer.
  • Resist material and the substrate can be selected.
  • the space enclosed by the process chamber can be regarded as the surroundings of the photoresist layer. However, a temperature measurement as close as possible to the photoresist layer is preferable.
  • the level of the temperature is adjusted according to the selected resist and substrate materials.
  • the optimal parameters, ie the level of the temperature and the duration of the irradiation, and a possible change in the temperature over the drying time can be optimally determined by experimental tests. At the level of the temperature, of course, an upper limit must be observed above which the respective photoresist is destroyed.
  • the device according to the invention preferably consists of a ventable chamber with an air inlet and an air outlet for removing the solvents emerging from the photoresist.
  • a preferably height-adjustable IR emitter is arranged in the chamber above a substrate holder.
  • the substrate holder is preferably rotatable and can accommodate several substrates at the same time.
  • a temperature measuring sensor detects the temperature during drying.
  • a control unit is provided which determines the power of the IR radiator as a function of the measured one Temperature controls so that a predeterminable temperature profile over time can be realized at the measuring point of the temperature sensor.
  • FIG. 1 shows an embodiment of the device according to the invention for drying photoresist layers
  • FIG. 2 shows an example of a predetermined temperature profile over time, which includes a ramp
  • FIG. 3 shows an example of an application of the drying method according to the invention for the production of pressure springs of read / write heads for hard disks
  • Receiving device for substrates or wafers in the device according to the invention in plan view
  • Fig. 5b is a sectional view of a circular
  • Fig. 1 shows a schematic diagram of an embodiment of an IR drying system according to the invention. It essentially consists of three functional parts, the actual furnace (ventable chamber) 1 with a holding option 5 for a defined number of wafers 12 of dimensions 4 "and 6", an IR radiation source 4 with associated power supply unit 9 and the control module 8.
  • the control module combines the control hardware and software and the necessary computer technology, which take over the regulation of the power of the IR radiation source.
  • the footprint of the entire system is approximately 0.9 m 2 in this example.
  • the power consumption of the IR radiation source is 4 kW.
  • the power to be absorbed is adjustable from 0 to 100%.
  • the detection of temperature is of fundamental importance for controlled process control.
  • two different temperature measurement sensors 6, 7 are provided in the present case.
  • the two temperature sensors, a pyrometer 7 and a temperature-dependent resistor 6 (PT100) can be used to complement the process.
  • other temperature measuring sensors such as thermocouples, can also be used.
  • a temperature sensor preferably a PT100, is sufficient to supply the control module 8 with the temperature data or a measurement variable that is in a fixed relation to the temperature.
  • a relative measurement of the temperature of the surrounding air or the surrounding gas is carried out in the present device by arranging the temperature sensors below the wafer holder 5. Overall, a temperature measurement is outside the radiation, i.e. out of the range between the IR radiator and the wafer holder.
  • an air inlet 2 and an air outlet or exhaust air outlet 3 are provided in the chamber 1.
  • a controllable blower 13 is additionally arranged at the air inlet 2.
  • the infrared radiation source 4 is height-adjustable via an adjusting device 10 above the rotary holder 5 for the wafers 12 with the applied photoresist layer.
  • the IR radiation source 4 can in this case be formed, for example, from a holder for four IR tubes lying parallel next to one another at a distance of approximately 10 cm.
  • the radiation source is supplied via an adjustable power supply 9.
  • the power of the power supply 9 is regulated by the control unit 8.
  • the receiving possibility 12 for wafers is formed by a rotating sample plate, which receives several wafers in a star-shaped arrangement.
  • this turntable has a diameter of approximately 40 cm and can rotate at a speed of approximately 1 to 5 min. "1.
  • the speed of rotation is likewise specified by the control unit 8.
  • the rotation is realized by the motor 11.
  • the distance between the IR radiation source and the turntable is about 20 cm in the present case.
  • the rotation of the wafers under the radiation source advantageously brings about a uniform drying of the layers on the wafers, it being possible for several wafers to be dried at the same time.
  • FIG. 5a An example of a particularly advantageous receiving device for substrates or wafers in the device according to the invention is shown in FIG. 5a in
  • the substrate holder (5) consists of stainless steel and in the present example has six individual holders (14) arranged in a star shape for receiving six wafers (12). Of course, an arrangement with a larger or smaller number of individual holders can also be selected.
  • circular rings with a recess (15) are used as a single holder in order to enable the wafers to be deposited into the rings using tweezers.
  • the wafers (12) are advantageously only at the edge over a width of approximately 0.5 mm, so that no significant heat transfer to the wafer holder can occur.
  • This configuration of the receiving device therefore has the advantage on the one hand that the wafer (with
  • Photoresist can be heated more quickly in the IR beam due to a lack of heat transfer to the holder.
  • Fig. 5b shows a sectional view of a circular single holder (14) of the receiving device of Fig. 5a.
  • the individual holder has a height of approximately 10 mm on the outer circumference.
  • the support surface (16) with a support width of the wafers (12) of approximately 0.5 mm can be clearly seen in the sectional view.
  • Table 1 shows a list of different carrier substrates on which a 50 ⁇ m thick photoresist layer could be subjected to drying in accordance with the invention.
  • Substrate and resist (commercially available under the name AZ 4562 from Hoechst or ma-PlOO from micro resist technology GmbH) as well as different layer thicknesses of the resist, which with the drying parameters specified there, i.e. Lamp power and
  • Drying time could be optimally dried.
  • the radiator power here refers to the maximum power of the radiation source used here of 4 kW.
  • the structure resolution of the masks that can subsequently be produced from the photoresist layers is also specified.
  • Silicon wafers with nickel surfaces can be dried with the same parameters.
  • the resist thickness in the table is to be regarded as the upper limit. Thinner layers can be dried in a shorter time.
  • FIG. 4 An example of a generated structure, which could be produced using the mask produced from a photoresist layer dried according to the invention, is shown in FIG. 4.
  • a 60 ⁇ m thick photoresist layer was IR-dried using the method according to the invention, a mask was produced therefrom by means of photolithography and electroplated with nickel.
  • the thickness of the webs shown in the micrograph is approximately 20 ⁇ m.
  • the main areas of application for IR drying are high-viscosity and high-resolution photoresists. These are mainly exposed with contact imagesetters. Contact platesetters work according to the shadow casting principle.
  • the mask structure is transferred 1: 1 into the resist. This means that the resolution of the lithography correlates with the distance from the mask to the photoresist.
  • the resist surface After IR drying, the resist surface must therefore be as flat as possible so that there is a small distance from the lithography mask. However, this is offset by the formation of an edge bead when the resist is spun on and a bubble formation when drying.
  • the cause of the bead is the surface tension from the resist to the substrate and the high viscosity.
  • spin-on coating process
  • resist is applied to the center of the wafer and the wafer is set in rotation.
  • a resist layer of different thickness forms.
  • An excess of resist remains on the edge of the wafer, which contracts to form a bead.
  • the bead can be removed by a solvent spinning process.
  • the photoresist is kept sufficiently liquid, for example by a continuous increase in temperature during drying, so that the gas formed can still leave the resist surface. It is important that the temperature increases at the end of drying.
  • the resist remains sufficiently viscous, although solvent evaporates continuously.
  • a temperature curve for suppressing the formation of bubbles is shown in FIG. 3 as a function of time.
  • the temperatures for the constant temperature range and the maximum temperature at the end of the temperature curve are, for example, 90 and 105 ° C. However, these depend on the resist materials to be dried.
  • This driving of a temperature ramp can be easily implemented with the device according to the invention on the basis of the control unit 8 in connection with the temperature sensors and the regulation of the IR radiation source. This is particularly advantageous because the tendency to form bubbles increases with increasing thickness of the photoresist layer to be dried.
  • FIGS. 3A and 3B Such a manufacturing process, during which IR drying according to the invention takes place, is shown in FIGS. 3A and 3B.
  • a silicon wafer (4 "or 10 cm in diameter) serves as the carrier substrate.
  • a metallic layer which functions as a galvanic starting layer, is applied to this substrate.
  • Photoresist is then spun on (step no. 3), dried according to the invention (step No. 4), exposed and developed, the micro spring is now created by galvanically filling the lacquer structure, and finally the micro spring is detached from the silicon substrate by two etching processes.
  • an IR radiation source with a power of 4 kW was used in each case.
  • the maximum of the IR radiation is about 2.6 ⁇ m.

Landscapes

  • Drying Of Solid Materials (AREA)

Abstract

The present invention relates to a method and device for drying photoresist coatings. A substrate (12) provided with the photoresist coating is impinged upon by infrared radiation from an infrared radiation source (4) with an adjustable output. The temperature of the area around the photresist layer is measured during drying. The output of the infrared radiation source is temperature-controlled so as to achieve a specific chronological temperature cycle. For this purpose, the inventive device is provided with a control unit (8) and a temperature measuring device (6, 7). The inventive method and device pertaining thereto enable especially thick photoresist coatings (≥20 νm) to be dried in an optimum manner over a short period of time. The photoresist mask that is subsequently produced has a high resolution.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Trocknung von Photoresistschichten Method and device for drying photoresist layers

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Trocknung von Photoresistschichten, insbesondere für die Mikrosystem- und Feinwerktechnik.The present invention relates to a method and a device for drying photoresist layers, in particular for microsystem and precision engineering.

Innerhalb der Fertigungstechnologie in der Mikrosystem- und Feinwerktechnik stellt die Herstellung einer Maske mittels Photoresistmaterialien einen entscheidenden Verfahrensschritt dar.Within the manufacturing technology in microsystem and precision engineering, the production of a mask using photoresist materials represents a crucial process step.

Photoresiste sind maßgeschneiderte VielstoffSysteme, die zur Fertigung von mikroelektronischen Bauelementen,Photoresists are customized multicomponent systems that are used to manufacture microelectronic components,

+* + *

Mehrschichtsystemen und mikromechanischen" Teilen verwendet werden. Die Vielfalt der photographischen, chemischen und mechanischen Anforderungen im Fertigungsprozeß kann nur durch entsprechend angepaßte Photoresiste erfüllt werden. Die Photoresiste sind Mehrkomponentensysteme, die aus einem poly eren Bindemittel, einer photoaktiven Komponente und einem Lösungsmittelgemisch bestehen. Dabei bestimmt das polymere Bindemittel die physikalischenMultilayer systems and micromechanical " parts are used. The variety of photographic, chemical and mechanical requirements in the manufacturing process can only be met by suitably adapted photoresists. The photoresists are multicomponent systems which consist of a polymeric binder, a photoactive component and a solvent mixture. Determined the polymeric binder the physical

Eigenschaften, die photoaktive Komponente wirkt auf den photochemischen Prozeß, und das Lösungsmittelgemisch beeinflußt das Verhalten des Resistsystems beim Trocknungsprozeß. Das Lösungsmittelgemisch wird so zusam- mengesetzt, daß ein Lösemittel enthalten ist, welches einen hohen Dampfdruck besitzt, um das Austreiben des Lösungsmittelgemisches aus dem Photoresist während des Trocknungsprozesses zu beschleunigen bzw. begünstigen.Properties, the photoactive component acts on the photochemical process, and the solvent mixture influences the behavior of the resist system during the drying process. The solvent mixture is composed in such a way that it contains a solvent which has a high vapor pressure in order to accelerate or promote the expulsion of the solvent mixture from the photoresist during the drying process.

Die Trocknung der Photoresiste als unmittelbare Vorstufe vor dem photolithographischen Schritt im Fertigungsprozeß gilt als ein sehr sensibler Prozeßschritt . Die physikalische Trocknung der Photoresiste muß so durchgeführt werden, daß eine vollständige Entfernung des Lösungsmittelgemisches erreicht wird.The drying of the photoresist as an immediate precursor before the photolithographic step in the Manufacturing process is considered a very sensitive process step. The physical drying of the photoresists must be carried out in such a way that complete removal of the solvent mixture is achieved.

In modernen Fertigungslinien im Bereich der Mikroelektronik erfolgt die Resistbeschichtung der Scheiben (Wafer) in der Regel auf einer zentrischen Schleuder bei circa 5000 min"1. Die Resistdicke bewegt sich hierbei in der Regel zwischen 0,5 μm bei ebenen bzw. eingeebneten Oberflächen und 2 μm bei stark stufenbehafteten Oberflächen. Die Trocknung erfolgt schließlich auf einer Heizplatte bei circa 100°C, wobei das Lösungsmittel vollständig ausgetrieben wird. Anschließend erfolgt das Justieren und Belichten des Photoresists in einem besonderen Scheibenbelichtungsgerät.In modern production lines in the field of microelectronics, the resist coating of the wafers (wafers) is usually carried out on a centrifugal centrifuge at about 5000 min "1. The resist thickness generally ranges between 0.5 μm with flat or leveled surfaces and 2 The surface is dried on a hot plate at approximately 100 ° C, completely removing the solvent, and then the photoresist is adjusted and exposed in a special disk exposure device.

Die Trocknungsdauer von dickeren Schichten (>40 μm) , wie sie insbesondere in der Mikromechanik benötigt werden, beträgt mit dieser konventionellen Technik jedoch in der Regel 16 bis 20 Stunden je Charge, so daß dies einen Engpaß in der Fertigungslinie darstellt.However, the drying time for thicker layers (> 40 μm), as they are required in particular in micromechanics, is usually 16 to 20 hours per batch with this conventional technology, so that this represents a bottleneck in the production line.

Des weiteren können sich Resistblasen während des Trocknungsprozesses für dickere Schichten bilden, da Photoresist für diese Anwendungen einen hohen Bindemittelanteil und eine niedrige Viskosität besitzt. Die Blasen treten verstärkt bei der Trocknung im Ofen und auf einer Heizplatte auf. Es handelt sich dabei um Lösungsmittelgasblasen, die im getrockneten Photoresist haften bleiben. Diese Blasen können mehrere 100 μm hoch werden und bei der nachfolgenden Belichtung in der Fertigungslinie die Strukturauflösung extrem verschlechtern (Proximityeffekt ) . Aus der EP 0 509 962 AI ist ein Verfahren zur Trocknung von Photopolymeren auf metallisierten Substraten bekannt, bei dem die Schichten mittels Infrarotstrahlung (IR-Strahlung) getrocknet werden. Diese Veröffentlichung beschäftigt sich speziell mit derFurthermore, resist bubbles can form during the drying process for thicker layers, since photoresist has a high binder content and a low viscosity for these applications. The bubbles appear more often when drying in the oven and on a hot plate. These are solvent gas bubbles that stick to the dried photoresist. These bubbles can reach several 100 μm high and extremely deteriorate the structure resolution during the subsequent exposure in the production line (proximity effect). EP 0 509 962 A1 discloses a process for drying photopolymers on metallized substrates, in which the layers are dried by means of infrared radiation (IR radiation). This publication deals specifically with the

Vorhangbeschichtung in der Leiterplattentechnik, wobei dünne Schichten im Bereich von 15 μm schnell und effizient getrocknet werden können. Dieses Verfahren läßt sich jedoch nicht in eine Fertigungslinie für die Mikrosystemtechnik integrieren. Außerdem führt die bloße Beaufschlagung von dicken Schichten (> 20 μm) mit IR- Strahlung, wie sie in der Mikrosystemtechnologie benötigt werden, nicht zu zufriedenstellenden Ergebnissen hinsichtlich der Oberflächenqualität der getrockneten Schichten. Im Gegensatz zur Leiterplattentechnik ist die Oberflächenqualität der Photoresiste in der Mikrosystemtechnologie zur Erzeugung hochauflösender Strukturen jedoch von großer Bedeutung.Curtain coating in printed circuit board technology, whereby thin layers in the range of 15 μm can be dried quickly and efficiently. However, this method cannot be integrated into a production line for microsystem technology. In addition, the mere exposure of thick layers (> 20 μm) to IR radiation, as required in microsystem technology, does not lead to satisfactory results with regard to the surface quality of the dried layers. In contrast to printed circuit board technology, the surface quality of the photoresists is of great importance in microsystem technology for the generation of high-resolution structures.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einIt is an object of the present invention to provide a

Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, mit denen eine prozeßintegrierte Trocknung von Photoresistschichten mit Dicken von mehr als 20 μm in vertretbarer Zeit möglich ist. Des weiteren soll der Trockungsprozeß für ver- schiedene Resiste unterschiedlicher Dicken und für unterschiedliche Kombinationen Resist / Substrat geeignet sein und die Herstellung von Masken hoher Abbildegenauigkeit ermöglichen.To provide methods and an apparatus with which process-integrated drying of photoresist layers with thicknesses of more than 20 μm is possible within a reasonable time. Furthermore, the drying process should be suitable for different resists of different thicknesses and for different combinations of resist / substrate and should enable the production of masks with high image accuracy.

Die Aufgabe wird mit dem Verfahren und der Vorrichtung gemäß den geltenden Patentansprüchen 1 und 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche .The object is achieved with the method and the device according to the applicable patent claims 1 and 8. Advantageous refinements are the subject of the dependent claims.

Mit dem Verfahren und der zugehörigen Vorrichtung lassen sich eine drastische Reduzierung der Trocknungs- zeiten um circa 80 % gegenüber bekannten Trocknungsverfahren sowie eine deutliche Energieeinsparung erreichen. Das Trocknungsverfahren führt zu homogenen, gleichmäßig durchgetrockneten Photoresisten und gestattet dadurch eine Verkürzung der Belichtungszeiten für hochaufgebaute Schichten.With the method and the associated device, a drastic reduction in the drying time times by around 80% compared to known drying processes as well as significant energy savings. The drying process leads to homogeneous, evenly dried photoresists and thus allows a reduction in exposure times for highly built-up layers.

Für die Mikrosystemtechnik ist bisher keine Trocknungstechnik bekannt, die in so kurzer Zeit hochauf- gebaute Flüssig-Photoresiste mit einer Schichtdicke > 20 μm qualitätsgerecht trocknet. Die Trocknung bewirkt keine chemische Veränderung im Resist aterial .So far, no drying technology is known for microsystem technology that dries high-build liquid photoresists with a layer thickness> 20 μm in such a short time. The drying does not cause any chemical change in the resist.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine wesentliche technologische Voraussetzung für die Applikation in der Mikrosystemtechnik gegeben, die der Forderung nach immer kürzerer technologischer Bearbeitungszeit von Bauelementen gerecht wird. Das erfindungsgemäße Verfahren eröffnet gleichzeitig die Möglichkeit, mikromechanische Bauteile maßhaltig galvanisch abzuformen und Mehrschichtsysteme aufeinander aufzubauen.The method and the device according to the invention provide an essential technological prerequisite for application in microsystem technology which meets the demand for ever shorter technological processing times for components. At the same time, the method according to the invention opens up the possibility of electroplating micromechanical components true to size and building up multilayer systems on one another.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrich- tung konnten Produkte gefertigt werden, die bisher in der erreichten Präzision mit keinem anderen Trocknungsverfahren hergestellt werden konnten.With the method and the device according to the invention, it was possible to manufacture products which had previously not been able to be produced with the precision achieved with any other drying method.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Substrat mit der aufgebrachten Photoresistschicht in einer entlüfteten Prozeßkammer mit IR-Strahlung beaufschlagt, während gleichzeitig die Temperatur bzw. eine temperaturabhängige Größe in der Umgebung der Photoresistschicht gemessen wird. Die Leistung der IR-Strahlungsquelle wird in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur bzw. temperaturabhängigen Größe (z.B. elektr. Widerstand) zur Erzielung eines vorgegebenen zeitlichen Temperaturverlaufs in der Umgebung der Photoresistschicht in Echtzeit geregelt. Diese Regelung ermöglicht es, daß der Trocknungsverlauf der Schicht optimal für die jeweilige Kombination desIn the method according to the invention, the applied photoresist layer is exposed to IR radiation in a vented process chamber, while at the same time the temperature or a temperature-dependent variable in the vicinity of the photoresist layer is measured. The output of the IR radiation source is dependent on the measured temperature or temperature-dependent variable (eg electrical resistance) in real time in order to achieve a predetermined temperature profile in the vicinity of the photoresist layer. This regulation makes it possible for the course of drying of the layer to be optimal for the respective combination of

Resistmaterials und des Substrates gewählt werden kann.Resist material and the substrate can be selected.

Als Umgebung der Photoresistschicht kann hierbei der von der Prozeßkammer umschlossene Raum angesehen werden. Eine Temperaturmessung möglichst nahe an der Photoresistschicht ist jedoch vorzuziehen.The space enclosed by the process chamber can be regarded as the surroundings of the photoresist layer. However, a temperature measurement as close as possible to the photoresist layer is preferable.

Der Temperaturverlauf T(t) (T: Temperatur; t: Zeit) kann hierbei konstant gewählt werden (T(t) = T0 = const) , so daß sich die Temperatur während des Trocknens nicht ändert. Die Höhe der Temperatur wird entsprechend den gewählten Resist- und Substratmaterialien eingestellt. Durch experimentelle Versuche können die optimalen Parameter, d.h. Höhe der Temperatur und Dauer der Bestrahlung, sowie eine eventuelle Veränderung der Temperatur über die Trocknungszeit optimal bestimmt werden. Bei der Höhe der Temperatur ist selbstverständlich eine Obergrenze zu beachten, oberhalb der der jeweilige Photoresist zerstört wird.The temperature profile T (t) (T: temperature; t: time) can be chosen to be constant (T (t) = T 0 = const) so that the temperature does not change during drying. The level of the temperature is adjusted according to the selected resist and substrate materials. The optimal parameters, ie the level of the temperature and the duration of the irradiation, and a possible change in the temperature over the drying time can be optimally determined by experimental tests. At the level of the temperature, of course, an upper limit must be observed above which the respective photoresist is destroyed.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht vorzugsweise aus einer entlüftbaren Kammer mit einem Lufteinlaß sowie einem Luftauslaß zum Abführen der aus dem Photoresist austretenden Lösungsmittel. In der Kammer ist ein vorzugsweise höhenverstellbarer IR-Strahler über einer Substrathalterung angeordnet. Vorzugsweise ist die Substrathalterung drehbar und kann mehrere Substrate gleichzeitig aufnehmen. Ein Temperaturmeßsensor erfaßt die Temperatur während der Trocknung. Weiterhin ist eine Steuereinheit vorgesehen, die die Leistung des IR-Strahlers in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur so steuert, daß ein vorgebbarer zeitlicher Temperaturverlauf an der Meßstelle des Temperatursensors realisiert werden kann.The device according to the invention preferably consists of a ventable chamber with an air inlet and an air outlet for removing the solvents emerging from the photoresist. A preferably height-adjustable IR emitter is arranged in the chamber above a substrate holder. The substrate holder is preferably rotatable and can accommodate several substrates at the same time. A temperature measuring sensor detects the temperature during drying. Furthermore, a control unit is provided which determines the power of the IR radiator as a function of the measured one Temperature controls so that a predeterminable temperature profile over time can be realized at the measuring point of the temperature sensor.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen näher beschrieben. Hierbei zeigenThe invention is described in more detail below using exemplary embodiments in conjunction with the drawings. Show here

Fig. 1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vor- richtung zur Trocknung von Photoresistschichten;1 shows an embodiment of the device according to the invention for drying photoresist layers;

Fig. 2 ein Beispiel für einen vorgegebenen zeitlichen Temperaturverlauf, der eine Rampe beinhaltet;2 shows an example of a predetermined temperature profile over time, which includes a ramp;

Fig. 3 ein Beispiel für eine Anwendung des erfindungsgemäßen Trocknungsverfahrens zur Herstellung von Andruckfedern von Lese/Schreibköpfen für Festplatten;3 shows an example of an application of the drying method according to the invention for the production of pressure springs of read / write heads for hard disks;

Fig. 4 eine mikroskopische Aufnahme einer Struktur, die bei Einsatz des erfindungsgemäßen Trocknungsverfahrens realisiert werden kann;4 shows a microscopic picture of a structure which can be realized using the drying process according to the invention;

Fig. 5a ein Beispiel einer besonders vorteilhaften5a shows an example of a particularly advantageous one

Aufnahmevorrichtung für Substrate bzw. Wafer in der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Draufsicht; undReceiving device for substrates or wafers in the device according to the invention in plan view; and

Fig. 5b eine Schnittansicht einer kreisförmigenFig. 5b is a sectional view of a circular

Einzeihalterung der Aufnahmevorichtung der Fig. 5a.Single holder of the receiving device of Fig. 5a.

Fig. 1 zeigt eine Prinzipskizze eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen IR-Trocknungsanlage . Sie besteht im wesentlichen aus drei funktionellen Teilen, dem eigentlichen Ofen (entlüftbare Kammer) 1 mit einer Aufnahmemöglichkeit 5 für eine definierte Anzahl von Wafern 12 der Abmessungen 4" und 6", einer IR-Strahlungsquelle 4 mit zugehörigem Netzteil 9 und dem Steuermodul 8. Im Steuermodul sind die Regelungs-Hard- und Software und die erforderliche Rechnertechnik vereint, die die Regelung der Leistung der IR-Strahlungsquelle übernehmen .Fig. 1 shows a schematic diagram of an embodiment of an IR drying system according to the invention. It essentially consists of three functional parts, the actual furnace (ventable chamber) 1 with a holding option 5 for a defined number of wafers 12 of dimensions 4 "and 6", an IR radiation source 4 with associated power supply unit 9 and the control module 8. The control module combines the control hardware and software and the necessary computer technology, which take over the regulation of the power of the IR radiation source.

Die Stellfläche der Gesamtanlage beträgt in diesem Beispiel circa 0,9 m2. Die Leistungsaufnahme der IR-Strahlungsquelle beträgt 4 kW. Die aufzunehmende Leistung ist von 0 bis 100 % regelbar.The footprint of the entire system is approximately 0.9 m 2 in this example. The power consumption of the IR radiation source is 4 kW. The power to be absorbed is adjustable from 0 to 100%.

Für eine kontrollierte Prozeßführung ist die Erfassung der Temperatur von grundlegender Bedeutung . Hierzu sind im vorliegenden Fall zwei unterschiedliche Temperaturmeßsensoren 6, 7 vorgesehen. Die beiden Temperatur- sensoren, ein Pyrometer 7 und ein temperaturabhängiger Widerstand 6 (PT100) können komplementär zur Prozeßführung genutzt werden. Es versteht sich von selbst, daß auch andere Temperaturmeßsensoren, wie beispielsweise Thermoelemente, eingesetzt werden können. Ebenso ist es nicht notwendig, wie im vorliegenden Fall, zwei getrennte Temperatursensoren vorzusehen. Es reicht vielmehr ein Temperatursensor, vorzugsweise ein PT100, der die Temperaturdaten bzw. eine zur Temperatur in fester Relation stehende Meßgröße an das Steuermodul 8 liefert.The detection of temperature is of fundamental importance for controlled process control. For this purpose, two different temperature measurement sensors 6, 7 are provided in the present case. The two temperature sensors, a pyrometer 7 and a temperature-dependent resistor 6 (PT100) can be used to complement the process. It goes without saying that other temperature measuring sensors, such as thermocouples, can also be used. It is also not necessary, as in the present case, to provide two separate temperature sensors. Rather, a temperature sensor, preferably a PT100, is sufficient to supply the control module 8 with the temperature data or a measurement variable that is in a fixed relation to the temperature.

Anhand der bisher mit dem dargestellten System durchgeführten Trocknungsgänge an unterschiedlichen Kombinationen Photoresist / Substrat und mit unterschiedlichen Schichtdicken des Photoresists konnte erkannt werden, daß eine IR-Strahlungsquelle mit einer Leistung von 2,5 kW für die meisten Anwendungen ausreichend ist.On the basis of the drying processes previously carried out with the system shown on different combinations of photoresist / substrate and with different layer thicknesses of the photoresist, it was possible to recognize that an IR radiation source with a Power of 2.5 kW is sufficient for most applications.

Da eine präzise Temperaturmessung im IR-Strahlengang sehr aufwendig ist, wird in der vorliegenden Vorrichtung durch Anordnung der Temperatursensoren unterhalb der Wafer-Aufnahme 5 eine Relativmessung der Temperatur der umgebenden Luft bzw. des umgebenden Gases durchgeführt. Insgesamt ist eine Temperaturmessung außerhalb der Strahlung, d.h. außerhalb des Bereiches zwischen dem IR- Strahler und der Wafer-Aufnahme, vorzuziehen.Since a precise temperature measurement in the IR beam path is very complex, a relative measurement of the temperature of the surrounding air or the surrounding gas is carried out in the present device by arranging the temperature sensors below the wafer holder 5. Overall, a temperature measurement is outside the radiation, i.e. out of the range between the IR radiator and the wafer holder.

In der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung sind ein Lufteinlaß 2 und ein Luftauslaß bzw. Abluftauslaß 3 in der Kammer 1 vorgesehen. Am Lufteinlaß 2 ist zusätzlich ein steuerbares Gebläse 13 angeordnet. Die Infrarot- Strahlungsquelle 4 ist über eine VerStelleinrichtung 10 höhenverstellbar über der Drehhalterung 5 für die Wafer 12 mit der aufgebrachten Photolackschicht angebracht. Die IR-Strahlungsquelle 4 kann hierbei beispielsweise aus einer Halterung für vier im Abstand von etwa 10 cm parallel nebeneinander liegende IR-Röhren gebildet sein. Die Strahlungsquelle wird über ein regelbares Netzteil 9 versorgt. Die Leistung des Netzteils 9 wird durch die Steuereinheit 8 geregelt.In the device shown in FIG. 1, an air inlet 2 and an air outlet or exhaust air outlet 3 are provided in the chamber 1. A controllable blower 13 is additionally arranged at the air inlet 2. The infrared radiation source 4 is height-adjustable via an adjusting device 10 above the rotary holder 5 for the wafers 12 with the applied photoresist layer. The IR radiation source 4 can in this case be formed, for example, from a holder for four IR tubes lying parallel next to one another at a distance of approximately 10 cm. The radiation source is supplied via an adjustable power supply 9. The power of the power supply 9 is regulated by the control unit 8.

Die Aufnahmemöglichkeit 12 für Wafer wird durch einen rotierenden Probenteller gebildet, der mehrere Wafer in sternförmiger Anordnung aufnimmt. Dieser Dreh- teller hat im vorliegenden Fall einen Durchmesser von etwa 40 cm und kann mit einer Geschwindigkeit von etwa 1 bis 5 min"1 rotieren. Die Drehgeschwindigkeit wird ebenfalls von der Steuereinheit 8 vorgegeben. Vorzugsweise wird hierbei eine Geschwindigkeit von weniger als 5 min"1 gewählt, um ein Verlaufen des Photoresists aufgrund von Zentrifugalkräften zu verhindern. Die Drehung wird durch den Motor 11 realisiert. Der Abstand der IR-Strahlungsquelle zu dem Drehteller beträgt im vorliegenden Fall etwa 20 cm. Die Drehung der Wafer unter der Strahlungsquelle bewirkt in vorteilhafter Weise eine gleichmäßige Trocknung der auf den Wafern befindlichen Schichten, wobei mehrere Wafer gleichzeitig getrocknet werden können.The receiving possibility 12 for wafers is formed by a rotating sample plate, which receives several wafers in a star-shaped arrangement. In the present case, this turntable has a diameter of approximately 40 cm and can rotate at a speed of approximately 1 to 5 min. "1. The speed of rotation is likewise specified by the control unit 8. A speed of less than 5 min. " 1 selected to cause the photoresist to run due to centrifugal forces prevent. The rotation is realized by the motor 11. The distance between the IR radiation source and the turntable is about 20 cm in the present case. The rotation of the wafers under the radiation source advantageously brings about a uniform drying of the layers on the wafers, it being possible for several wafers to be dried at the same time.

Die im Prozeß realisierte Luftzufuhr (Kaltluft) und Absaugung (Warmluft) führt zur Ausbildung eines dynamischen Gleichgewichts der Temperatur.The air supply (cold air) and suction (warm air) realized in the process lead to the formation of a dynamic equilibrium of the temperature.

Ein Beispiel einer besonders vorteilhaften Aufnahmevorrichtung für Substrate bzw. Wafer in der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in Fig. 5a inAn example of a particularly advantageous receiving device for substrates or wafers in the device according to the invention is shown in FIG. 5a in

Draufsicht dargestellt. Die Substrathalterung (5) besteht aus Edelstahl und weist im vorliegenden Beispiel sechs sternförmig angeordnete Einzelhalterungen (14) zur Aufnahme von sechs Wafern (12) auf. Selbstverständlich kann auch eine Anordnung mit einer größeren oder kleineren Anzahl von Einzelhalterungen gewählt werden. Für runde Wafer werden als Einzeihalterung kreisförmige Ringe mit einer Aussparung (15) verwendet, um das Ablegen der Wafer von einer Pinzette in die Ringe zu ermöglichen. Die Wafer (12) liegen vorteilhafterweise nur am Rand auf einer Breite von ca. 0,5 mm auf, so daß es zu keiner nennenswerten Wärmeübertragung zur Waferhalterung kommen kann.Shown top view. The substrate holder (5) consists of stainless steel and in the present example has six individual holders (14) arranged in a star shape for receiving six wafers (12). Of course, an arrangement with a larger or smaller number of individual holders can also be selected. For round wafers, circular rings with a recess (15) are used as a single holder in order to enable the wafers to be deposited into the rings using tweezers. The wafers (12) are advantageously only at the edge over a width of approximately 0.5 mm, so that no significant heat transfer to the wafer holder can occur.

Diese Ausgestaltung der Aufnahmevorrichtung hat daher einerseits den Vorteil, daß die Wafer (mitThis configuration of the receiving device therefore has the advantage on the one hand that the wafer (with

Photolack) im IR-Strahl mangels Wärmeübertragung auf die Halterung schneller erwärmt werden können. Andererseits wird vorteilhafterweise erreicht, daß bei jeder Trocknung gleiche Bedingungen hinsichtlich der Wärmeübertragung vorherrschen, da die Wärmekopplung zum Untergrund entfällt. Eine ganzflächige Auflage auf einer Untergrundplatte würde im Gegensatz dazu durch möglicherweise ungleichmäßiges Aufliegen keine konstanten Wärmeübergangsverhältnisse ermöglichen .Photoresist) can be heated more quickly in the IR beam due to a lack of heat transfer to the holder. On the other hand, it is advantageously achieved that the same conditions prevail with regard to the heat transfer with each drying, since the heat coupling to the substrate is eliminated. A full-surface edition on one In contrast, the base plate would not allow constant heat transfer conditions due to possibly uneven contact.

Fig. 5b zeigt eine Schnittansicht einer kreisförmigen Einzeihalterung (14) der Aufnahmevorichtung der Fig. 5a. Die Einzeihalterung weist am Außenumfang etwa eine Höhe von 10 mm auf. Die Auflagefläche (16) mit einer Auflagebreite der Wafer (12) von etwa 0 , 5 mm ist in der Schnittansicht deutlich zuerkennen.Fig. 5b shows a sectional view of a circular single holder (14) of the receiving device of Fig. 5a. The individual holder has a height of approximately 10 mm on the outer circumference. The support surface (16) with a support width of the wafers (12) of approximately 0.5 mm can be clearly seen in the sectional view.

Die Realisierung der Steuer- und Regelfunktion in bezug auf die Temperatur in der Umgebung der Schichten ist notwendig, um gute Trocknungsergebnisse zu erzielen. Versuche haben ergeben, daß aus Sicht einer guten Prozeßführung eine Temperaturabweichung von dem vorgegebenen Temperaturverlauf von weniger als 0,5°C eingehalten werden sollte. Die genaue Beschreibung und Vermessung des Temperaturverhaltens der Anlage in Abhängigkeit von der IR-Strahlerleistung istThe realization of the control function in relation to the temperature in the vicinity of the layers is necessary in order to achieve good drying results. Experiments have shown that from the point of view of good process management, a temperature deviation from the specified temperature profile of less than 0.5 ° C. should be maintained. The exact description and measurement of the temperature behavior of the system depending on the IR emitter power is

Voraussetzung für eine exakte Regelung. Diese Werte müssen in den Regelalgorithmus der Steuereinheit eingearbeitet sein. Hierbei wird vorteilhafterweise Software eingesetzt. Damit wird der Vorteil einer flexiblen Software-Regelung genutzt. Es besteht diePrecondition for an exact regulation. These values must be incorporated in the control algorithm of the control unit. Software is advantageously used here. This takes advantage of flexible software control. There is the

Möglichkeit, für die jeweils unterschiedlichen Photoresist- und Substratkombinationen spezifische Regelalgorithmen vorzugeben oder zu entwickeln und zu nutzen.Possibility to specify or develop and use specific control algorithms for the different photoresist and substrate combinations.

Mit der Steuerung ist es möglich, die IR-Strahlungsquelle in einem Leistungsbereich von 0 bis 100 % anzusteuern. Über die Eingabe von Stützstellen sind treppen- und rampenförmige Temperaturkurven möglich. Tabelle 1 zeigt eine Aufstellung unterschiedlicher Trägersubstrate, auf denen eine 50 μm dicke Photoresistschicht einer erfindungsgemäßen Trocknung unterzogen werden konnte.With the control it is possible to control the IR radiation source in a power range from 0 to 100%. Staircase-like and ramp-shaped temperature curves are possible by entering support points. Table 1 shows a list of different carrier substrates on which a 50 μm thick photoresist layer could be subjected to drying in accordance with the invention.

Grundsätzlich ist bei der Trocknung von Photo- resisten auf Novolackbasis zu beachten, daß der Resist nicht verändert oder zersetzt wird. Die thermische Stabilität der lichtempfindlichen Komponente begrenzt die maximale Temperatur, die beim Trockungsprozeß auftreten darf. Photoresiste auf Novolackbasis sind bis circa 100 bis 110°C stabil. Die genaue Zersetzungstemperatur einiger Photoresiste kann mit der UV-VIS-Spektroskopie bestimmt werden. Hierbei wird das Absorptionsspektrum der Photoresiste (lichtempfindliche Komponente) bei unterschiedlichen Trocknungstemperaturen verglichen und über die Veränderung auf die Zersetzung geschlossen. Die Photoresiste für die Mikroelektronik und Mikrosystemtechnik sind meist UV-empfindlich und absorbieren zwischen 340 nm und 405 nm Wellenlänge.When drying photoresists based on novolac, it is important to ensure that the resist is not changed or decomposed. The thermal stability of the photosensitive component limits the maximum temperature that may occur during the drying process. Novolac based photoresists are stable up to around 100 to 110 ° C. The exact decomposition temperature of some photoresists can be determined with UV-VIS spectroscopy. Here, the absorption spectrum of the photoresists (light-sensitive component) at different drying temperatures is compared and the decomposition is concluded from the change. The photoresists for microelectronics and microsystem technology are mostly UV-sensitive and absorb between 340 nm and 405 nm wavelength.

Die genaue Bestimmung der Reaktionsgeschwindigkeit der Zersetzungs- und Verdampfungsreaktion sollte für jeden Resist zunächst ermittelt werden. Für die Entwick- lung von zeitoptimierten Trocknungsparametern ist dieThe exact determination of the reaction rate of the decomposition and evaporation reaction should first be determined for each resist. Is for the development of time-optimized drying parameters

Ermittlung dieser Reaktionsgrößen sehr wichtig, da dadurch die Obergrenze der Trocknungstemperatur und die Trocknungszeit optimal bestimmt werden können.Determination of these reaction variables is very important, since this allows the upper limit of the drying temperature and the drying time to be optimally determined.

Tabelle 2 zeigt verschiedene Kombinationen vonTable 2 shows different combinations of

Substrat und Resist (kommerziell erhältlich unter der Bezeichnung AZ 4562 der Firma Hoechst bzw. ma-PlOO der Firma micro resist technology GmbH) sowie verschiedene Schichtdicken des Resists, die mit den dort angegebenen Trocknungsparametern, d.h. Strahlerleistung undSubstrate and resist (commercially available under the name AZ 4562 from Hoechst or ma-PlOO from micro resist technology GmbH) as well as different layer thicknesses of the resist, which with the drying parameters specified there, i.e. Lamp power and

Trocknungsdauer (Zeit) optimal getrocknet werden konnten.

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Drying time (time) could be optimally dried.
Figure imgf000014_0001

ι stXt Λι stXt Λ

Figure imgf000014_0002
Figure imgf000014_0002

I ftio O 2. Die Strahlerleistung bezieht sich hierbei auf die Maximalleistung der hier eingesetzten Strahlungsquelle von 4 kW. Die Strukturauflösung der nachfolgend aus den Photoresistschichten herstellbaren Masken ist ebenfalls angegeben .I ftio O 2. The radiator power here refers to the maximum power of the radiation source used here of 4 kW. The structure resolution of the masks that can subsequently be produced from the photoresist layers is also specified.

Siliziumwafer mit Nickeloberflächen können mit den gleichen Parametern getrocknet werden. Die Resistdicke in der Tabelle ist als Obergrenze anzusehen. Dünnere Schichten können bei entsprechend verkürzter Zeit getrocknet werden.Silicon wafers with nickel surfaces can be dried with the same parameters. The resist thickness in the table is to be regarded as the upper limit. Thinner layers can be dried in a shorter time.

Ein Beispiel einer erzeugten Struktur, die mittels der aus einer erfindungsgemäß getrockneten Photoresistschicht erzeugten Maske hergestellt werden konnte, ist in Fig. 4 gezeigt. Zur Herstellung wurde eine 60 μm dicke Photoresistschicht mit dem erfindungsgemäßen Verfahren IR-getrocknet , daraus mittels Photolithographie eine Maske hergestellt und mit Nickel galvanisch abgeformt. Die Dicke der in der mikroskopischen Aufnahme gezeigten Stege beträgt etwa 20 μm.An example of a generated structure, which could be produced using the mask produced from a photoresist layer dried according to the invention, is shown in FIG. 4. For the production, a 60 μm thick photoresist layer was IR-dried using the method according to the invention, a mask was produced therefrom by means of photolithography and electroplated with nickel. The thickness of the webs shown in the micrograph is approximately 20 μm.

Das Hauptanwendungsgebiet der IR-Trocknung sind hochviskose und hochauflösende Photoresiste. Diese werden vorwiegend mit Kontaktbelichtern belichtet. Kontakt- belichter arbeiten nach dem Schattenwurfprinzip. Die Maskenstruktur wird 1 : 1 in den Resist übertragen. Das bedeutet, daß das Auflösungsvermögen der Lithographie mit dem Abstand der Maske zum Photoresist korreliert.The main areas of application for IR drying are high-viscosity and high-resolution photoresists. These are mainly exposed with contact imagesetters. Contact platesetters work according to the shadow casting principle. The mask structure is transferred 1: 1 into the resist. This means that the resolution of the lithography correlates with the distance from the mask to the photoresist.

Nach der IR-Trocknung muß daher die Resistoberflache so eben wie möglich sein, damit sich ein geringer Abstand zur Lithographiemaske ergibt. Dem steht allerdings die Bildung einer Randwulst beim Aufschleudern des Resists und eine Blasenbildung beim Trocknen gegenüber.After IR drying, the resist surface must therefore be as flat as possible so that there is a small distance from the lithography mask. However, this is offset by the formation of an edge bead when the resist is spun on and a bubble formation when drying.

Die Ursache der Randwulst liegt in der Oberflächen- Spannung vom Resist zum Substrat und der hohen Viskosität. Beim "Spin-On" -Verfahren (Belackungsprozeß) wird auf die Mitte des Wafers Resist aufgebracht und der Wafer in Rotation versetzt. In Abhängigkeit von Zeit und Rotationsgeschwindigkeit bildet sich eine unterschiedlich dicke Resistschicht aus. Am Waferrand verbleibt ein Überschuß von Resist, der sich zu einer Wulst zusammenzieht. Vor der Belichtung kann die Wulst durch einen Abschleuderprozeß mit einem Lösungsmittel entfernt werden.The cause of the bead is the surface tension from the resist to the substrate and the high viscosity. In the "spin-on" process (coating process), resist is applied to the center of the wafer and the wafer is set in rotation. Depending on the time and speed of rotation, a resist layer of different thickness forms. An excess of resist remains on the edge of the wafer, which contracts to form a bead. Before exposure, the bead can be removed by a solvent spinning process.

Anders sieht es bei Resistblasen aus, die sich während des Trocknungsprozesses bilden können. Diese Blasen können mehrere 100 μm hoch werden und daher bei der Belichtung die Strukturauflösung extrem verschlechtern. Obwohl die Blasenbildung durch die IR-Trocknung bereits deutlich verringert ist, kann sie durch Wahl eines geeigneten Temperaturverlaufes bei der Trocknung zusätzlich beinahe vollständig unterdrückt werden.The situation is different for resist bubbles that can form during the drying process. These bubbles can reach several 100 μm high and therefore extremely deteriorate the structure resolution during exposure. Although bubble formation is already significantly reduced by IR drying, it can also be almost completely suppressed by choosing a suitable temperature profile during drying.

Hierzu wird der Photoresist beispielsweise durch eine kontinuierliche Temperaturerhöhung während der Trocknung genügend flüssig gehalten, so daß entstehendes Gas die Resistoberflache noch verlassen kann. Wichtig ist dabei, daß zum Ende der Trocknung die Temperatur ansteigt. Der Resist bleibt dabei genügend viskos, obwohl ständig Lösungsmittel verdampft.For this purpose, the photoresist is kept sufficiently liquid, for example by a continuous increase in temperature during drying, so that the gas formed can still leave the resist surface. It is important that the temperature increases at the end of drying. The resist remains sufficiently viscous, although solvent evaporates continuously.

Ein Temperaturverlauf zur Unterdrückung der Blasenbildung ist in Fig. 3 in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt. Die Temperaturen für den konstanten Temperaturbereich und die Maximaltemperatur am Ende des Temperaturverlaufs betragen beispielsweise 90 und 105°C. Diese sind jedoch abhängig von den zu trocknenden Resistmaterialien. Dieses Fahren einer Temperaturrampe kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung aufgrund der Steuereinheit 8 in Verbindung mit den Temperatursensoren und der Regelung der IR-Strahlungsquelle problemlos realisiert werden. Dies ist insbesondere von Vorteil, da die Neigung zur Blasenbildung gerade mit zunehmender Dicke der zu trocknenden Photoresistschicht zunimmt.A temperature curve for suppressing the formation of bubbles is shown in FIG. 3 as a function of time. The temperatures for the constant temperature range and the maximum temperature at the end of the temperature curve are, for example, 90 and 105 ° C. However, these depend on the resist materials to be dried. This driving of a temperature ramp can be easily implemented with the device according to the invention on the basis of the control unit 8 in connection with the temperature sensors and the regulation of the IR radiation source. This is particularly advantageous because the tendency to form bubbles increases with increasing thickness of the photoresist layer to be dried.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung können beispielsweiseWith the method according to the invention or the device according to the invention, for example

Andruckfedern von Lese/Schreibköpfen für Festplatten mit hoher Genauigkeit hergestellt werden. Ein solcher Herstellungsprozeß, in dessen Verlauf eine erfindungsgemäße IR-Trocknung stattfindet, ist in den Fig. 3A und 3B dar- gestellt. Hierbei dient ein Silicium-Wafer (4" oder 10 cm im Durchmesser) als Trägersubstrat. Auf dieses Substrat wird eine metallische Schicht aufgebracht, die als galvanische Startschicht fungiert. Danach wird Photolack auf- geschleudert (Schritt Nr. 3), erfindungsgemäß getrocknet (Schritt Nr. 4), belichtet und entwickelt. Die Mikrofeder entsteht nun durch eine galvanische Auffüllung der Lackstruktur. Als letztes wird die Mikrofeder durch zwei Ätzprozesse vom Siliciumsubstrat abgelöst.Pressure springs of read / write heads for hard drives can be manufactured with high accuracy. Such a manufacturing process, during which IR drying according to the invention takes place, is shown in FIGS. 3A and 3B. Here, a silicon wafer (4 "or 10 cm in diameter) serves as the carrier substrate. A metallic layer, which functions as a galvanic starting layer, is applied to this substrate. Photoresist is then spun on (step no. 3), dried according to the invention (step No. 4), exposed and developed, the micro spring is now created by galvanically filling the lacquer structure, and finally the micro spring is detached from the silicon substrate by two etching processes.

In diesem Beispielfall wurde ebenfalls eine maximale Strahlungsleistung von 4 kW eingesetzt. Derartige Andruckfedern für Lese/Schreibköpfe konnten bisher mangels geeigneter Trockenverfahren in der geforderten Genauigkeit nicht hergestellt werden.In this example, a maximum radiation power of 4 kW was also used. Such pressure springs for read / write heads have so far not been able to be produced with the required accuracy due to the lack of suitable drying processes.

In den vorangegangenen Ausführungsbeispielen wurde jeweils eine IR-Strahlungsquelle mit einer Leistung von 4 kW eingesetzt. Bei geeigneten Trocknungsbedingungen beträgt hierbei das Maximum der IR-Strahlung etwa 2,6 μm. Dies ist jedoch nur als Beispiel zu verstehen. Es versteht sich von selbst, daß Strahlungsquellen mit anderer Leistung und bei anderen Maximalwellenlängen je nach Anwendungsfall eingesetzt werden können. In the previous exemplary embodiments, an IR radiation source with a power of 4 kW was used in each case. With suitable drying conditions, the maximum of the IR radiation is about 2.6 μm. However, this is only an example. It goes without saying that radiation sources with different power and at different maximum wavelengths can be used depending on the application.

Claims

Patentansprüche claims 1. Verfahren zur Trocknung von Photoresistschichten, bei dem ein Substrat (12) mit einer aufgebrachten Photoresistschicht in einer entlüfteten Kammer mit IR-Strahlung einer in der Leistung regelbaren IR-Strahlungsquelle (4) beaufschlagt wird, die Temperatur bzw. eine temperaturabhängige Größe in der Umgebung der Photoresistschicht gemessen und die Leistung der IR-Strahlungsquelle anhand der gemessenen Temperatur bzw. temperaturabhängigen Größe so geregelt wird, daß ein vorgegebener zeitlicher Temperaturverlauf während der Trocknung eingehalten wird.1. A method for drying photoresist layers, in which a substrate (12) with an applied photoresist layer in a vented chamber is subjected to IR radiation from an IR radiation source (4) which can be regulated in terms of power, the temperature or a temperature-dependent variable in the The environment of the photoresist layer is measured and the power of the IR radiation source is regulated on the basis of the measured temperature or temperature-dependent variable in such a way that a predetermined temperature profile over time is maintained during drying. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene zeitliche Temperaturverlauf so gewählt ist, daß die Temperatur über die Trocknungszeit konstant bleibt.A method according to claim 1, characterized in that the predetermined temporal temperature profile is selected so that the temperature remains constant over the drying time. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene zeitliche Temperaturverlauf so gewählt ist, daß die Temperatur linear mit der Zeit ansteigt .A method according to claim 1, characterized in that the predetermined temporal temperature profile is selected so that the temperature increases linearly with time. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene zeitliche Temperaturverlauf so gewählt ist, daß die Temperatur über die Trocknungszeit zunächst konstant ist, und dann linear, stufenförmig oder in anderer Form ansteigt.4. The method according to claim 1, characterized in that the predetermined temporal temperature profile is selected so that the temperature is initially constant over the drying time, and then increases linearly, stepwise or in some other form. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur unterhalb des Substrates gemessen wird. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the temperature is measured below the substrate. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der photoresistbedeckten Oberfläche von der Oberseite durch ein Pyrometer gemessen wird, wobei die unterschiedliche Emissivität des Substrates, auf dem sich die zu trocknende Photoresistschicht befindet, berücksichtigt wird.6. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the temperature of the photoresist-covered surface is measured from the top by a pyrometer, taking into account the different emissivity of the substrate on which the photoresist layer to be dried is taken into account. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene zeitliche Temperaturverlauf für jede neue Kombination von Materialien für Photoresistschicht und Substrat zunächst experimentell ermittelt wird.7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the predetermined temperature profile over time for each new combination of materials for the photoresist layer and substrate is first determined experimentally. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge bzw. der Gehalt an Lösungsmitteln, vorzugsweise in einer von der Kammer abgehenden Leitung der Luftzirkulation, erfaßt wird, und daß bei Unterschreitung eines vorgebbaren Grenzwertes die Beendigung des Trocknungsprozesses durch Abregelung der Leistung der IR- Strahlungsquelle eingeleitet wird.8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the amount or content of solvents, preferably in an outgoing from the chamber line of air circulation, is detected, and in that the drying process is terminated by falling below a predetermined limit Reduction of the power of the IR radiation source is initiated. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine IR-Strahlungsquelle eingesetzt wird, die ihr Maximum der IR-Strahlung im Bereich von 1 bis 3 μm hat.9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that an IR radiation source is used which has its maximum IR radiation in the range of 1 to 3 microns. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei gleichzeitiger Trocknung der10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that with simultaneous drying of the Photoresistschichten mehrerer Substrate, die eine Rotationsbewegung um eine Achse in der Kammer durchführen, die Messung der Temperatur zeitlich so getaktet wird, daß bei jedem Durchlauf eines der Substrate durch ein Meßfeld, in dem die Temperatur gemessen wird, eine Messung stattfindet. Photoresist layers of a plurality of substrates which perform a rotational movement about an axis in the chamber, the measurement of the temperature is timed in such a way that a measurement takes place each time one of the substrates passes through a measuring field in which the temperature is measured. 11. Vorrichtung zur Trocknung von Photoresistschichten, bestehend aus einer entlüftbaren Kammer (1) , die einen Lufteinlaß (2) sowie einen Luftauslaß (3) aufweist, einer in der Kammer über einer Substrathalterung (5) angebrachten IR-Strahlungsquelle (4), die in der Leistung regelbar ist, einem in der Kammer vorgesehenen11. Device for drying photoresist layers, consisting of a ventable chamber (1) which has an air inlet (2) and an air outlet (3), one in the chamber above a substrate holder (5) attached IR radiation source (4), the the power is adjustable, one provided in the chamber Temperaturmeßsensor (6, 7) sowie einer Steuereinheit (8), die die Leistung der IR-Strahlungsquelle in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur so steuert, daß während der Trocknung ein vorgebbarer Temperaturverlauf in der Kammer eingehalten wird.Temperature measuring sensor (6, 7) and a control unit (8) which controls the output of the IR radiation source as a function of the measured temperature so that a predeterminable temperature profile in the chamber is maintained during drying. 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die IR-Strahlungsquelle (4) höhenverstellbar über der Substrathalterung (5) angeordnet ist.12. The apparatus according to claim 11, characterized in that the IR radiation source (4) is arranged adjustable in height above the substrate holder (5). 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Substrathalterung13. Device according to one of claims 11 or 12, characterized in that the substrate holder (5) so ausgestaltet ist, daß sie mehrere Substrate (12) in sternförmiger Anordnung nebeneinander aufnehmen kann.(5) is designed so that it can accommodate several substrates (12) in a star-shaped arrangement next to each other. 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Substrathalterung (5) mehrere14. Device according to one of claims 11 to 13, characterized in that the substrate holder (5) several Einzelsubstrathalterungen (14) aufweist, die so ausgestaltet sind, daß das Substrat nur mit einem schmalen Rand aufliegt.Has individual substrate holders (14) which are designed such that the substrate rests only with a narrow edge. 15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Substrathalterung (5) drehbar gelagert ist und über einen in der Drehzahl regelbaren Motor (11) mit einer vorgebbaren Drehgeschwindigkeit in Rotation versetzt werden kann.15. The apparatus according to claim 13 or 14, characterized in that the substrate holder (5) is rotatably mounted and can be set in rotation at a predeterminable rotational speed by means of a motor (11) which can be regulated in speed. 16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß am Lufteinlaß (2) ein steuerbares Gebläse (13) vorgesehen ist.16. The device according to one of claims 11 to 15, characterized in that a controllable fan (13) is provided at the air inlet (2). 17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturmeßsensor (6) durch einen temperaturabhängigen Widerstand, ein Pyrometer oder ein Thermoelement gebildet wird.17. The device according to one of claims 11 to 16, characterized in that the temperature measuring sensor (6) is formed by a temperature-dependent resistor, a pyrometer or a thermocouple. 18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die IR-Strahlungsquelle (4) eine maximale Leistungsaufnahme zwischen 2,5 und 4 kW hat.18. Device according to one of claims 11 to 17, characterized in that the IR radiation source (4) has a maximum power consumption between 2.5 and 4 kW. 19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß, vorzugsweise im Luftauslaß bzw. in einer vom Luftauslaß abgehenden Leitung der Luftzirkulation, ein Sensor zur Messung der Menge bzw. des Gehaltes an Lösungsmitteln vorgesehen ist, dessen Ausgangssignal zur Festlegung der Beendigung des Trocknungsprozesses und zur Abregelung der Leistung der IR-Strahlungsquelle verwendet werden kann. 19. Device according to one of claims 11 to 18, characterized in that, preferably in the air outlet or in an outgoing line from the air outlet of the air circulation, a sensor for measuring the amount or content of solvents is provided, the output signal for determining the End of the drying process and can be used to regulate the power of the IR radiation source.
PCT/DE1999/001485 1998-05-12 1999-05-12 Method and device for drying photoresist coatings Ceased WO1999059191A2 (en)

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