LiDepoWetPro - Flüssigkeitsauftrag und fliehkraftgetriebene Filmausbreitung für eine effiziente Nassbearbeitung von Silizium-Wafern

In der Nassbearbeitung von Silizium-Wafern stellt die Verteilung der Prozessflüssigkeit durch einen fliehkraftgetriebenen Dünnfilm ein etabliertes Konzept zur kontrollierten Benetzung der Wafer-Oberfläche dar. Die Forderung nach steigender Produktivität und sparsamem Einsatz von Chemikalien, sowie die fortschreitende Miniaturisierung der bearbeiteten Oberflächenstrukturen (22nm-Technologie) machen es zunehmend schwieriger, die angestrebte Prozessqualität bzw. die daraus resultierenden Prozessergebnisse auf dem gesamten Wafer zu erreichen. Dieser Herausforderung kann langfristig nur durch eine möglichst verlässliche Beschreibung der detaillierten Transportvorgänge im Bereich des Flüssigkeitsauftrags sowie im stromab entstehenden Flüssigkeitsfilm begegnet werden. Der absehbare Übergang zu größeren Waferscheiben legt einen räumlich verteilten Auftrag durch mehrere Flüssigkeitsstrahlen (z.B. durch mehrere Einzeldüsen oder Mehrlochdüsen-Verteiler) nahe, um eine möglichst gleichförmige Benetzung zu erreichen. Basierend auf theoretisch/analytischen und experimentellen Untersuchungen für variierte Betriebsbedingungen und Benetzbarkeiten der Wafer-Oberfläche sollen die für eine kontinuierliche Benetzung relevanten Parameter bestimmt werden. Mittels daraus abgeleiteter dimensionsloser Gruppen sollen jene Regime definiert werden, wo Filmaufbruch zu erwarten ist. Anhand numerischer Strömungssimulationen für ein- und mehrstrahligen Flüssigkeitsauftrag sollen die für den Stofftransport maßgeblichen Strömungsbereiche identifiziert werden, um daraus günstige Auftragsvarianten, insbesondere geeignete Düsenpositionen, zu entwickeln. Die Analyse der numerischen Ergebnisse zielt auf ein genaues Verständnis der Transportprozesse im Bereich des Flüssigkeitsauftrags, der Bugwelle(n), sowie der umliegenden Dünnfilmströmung, und sie beleuchtet auch die Grenzen der Beschreibungskapazität der Dünnfilmnäherung. Als weiterer Schwerpunkt des Vorhabens sollen hoch aufgelöste Strömungssimulationen einen detaillierten Einblick in die Strömung und den Stofftransport in der Nähe der Drei-Phasen-Kontaktlinie bei Erstbenetzung eines trockenen Substrates liefern. Um einen vertretbaren Rechenaufwand zu gewährleisten wird diese numerische Detailstudie für ein räumlich beschränktes Simulationsgebiet unter Verwendung etablierter Modellansätze für die Kontaktliniendynamik durchgeführt. Die rechnerischen Untersuchungen liefern hier wertvolle Erkenntnisse über die örtliche und zeitliche Entwicklung der Transferraten in unmittelbarer Umgebung der Phasen-Grenzflächen, welche experimentell praktisch unzugänglich sind. Alle im vorliegenden Projekt experimentell und rechnerisch gewonnenen Ergebnisse sollen einen wichtigen Beitrag leisten, die komplexen Transportmechanismen im dünnfilm-basierten Nassprozess besser zu verstehen, zu beschreiben und zu optimieren. Hierdurch soll es möglich werden, Problempunkte bereits in einer frühen Entwicklungsphase zu identifizieren und Verbesserungen zu ermöglichen.