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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur chemischen Behandlung von scheibenförmigen Halbleiter- und Siliziumsubstraten, insbesondere Wafern, mit einer schliessbaren Behandlungskammer für je wenigstens einen auf einem Substratträger (Chuck) gehaltenen Wafer und über Zuführungsleitungen beschickbaren Auftragsdüsen, nämlich Spritz-, Sprüh-, Spül- oder Blasdüsen zur Beaufschlagung wenigstens der einen Waferseite mit Flüssigkeiten und bzw. oder Gasen.
Vorrichtungen dieser Art werden für die Reinigung vor einer weiteren Bearbeitung und auch für eine chemische oder physikalische Behandlung von Substraten, insbesondere Wafern, eingesetzt, wobei es bekannt ist, die Behandlung weitgehend zu automatisieren und auch die Entnahme der Wafer aus Magazinen, die Beschickung der Behandlungseinrichtung und die nachfolgende Weitergabe automatisch ohne direkten Zugriff zu bewerkstelligen. Das derzeit verbreitetste Verfahren zur Nassbehandlung arbeitet in der Weise, dass eine Vielzahl von Wafern gemeinsam in ein Bad verbracht wird, wobei diese Wafer in einem Behälter, einem sogenannten Carrier, gehalten werden.
Die Verweilzeit des Carriers im Bad bestimmt den Behandlungs-, z. B. den Ätzfortschritt. Unterschiedliche Behandlungsschritte, z. B. Ätzung, Spülung und nachfolgende neuerliche Ätzung oder Beschichtung erfordern das Einbringen des Carriers mit den Wafern in verschiedene Bäder. Wenn, was häufig der Fall ist, nur eine Waferseite einer Behandlung unterzogen werden soll, muss die zweite Seite vor dem Angriff des Behandlungsmediums, z. B. durch einen Schutzlack, der nachträglich zu entfernen ist, gesichert werden. Wegen der auftretenden Schwierigkeiten und auch deshalb, weil trotz einer durchgeführten Umwälzung der Behandlungsmedien oder einer Bewegung des Carriers im Bad unterschiedliche Behandlungsergebnisse auch an Wafern des gleichen Satzes auftreten, wird eine Einzelbehandlung der Wafer mit Vorrichtungen der eingangs genannten Art bevorzugt Solche Vorrichtungen sind z.
B. aus der AT 389 959 B und der AT 000 639 U1 bekannt.
Dabei wird ein rotierend angetriebener Substratträger verwendet, der über feststehende Auftragsdüsen beschickt wird, wobei durch die Rotation eine gleichmässige Verteilung des oder der Behandlungsmedien über die Substratoberfläche erzielt werden soll. Die chemische Reaktion wird durch die Verweilzeit des Wafers in der Kammer, die Rotationsgeschwindigkeit und die zugeführte Menge an Behandlungsmedium definiert. Falls nur eine Waferseite behandelt werden soll, muss die zweite vor dem Zutritt der Behandlungsmedien geschützt werden.
Bei den bekannten Vorrichtungen wird im Substratträger ein sich vom Zentrum nach aussen keilförmig verjüngender und im Randbereich des Substrates mündender Ringspalt vorgesehen, der mit einem unter Überdruck stehenden Schutzgas beaufschlagt wird, wobei durch rasche Rotation des Substratträgers unter Ausnutzung des sogenannten Bernoulli-Effektes im genannten Randbereich durch die strömenden Medien ein Unterdruck erreicht und daher das Schutzgas über den Rand hinweggesaugt wird.
Für die Zufuhr verschiedener Behandlungsmedien ist es möglich, den Substratträger zusätzlich in einer entsprechend hohen Kammer höhenverstellbar anzuordnen und dabei auf ebenfalls in Höhenabständen an der Kammerwand angebrachte Auftragsdüsen einzustellen In allen Fällen ergibt sich ein beträchtlicher Anlagenaufwand und ein relativ grosses Kammervolumen, so dass unterschiedliche Behandlungstemperaturen vorwiegend durch entsprechende Temperierung der Behandlungsmedien eingestellt werden müssen.
Der entscheidende Nachteil der bekannten Vorrichtungen besteht aber darin, dass sich unter der Rotation und der Zufuhr der Behandlungsmedien über feststehende Düsen unterschiedliche Fliessgeschwindigkeiten der Behandlungsmedien über die Oberfläche des Wafers ergeben, so dass auch die entsprechenden chemischen Reaktionen einen unterschiedlichen Verlauf über die Waferoberfläche zeigen.
Zu erwähnen ist, dass es bei der Belackung von Wafern aus der US 5 489 337 A bekannt ist, ein über den Waferdurchmesser reichendes Auftragsmundstück für den Lack zu verwenden, das eine schlitzförmige Öffnung für den Lackaustritt aufweist, die bei der Vorbeibewegung des Mundstückes am Wafer über Randblenden auf das jeweils bestrichene Wafersegment eingestellt wird.
Derartige Belackungsanlagen unterscheiden sich aber ebenso wie die Konstruktionen nach den in der Folge erwähnten Literaturstellen prinzipiell und gattungsmässig von Vorrichtungen der gegenständlichen Art.
Nach der US 4 807 561 A werden Substrate auf einem Bandförderer weiterbewegt, erhitzt und dann an einer oder mehreren Blasdüsen für die Gaszufuhr oder insbesondere für verdampftes
Halbleitermaterial vorbeigeführt und beschichtet.
Japan 63-57779 A befasst sich ebenfalls mit der Filmniederschlagung auf Substraten. Es wird zwar von einer "kammartigen Zuführung" gesprochen, doch ist damit die Anordnung einzelner,
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gemeinsam beschickbarer Reaktionskammern gemeint, die je ein Substrat aufnehmen. Die Materialablagerung erfolgt aus der Dampfphase heraus unter Mikrowellenbeaufschlagung.
Japan 10-189503 A : werden gestapelte Wafer bei liegendem Stapel über mehrere Düsen mit einer Waschflüssigkeit beaufschlagt. Diese Düsen werden hin- und herbewegt, doch wird immer das ganze Paket von der Seite her und nicht jeder Wafer von der Oberfläche aus beaufschlagt.
Japan 10-335230 A : EineEntwicklerflüssigkeit wird bei einem Verteilerkörper aus schlitzförmi- gen Düsen ausgedrückt und mit Hilfe kammartiger Vorsprünge über die Oberfläche des rotierenden Wafers verteilt. Es ist also kein Düsenkamm vorgesehen, sondern die Vorsprünge selbst haben keine Flüssigkeitszufuhr und dienen nur der Flüssigkeitsverteilung auf der Oberfläche.
Japan 10-256131 A : hier ist ein Drehtisch für den Wafer vorgesehen. Verteilerkämme, an deren Einzelzähnen die zentral zugeführte Flüssigkeit herabrinnt, werden zur gleichmässigen Flüssigkeitsverteilung am drehenden Wafer verwendet.
Japan 09-327671 A: Es werden Ultraschallbrausen mit Sprühdüsen kombiniert, wobei über die Düsenform selbst nichts ausgesagt ist.
Japan 09-025579 A : einer Beschichtungsvorrichtung für Rollfilme wird ein bandförmiges Substrat durch eine Kammer geführt und ein gasförmiges Stabmaterial über eine kammartige Düsenanordnung zugeführt, deren Einzeldüsen zylindrische Form mit einem Durchmesser zwischen 0,4 und 3 mm oder konische Form aufweisen. Durch die Kammform soll das Festkleben der aufgetragenen Filmschicht an der Düsenanordnung verhindert werden.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung der eingangs genannten Art, die bei einfachem Aufbau der Behandlungskammer und des Substratträgers eine sehr rasche und dabei gleichmässige Behandlung des Wafers ermöglicht, wobei im Bedarfsfall nur eine Seite des Wafers behandelt und der Schutz der zweiten Waferseite problemlos vorgenommen werden kann.
Die gestellte Aufgabe wird prinzipiell dadurch gelöst, dass die Auftragsdüsen innerhalb der dicht schliessenden Behandlungskammer gemeinsam mit der bzw. den in der Behandlungskammer verlaufenden Teilen der Zuführungsleitungen verstellbar angebracht und dabei mehrere Auftragsdüsen zu einem Düsenkamm von wenigstens dem Waferdurchmesser entsprechender Länge zusammengefasst sind, der über Stelltriebe in seiner Querrichtung relativ zum Wafer über die Waferoberfläche verschiebbar ist, so dass seine an den Kammspitzen sitzenden Düsen diese Waferoberfläche in im wesentlichen linearen Parallelspuren überstreichen, wobei die Behandlungskammer wenigstens einen mit einer Absaugeinrichtung verbundenen Auslass für die über die Düsen des Düsenkammes zugeführten Behandlungsmedien aufweist.
Bei der erfindungsgemässen Vorrichtung können die Behandlungsmedien wesentlich gleichmä- #iger und mit höherer Fliessgeschwindigkeit auf die Waferoberfläche aufgebracht werden, wobei in allen Bereichen eine gleichmässige Fliessgeschwindigkeit der Behandlungsmedien eingehalten werden kann und dadurch ein gleichmässigeres Behandlungs- z. B. Ätzergebnis als bei den mit rotierendem Substratträger arbeitenden Vorrichtungen erzielbar ist. Wegen der höheren Fliessgeschwindigkeit und der Möglichkeit, grössere Mengen an Behandlungsmedium in der Zeiteinheit über die Waferoberfläche zu verteilen, wird auch der jeweilige Behandlungsschritt gegenüber der bekannten Vorrichtung verkürzt.
Nach einer bevorzugten und in der Praxis vorwiegend verwendeten Ausführung ist wenigstens ein Teil der Düsen des Düsenkammes über ausserhalb der Behandlungskammer in den dort verlaufenden Teilen der Zuführungsleitungen angebrachte Absperrorgane wahlweise ein- und ausschaltbar und bzw. oder mit verschiedenen Zuführungsleitungen verbindbar. Es kann dadurch eine Anpassung an den jeweils überstrichenen Bereich des behandelten Wafers erzielt werden. Wesentlich ist aber hier, dass unterschiedliche Behandlungsmedien gleichzeitig oder nacheinander zuführbar sind.
Beispielsweise werden nacheinander verschiedene Chemikalien für Ätzvorgänge eingesetzt, die nach dem jeweiligen Behandlungsschritt abgesaugt werden können, wobei die völlige Entfernung von der Waferoberfläche nicht wie bei der bekannten Vorrichtung durch Abschleudern erfolgt, sondern eine Spülung mit deionisiertem Wasser (DI-Wasser) oder einer sonstigen brauchbaren Flüssigkeit und eine nachfolgende Trocknung, vorzugsweise mit einem inerten Gas, z. B. Stickstoff (N2), vorgenommen werden kann. Die jeweils eingesetzten Chemikalien können abgesaugt und zumindest zum Grossteil wieder verwendet werden.
Wegen der hermetisch schliessbaren Kammer können auch sehr konzentrierte, agressive oder toxische Chemikalien zum
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Einsatz kommen, was hier ungefährlich ist, da diese Chemikalien ja abgesaugt werden und die Kammer vor dem Öffnen mehrfach gespült bzw. sogar getrocknet werden kann.
In manchen Fällen kann man für die Behandlung verschiedener Wafer oder die Waferbehandlung in verschiedenen Verfahrensstufen zwei oder mehrere auswechselbare Düsenkämme vorsehen, die mit unterschiedlichen Auftragsdüsen, z. B. Sprüh-, Spül- und Blasdüsen, ausgestattet und mit Zuführungsleitungen für die entsprechenden, verschiedenen Behandlungsmedien verbindbar sind.
Konstruktiv ist eine Ausführung möglich, bei der der Düsenkamm quer an wenigstens einer in ihrer Längsrichtung verschiebbaren und zur Verbindung mit einer Antriebseinrichtung aus der Behandlungskammer herausgeführten Führungsstange sitzt. Diese Stange wird in den meisten Fällen parallel zur Oberfläche des am Substratträger gehaltenen Wafers angeordnet. Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass die Führungsstange oder -stangen hohl ausgebildet sind und wenigstens einen Teil der Zuführungsleitungen aufnehmen. Diese Zuführungsleitungen können dabei ausserhalb der Kammer über Absperrorgane mit verschiedenen Zubringerleitungen für unterschiedliche Behandlungsmedien gekuppelt werden, ohne dass dazu ein Öffnen der Kammer notwendig wird.
Um zu gewährleisten, dass kein Austritt agressiver oder toxischer Medien erfolgt, sind erfindungsgemäss die Führungsstange bzw. -stangen durch mit einem inerten Medium, z. B. DI-Wasser, oder Stickstoff (N2) gespülte Schleusenkammern aus der Behandlungskammer herausgeführt.
Eine exakte Überprüfung des jeweiligen Behandlungsfortschrittes kann dadurch erleichtert werden, dass die Behandlungskammer Fenster zur Beobachtung des Behandlungsvorganges und bzw. oder für den Behandlungsfortschritt erfassende Messgeräte aufweist.
Die Kammer kann im Vergleich zu den bekannten Vorrichtungen in ihrem Aufnahmevolumen und in ihrer Masse relativ klein gehalten werden. Es ist daher möglich und sinnvoll, für die Behandlungskammer äussere Heiz- oder Kühleinrichtungen vorzusehen, um die jeweiligen Reaktionstemperaturen zu erzeugen bzw. konstant zu halten.
Wenn nur eine Waferseite behandelt werden soll, wird derzeit eine Konstruktion bevorzugt, nach der der, z. B. mit einer Vakuum-Haltevorrichtung oder Randhalterungen versehene, Substratträger den Wafer nach unten gegen den dort vorgesehenen Düsenkamm gerichtet trägt, die Waferrückseite abdeckt und wenigstens im Bereich des Waferrandes mit einem inerten Medium, z. B. DIWasser oder Stickstoff (N2) beschickbare Sperrnuten zur Verhinderung des Eindringens von Behandlungsmedien zur Waferrückseite aufweist. Da der Wafer feststeht, ergibt sich für die Haltevorrichtung eine wesentlich einfachere Konstruktion als bei den rotierenden Substratträgern der bekannten Einrichtungen. Es ist aber auch möglich, die Vorrichtung für die Behandlung beider Waferseiten auszubilden.
Dazu wird der Substratträger als beide Flachseiten des Wafers freilassende Randhalterung ausgebildet und in der Behandlungskammer ist für beide Waferseiten wenigstens je ein Düsenkamm vorgesehen. Insbesondere vor oder zwischen den durch die Beaufschlagung der Düsen allein vorgenommenen Behandlungsschritten kann die Behandlungskammer zusätzlich über eigene Einlässe mit einem flüssigen Behandlungsmedium gefüllt werden.
Bei den bisher beschriebenen Ausführungen wird davon ausgegangen, dass der Wafer während der Behandlung feststeht und die Düsenkämme hin- und hergehend verstellt werden. Besonders bei einer Vorrichtung, die eine Behandlung beider Waferseiten ermöglicht, kann es aber auch sinnvoll sein, in der Kammer mit feststehenden Düsenkämmen zu arbeiten und den Wafer mit dem Substratträger zwischen den Düsenkämmen hin- und hergehend zu verstellen.
Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes entnimmt man der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise veranschaulicht. Es zeigen, jeweils in rein schematischer Darstellungsweise
Fig. 1 die wesentlichen Teile einer erfindungsgemässen Vorrichtung bei geöffneter, im Schnitt dargestellter Behandlungskammer,
Fig. 2 eine Ausführungsvariante des bei der Vorrichtung nach Fig. 1 verwendeten Düsenkam- mes,
Fig. 3 eine weitere Ausführungsvariante des Düsenkammes und seiner Tragvorrichtung,
Fig. 4 die Gesamtvorrichtung in der Fig. 1 entsprechender Darstellungsweise,
Fig. 5 eine Vorrichtung zur Behandlung beider Seiten eines Wafers und
Fig. 6 eine Ausführungsvariante zu Fig. 5.
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Für eine Behandlungskammer ist nach Fig. 1 ein Kammerunterteil 1 vorgesehen, in dem ein Düsenkamm 2 angeordnet wird, der aus zwei Teilen, nämlich einem Unterteil 3 und einem mit verschiedenen Düsen 5 bestückten auswechselbaren Oberteil 4 besteht. Der Düsenkamm 2 wird von zwei Führungsstangen 6,7 getragen, die hohl ausgebildet sind und der Zufuhr von Behandlungsmedien, nämlich Chemikalien und bzw. oder Spülflüssigkeiten und Gasen, dienen, die im Düsenkamm über Kanäle 8,9 zu den einzelnen Düsen 5 geleitet werden. Die Führungsstangen 6, 7 sind über Anschlüsse 10 mit Zuführungsleitungen für Behandlungsmedien aus entsprechenden Vorratsbehältern oder Leitungen verbunden, wobei über Absperrorgane ein Anschluss an verschiedene Zuführungsleitungen möglich ist.
Pumpen und sonstige Fördereinrichtungen für die Behandlungsmedien sind vorgesehen, aber allgemeiner Stand der Technik und deshalb nicht dargestellt.
Im unteren Bereich des Kammerunterteiles 1 ist ein Ablauf 11 vorgesehen, über den verbrauchte Behandlungsmedien abgesaugt bzw. auch unverbrauchte Medien zu Vorratsbehältern bzw. in den Behandlungskreislauf zurückgeführt werden können. Für die hohlen Führungsstangen 6,7 sind in entsprechenden Durchführungen des Kammerunterteiles Schleusenkammern 19 vorgesehen, die als Kammern ausgeführt und über Leitungen 20 mit einem inerten Medium, z. B. DI-Wasser oder Stickstoff (N2), gespült werden, um einen Austritt der Behandlungsmedien an den Durchführungen des Kammerunterteiles 1 zu verhindern.
Bei der Ausführungsvariante nach Fig. 2 werden die Behandlungsmedien nur über das eine Führungsrohr 6 zugeführt, wogegen das andere Führungsrohr 7 mit der Absaugleitung verbunden ist und die Medien über eine untere Einlassöffnung 12 absaugt.
Nach Fig. 3 können an den beiden Seiten des Düsenkammes 2 je zwei hohle Führungsstangen 6,7 angeordnet werden. In Fig. 3 wurden die Düsen 5 des Düsenkammes nur in einer Reihe dargestellt. Es können aber auch selbstverständlich (siehe Fig. 1 und 2) mehrere Düsenreihen vorgesehen werden und es ist möglich, die Düsen jeder Reihe oder auch einzelne Düsen über gesonderte, zusätzlich in den hohlen Rohren 6 bzw. 7 verlegte Leitungen mit unterschiedlichen Behandlungsmedien zu versorgen, die dann gleichzeitig zum Einsatz kommen oder für die Zufuhr des jeweiligen Mediums besonders geeignet sind, wobei Düsen für flüssige und solche für gasförmige Medien bzw. Spritzdüsen für Chemikalien und Spüldüsen für eine Reinigungsflüssigkeit vorgesehen werden können.
Wieder nach Fig. 1 ist ein den Oberteil der Kammer bildender Teil 13 vorgesehen, der in seiner Schliessstellung den Kammerinnenraum hermetisch abschliesst. Diese Kammerdecke 13 enthält einen Substratträger, der durch Vakuumrillen 14, die mit einer Saugleitung 15 in Verbindung stehen, realisiert ist. Um diesen Substratträger 14,15 ist eine Ringrille 16 vorgesehen, welche über eine Versorgungsleitung 17 mit einem inerten Gas, insbesondere Stickstoff (N2) versorgt wird, so dass die Rückseite eines am Substratträger 14,15 gehaltenen Wafers 18 gegen den Zutritt der Behandlungsmedien geschützt ist.
Gemäss Fig. 4 werden die hohlen Führungsstangen 6,7 in einem Träger 21 gehalten, der sich auf einer Führung 22 abstützt und über eine Antriebseinrichtung 23 hin- und hergehend angetrieben werden kann, so dass die an den Düsen 5 austretenden Behandlungsmedien die Oberfläche des Wafers 18 gleichmässig beaufschlagen. Ein Fenster im Kammerunterteil ermöglicht die Beobachtung des Behandlungsfortschrittes und eine Erfassung dieses Fortschrittes über ein Messsystem 24. Hier kann es sich um ein Laserdistanzmessgerät handeln. Für andere Zwecke kann aber auch eine Fernsehkamera eingebaut werden, um den jeweiligen Prozess zu beobachten. Entsprechende Messeinrichtungen sind an sich Stand der Technik und werden daher nicht näher beschrieben. Die Behandlungskammer kann über Heizeinrichtungen 25 aufgewärmt werden.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Kammer über Mikrowellen zu erwärmen und bzw. oder auch die Behandlungs-, Spül- und Trockenmedien entsprechend temperiert zuzuführen.
Bei der Ausführungsvariante nach Fig. 5 trägt der Kammerunterteil 1 eine Randhalterung 30 für den Wafer 18, so dass beide Seiten dieses Wafers 18 freiliegen, wobei die Waferunterseite gegen den Düsenkamm 2 und die Waferoberseite gegen einen in dem mit Ausnahme der Halterung 30 symmetrisch zum Unterteil 1 ausgebildeten Oberteil 1a angebrachten, ebenfalls über Führungsstangen 31,32 und eine Antriebseinrichtung hin- und herverstellbaren Düsenkamm 2a gerichtet ist. Für diesen Düsenkamm 2a und seine Führungsstangen 31, 32 ist ein Träger 27 vorhanden, der über eine Antriebseinrichtung 28 hin- und hergehend angetrieben wird und sich in Führungen 29 abstützt.
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Besonders mit der Vorrichtung nach Fig. 5 ist ein Behandlungsverfahren einsetzbar, bei dem nur während eines Teiles der Behandlungsschritte die gesamte Kammer mit einer Flüssigkeit, z. B Chemikalien, gefüllt wird. Dabei kann in dieser Flüssigkeit durch synchrones Hin- und Herbewegen der Düsenkämme 2,2a eine Strömung erzeugt werden, die mit hoher Geschwindigkeit über die beiden Waferoberflächen verläuft. Die Vorgänge wurden in Fig. 6 noch einmal angedeutet, wobei die erzeugte Strömung durch Pfeile deutlich gemacht wird. Zusätzlich ist aber eine Unterstützung durch Beaufschlagung der Düsen selbst vorgesehen. Auch die Endtrocknung nach der Chemiebehandlung wird unter Beaufschlagung der Düsen erfolgen.
Um eine besonders gleichmässige Beaufschlagung der Waferoberflächen bei gefüllter Kammer zu erzielen, können die Düsenkämme Leiteinrichtungen für die Flüssigkeit aufweisen.
In allen Fällen können die Reaktionen dadurch beschleunigt bzw. vergleichmässigt werden, dass die Kammer selbst und mit ihr das Substrat oder auch die Düsenkämme durch Ultraschall oder elektromagnetische Einrichtungen in Schwingungen versetzt werden.
PATENTANSPRÜCHE:
1. Vorrichtung zur chemischen Behandlung von scheibenförmigen Halbleiter- und Silizium- substraten, insbesondere Wafern, mit einer schliessbaren Behandlungskammer für je we- nigstens einen auf einem Substratträger (Chuck) gehaltenen Wafer und über Zuführungs- leitungen beschickbaren Auftragsdüsen, nämlich Spritz-, Sprüh-, Spül- oder Blasdüsen zur
Beaufschlagung wenigstens der einen Waferseite mit Flüssigkeiten und bzw. oder Gasen, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftragsdüsen (5) innerhalb der dicht schliessenden Be- handlungskammer (1,13) gemeinsam mit der bzw.
den in der Behandlungskammer ver- laufenden Teilen der Zuführungsleitungen verstellbar angebracht und dabei mehrere Auf- tragsdüsen (5) zu einem Düsenkamm (2,2a) von wenigstens dem Waferdurchmesser ent- sprechender Länge zusammengefasst sind, der über Stelltriebe (23) in seiner Querrichtung relativ zum Wafer über die Waferoberfläche verschiebbar ist, so dass seine an den Kamm- spitzen sitzenden Düsen (5) diese Waferoberfläche in im wesentlichen linearen Parallel- spuren überstreichen, wobei die Behandlungskammer (1,13) wenigstens einen mit einer
Absaugeinrichtung verbundenen Auslass (11,12) für die über die Düsen (5) des Düsen- kammes (2) zugeführten Behandlungsmedien aufweist.