DE10017010C2 - Verfahren zum Be- und Entladen eines Behandlungsbeckens - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beladen eines Behand­ lungsbeckens mit scheibenförmigen Substraten, insbesondere Halbleiterwa­ fern, sowie ein Verfahren zum Entladen von scheibenförmigen Substraten, insbesondere Halbleiterwafern aus einem Behandlungsbecken.

In der Halbleiterindustrie ist es bekannt, daß Halbleiterwafer unterschiedli­ chen Behandlungsschritten unterzogen werden müssen, die zumindest teil­ weise in Behandlungsbecken ablaufen. Während der Behandlung werden die Halbleiterwafer üblicherweise in anhebbaren Waferhaltern aufgenommen, um die Wafer in einer vorbestimmten Ausrichtung in dem Becken zu halten. Die anhebbaren Waferhalter werden ebenfalls zum Be- und Entladen der Wafer verwendet. Derartige Waferhalter besitzen jedoch unterschiedliche Nachteile, wie z. B. ein großes Volumen, was zu großen Behandlungsbecken führt. Dar­ über hinaus besteht die Gefahr, daß beim Herausheben des Waferhalters aus dem Behandlungsbecken an den Kontaktstellen zwischen Wafer und Wafer­ halter Flüssigkeit anhaftet, was die weitere Behandlung der Wafer beeinträch­ tigt. Darüber hinaus stören derartige Waferhalter die Strömungsbedingungen innerhalb des Behandlungsbeckens, was die Homogenität der Substratbe­ handlung beeinträchtigen kann. Ein Beispiel für ein System, bei dem die Halbleiterwafer mit einem Waferhalter in ein Behandlungsbecken eingebracht und aus diesem herausgehoben werden ist in dem US-Patent Nr. 5,370,142 dargestellt.

Bei einer weiteren Art Behandlungsbecken sind in den Seitenwänden des Beckens Führungsschlitze zur Aufnahme und Führung von Halbleiterwafern vorgesehen. Um in Vertikalrichtung eine Unterstützung der Wafer vorzusehen ist ein in der Regel mittig angeordnetes Hubelement in Form einer messerar­ tigen Leiste vorgesehen, mit der die Wafer im Becken abgesenkt und angeho­ ben werden. Zum Be- und Entladen eines derartigen Behandlungsbeckens ist eine Transporthaube mit Führungsschlitzen vorgesehen, die den Führungs­ schlitzen in dem Behandlungsbecken entsprechen. Ein Verriegelungsmechamechanismus innerhalb der Haube ist in der Lage die Wafer in der Haube zu fixieren. Beim Beladen des Behandlungsbeckens wird die zuvor mit Wafern bestückte Haube über das Becken gefahren, und das Hubelement wird ange­ hoben und in Kontakt mit den Wafern gebracht. Anschließend wird die Verrie­ gelung gelöst und das Hubelement abgesenkt, wobei die Wafer zunächst durch die Führungsschlitze in der Haube und anschließend durch die Füh­ rungsschlitze in dem Becken geführt sind. Ein Beispiel für ein derartiges Sy­ stem ist in der auf dieselbe Anmelderin zurückgehenden DE-A-196 52 526 dargestellt.

Bei diesem System ergibt sich der Nachteil, daß zunächst die Haube beladen werden muß, um anschließend das Behandlungsbecken zu beladen. Ferner muß die Haube nach dem Entladen des Behandlungsbeckens wiederum selbst entladen werden, was den Handhabungsaufwand des Behandlungssy­ stems erheblich erhöht. Der Aufbau der Haube ist ferner relativ groß und auf­ wendig. Darüber hinaus ergibt sich bei der Haube das Problem, daß sich aus dem Behandlungsbecken aufsteigende Gase in der Haube sammeln und an den Seitenwänden der Haube niederschlagen. Eine im Behandlungsablauf notwendige Handhabung von mit Behandlungsflüssigkeit benetzten Substra­ ten ist mit der Haube nicht möglich, da die Behandlungsflüssigkeit dabei auch die Haube selbst und die darin angebrachten Führungsschlitze benetzt. Durch den Aufbau der Haube kann die Behandlungsflüssigkeit nicht aus der Haube entfernt werden. Dies führt zu Verunreinigungen der Wafer und/oder nachfol­ gender Behandlungsbereiche.

Die DE-A-196 37 875 zeigt eine Anlage zur Naßbehandlung von Substraten in einem ein Behandlungsfluid enthaltenen Behälter. Bei dieser Anlage werden die Substrate mit einem Substratträger in dem Behälter eingesetzt. Beim Her­ ausfahren erfolgt eine Ausrichtung und Zentrierung der Substrate im Behälter durch eine im Behälter vorgesehene Substrataufnahmevorrichtung. Beim Her­ ausfahren werden die Substrate in eine über den Behälter gebrachte Haube mit seitlichen Führungsschlitzen hinein bewegt, wobei die seitlichen Führungsschlitze in der Haube mit Führungsvorrichtungen der Substrataufnahme­ vorrichtung ausgerichtet sind.

Aus der JP-A-052 706 60 ist ferner eine Wafer-Reinigungsvorrichtung be­ kannt, bei der die Wafer mit einem Wafergreifer in einen mit Behandlungsfluid gefüllten Behälter eingesetzt werden. Der Waferhalter wird mit den Wafern in den Behandlungsbehälter eingeführt und die Wafer werden an eine stationäre im Behandlungsbehälter vorgesehene Aufnahme übergeben, indem der Grei­ fer geöffnet wird. Während der Behandlung wird der Greifer aus dem Be­ handlungsbecken heraus bewegt. Eine Entnahme der Wafer erfolgt in umge­ kehrter Weise.

Ferner sei auf die JP 05 338 794 verwiesen, die einen Wafergreifer mit zwei gegenüberliegenden Greifarmen mit Führungen zur Aufnahme der Wafer auf­ weist. Die Führungen in den Greifarmen sind aus einem Material, das weicher ist als das der Wafer, um zu verhindern, daß die Substrate durch eine Rei­ bung zwischen den Führungen und den Substraten beschädigt werden.

Ausgehend von dem oben genannten Stand der Technik liegt der vorliegen­ den Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Handhabung von Substraten, insbe­ sondere das Be- und Entladen von scheibenförmigen Substraten in ein Be­ handlungsbecken hinein bzw. aus dem Behandlungsbecken heraus zu ver­ einfachen und die Gefahr von Verunreinigungen der Substrate zu verringern.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren zum Beladen eines Behandlungsbeckens mit scheibenförmigen Substraten, insbesondere Halbleiterwafern, mit folgenden Verfahrensschritten gelöst: Ergreifen der Substrate mit einem Greifer der wenigstens zwei gegenüberliegende Greifelemente mit zueinander weisenden Aufnahmeschützen aufweist; Positionieren der Sub­ strate oberhalb des Behandlungsbeckens, derart, daß die Substrate zu Füh­ rungsschlitzen innerhalb des Behandlungsbeckens ausgerichtet sind; Absen­ ken des Greifers zum teilweisen Absenken der Substrate in das Behand­ lungsbecken, bis die Substrate ein angehobenes Substrat-Hubelement im Be­ handlungsbecken kontaktieren; teilweises Auseinanderbewegen der Greifele­ mente in eine Stellung, in der die Substrate nicht mehr gehalten werden je­ doch in den Aufnahmeschlitzen geführt sind; weiteres Absenken der Substrate in das Behandlungsbecken durch Absenken des Hubelementes. Bei diesem Verfahren kann auf einfache Weise ein Behandlungsbecken mit seitlichen Führungsschlitzen direkt durch einen Substratgreifer beladen werden. Da die Greifelemente des Substratgreifers so gesteuert werden, daß sie eine Füh­ rung der Substrate beim Absenken in das Behandlungsbecken durch das Hu­ belement vorsehen, wird die Gefahr eines Verkantens und einer Beschädi­ gung der Substrate verhindert. Der Greifer kann einfach aufgebaut sein, und dadurch, daß keine geschlossene Haube mit Seitenwänden vorgesehen ist, wird die Gefahr einer Verunreinigung der Wafer stark reduziert.

Um eine möglichst lange Führung der Substrate durch den Greifer zu ge­ währleisten, folgen die Greifelemente vorzugsweise der Kontur der Substrate. Für einen möglichst nahtlosen Übergang zwischen der Führung durch die Greifelemente und die Führung durch die Führungsschlitze innerhalb des Beckens, werden die Greifelemente auf eine Oberkante des Beckens oder in eine Position direkt oberhalb der Kante abgesenkt.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auch bei einem Verfahren zum Entladen von scheibenförmigen Substraten, insbesondere Halbleiterwafern, aus einem Behandlungsbecken mit einem Substrat-Hubelement und Führungsschlitzen im Becken dadurch gelöst, daß ein Greifer, der wenigstens zwei gegenüber­ liegende Greifelemente mit zueinander weisenden Aufnahmeschlitzen auf­ weist, oberhalb des Behandlungsbeckens derart positioniert wird, daß die Führungsschlitze im Becken und die Aufnahmeschlitze in den Greifelementen zueinander ausgerichtet sind; die Substrate angehoben und in die Aufnahme­ schlitze der Greifelemente eingeführt werden; die Greifelement zum Ergreifen der Substrate aufeinander zu bewegt werden; und die Substrate anschließend durch Anheben des Greifers aus dem Behandlungsbecken herausgehoben werden. Bei diesem Entladeverfahren kann ein Greifer mit einer einfachen Form verwendet werden, der wiederum keine großen Flächen aufweist, an denen Verunreinigungen anhaften, die auf die Substrate übertragen werden könnten.

Um eine möglichste frühe Führung der Substrate beim Anheben derselben durch das Substrat-Hubelement vorzusehen, folgen die Greifelemente der Kontur der Substrate. Vorzugsweise werden die Greifelemente während des Anhebens der Substrate auf oder kurz oberhalb einer Oberkante des Be­ handlungsbeckens positioniert. Für einen sicheren Halt der Substrate greift der Greifer die Substrate vorzugsweise unterhalb ihrer Mittellinie.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbei­ spiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Wafer- Behandlungsvorrichtung, wobei zur Vereinfachung der Darstel­ lung bestimmte Bauteile weggelassen sind;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Substratgreifers, der beim Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird;

Fig. 3 eine schematische Darstellung von Schlitzen in Zahnstangen des Substratgreifers;

Fig. 4, 5 und 6 unterschiedliche Verfahrensschritte beim Beladen eines Halbleiterwafers in ein Behandlungsbecken.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum Behandeln von Halbleiterwafern. Die Vorrichtung weist eine Waferhandhabungsvorrichtung 3 mit einem Greifer 5 auf, der am besten in Fig. 2 zu erkennen ist.

Der Greifer 5 wird durch zwei im wesentlichen horizontal angeordnete Zahn­ stangen 7, 8 gebildet, die über jeweilige Arme 10, 11 an drehbaren Wellen, 13, 14 befestigt sind. Die Zahnstangen 7 weisen Aufnahmeschlitze 15 zur Aufnahme und Führung von Halbleiterwafern 20 auf. Die Aufnahmeschlitze 15 der Zahnstangen 7 und 8 weisen zueinander und weisen einen Führungs- und Zentrierbereich 16 sowie einen Haltebereich 17 auf, wie am besten in Fig. 3 zu erkennen ist. Der Führungs- und Zentrierbereich 16 weist schräge, aufein­ ander zu laufende Oberflächen 18 auf, auf denen die Halbleiterwafer ent­ langgleiten können, um eine Zentrierung bezüglich der Aufnahmeschlitze 15 zu erreichen. Der Haltebereich 17 schließt direkt an den Führungs- und Zen­ trierbereich 16 an, und zwar an dem Punkt, wo die schrägen Oberflächen 18 am nächsten zueinander liegen. Der Haltebereich 17 weist ebenfalls schräge, aufeinander zu laufende Oberflächen 19 auf. Die schrägen Oberflächen 19 laufen mit einem spitzeren Winkel aufeinander zu, wie die schrägen Flächen 18. Im Haltebereich der Aufnahmeschlitze wird eine enge und genaue Füh­ rung sowie ein sicherer Halt der Wafer 20 sichergestellt. Über eine Drehung der jeweiligen Wellen 13, 14 sind die Zahnstangen 7, 8 aufeinander zu und voneinander weg bewegbar, wie nachfolgend noch näher beschrieben wird.

Zur Drehung der Wellen 13, 14 ist eine Antriebseinheit 22 vorgesehen, die am besten in Fig. 1 zu erkennen ist. Der Greifer 5 ist ferner vertikal und hori­ zontal bewegbar, und zwar über entsprechende Bewegungsmechanismen die an einer vertikal verlaufenden Schiene 24 bzw. an einer horizontal verlaufen­ den Führungsschiene 26 angeordnet sind. Die Vorrichtung 1 weist mehrere Behandlungsbecken auf, die zur Vereinfachung der Darstellung in Fig. 1 nicht gezeigt sind.

Die Fig. 4 bis 6 zeigen jedoch schematisch Behandlungsbecken 28. Die Behandlungsbecken sind über nicht dargestellte Leitungen mit einem Be­ handlungsfluid befüllbar.

An gegenüberliegenden Innenwänden des Behandlungsbeckens 28 sind sich in den Innenraum des Beckens erstreckende Führungsvorsprünge 30, 31 vorge­ sehen, die dazwischen Führungsschlitze zur Aufnahme und Führung der Halbleiterwafer bilden. Innerhalb des Beckens 28 befindet sich ferner ein Hu­ belement 33 in der Form eines messerartigen Stegs, der in Vertikalrichtung verschiebbar getragen ist. In Fig. 1 sind vertikale Führungsschienen 35 für zwei, in unterschiedlichen Behandlungsbecken angeordnete Hubelemente 33 dargestellt.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung 1 weist eine über den nicht dargestell­ ten Behandlungsbecken plazierbare Haube 36 auf, die über geeignete verti­ kale und horizontale Führungsschienen der Vorrichtung beweglich ist. Die Haube 36 wird eingesetzt, wenn die Wafer nach einer Behandlung in einem der Becken gemäß dem Marangoni-Verfahren getrocknet wird.

Die Bewegung des Greifers 5 bzw. der Haube 36 erfolgt über geeignete An­ triebseinheiten wie z. B. Servomotoren 37.

Anhand der Fig. 4 bis 6 wird nachfolgend das erfindungsgemäße Beladen des Behandlungsbeckens 28 mit Halbleiterwafern 20 beschrieben.

Zunächst wird eine Vielzahl von Halbleiterwafern 20 durch den Greifer 5 er­ griffen. Dabei sind die Wafer 20 in den Haltebereichen 17 der Aufnahme­ schlitze 15 der Zahnstangen 7, 8 aufgenommen und seitlich geführt.

Anschließend wird der Greifer 5 so über das Behandlungsbecken 28 gefah­ ren, das die Wafer 20 mit zwischen den Führungselementen 30, 31 ausgebil­ deten Führungsschlitzen ausgerichtet sind. Anschließend wird der Greifer 5 in die in Fig. 4 dargestellte Position abgesenkt, in der die Zahnstangen 7, 8 kurz oberhalb einer Oberkante des Behandlungsbeckens 28 angeordnet sind. Dabei werden die Wafer 20 teilweise in das Behandlungsbecken 28 einge­ führt. Das Hubelement 33 befindet sich in einer angehobenen Position und kontaktiert die Wafer 20 an einem unteren Punkt.

Nun werden die Zahnstangen 7, 8 durch Drehen der jeweiligen Wellen 13, 14 voneinander weg bewegt, so daß sich die Wafer 20 aus den Haltebereichen 17 der Aufnahmeschlitze 15 heraus bewegen und somit nicht mehr durch den Greifer 5 gehalten werden sondern mit ihrem gesamten Gewicht auf dem Hu­ belement 3 aufliegen. Dabei werden die Zahnstangen 7, 8 jedoch nur soweit auseinander bewegt, daß die Wafer 20 noch in den Führungs- und Zentrierbe­ reichen 16 der Aufnahmeschlitze 15 aufgenommen und geführt sind.

Anschließend wird das Hubelement 33 abgesenkt, wodurch auch die Wafer 20 in das Behandlungsbecken 28 abgesenkt werden. Fig. 5 zeigt eine beispiel­ hafte Zwischenposition des Hubelements 33 während des Absenkvorgangs. Wie in Fig. 4 gut zu erkennen ist, sind die Wafer 20 noch immer durch die Zahnstangen 7, 8 geführt. Gleichzeitig sind die Wafer 20 jedoch auch schon durch die zwischen den Führungsvorsprüngen 30, 31 gebildeten Führungs­ schlitze geführt.

Fig. 6 zeigt eine vollständig abgesenkte Position der Wafer 20, in der sie auf dem Hubelement 33 aufliegen und nur durch die Führungsvorsprünge 30, 31 im Behandlungsbecken geführt sind.

Obwohl dies in den Figuren nicht dargestellt ist, kann der Greifer 5 sobald die Wafer 20 durch die Führungsvorsprünge 30, 31 im Becken 28 geführt sind noch weiter aufschwenken und aus dem Bereich des Behandlungsbeckens weg bewegt werden, um beispielsweise ein weiteres Behandlungsbecken zu beladen bzw. zu entladen.

Beim Absenken des Hubelements 33 ist es möglich, die Zahnstangen 7, 8 derart zu steuern, daß sie der Kontur der Wafer 20 folgen, d. h. daß die Zahn­ stangen 7, 8 entsprechend der Waferkontur aufeinander zu oder voneinander weg bewegt werden. Hierdurch wird eine besonders lange Führung beim Ab­ senken der Wafer durch die Zahnstangen 7, 8 vorgesehen. Daher können die Führungselemente 30, 31 innerhalb des Behandlungsbeckens 28 auf ein Minimum reduziert werden, was die Strömungsverhältnisse im Becken verbes­ sert.

Das Entladen des Behandlungsbeckens 28 erfolgt in umgekehrter Weise zum Beladen. So wird zunächst der Greifer 5 in die in Fig. 6 gezeigte Position oberhalb des Beckens 28 bewegt, wobei die Führungsbereiche 16 der Auf­ nahmeschlitze 15 der Zahnstangen 7, 8 mit den Führungsschlitzen in dem Be­ handlungsbecken ausgerichtet sind. Anschließend werden die Wafer über das Hubelement 33 angehoben und in die Führungsbereiche 16 aufgenommen, wobei aufgrund der konisch ausgestalteten Führungsflächen eine Zentrierung der Wafer 20 zu den Aufnahmeschlitzen 15 der Zahnstangen 7, 8 erfolgt, wie in Fig. 4 dargestellt ist. Wenn die Wafer so weit angehoben sind, daß die Zahnstangen 7, 8 in einer vorbestimmten Position, beispielswei­ se unterhalb einer Mittellinie der Wafer 20 liegen, werden sie aufeinander zu bewegt, um die Wafer 20 in die Haltebereiche 17 der Aufnahmeschlitze ein­ zuführen und zu ergreifen, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Abschließend wird der Greifer 5 angehoben um die Wafer 20 vollständig aus dem Becken 28 herauszuheben.

Die Erfindung wurde zuvor anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben, ohne jedoch auf die speziell dargestellte Ausführungsform be­ schränkt zu sein. Insbesondere kann die Form des Greifers 5 von der darge­ stellten Form abweichen. Beispielsweise ist es nicht notwendig, daß die Zahnstangen 7, 8 über die Wellen 13, 14 und die Verbindungsarme 10, 11 verschwenkt werden. Vielmehr ist es auch möglich, die Zahnstangen 7, 8 li­ near aufeinander zu und voneinander weg zu bewegen.

Claims (9)

1. Verfahren zum Beladen eines Behandlungsbeckens mit scheibenförmi­ gen Substraten, insbesondere Halbleiterwafern, mit folgenden Verfah­ rensschritten:

• - Ergreifen der Substrate mit einem Greifer, der wenigstens zwei ge­ genüberliegende Greifelemente mit zueinander weisenden Aufnah­ meschlitzen aufweist;
• - Positionieren der Substrate oberhalb des Behandlungsbeckens, der­ art, daß die Substrate zu Führungsschlitzen innerhalb des Behand­ lungsbeckens ausgerichtet sind;
• - Absenken des Greifers zum teilweisen Absenken der Substrate in das Behandlungsbecken, bis die Substrate ein angehobenes Sub­ strat-Hubelement im Behandlungsbecken kontaktieren;
• - teilweises auseinander Bewegen der Greifelemente in eine Stellung in der die Substrate nicht mehr gehalten werden jedoch in den Auf­ nahmeschlitzen geführt sind;
• - weiteres Absenken der Substrate in das Behandlungsbecken durch Absenken des Hubelements.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim weite­ ren Absenken der Substrate die Greifelemente der Kontur der Substrate folgen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Greifelemente auf eine Oberkante des Beckens oder in eine Position di­ rekt oberhalb der Oberkante abgesenkt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Substrate beim Greifen zu den Aufnahmeschlitzen zentriert werden.

5. Verfahren zum Entladen von scheibenförmigen Substraten, insbesonde­ re Halbleiterwafern, aus einem Behandlungsbecken mit einem Substrat- Hubelement und Führungsschlitzen im Becken, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte aufweist:

• - Positionieren eines Greifers, der wenigstens zwei gegenüberliegende Greifelemente mit zueinander weisenden Aufnahmeschlitzen auf­ weist, oberhalb des Behandlungsbeckens, derart, daß die Führungs­ schlitze im Becken und die Aufnahmeschlitze in den Greifelementen zueinander ausgerichtet sind;
• - Anheben der Substrate durch das Substrat-Hubelement und Einfüh­ ren in die Aufnahmeschlitze der Greifelemente;
• - Bewegen der Greifelemente aufeinander zu, um die Substrate zu er­ greifen;
• - Herausheben der Substrate aus dem Behandlungsbecken durch An­ heben des Greifers.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Greife­ lemente beim Anheben der Substrate durch das Substrat-Hubelement der Kontur der Substrate folgen.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Greifelemente während des Anhebens der Substrate auf oder kurz oberhalb einer Oberkante des Behandlungsbeckens positioniert wer­ den.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Greifer die Substrate unterhalb ihrer Mittellinie ergreift.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Substrate beim Einführen in die Aufnahmeschlitze zu den Auf­ nahmeschlitzen zentriert werden.