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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Behandeln von flachen, zerbrechlichen
Substraten, insbesondere für
die Halbleiter- und Solarindustrie, mit
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einer Behandlungskammer, in welcher die Substrate mit einer Behandlungsflüssigkeit
beaufschlagt werden können;
- b) einer Transporteinrichtung, mit welcher die Substrate im
horizontalen Durchlauf durch die Behandlungskammer geführt werden
können;
- c) mindestens einer Seitenführungseinrichtung, die
an voneinander abweisenden, im wesentlichen parallel zu einer Förderrichtung
ausgerichteten Außenkanten
der Substrate angreift.
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In
der Halbleiter- und Solarindustrie finden sich häufig sehr flache Substrate,
wie beispielsweise Siliziumscheiben (Wafer), Siliziumplatten und
Glasplatten, die den unterschiedlichsten Arten von Naßprozessen
unterzogen werden müssen.
Dabei handelt es sich beispielsweise um chemische und elektrochemische
Behandlungen, Spül- und Trocknungsprozesse.
Die Behandlungsflüssigkeit
kann sowohl in einem Sprüh-
als auch in einem Tauchverfahren aufgebracht werden. Substrate der
genannten Art sind sehr bruchempfindlich und müssen daher auf eine sehr schonende
Art durch die Behandlungskammer(n) befördert werden. Zu diesem Zweck
ist eine Transporteinrichtung vorgesehen, die eine Vielzahl von
Transportrollen aufweist. Die Transportrollen sind an teilweise
angetriebenen, im wesentlichen horizontal ausgerichteten Achsen
drehfest angebracht und ermöglichen
die Förderung
der Substrate in einer Förderrichtung.
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Weiterhin
ist eine Seitenführungseinrichtung vorgesehen,
die dazu dient, die vorzugsweise rechteckig ausgeführten Substrate
in der von der Transporteinrichtung vorgegebenen Förderrichtung
auszurichten. Eine Ausrichtung der Substrate ist typischerweise
so vorgesehen, daß voneinander
abweisende Außenkanten
der Substrate im wesentlichen parallel zur Förderrichtung ausgerichtet werden.
Die Außenkanten,
die mit der Seitenführungseinrichtung
in Wirkverbindung treten, sind üblicherweise
die längsten
Außenkanten
der Substrate.
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Bei
einer aus der
DE 10 2006
033 354 bekannten Vorrichtung zum Behandeln von flachen, zerbrechlichen
Substraten sind jeweils gegenüberliegend
angeordnete, konusabschnittsförmige
Seitenführungsrollen
vorgesehen, die eine Ausrichtung der Substrate in der Förderrichtung
gewährleisten
sollen. Die Seitenführungsrollen
sind auf im wesentlichen horizontal ausgerichteten, rotierenden
Achsen drehfest angebracht. Die Substrate kommen während des Transports
in Förderrichtung
im Normalfall mit der kreisrunden Stirnfläche der konusabschnittsförmigen Seitenführungsrollen
in Berührung.
Somit kommt es zwischen den zu fördernden
Substraten und den Seitenführungsrollen
zu einer Überlagerung
translatorischer und rotatorischer Relativbewegung, wobei Reibungskräfte auftreten
können,
die in einem Winkel zu der Förderrichtung
ausgerichtet sein können
und somit die Gefahr einer Beschädigung
der Außenkanten der
Substrate hervorrufen können.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs
genannten Art zu schaffen, bei der mit einfachen Mitteln eine schonende
Seitenführung
der Substrate möglich
ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
daß die
Seitenführungseinrichtung
zylindrische, drehbar gelagerte Führungsrollen aufweist.
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Die
Erfindung fußt
auf der Erkenntnis, daß Brüche oder
Abplatzungen an den Außenkanten
der Substrate häufig
durch die Überlagerung
mehrerer Relativbewegungen zwischen den Außenkanten der Substrate und
den bekannten Seitenführungsrollen hervorgerufen
werden. Zudem können
Beschädigungen
des Substrats bei Schwankungen eines Flüssigkeitsspiegels der Behandlungsflüssigkeit
in der Behandlungskammer auftreten, bei denen das Substrat nach
oben verdrängt
wird. Dadurch kann es mit der Außenkante auf die konusabschnittsförmige Oberfläche der
Seitenführungsrollen
gelangen. Bei einem anschließenden
Herabrutschen des Substrats auf die Transportrollen, die zur Förderung
der Substrate vorgesehen sind, können
Beschädigungen
auftreten. Durch Verwendung von zylindrisch ausgeführten Seitenführungsrollen
wird einerseits eine reine Abwälzbewegung
zwischen den Außenkanten
der Substrate und der Oberfläche
der drehbar gelagerten Seitenführungsrollen
hervorgerufen. Gegebenenfalls auftretende Reibungskräfte sind
dabei parallel zur Förderrichtung
ausgerichtet. Weiterhin wird durch die zylindrisch gestalteten Seitenführungsrollen
verhindert, daß bei
einem Abheben des Substrats von den Transportrollen zusätzliche
Kraftkomponenten in vertikaler Richtung durch ein Aufliegen des
Substrats, beispielsweise an konusabschnittsförmigen Oberflächen von
Seitenführungsrollen,
auftreten.
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Eine
Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß Rotationsachsen der Seitenführungsrollen
zumindest im wesentlichen normal zu einer von Transportrollen bestimmten
Förderebene
ausgerichtet sind. Die Substrate liegen auf Transportrollen auf,
die eine vorzugsweise im wesentlichen parallel zu einem Flüssigkeitsspiegel
der Behandlungsflüssigkeit
ausgerichtete Förderebene
bestimmen und die die Substrate in der Förderrichtung transportieren.
Bei einer solchen Ausrichtung der Rotationsachsen der Seitenführungsrollen
findet eine reine Abwälzbewegung zwischen
den Außenkanten
der Substrate und den Seitenführungsrollen
mit einer geringen Rollreibung statt.
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Bei
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Seitenführungsrollen
mittels Wälzlagern,
insbesondere Kugellagern, drehbeweglich an Lagerzapfen angebracht.
Durch die Verwendung von Wälzlagern,
insbesondere Kugellagern, kann eine besonders vorteilhafte, sehr
geringe Rollreibung zwischen den Seitenführungsrollen und den ortsfest
an der Transporteinrichtung vorgesehenen Lagerzapfen verwirklicht
werden. Damit kann auch ein Bewegungswiderstand für die Substrate,
der durch die Abwälzbewegung
mit den Seitenführungsrollen
hervorgerufen wird, gering gehalten werden.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Wälzlager
aus zumindest einem Kunstoffmaterial aufgebaut sind, das beständig, insbesondere
inert, gegenüber
der Behandlungsflüssigkeit
ist. Durch die Verwendung von Kunstoffmaterialien für die Wälzlager,
insbesondere für
die Wälzkörper und
gegebenenfalls vorgesehene Außen- und/oder Innenringe
der Kugellager, kann eine kostengünstige Herstellung der Wälzlager
sowie eine vorteilhafte Verträglichkeit
mit den typischerweise aggressiven Behandlungsflüssigkeiten erreicht werden. Besonders
vorteilhaft ist die Verwendung von Kunstoffmaterialien, die inert
gegenüber
der Behandlungsflüssigkeit
sind. Derartige Kunststoffmaterialien werden weder von der Behandlungsflüssigkeit
angegriffen, noch führen
sie zu unerwünschten
Reaktionen mit der Behandlungsflüssigkeit.
Als geeignete Kunstoffmaterialien kommen insbesondere Polytetrafluorethylen
(PTFE) und Polyetereterketon (PEEK) in Frage.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß sich die
Seitenführungseinrichtung vollständig über einen
gesamten Transportweg der Substrate in der Behandlungskammer erstreckt und/oder
die Führungsrollen
jeweils paarweise gegenüberliegend
in Reihen längs
der Förderrichtung angeordnet
sind. Durch eine Erstreckung der Seitenführungseinrichtung über den
gesamten Transportweg der Substrate kann gewährleistet werden, daß die Substrate
in der Behandlungskammer ausreichend geführt werden und nicht verkanten,
so daß Beschädigungen
vermieden werden können.
Durch eine paarweise gegenüberliegende
Anordnung der Seitenführungsrollen
in Reihen längs
der Förderrichtung
kann eine symmetrische Krafteinleitung auf die Substrate gewährleistet
werden, so daß ein
Verkippen oder Verkanten der Substrate vermieden werden kann.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest eine Gegenhalteeinrichtung
vorgesehen, welche an der nach oben zeigenden Seite der Substrate
angreift, um deren Abheben von der Transporteinrichtung zu verhindern.
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Die
bekannten Horizontal-Durchlauf-Galvanikanlagen, wie sie für die Leiterplattengalvanik
verwendet werden, sind für
den Einsatz bei den hier angesprochenen Substraten nicht verwendbar.
Im Gegensatz zu Leiterplatten weisen Substrate der eingangs genannten
Art nur eine geringe Elastizität
auf, so daß bereits
bei Aufbringen geringer Kräfte
eine erhebliche Bruchgefahr besteht. Um dennoch gewährleisten
zu können,
daß die
Substrate in geordneter Weise durch die Behandlungskammer transportiert werden
können,
weist die Vorrichtung zum Behandeln der flachen, zerbrechlichen
Substrate eine Gegenhalteeinrichtung auf. Diese verhindert, daß die Substrate
bedingt durch den Auftrieb in der Behandlungsflüssigkeit von der Transporteinrichtung
abgehoben werden.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Substrate
in einer Mehrzahl von zueinander parallelen Spuren durch die Behandlungskammer
geführt
werden. Dadurch kann eine große
Anzahl von Substraten mit einer vorteilhaft angepaßten, insbesondere
geringen, Geschwindigkeit durch die Behandlungskammer geführt werden.
Um bei einer einspuringen Führung
der Substrate eine identische oder ähnliche Stückzahl pro Zeiteinheit durch
die Behandlungskammer führen
zu können, ohne
eine Behandlungsdauer für
die Substrate zu verkürzen,
müßte eine
höhere
Fördergeschwindigkeit
gewählt
werden und die Behandlungskammer müßte länger ausgeführt werden. Somit kann durch eine
parallele Führung
in mehreren Spuren eine schonende Fördergeschwindigkeit für die Substrate und
eine kompakte Größe der Behandlungskammer verwirklicht
werden.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert; es
zeigen
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1 in
einer schematischen Seitenansicht eine Vorrichtung zur galvanischen
Verstärkung
von auf einem Siliziumsubstrat aufgebrachten metallischen Leiterzügen;
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2 einen
vertikalen Schnitt durch eine mit zylindri schen Seitenführungsrollen
und mit einer ersten Ausführungsform
einer Gegenhalteeinrichtung versehene Vorrichtung gemäß der 1 senkrecht zu
deren Zeichenebene;
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3 einen
vertikalen Schnitt durch eine mit zylindrischen Seitenführungsrollen
und mit einer zweiten Ausführungsform
einer Gegenhalteeinrichtung versehene Vorrichtung gemäß der 1 senkrecht
zu deren Zeichnungsebene;
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4 einen
Ausschnitt der Vorrichtung gemäß der 2 oder 3 ohne
Darstellung der Gegenhalteeinrichtung in einer Draufsicht.
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Als
Beispiel für
eine "Behandlung" im hier interessierenden
Sinne wird nachfolgend ein Anwendungsfall aus der Solarindustrie
geschildert:
Zur Herstellung von Solarzellen werden etwa 0,2
mm dicke Siliziumplatten eingesetzt, die auf derjenigen Seite, die
später
die "sonnenaktive" Seite wird, aufgedampfte
oder siebgedruckte dünne
metallische elektrische Leiterzüge
aufweist. Diese müssen
galvanisch auf eine Schichtstärke
von 1–20
Mikrometern verstärkt
werden. Bei dem Verstärkungsmaterial kann
es sich um Kupfer, Zinn, Silber oder Gold handeln. Auf der gegenüberliegenden
Seite des Substrates befinden sich die hierfür erforderlichen Kontaktflächen, beispielsweise
in Form von Kontaktstreifen und/oder Kontaktfenstern, die elektrisch
mit den aufgedampften oder siebgedruckten elektrischen Leiterzügen auf
der "sonnenaktiven" Seite in Verbindung stehen.
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Die 1 zeigt
eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnete
Vorrichtung, mit welcher die aufgedampf ten Leiterbahnen derartiger
Siliziumsubstrate verstärkt
werden können.
In 1 sind drei Siliziumsubstrate dargestellt und
mit den Bezugszeichen 2a, 2b und 2c gekennzeichnet.
Diese Siliziumsubstrate 2a, 2b, 2c werden
mit Hilfe eines eine Mehrzahl von angetriebenen Rollen 3a, 3b, 3c 3d aufweisenden
Rollentransportsystemes durch eine galvanische Badflüssigkeit 14 hindurchgeführt. Die
Förderrichtung
ist durch den Pfeil 4 angedeutet. Der Spiegel 16 der
galvanischen Badflüssigkeit 14 liegt
knapp, 0,1 bis 10 Millimeter, oberhalb der Oberseite der Siliziumsubstrate 2a, 2b, 2c.
Die Siliziumsubstrate 2a, 2b, 2c tauchen
also beim Durchgang durch das galvanische Bad vollständig in
die Badflüssigkeit 14 ein.
Die "sonnenaktive" Seite weist dabei nach
unten, während
die die Kontaktflächen
aufweisende Seite der Siliziumsubstrate 2a, 2b, 2c nach oben
zeigt.
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Entlang
und unterhalb des Bewegungsweges der Siliziumsubstrate 2a, 2b, 2c erstreckt
sich eine plattenförmige
Anode 5, die mit dem Pluspol einer nicht dargestellten
Galvanisierungsstromquelle verbunden ist. Handelt es sich bei dem
Verstärkungsmetall
um Kupfer, Zinn oder Silber, so können lösliche, sich verbrauchende
Anoden 5 eingesetzt werden. Handelt es sich jedoch um ein
Goldbad, so wird mit unlöslichen
Anoden 5 gearbeitet.
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Auf
der den Transportrollen 3a, 3b, 3c, 3d gegenüberliegenden
Seiten der Siliziumsubstrate 2a, 2b, 2c sind
Gegenrollen 7a, 7b, 7c 7d angeordnet. Diese
Gegenrollen 7a, 7b, 7c, 7d dienen
zwei Funktionen: Zum einen stellen sie diejenigen Führungseinrichtungen
dar, welche die Siliziumsubstrate 2a, 2b, 2c sanft
nach unten drücken
und so unterhalb des Spiegels 15 der Badflüssigkeit 12 halten.
Zum anderen dienen die Gegenrollen 7a, 7b, 7c als
Kontakteinrichtungen, mit denen die Kontaktflächen der Siliziumsubstrate 2a, 2b, 2c und
damit die auf der Unterseite aufgedampften oder siebgedruckten Leiterzüge in nicht
näher interessierender
Weise elektrisch in Verbindung mit dem Minuspol der nicht dargestellten
Galvanisierungsstromquelle verbunden werden können.
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Wie
insbesondere den 2 und 3 zu entnehmen
ist, besitzt die Anlage 1 zwei parallele "Spuren", in denen jeweils
nebeneinander Siliziumsubstrate 2 durch die Behandlungsflüssigkeit 14 geführt werden
können.
Jede dieser Spuren besitzt eine Vielzahl von Transportrollen 3,
die paarweise einander gegenüberliegend
und innerhalb des Paares durch eine Achse 6 miteinander
verbunden sind. Seitlich außerhalb
der Transportrollen 3 befinden sich Seitenführungsrollen 20,
die eine zylindrische Form aufweisen. Die Substrate 2 liegen
mit ihrer Unterseite auf den Transportrollen 3 randseitig
auf. Die Transportrollen 3 sind mit die Reibung verbessernden
O-Ringen 21 in ihren Umfangsflächen versehen.
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2 zeigt
ferner, daß jeder "Spur" der Anlage 1 jeweils
ein Satz von Gegenrollen 7 zugeordnet ist. Die in Transportrichtung 4 auf
derselben "Höhe" befindlichen Gegenrollen 7 der
verschiedenen Spuren sitzen auf einer gemeinsamen Welle 22 und
zwar in solchen axialen Positionen, daß sie jeweils etwa in der Mitte
zwischen den beiden Transportrollen 3 auf der Oberseite
der Siliziumsubstrate abrollen könnnen.
Die Welle 22 ist beidseits in Lagern 23 gelagert. Sie
dient nicht nur der Halterung der Gegenrollen 7, sondern
auch der Stromzuführung
zu diesen.
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Die
Welle 22 ist durch Wahl ihres Materials und durch die Wahl
ihrer Geometrie flexibel ausgestaltet. D. h., daß sich die Welle 22 bereits
unter kleinen Kräften
ausbiegen kann. Dies hat zur Folge, daß die vertikale Position zweier
auf derselben Welle 22 liegender Gegenrollen 7,
wie in 2 dargestellt, nicht dieselbe zu sein braucht.
Befindet sich beispielsweise die Oberseite des in 2 rechts
dargestellten Siliziumsubstrates 2 geringfügig höher als
die Oberseite des links dargestellten Siliziumsubstrates 2,
so kann unter einer gewissen elastischen Verformung der Welle 22 die
rechts dargestellte Gegenrolle 7 nach oben ausweichen,
während
die links dargestellte Gegenrolle 7 in Anlage an der Oberseite
des zugeordneten Siliziumsubstrates 2 bleibt. Auf diese Weise
ist es möglich,
die Siliziumsubstrate 2 auch bei geometrischen Abweichungen
voneinander schonend durch die Behandlungsflüssigkeit 14 zu führen, so
daß ein
Brechen der Siliziumsubstrate 2 ausgeschlossen ist. Als
Durchmesser der Welle 22 kommt ein Bereich zwischen etwa
1 und etwa 4 mm in Betracht, wenn sie aus Metall, insbesondere Edelstahl, gefertigt
ist.
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Die
zylindrisch ausgeführten
Seitenführungsrollen 20 sind
für eine
Führung
der auf den Transportrollen 3 geförderten Substrate 2 ausgebildet.
Rotationsachsen 30 der Seitenführungsrollen 20 sind
orthogonal zu einer Rotationsachse der Achse 6 und orthogonal
zu der in 2 in die Zeichenebene hineingerichteten
Förderrichtung 4 ausgerichtet.
Der Spiegel 16 der Behandlungsflüssigkeit ist im wesentlichen
horizontal ausgerichtet während
die Rotationsachsen 30 sind im wesentlichen parallel zu
einer Flächennormale
auf den Spiegel 16 ausgerichtet sind. Die Seitenführungsrollen 20 sind
jeweils paarweise gegenüberliegend
angeordnet und ermöglichen
damit ein simultanes Angreifen an den Außenkanten der Substrate 2.
In der Förderrichtung 4 sind
jeweils beidseitig der Substrate 2 Reihen von Seitenführungsrollen 20 vorgesehen,
die sich vorzugsweise über
die gesamte Länge
der Behandlungskammer erstrecken.
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Eine
Teilung, also ein Abstand, zwischen in Förderrichtung hintereinander
angeordneten Seitenführungsrollen 20 ist
vorzugsweise kleiner als die Länge
derjenigen Außenkanten
der Substrate 2 gewählt,
die mit den Seitenführungsrollen 20 in
Berührkontakt
kommen. Vorzugsweise ist die Teilung der Seitenführungsrollen 20 so
gewählt,
daß sie
weniger als 50 Prozent, vorzugsweise weniger als 30 Prozent, einer
Länge derjenigen
Außenkanten,
die mit den Seitenführungsrollen 20 in
Berührkontakt
kommen, beträgt.
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In 3 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel der
Erfindung in einem Schnitt dargestellt, der demjenigen der 2 entspricht.
Beide Ausführungsbeispiele ähneln sehr
stark einander; daher sind entsprechende Komponenten in 3 mit
demselben Bezugszeichen wie in 2 zuzüglich 100 gekennzeichnet.
Der einzige Unterschied besteht darin, daß auf derselben Welle 122 nicht,
wie beim Ausführungsbeispiel
der 2, pro "Spur" nicht nur eine (mittige
Gegenrolle), sondern zwei randseitig auf den Siliziumsubstraten 102 abrollende
Gegenrollen 107, 107' vorgesehen sind. Diese Ausführungsform
wird bei Siliziumsubstraten 102 mit größeren Abmessungen verwendet
und vermeidet dadurch Biegungen in deren mittlerem Bereich.
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Die
in der 4 dargestellte Draufsicht zeigt die Anordnung
der Seitenführungsrollen 20 in
Bezug zur Größe der lediglich
teilweise geschnitten dargestellten Substrate 6. Eine Teilung
zwischen den Seitenführungsrollen 20 ist
derart gewählt,
daß sie
lediglich einen geringen Bruchteil einer Länge der Außenkante des Substrats 6 beträgt, so daß ein Verkippen des
Substrats 2 bei der Förderung
durch die Transportrollen 3, die auf den Achsen 6 angebracht
sind, nahezu vollständig
ausgeschlossen werden kann. Die Seiten führungsrollen 20 sind
jeweils mit schematisch dargestellten Kugellagern 32 an
feststehenden der Transporteinrichtung zugeordneten Lagerzapfen 33 angebracht.
Die Seitenführungsrollen 20 sind
jeweils in Reihen angeordnet, wobei die Reihen jeweils parallel
zur Förderrichtung 4 ausgerichtet
sind. Zusätzlich
sind die Seitenführungsrollen 20 jeweils paarweise
gegenüberliegend
angeordnet, d. h. eine Verbindungslinie zwischen gegenüberliegenden
Seitenführungsrollen 20 schneidet
die Förderrichtung 4 in
einem rechten Winkel. Dadurch kann gewährleistet werden, daß das Substrat 6 mit
seinen beiden voneinander abweisenden Außenkanten jeweils gleichzeitig
in Berührkontakt
mit den jeweiligen Seitenführungsrollen 20 kommt,
wodurch ein Verkippen oder Verkanten des Substrats 2 nahezu
ausgeschlossen werden kann.
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Bei
einer nicht dargestellten Ausführungsform
sind die Lagerzapfen derart in einem spitzen Winkel kleiner 5 Grad,
vorzugsweise kleiner 3 Grad, in Förderrichtung geneigt, daß eine geringfügige Abtriebskraft
auf die Substrate ausgeübt
wird. In einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform
der Erfindung sind die Lagerzapfen in einem spitzen Winkel zur Förderebene
ausgerichtet, um ggf. eine Abtriebskraft und eine Selbstzentrierung
der Substrate zu ermöglichen.
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Bei
einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform sind Seitenführungsrollen
drehfest auf Drehachsen angeordnet, die synchronisiert mit den Achsen
der Transportrollen angetrieben sind.