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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Trocknen einer Oberfläche eines Substrats, wie beispielsweise
eine für die Herstellung von Halbleiterbauelementen verwendeten
Maske.
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In
der Halbleiterindustrie ist es bekannt, dass beispielsweise Fotomasken
während ihrer Herstellung unterschiedlichen Prozessen ausgesetzt
werden. Dabei ist es wichtig, dass die Fotomasken während
der einzelnen Herstellungsschritte, aber auch danach, gereinigt
und getrocknet werden. Partikel auf einer Oberfläche einer
Maske können sowohl während ihrer Herstellung
als auch während ihres Einsatzes zu erheblichen Problemen
führen, wie es in der Technik bekannt ist. Eine entsprechende
Reinigung ist ebenfalls für Halbleiterwafer während
ihrer unterschiedlichsten Herstellungsprozesse bekannt, oder aber
auch für LCD-Panels.
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In
der Technik sind unterschiedlichste Nassbehandlungsverfahren und
Vorrichtungen für Substrate bekannt, die eine nachfolgende
Trocknung erfordern. Aus der
US-6,491,764
A ist beispielsweise ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Trocknen eines Substrats bekannt, das zunächst einer
nasschemischen Behandlung unterzogen wird. Nach der nasschemischen
Behandlung wird dann de-ionisiertes Wasser in einem ersten Bereich
auf die zuvor behandelte Substratoberfläche aufgebracht,
während das Substrat gedreht wird. Anschließend
wird ein, die Oberflächenspannung der Flüssigkeit
verringerndes Fluid, in einem zweiten Bereich aufgebracht, wobei der
zweite Bereich näher an der Drehachse liegt als der erste
Bereich. Anschließend werden die ersten und zweiten Bereiche
von der Drehachse weg in Richtung des Außenumfangs des
Substrats bewegt, wodurch eine Spülung der nasschemisch
behandelten Oberfläche durch das de-ionisierte Wasser und anschließend
eine Trocknung des Substrats vorgesehen wird. Der Trocknungsvorgang
beruht unter anderem darauf, dass sich das Substrat dreht und darauf,
dass das die Oberflächenspannung der Flüssigkeit
verringernde Fluid einen radial nach außen ge richteten
Oberflächenspannungsgradienten erzeugt, der eine radial
nach außen gerichtete Flüssigkeitsströmung
im Grenzbereich zwischen Flüssigkeit und Fluid erzeugt.
Dabei besitzt das Verfahren den Nachteil, dass die nasschemische
Behandlung und die anschließende Spülung und Trocknung
der Substratoberfläche zeitlich beabstandet sind, wodurch
sich während der nasschemischen Behandlung gelöste Partikel
auf der Substratoberfläche abscheiden können,
die nachträglich während des Spülvorgangs schlecht
von der Substratoberfläche gelöst werden können.
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Die
vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, einen oder mehrere der
oben genannten Nachteile des Standes der Technik zu überwinden.
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Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe bei einem Verfahren zum Behandeln und Trocknen einer Oberfläche
eines Substrats dadurch gelöst, dass das Substrat um eine
Drehachse gedreht wird, die senkrecht zur zu trocknenden Oberfläche
des Substrats steht, eine erste Flüssigkeit auf die zu
trocknende Oberfläche des Substrats in einem ersten Bereich aufgebracht
wird, eine zweite Flüssigkeit auf die zu trocknende Oberfläche
des Substrats in einem zweiten Bereich aufgebracht wird, ein die
Oberflächenspannung der Flüssigkeit verringerndes
Fluid in einem dritten Bereich aufgebracht wird, wobei der dritte Bereich
näher an der Drehachse liegt als der zweite Bereich, und
der zweite Bereich näher an der Drehachse liegt als der
erste Bereich, und wobei sich das Aufbringen der Flüssigkeiten
und des die Oberflächenspannung der Flüssigkeit
verringernden Fluids wenigstens teilweise zeitlich überlappen,
und Bewegen der ersten bis dritten Bereiche von der Drehachse weg.
Das obige Verfahren erlaubt beispielsweise je nach eingesetzten
Flüssigkeiten eine Reinigung der Oberfläche gefolgt
durch eine Spülung mit gleichzeitig anschließender
Trocknung der Substratoberfläche. Durch das gleichzeitige
Aufbringen mehrerer Flüssigkeit in unterschiedlichen Bereichen,
die mit unterschiedlichen Abständen von einer Drehachse der
Substratoberfläche beabstandet sind, lassen sich unterschiedliche
Verfahrensschritte gleichzeitig durchführen. Hierdurch
wird insbesondere verhindert, dass während eines Reinigungsvorgangs
gelöste Partikel sich wieder auf die Substratoberfläche
absetzen, da solche Partikel beispielsweise durch die zweite Flüssigkeit
direkt weggespült werden können. Insbesondere
tritt eine Reinigungswirkung auch infolge des Marangoni-Effekts
in dem Flüssigkeitsbereich auf, wo Flüssigkeit
und schon getrocknete Oberfläche aneinander liegen. Das
Aufbringen des die Oberflächenspannung verringernden Fluids
benachbart zur Flüssigkeit führt dazu, dass Teile
des Fluids in der Flüssigkeit gelöst werden. Hierdurch
wird die Oberflächenspannung in diesem Ortsbereich der
Flüssigkeit lokal verringert. Damit erzeugt man in bekannter Weise
ein Oberflächenspannungsdifferential zwischen diesem Ortsbereich
und dem Hauptflüssigkeitsvolumens, das eine zum Hauptflüssigkeitsvolumen
hin gerichtete Kraftwirkung hervorruft. Dadurch wird erreicht, dass
in der Flüssigkeit gelöste Teilchen in Richtung
des Hauptflüssigkeitsvolumens gezogen werden, so dass eine
erneute Ablagerung auf der Probenoberfläche verhindert
wird. Dieses Oberflächenspannungsdifferential tritt primär
in dem Flüssigkeitsbereich auf, wo Flüssigkeit
und schon getrocknete Oberfläche aneinander liegen, da
hier der größte Kontakt zwischen der Flüssigkeit
und dem die Oberflächenspannung verringernden Fluid herrscht.
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Vorteilhafterweise
wird die zweite Flüssigkeit über wenigstens einen
Strahl aufgebracht, der mit einem Winkel zwischen 0° und
10° und vorzugsweise mit ungefähr 0,5° auf
die Substratoberfläche gerichtet ist. Hierdurch lassen
sich die Kräfte beim Auftreffen der zweiten Flüssigkeit
auf die Substratoberfläche verringern, um hierdurch ggf.
eine Strukturbeschädigung von auf der Substratoberfläche
befindlichen Strukturen zu verhindern oder zumindest einzuschränken.
Vorzugsweise wird wenigstens eine der Flüssigkeiten über
wenigstens einen Strahl aufgebracht, der im Wesentlichen tangential
zur Drehrichtung des Substrats ist, und vorzugsweise werden eine
Geschwindigkeit des Strahls vor dem jeweiligen Bereich und eine
Bahngeschwindigkeit der Oberfläche des Substrats im jeweiligen
Bereich aneinander angeglichen. Hierdurch können Auftreffkräfte
noch weiter reduziert werden. Eine entsprechende Angleichung kann
beispielsweise über eine entsprechende Angleichung der
Bahngeschwindigkeit im jeweiligen Bereich oder über eine
Anpassung der Geschwindigkeit des Strahls erreicht werden. Vorzugsweise
wird die Bahngeschwindigkeit der Oberfläche des Substrats
im ersten oder zweiten Bereich während der Bewegung des
jeweiligen Bereichs von der Drehachse weg im Wesentlichen konstant
gehalten, d. h. die Drehgeschwindigkeit des Substrats wird während sich
der jeweilige Bereich nach außen bewegt, verringert. Hierdurch
kann bei gleichbleibendem Volumenstrom der jeweiligen Flüssigkeiten
eine entsprechende Angleichung der Strahlengeschwindigkeit zur Bahngeschwindigkeit
erreicht werden. Bei einer Ausführungsform der Erfindung
wird die Geschwindigkeit des Strahls in Abhängigkeit von
einer Radialposition des jeweiligen Bereichs verändert,
und/oder die Drehgeschwindigkeit des Substrats wird in Abhängigkeit
von einer Radialposition des ersten oder zweiten Bereichs verändert.
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Bei
einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
ist das Substrat ein nichtrundes Substrat, und das Aufbringen der
jeweiligen Flüssigkeit wird gestoppt bevor der jeweilige
Bereich über einen Innenkreis der Substratoberflache hinaus
bewegt wird. Als Innenkreis der Substratoberfläche ist hier
der größte konzentrisch zur Drehachse mögliche Kreis
zu sehen, der die Substratoberfläche abdeckt. Das heißt,
das Aufbringen der jeweiligen Flüssigkeit wird gestoppt,
bevor die Flüssigkeit über einen Rand des Substrats
gerichtet ist. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass die Flüssigkeit
nicht auf Rand oder Kantenbereiche des Substrats trifft und Spritzer erzeugt,
die auf bereits getrocknete Bereiche des Substrats gelangen könnten.
Vorzugsweise wird die Drehgeschwindigkeit des Substrats nach dem
Stoppen des Aufbringens wenigsten einer der Flüssigkeiten
und/oder nach dem Stoppen des Aufbringens beider Flüssigkeiten
erhöht. Durch Erhöhen der Drehgeschwindigkeit
des Substrats nach dem Stoppen des Aufbringens wenigstens einer
oder beider Flüssigkeiten wird die noch auf dem Substrat
befindliche Flüssigkeit, sowie ein auf dem Substrat befindliches,
die Oberflächenspannung der Flüssigkeit verringerndes Fluid,
durch erhöhte Zentrifugalkräfte nach außen bewegt,
um eine vollständige Behandlung und Trocknung der Substratoberfläche
auch in den Kantenbereichen sicherzustellen. Dabei ist es auch möglich, dass
das Aufbringen des die Oberflächenspannung verringernden
Fluids gestoppt wird, bevor der dritte Bereich über einen
Innenkreis der Substratoberfläche hinaus bewirkt wird,
um in Kantenbereichen der Substratoberfläche Verwirbelungen und
mögliche Rückspritzer von Flüssigkeiten
auf bereits getrocknete Oberflächenbereiche zu verhindern.
Dabei ist es möglich, dass die Drehgeschwindigkeit des
Substrats nach dem Stoppen des Aufbringens des die Oberflächenspannung
der Flüssigkeit verringernden Fluids noch weiter erhöht
wird.
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Bei
einer Ausführungsform der Erfindung wird die Drehgeschwindigkeit
des Substrats vor dem Stoppen des Aufbringens der Flüssigkeit
unter 500 Umdrehungen pro Minute gehalten, und anschließend
auf über 1000 Umdrehungen pro Minute angehoben, um eine
wesentliche Änderung der Trocknungsparameter vorzusehen,
die insbesondere bei der schnelleren Umdrehung aufgrund von Zentrifugalkräften
erfolgt. Vorzugsweise wird die Drehgeschwindigkeit vor dem Stoppen
des Aufbringens der Flüssigkeit unter 200 Umdrehungen pro
Minute gehalten. Hierdurch kann erreicht werden, dass eine Trocknung
der Substratoberfläche wesentlich durch den zuvor beschriebenen
Oberflächenspannungsgradienten erfolgt.
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Für
eine vollständige Behandlung/Trocknung der Substratoberfläche
wird das Aufbringen der jeweiligen Flüssigkeiten und/oder
des die Oberflächenspannung der Flüssigkeit verringernden
Fluids zu einem Zeitpunkt begonnen, zu dem die Drehachse in dem
jeweiligen Aufbringbereich der Flüssigkeit bzw. des Fluids
liegt. Vorteilhafterweise überlappen sich die ersten bis
dritten Bereiche nicht, um Turbulenzen zu vermeiden, wobei die ersten
bis dritten Bereiche jedoch, wie ersichtlich, nacheinander gleiche
Oberflächenbereiche überstreichen können.
Vorteilhafterweise werden die ersten bis dritten Bereiche gleichzeitig
und mit gleichem Abstand von der Drehachse wegbewegt, wodurch sich
ein besonders einfacher Bewegungsmechanismus und eine besonders gleichmäßige
Behandlung und Trocknung der Substratoberfläche ergibt.
Dabei werden die ersten bis dritten Bereiche vorzugsweise mit konstanter
Geschwindigkeit bewegt.
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Zur
Unterstützung einer Behandlung durch die erste Flüssigkeit,
wie beispielsweise einer Reinigung, wird die Flüssigkeit
vorzugsweise vor dem Aufbringen mit Ultra- oder Megaschall beaufschlagt.
Ultra- und/oder Megaschall wellen in der Flüssigkeit können
das Lösen von Partikeln von der Substratoberfläche
und wenigstens ein kurzfristiges Halten dieser Partikel in Suspension
fördern, d. h. ein erneutes Absetzen der Partikel kann
verzögert werden.
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Vorzugsweise
wird die erste Flüssigkeit über wenigstens einen
Strahl aufgebracht, der in Relation zu einem Drehkreis nach außen
gerichtet ist, um eine Strömung der ersten Flüssigkeit
nach außen zu fördern. Vorteilhafterweise wird
die weitere Flüssigkeit in Drehrichtung des Substrats stromabwärts
bezüglich der Flüssigkeit und/oder dem die Oberflächenspannung
reduzierenden Fluid auf das Substrat aufgebracht. Für eine
gute Einwirkung der Flüssigkeit auf die Substratoberfläche
wird diese über wenigstens einen Strahl aufgebracht, der
mit einem Winkel zwischen 40° und 60° und vorzugsweise
mit ungefähr 50° auf die Oberfläche des
Substrats gerichtet ist.
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Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch durch eine Vorrichtung
zum Behandeln und Trocknen einer Oberfläche eines Substrats
gelöst, die eine drehbare Halteeinheit zum Halten und Drehen
des Substrats um eine Drehachse der Halteeinheit, eine erste Düseneinheit
zum Aufbringen einer ersten Flüssigkeit auf die zu trocknende
Oberfläche des Substrats, eine zweite Düseneinheit
zum Aufbringen einer zweiten Flüssigkeit auf die zu trocknende
Oberfläche des Substrats, eine dritte Düseneinheit
zum Aufbringen eines die Oberflächenspannung der zweiten
Flüssigkeit verringernden Fluids auf die zu trocknende
Oberfläche des Substrats und Mittel zum gleichzeitigen
Bewegen der ersten bis dritten Düseneinheiten relativ zur
Drehachse aufweist, wobei die ersten und zweiten Düseneinheiten
gleichzeitig mit unterschiedlichen Flüssigkeiten und gleichzeitig
damit die dritte Düseneinheit mit einem die Oberflächenspannung
eines von der zweiten Düseneinheit aufgebrachten Flüssigkeit
verringernden Fluids beaufschlagbar ist.
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Eine
solche Vorrichtung ist zur Durchführung des zuvor genannten
Verfahrens geeignet, und bietet somit die diesbezüglichen
Vorteile.
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Vorzugsweise
ist die erste Düseneinheit in Relation zu einem um die
Drehachse gebildeten Drehkreis der Halteeinheit nach außen
gerichtet, um eine Strömung der hieraus austretenden Flüssigkeit von
der Drehachse weg zu fördern. Vorzugsweise ist die zweite
Düseneinheit wiederum tangential zu einem um die Drehachse
gebildeten Drehkreis der Halteeinheit gerichtet. Hierdurch können
Auftreffkräfte der über die zweite Düseneinheit
auf die Substratoberfläche gerichteten Flüssigkeit
möglichst gering gehalten werden. Zu demselben Zweck ist
vorzugsweise wenigstens eine Steuereinheit vorgesehen, die in der
Lage ist, eine Düsenaustrittsgeschwindigkeit von aus der
ersten und/oder zweiten Düseneinheit austretenden Flüssigkeit
und/oder eine Drehgeschwindigkeit der Halteeinheit derart einzustellen, dass
die Geschwindigkeit der auf das Substrat auftreffenden Flüssigkeit
im Wesentlichen einer Bahngeschwindigkeit der Oberfläche
des Substrats im Auftreffbereich entspricht. Dabei ist vorzugsweise
die wenigstens eine Steuereinrichtung in der Lage, wenigstens eine
der Düseneinheiten in Abhängigkeit von ihrer jeweiligen
Relativposition zur Drehachse anzusteuern und/oder die Drehgeschwindigkeit
der Halteeinheit in Abhängigkeit von der Ansteuerung und/oder
der Position der wenigstens einen Düseneinheit einzustellen.
Dabei ist die Steuereinrichtung insbesondere in der Lage, die Drehgeschwindigkeit der
Halteeinheit in Abhängigkeit von der Relativposition der
ersten und/oder zweiten Düseneinheiten zur Drehachse einzustellen.
Vorzugsweise sind Mittel vorgesehen zum gleichzeitigen Bewegen der
ersten und dritten Düseneinheiten entlang eines sich im
Wesentlichen radial zur Drehachse erstreckenden Bewegungspfades.
Um auf die Oberfläche wirkende Kräfte der zweiten
Flüssigkeit beim Auftreffen zu verringern, ist die zweite
Düseneinheit vorzugsweise mit einem Winkel zwischen 0° und
10° und vorzugsweise von ungefähr 0,5° auf
die Oberfläche des Substrats gerichtet.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine
mit der ersten Düseneinheit in Verbindung stehende Ultra-
oder Megaschalleinheit vorgesehen, die so angeordnet ist, dass sie
die Flüssigkeit vor ihrem Austritt aus der ersten Düseneinheit
mit Ultra- oder Megaschall beaufschlagen kann, um deren Wirkung
zu fördern.
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Für
eine gute Einwirkung der ersten Flüssigkeit auf die Substratoberfläche
ist die erste Düseneinheit vorzugsweise mit einem Winkel
zwischen 40° und 60° und vorzugsweise von ungefähr
50° auf die Oberfläche des Substrats gerichtet.
Vorteilhafterweise ist die erste Düseneinheit in Drehrichtung
des Substrats stromabwärts bezüglich der zweiten
und dritten Düseneinheiten auf das Substrat gerichtet. Für
ein kontrolliertes Aufbringen der Flüssigkeiten bzw. des
die Oberflächenspannung der einen Flüssigkeit
verringernden Fluids ist vorzugsweise eine der Düseneinheiten
als Punktdüse ausgebildet. Um eine einfachen Aufbau der
Vorrichtung zu erreichen, sind die ersten bis dritten Düseneinheiten
vorzugsweise an einem gemeinsamen Düsenkopf angebracht,
wodurch auch eine gemeinsame Bewegung derselben auf einfache Weise
realisiert werden kann.
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Die
Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
noch näher erläutert; in den Zeichnungen zeigt:
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1 eine
schematische Seitenansicht einer beispielhaften Trocknungsvorrichtung
für ein nichtrundes Substrat;
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2 eine
schematische Ansicht von unten auf einen Düsenkopf der
Vorrichtung gemäß 1;
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3 eine
schematische Seitenansicht einer Trocknungsvorrichtung während
der Durchführung eines beispielhaften Trocknungsverfahrens;
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4 eine
Draufsicht auf ein Substrat während der Durchführung
des beispielhaften Trocknungsverfahrens;
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5 eine
schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen
Trocknungsvorrichtung während der Durchführung
eines erfindungsgemäßen;
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6 eine
Draufsicht auf ein Substrat während der Durchführung
des erfindungsgemäßen Trocknungsverfahrens;
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7 eine
Ansicht von unten auf einen erfindungsgemäßen
Düsenkopf;
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8 ein
Graph, der den Volumenstrom eines auf ein zu trocknendes Substrat
gerichteten Mediums in Abhängigkeit von einem Auftreffbereich
des Mediums auf dem Substrat bei der Durchführung eines
Trocknungsverfahrens zeigt;
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9 ein
Graph, der die Rotationsgeschwindigkeit eines zu trocknenden Substrats
in Abhängigkeit von der Position des Auftreffpunktes von
Flüssigkeit auf das zu trocknende Substrat, bei der Durchführung
eines Trocknungsverfahrens zeigt.
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1 zeigt
eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung 1 zum
Trocknen einer Oberfläche 3 eines nichtrunden
Substrats 2, wie beispielsweise einer rechteckigen Fotomaske,
die beispielsweise bei der Herstellung von Halbleiterwafern eingesetzt
wird. Die Vorrichtung gemäß 1 ist
auf unterschiedlichste, nichtrunde Substrate, wie beispielsweise auch
bei LCD-Panels oder Halbleiterwafern mit einem Flat einsetzbar.
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Die
Vorrichtung 1 besitzt eine drehbare Substratauflage 5,
sowie eine Medieneinheit 6. Die Substratauflage 5 besteht
gemäß 1 aus einer Welle 7,
die über einen nicht näher dargestellten Antrieb
um ihre Längsachse drehbar ist. Die Längsachse
der Welle 7 definiert somit eine Drehachse A der Vorrichtung 1.
An einem oberen Ende der Welle 7 ist eine Auflageplatte 8 in
bekannter Art und Weise vorgesehen. Der genaue Aufbau der Substratauflage 5 ist
jedoch für die vorliegende Erfindung nicht wesentlich. Vorzugsweise
sollte die Substratauflage 5 jedoch in der Lage sein, das
zu trocknende Substrat 2 möglichst zentriert aufzunehmen.
Ferner ist die Drehgeschwindigkeit der Substratauflage während
einer Trocknung einer Oberfläche des Substrats 2 über eine
nicht dargestellte Steuereinheit veränderbar.
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Die
Medieneinheit 6 besitzt einen Düsenkopf 10 mit
einer ersten Düse 12 und einer zweiten Düse 14.
Der Düsenkopf 10 steht über eine Zuleitung 15 mit
wenigstens zwei unterschiedlichen Medienquellen in Verbindung, wie
nachfolgend noch näher erläutert wird. Die Zuleitung 15 und
der Düsenkopf 10 sind derart aufgebaut, dass unterschiedliche
Medien an die Düsen 12, 14 angelegt werden
können.
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Der
Düsenkopf 10 ist über einen nicht näher dargestellten
Bewegungsmechanismus senkrecht zur Blattebene gemäß 1 bewegbar.
Diese Bewegbarkeit ist auch in 2 durch
den Doppelpfeil C angedeutet. Obwohl der Doppelpfeil C eine Linearbewegung
andeutet ist natürlich auch eine andere Bewegung wie beispielsweise
eine Schwenkbewegung des Düsenkopfs möglich.
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Die
Düsen 12 und 14 sind jeweils an einer Unterseite
des Düsenkörpers 10 ausgebildet, und sind
für das Ausgeben eines Düsenstrahls 16 bzw. 18 konfiguriert.
Wie in der Ansicht von unten auf den Düsenkopf 10 gemäß 2 zu
erkennen ist, sind die Düsen 12, 14 in
der durch den Doppelpfeil angedeuteten Bewegungsrichtung des Düsenkopfs 10 zueinander
versetzt angeordnet.
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Die
Düse 12 ist gemäß 1 derart
angeordnet, dass der daraus auftretende Medienstrahl 16 unter
einem spitzen Winkel auf die Oberfläche 3 des Substrats 2 gerichtet
ist. Dabei sollte der Winkel zwischen der Oberfläche 3 des
Substrats 2 und dem Medienstrahl 16 möglichst
klein gehalten werden, und liegt vorzugsweise zwischen 0° und
10° und vorzugsweise bei ungefähr 0,5°.
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Die
Düse 14 ist derart angeordnet, dass der hieraus
austretende Medienstrahl 18 im Wesentlichen senkrecht auf
die Oberseite 3 des Substrats 2 gerichtet ist.
Obwohl 1 den Eindruck macht als ob die Medienstrahlen 16, 18 auf
denselben Punkt auf der Substratoberseite 2 gerichtet sind,
sei bemerkt, dass die Medienstrahlen 16, 18 auf
unterschiedliche Oberflächenbereiche des Substrats 2 gerichtet
sind, die senkrecht zur Blattebene, und somit in Bewegungsrichtung
des Düsenkopfs 10 beabstandet sind.
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Ein
Verfahren zur Trocknung eines Substrats 2 unter Einsatz
der Trocknungsvorrichtung 1 wird nachfolgend unter Bezugnahme
auf die 3 und 4 näher
erläutert.
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In
der schematischen Seitenansicht gemäß 3 sind
die Düsen 12, 14 schematisch losgelöst von
einem Düsenkopf 10 dargestellt. Die hieraus austretenden
Medienstrahlen 16, 18 sind wiederum schematisch
dargestellt. Wie in der Draufsicht gemäß 4 zu
erkennen ist, trifft der Medienstrahl 16 in einem ersten
Bereich 20 auf die Oberfläche 3 des Substrats 2 auf.
Dieser Bereich 20 ist schematisch in 4 angedeutet.
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In
entsprechender Weise trifft der Medienstrahl 18 in einem
schematisch bei 22 angezeigten Bereich auf die Oberfläche 3 des
Substrats 2 auf.
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4 zeigt
dabei eine Momentaufnahme der jeweiligen Auftreffbereiche 20, 22 der
Medienstrahlen 16 bzw. 18 während eines
Trocknungsvorgangs. Dieser Auftreffbereiche 20, 22 sind
jedoch während eines Trocknungsvorgangs nicht stationär,
sondern werden beispielsweise radial zur Drehachse A in Richtung
des Pfeils C bewegt, wie nachfolgend noch näher erläutert
wird.
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Wie
zuvor erwähnt, wird das Substrat 2 zur Durchführung
eines Trocknungsverfahrens um die Drehachse A gedreht, wie durch
den Pfeil B angedeutet ist. Anschließend wird über
die Düse 12 eine Flüssigkeit, wie beispielsweise
Wasser, insbesondere de-ionisiertes Wasser in dem ersten Bereich 20 auf die
Oberfläche 3 des sich drehenden Substrats 2 aufgebracht.
Dabei liegt der Bereich 20 zu diesem Zeitpunkt, über
eine entsprechende Positionierung des Düsenkopfs 10,
auf der Drehachse A, d. h. die Flüssigkeit wird im Bereich
der Drehachse A auf die Oberfläche 3 des Substrats 2 aufgebracht.
Durch die Drehung des Substrats 2 wirken Zentrifugalkräfte
auf die aufgebrachte Flüssigkeit, so dass diese sich radial nach
außen bewegt und die Oberfläche 3 des
Substrats 2 benetzt.
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Anschließend
wird der erste Bereich 2 durch eine entsprechende Bewegung
des Düsenkopfes 10 in Richtung des Pfeils C radial
zur Drehachse A bewegt, während weiterhin Flüssigkeit
auf die Substratoberfläche 3 aufgebracht wird.
Die Flüssigkeit wird somit sukzessive in konzentrischen,
größer werdenden Kreisen auf das Substrat aufgebracht.
Diese Bewegung wird fortgesetzt, bis sich die Düse 14 oberhalb
der Drehachse A befindet. Zu diesem Zeitpunkt wird dann ein, die
Oberflächenspannung der aufgebrachten Flüssigkeit
verringerndes Fluid, in dem zweiten Bereich 22 auf die
Substratoberfläche 3 aufgebracht. Als ein die
Oberflächenspannung von Wasser reduzierendes Fluid ist
beispielsweise ein IPA-Dampf enthaltendes Gasgemisch bekannt. Zu diesem
Zeitpunkt liegt die Drehachse A innerhalb des zweiten Bereichs 22,
in dem das die Oberflächenspannung der Flüssigkeit
reduzierende Fluid aufgebracht wird. Das die Oberflächenspannung
reduzierende Fluid erzeugt ein Oberflächenspannungs-Differential
auf der auf der Substratoberfläche 3 befindlichen
Flüssigkeit, und zwar mit einer radial zur Drehachse A
nach außen ansteigenden Oberflächenspannung. Hierdurch
ergibt sich ein radial nach außen gerichteter Verdrängungseffekt
innerhalb der auf der Substratoberfläche 3 befindlichen
Flüssigkeit. Auf die Flüssigkeit 3 wirken
somit nicht nur Zentrifugalkräfte, sondern auch Verdrängungseffekte
infolge unterschiedlicher Oberflächenspannungen in dem Flüssigkeitsfilm.
Da die Flüssigkeit und das die Oberflächenspannung
reduzierende Fluid durch die kontinuierliche Aufbringung der Medien
im Grenzbereich der Medien ständig erneuert werden, treten
keine Sättigungseffekte auf, welche die Verdrängung
beeinflussen könnten.
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Durch
eine Bewegung der ersten und zweiten Aufbringbereiche 20, 22 für
Flüssigkeit bzw. ein die Oberflächenspannung der
Flüssigkeit reduzierendes Fluid radial bezüglich
der Drehachse A wird das Substrat nun ausgehend von der Drehachse
A radial nach außen getrocknet. Neben der Trocknung infolge des
Marangoni-Effekts kann, wie oben beschrieben auch ein Reinigungseffekt
auftreten.
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Dabei
liegen die Bereiche 20, 22 auf einer Linie bezüglich
der Bewegungsrichtung C des Düsenkopfes 10.
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Das
Aufbringen der Flüssigkeit wird während der Bewegung
des Düsenkopfs 10 fortgesetzt, bis der erste Bereich 20,
d. h. der Bereich in dem die Flüssigkeit auf die Substratoberfläche 3 trifft,
einen Innenkreis der Substratoberfläche 3 erreicht,
der in 4 bei 24 angedeutet ist. Als Innenkreis
wird der größte Kreis mit Mittelpunkt der Drehachse
A auf der Substratoberfläche 3 angesehen. Wenn
der erste Bereich 20 den Innenkreis erreicht, wird das
Aufbringen der Flüssigkeit gestoppt. Mit anderen Worten,
wird das Aufbringen der Flüssigkeit gestoppt, bevor der erste
Bereich 20 über eine Kante des Substrats hinausläuft.
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Zu
diesem Zeitpunkt wird nun die Drehgeschwindigkeit des Substrats
wesentlich erhöht, während die Bewegung des Düsenkopfs 10 fortgesetzt wird,
und auch das Aufbringen des die Oberflächenspannung der
Flüssigkeit verringernden Fluids zunächst fortgesetzt
wird. Die Bewegung des Düsenkopfs 10 und das Aufbringen
des die Oberflächenspannung der Flüssigkeit verringernden
Fluids wird gestoppt, sobald der zweite Bereich 22, d.
h. der Bereich in dem das die Oberflächenspannung der Flüssigkeit
verringernde Fluid aufgebracht wird, den Innenkreis der Substratoberfläche 3 erreicht.
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Eine
entsprechende Aufbringung der Flüssigkeit und des die Oberflächenspannung
der Flüssigkeit verringernden Fluids ist in dem Graph gemäß 8 dargestellt.
Insbesondere zeigt 8 das Verhältnis des
Volumenstroms der jeweiligen Medien im Verhältnis zur jeweiligen
Aufbringposition auf dem Substrat. Wie in 8 zu erkennen
ist, werden sowohl die Flüssigkeit, hier de-ionisiertes
Wasser, als auch das die Oberflächenspannung der Flüssigkeit verringernde
Fluid, hier eine Mischung aus Gas (beispielsweise Stickstoff) und
IPA-Dampf mit gleichbleibenden Volumenströmen auf das Substrat
aufgebracht. Dabei beginnt das Aufbringen jeweils im Bereich der
Drehachse und geht bis zum Erreichen des Innenkreises. Beim Erreichen
des Innenkreises werden die jeweiligen Volumenströme der
Medien auf Null reduziert.
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9 zeigt
das Verhältnis der Rotationsgeschwindigkeit des Substrats
zu der Position der Aufbringposition der Flüssigkeit. Wenn
die Flüssigkeit im Bereich der Drehachse A des Substrats 2 auftrifft, wird
das Substrat 2 mit einer ersten Rotationsgeschwindigkeit
gedreht. Wenn sich der Auftreffpunkt der Flüssigkeit von
der Drehachse A wegbewegt, wird die Rotationsgeschwindigkeit zunächst
konstant gehalten, und fällt dann während der
weiteren Bewegung ab. Hier durch wird bei gleichbleibendem Volumenstrom
der Flüssigkeit erreicht, dass die Bahngeschwindigkeit
der Substratoberfläche 3 im Bereich der Aufbringposition
im Wesentlichen der Geschwindigkeit der auftreffenden Flüssigkeit
auf der Substratoberfläche entspricht. Hierdurch kann erreicht
werden, dass jeder Oberflächenbereich mit der gleichen Flüssigkeitsmenge
beaufschlagt wird. Die Rotationsgeschwindigkeit wird immer weiter
verringert, bis die Aufbringposition der Flüssigkeit den
Innenkreis erreicht. Wenn dies der Fall ist, wird wie zuvor beschrieben,
der Volumenstrom der Flüssigkeit auf Null reduziert, und
die Rotationsgeschwindigkeit wird sprunghaft erhöht. Eine
Reduktion von Auftreffkräften der Flüssigkeit
ergibt sich auch dadurch, dass der Strahl 16 der Flüssigkeit
tangential zu einem um die Drehachse gebildeten Kreis gerichtet
ist.
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In
dem Graph gemäß 9 sind keine
Einheiten angegeben, da die tatsächlich eingesetzten Rotationsgeschwindigkeiten
zunächst nicht wesentlich sind. Beispielhaft ist die anfänglich
gewählte Rotationsgeschwindigkeit bei < 500 Umdrehungen pro Minute, vorzugsweise
sogar < 200 Umdrehungen
pro Minute. Wenn die Aufbringposition der Flüssigkeit den
Innenkreis erreicht, wird die Rotationsgeschwindigkeit dann vorzugsweise
auf einen Wert von > 1000 Umdrehungen
pro Minute erhöht. Das heißt, es ist wenigstens
eine Verdopplung der Anfangsrotationsgeschwindigkeit zu der schlussendlichen
Rotationsgeschwindigkeit vorgesehen.
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Statt
die Rotationsgeschwindigkeit, wie in 9 gezeigt,
bei gleich bleibendem Volumenstrom der Flüssigkeit zu verringern,
ist es auch möglich, die Rotationsgeschwindigkeit konstant
zu lassen, während der Volumenstrom in Abhängigkeit
von der Aufbringposition der Flüssigkeit verändert
wird. Auch hierdurch könnte erreicht werden, dass die Bahngeschwindigkeit
des Substrats im Bereich der Aufbringposition der Flüssigkeit
an die Geschwindigkeit der Flüssigkeit in diesem Bereich
angepasst wird.
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Die 5 bis 7 zeigen
schematisch eine alternative, erfindungsgemäßen
Vorrichtung 1 zum Trocknen einer Oberfläche 3 eines
Substrats 2, bei dem es sich wieder um ein nichtrundes
Substrat handelt. In den 5 bis 7 werden
dieselben Bezugszeichen verwendet, sofern ähnliche oder
gleiche Elemente bezeichnet werden.
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Die 5 zeigt
eine Ansicht ähnlich der 3, wobei
jedoch eine zusätzliche Mediendüse vorgesehen
ist, wie nachfolgend noch näher erläutert wird.
In gleicher Weise zeigt 6 eine Ansicht ähnlich
zur 4, wobei auch hier der Einsatz und die Wirkung
der weiteren Mediendüse zu erkennen ist. 7 zeigt
wiederum eine Ansicht ähnlich der 2, und zeigt
die Anordnung einer weiteren Düseneinheit an einem Düsenkopf 10.
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Wie
bei der vorhergehenden Ausführungsform ist bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß den 5 bis 7 ein
Substrat 2 drehbar um eine Drehachse A auf einer entsprechenden
drehbaren Substrataufnahme angeordnet. Die Drehbarkeit des Substrats 2 ist
durch den Pfeil B in 5 bzw. 6 angedeutet.
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Zum
Aufbringen unterschiedlicher Medien ist wiederum in Düsenkopf 10 vorgesehen,
der in einer Ansicht von unten schematisch in 7 dargestellt ist.
Der Düsenkopf 10 besitzt wiederum eine erste Düse 12 für
eine Flüssigkeit, und eine zweite Düse 14 für
ein die Oberflächenspannung der Flüssigkeit reduzierendes
Fluid. Die Düsen sind, wie bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel
in Bewegungsrichtung C in 7 durch
den Doppelpfeil angedeutet, beabstandet angeordnet. Wie in 5 zu
erkennen ist, sind die Düsen jedoch auf einer Linie auf
die Oberfläche 3 des Substrats 2 gerichtet.
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Wie
in 7 zu erkennen ist, ist an dem Düsenkopf 10 eine
dritte Düse 30 vorgesehen, die für das
Aufbringen eines dritten Mediums, wie beispielsweise einer Reinigungslösung,
ausgebildet ist. Die dritte Düse 30 wird während
eines kombinierten Reinigungs- und Trocknungsverfahrens beispielsweise mit
SC1 beaufschlagt. Darüber hinaus besitzt die dritte Düse 30 vorzugsweise
eine Ultra- bzw. Megaschalleinheit, um in das auf das Substrat aufgebrachte
Medium Ultra- bzw. Megaschallenergie einzubringen. Diese kann eine
Reinigung der Substratoberfläche 3 fördern,
da die Ultra- bzw. Megaschallenergie Partikel von der Oberfläche
lösen und zumindest kurzzeitig in Suspension halten kann.
Wie in der Ansicht gemäß 7 zu erkennen
ist, ist die Düse 30 wiederum in Bewegungsrichtung
C des Düsenkopfs 10 bezüglich der ersten
und zweiten Düse 12, 14 versetzt. Insbesondere
liegt die erste Düse 12 in Bewegungsrichtung zwischen
der zweiten Düse 14 und der dritten Düse 30.
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Ein
aus der Düse 30 austretender Düsenstrahl 32 ist
in einem Winkel zwischen 40° und 60° und vorzugsweise
mit einem Winkel von ungefähr 50° auf die Oberfläche 3 des
Substrats 2 gerichtet. Wie in 6 zu erkennen
ist, ist der Strahl 32 gegenüber einem um die
Drehachse A gebildeten Kreis leicht nach außen gerichtet,
und nicht etwa tangential gerichtet, wie der Strahl 16,
der aus der ersten Düse 12 austritt. Insbesondere
ist der Strahl 32 auf einen Bereich 34 auf der
Substratoberfläche 3 gerichtet, wie in 6 zu
erkennen ist. Während die Auftreffbereiche 20, 22 der
Strahlen 16, 18 auf einer sich radial zur Drehachse
A erstreckenden Linie liegen, ist der Auftreffbereich 34 hierzu
versetzt. Insbesondere ist der Auftreffbereich 34 des Strahls 32 in
Drehrichtung D des Substrats 2 stromabwärts bezüglich
der Bereiche 20, 22 angeordnet.
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Nachfolgend
wird eine kombinierte Reinigung und Trocknung einer Substratoberfläche
anhand der 5 bis 7 näher
erläutert.
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Zunächst
wird das Substrat 2 wieder um die Drehachse A gedreht,
und der Düsenkopf 10 über dem sich drehenden
Substrat 2 positioniert. Dabei wird der Düsenkopf 10 so
positioniert, dass der Auftreffbereich 34 am nächsten
an der Drehachse A liegt. Dann wird das Aufbringen einer Reinigungsflüssigkeit,
wie beispielsweise SC1, das mit Ultraschall beaufschlagt ist, gestartet.
Somit wird eine mit Ultraschall beaufschlagte Reinigungsflüssigkeit
im Wesentlichen im Bereich der Drehachse A auf die Substratoberfläche
aufgebracht. Anschließend wird der Düsenkopf 10 in
Bewegungsrichtung C von der Drehachse A wegbewegt, bis die Drehachse
A im Bereich des Auftreffbereichs 20 der Düse 12 liegt.
Dann wird über die Düse 12 eine Flüssigkeit,
wie beispielsweise de-ionisiertes Wasser auf die Substratoberfläche
geleitet. Anschließend wird der Düsenkopf 10 weiter entlang
der Bewegungsrichtung C bewegt, bis die Drehachse A in den Auftreffbereich 22 der
Düse 14 gelangt. Obwohl der Doppelpfeil C eine
Linearbewegung andeutet ist natürlich auch eine andere
Bewegung wie beispielsweise eine Schwenkbewegung des Düsenkopfs
möglich. Zu diesem Zeitpunkt wird nun ein, die Oberflächenspannung
der Flüssigkeit reduzierendes Fluid, wie beispielsweise
eine Gas-IPA-Dampf-Mischung, beispielsweise eine Mischung aus Stickstoff
und IPA-Dampf, auf das sich drehende Substrat geleitet. Hierdurch
ergibt sich ausgehend von der Drehachse A wiederum eine nach außen
fortschreitende Trocknung, wie zuvor beschrieben.
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Die
Bewegung des Düsenkopfes 10 wird fortgesetzt,
bis der Auftreffbereich 34 der Düse 30 den Innenkreis 24 des
Substrats erreicht, woraufhin die Zufuhr der Reinigungsflüssigkeit
gestoppt wird. Anschließend fährt die Bewegung
des Düsenkopfs 10 fort, bis auch der Auftreffbereich 20 der
Düse 12 den Innenkreis erreicht, woraufhin die
Zufuhr der Flüssigkeit gestoppt wird. Wie bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel,
wird nun die Drehgeschwindigkeit des Substrats 2 stark
erhöht, und die Bewegung des Düsenkopfs 10 fährt
fort, bis der Auftreffbereich 22 der Düse 14 den
Innenkreis erreicht. Zu dem Zeitpunkt wird die Zufuhr des die Oberflächenspannung der
Flüssigkeit verringernden Fluids beendet, und es kann auch
die Bewegung des Düsenkopfs beendet werden.
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Wie
bei der vorhergehenden Ausführungsform kann die Rotationsgeschwindigkeit
des Substrats an die Position des Düsenkopfs, und insbesondere
die Position der Düse 12 bzw. des Auftreffbereichs 20 der
Düse 12 angepasst werden.
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Eine
entsprechende Anpassung könnte alternativ auch an eine
Position des Auftreffpunkts 34 der dritten Düse 30 erfolgen.
Die dritte Düse 30 ist, wie in der Draufsicht
gemäß 6 zu erkennen ist, bezüglich
eines um die Drehachse gebildeten Kreises nach außen gerichtet,
um eine Strömung der aufgebrachten Flüssigkeit
nach außen zu fördern.
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Die
Auftreffbereiche 20, 22 und 34 sind beabstandet
zueinander, und überlappen sich nicht. Durch die Bewegung
des Düsenkopfs 10 überstreichen sie jedoch
nacheinander die gleichen Oberflächenbereiche des sich
drehenden Substrats.
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Die
Zufuhr der unterschiedlichen Medien und die Rotation des Substrats
können im Wesentlichen in der gleichen Weise erfolgen,
wie in 8 bzw. 9 dargestellt ist, wobei die
Medienzufuhr der Flüssigkeit auf den Bereich 34 wiederum
von der Drehmitte des Substrats ausgehend bis zum Erreichen des
Innenkreises der Substratoberfläche konstant gehalten und
anschließend auf Null reduziert wird.
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Die
Erfindung wurde zuvor anhand einer bevorzugten Ausführungsform
näher erläutert, ohne auf die konkret dargestellte
Ausführungsform beschränkt zu sein. Insbesondere
ist ein anderer Aufbau des Düsenkopfs 10 möglich.
Auch ist beispielsweise nicht notwendig, dass die Rotationsgeschwindigkeit
eines Substrats während einer Trocknung oder kombinierten
Reinigung und Trocknung an die Position des Düsenkopfs
angepasst wird. Vielmehr kann, wie schon zuvor angemerkt, auch der
Volumenstrom einer auf die Oberfläche des Substrats gerichteten
Flüssigkeit verändert werden, oder es kann eine
Kombination aus Veränderung des Volumenstroms und der Rotationsgeschwindigkeit
eingesetzt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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