DE102009059704A1

DE102009059704A1 - Vorrichtung zum Transportieren von flachen Gegenständen

Info

Publication number: DE102009059704A1
Application number: DE200910059704
Authority: DE
Inventors: Denise 77731 Nagel; Martin 79215 Weber; Bernd-Uwe 79111 Sander
Original assignee: Rena GmbH
Current assignee: Rena GmbH
Priority date: 2009-12-18
Filing date: 2009-12-18
Publication date: 2011-06-22

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Transportieren von flachen Gegenständen (6) während einer nasschemischen Behandlung. Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung einen Behälter zur Aufnahme eines flüssigen Behandlungsmediums sowie mindestens eine Transportrolle (1) zum horizontalen Transport der Gegenstände (6) durch den Behälter. Ferner ist vorgesehen, dass die Mantelfläche (3) der mindestens einen Transportrolle (1) eine Gewindestruktur (4) aufweist, deren mindestens ein Gewindegang (5) einen Steigungswinkel (9) von weniger als 80° aufweist. Die Gewindestruktur (4) führt Gasbläschen (10), die sich an einer beliebigen Stelle der Unterseite des Substrats (6) gebildet oder angesammelt haben, in Richtung der seitlichen Randbereiche (6') der Gegenstände (6) ab. Die Erfindung offenbart ferner ein Verfahren zum kontrollierten seitlichen Abführen gasförmiger Reaktionsprodukte (10) von der Unterseite flacher Gegenstände (6), die im Rahmen einer Fertigungsstraße horizontal durch einen nasschemischen Behandlungsbehälter transportiert werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Transportieren von flachen Gegenständen während einer nasschemischen Behandlung. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, mit der gasförmige Reaktionsprodukte, die sich im Rahmen der nasschemischen Behandlung bilden und/oder sich an der Unterseite der Gegenstände sammeln, kontrolliert abgeführt werden können. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
In vielen Gebieten moderner Technologien dienen flächige Substrate als Basis für darauf aufbauende Prozesse. Besonders hervorzuheben sind hier die meist Silizium verwendende Halbleiter- und Solarindustrie. Weitere Beispiele sind spezielle Beschichtungsprozesse von Scheiben aus Glas oder Kunststoffen, beispielsweise zur Wärmedämmung oder zur Erhöhung der chemischen Widerstandsfähigkeit, sowie die Oberflächenbehandlung von metallischen oder keramischen Substraten, beispielsweise zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften wie der Abriebfestigkeit.
Dementsprechend vielfältig sind auch die Verfahren, welche den jeweiligen Behandlungen zugrunde liegen. Besonders hervorgehoben seien hier das SiO-Ätzen, das (chemisch unterstützte) Polieren und die Behandlung mittels galvanischer Verfahren. Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit ist es jedoch meist bevorzugt, dass die Behandlung der flächigen Substrate in einem kontinuierlichen Verfahren erfolgt. Dabei werden die Substrate gewöhnlich mittels sich drehender Räder oder Rollen, auf denen sie aufliegen, durch einen Behälter transportiert, der die Behandlungsflüssigkeit bereitstellt.
Da zumeist nur eine Seite der Substrate als Funktionsseite vorgesehen ist – bei Solarzellen ist dies die dem Licht zugewandte Seite, bei elektronischen Bauelementen die Seite, auf welche die Halbleiterschichten aufgebracht werden – darf auch nur eine Seite behandelt werden. An den erforderlichen Behandlungsschritt werden dabei meist besondere Anforderungen gestellt. So soll das Behandlungsergebnis möglichst gleichmäßig, und die Behandlungszeit soll möglichst kurz sein.
Das Problem der Notwendigkeit, die nicht zu behandelnde Seite des Substrats vor dem Behandlungsmedium zu schützen, da andernfalls ein Angriff auch dieser Seite die Folge ist, wird im Stand der Technik auf unterschiedliche Weise gelöst. Beispielsweise können hierzu mechanische Hilfsmittel wie Vakuumchucks oder Platten mit umlaufenden Dichtringen dienen, die ggf. auch als Transportmittel eingesetzt werden. Ferner können temporär aufgebrachte Schutzschichten verwendet werden. Verbunden damit ist der erhöhte Aufwand, um diese Dichtmittel bereitzustellen, sowie (im Falle von Schutzschichten) der Aufwand, um diese wieder zu entfernen. Wünschenswert ist es daher, die Behandlungsflüssigkeit überhaupt nicht in den nicht zu behandelnden Bereich vordringen zu lassen.
In der Druckschrift DE 10313127 A1 ist ein Verfahren offenbart, gemäß welchem die einseitig zu behandelnden Substrate derart an der Oberfläche einer Behandlungsflüssigkeit entlang transportiert werden, dass nur die zu behandelnde Substratunterseite mit der Behandlungsflüssigkeit in Kontakt kommt. In einer Weiterbildung dieser Druckschrift zeigt das Dokument WO 2005/093788 , dass neben dieser „aktive (direkte) Benetzung” genannten Vorgehensweise auch ein Abstand zwischen der Oberfläche des Behandlungsmediums und der Unterseite der Substrate vorgesehen sein kann. Dabei wird die Behandlungsflüssigkeit, wie ebenfalls in der Druckschrift WO 2005/093788 dargelegt, mittels entsprechender Räder an die Unterseite der Substrate gebracht („passive (indirekte) Benetzung”). Je nach Anforderung können die Substratkanten mit in den Prozess einbezogen oder von ihm ausgeschlossen werden. Aufgrund der Verwendung von Rädern sowie von Führungsscheiben, die aufgrund ihres geringfügig größeren Durchmessers als seitliche Führungen für die Substrate wirken, werden jedoch nicht unerhebliche Biegekräfte auf die Substrate ausgeübt.
Ferner treten bei derartigen Behandlungen häufig auch gasförmige Reaktionsprodukte auf. Diese sich während der Behandlung bildenden Gasbläschen können zu einer Reihe von Problemen führen. Zunächst ändern die aufsteigenden Bläschen lokal die Höhe des Flüssigkeitspegels. Dies wiederum führt im Randbereich der Substrate zu einem möglicherweise unerwünschten Benetzen der Substratkanten, schlimmstenfalls sogar zu einem lokalen Überschwemmen derselben. Beim nachfolgenden Zerplatzen der Gasbläschen an der Flüssigkeitsoberfläche kommt es häufig zu Spritzern und somit zu einer unerwünschten Benetzung der umlaufenden Kante und/oder der Oberseite des Substrats. Auch eine Benetzung der Oberseite des nachfolgenden Substrats ist dabei möglich. Das Problem wird durch die Verwendung von Vollrollen, welche aus mechanischer Sicht zu bevorzugen sind, als Transportmittel noch verstärkt. Die Bläschen werden im Bereich der wandernden Kontaktfläche zur Rolle an der Substratunterseite entlang geschoben. Dort vergrößern sie sich fortlaufend, bis sie den hinteren Substratrand erreichen, wo sie dann zeitgleich aufsteigen und zerplatzen.
Unerwünschte Bläschen können auch anders als durch chemische Reaktion in die Behandlungsflüssigkeit eingebracht worden sein, beispielsweise durch Eintrag mittels Umwälzpumpen oder dergleichen. Insofern sind nachfolgend auch derartige Quellen von Gasblasen eingeschlossen.
Untersuchungen haben ergeben, dass die kritische Größe der Gasbläschen bei ca. 1 cm liegt. In Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Behandlungsmediums können jedoch auch andere Werte gelten. So ist dieser Wert unter anderem von der Viskosität des Behandlungsmediums und dessen Oberflächenspannung desselben abhängig.
Zudem ist aus dem Stand der Technik bekannt, zur Verbesserung der Haftung zwischen Substrat und Mantelfläche einer Vollrolle eine feine Strukturierung auf der Mantelfläche vorzusehen. Aus Gründen der Herstellungsökonomie werden diese Strukturierungen auch als sehr feine, durchgängige Einkerbung mittels Drehen auf der Mantelfläche der Rolle aufgebracht. Solch eine Einkerbung weist typischerweise einen Steigungswinkel von nahe 90° auf. Ein derartiger Steigungswinkel entspricht einem sehr feinen Gewinde. Die Kerbentiefe beträgt dabei deutlich weniger als 1 mm, und typischerweise weniger als 0,3 mm.
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher in der Bereitstellung einer Vorrichtung und eines Verfahrens, mit denen die Nachteile des Standes der Technik überwunden werden.
Demnach soll die Erfindung dazu dienen, insbesondere mono- und multikristalline Siliziumsubstrate während einer ein- oder beidseitigen nasschemischen Behandlung zu transportieren, ohne dass es zu einem unerwünschten Zerplatzen anwesender Gasblasen an der Kante des Substrats kommt. Für den Fall einer einseitigen Behandlung soll sichergestellt werden, dass die Oberfläche auf der dem Medium abgewandten Seite nicht benetzt wird, und dass hierzu kein zusätzliches Schützen oder Maskieren derselben erforderlich ist.
Sich im Rahmen der Behandlung, welche auch lediglich den Transport durch einen mit Flüssigkeit gefüllten Behälter ohne Modifikation der Substratoberfläche betreffen kann, an der Substratunterseite bildende und/oder sammelnde gasförmige Reaktionsprodukte dürfen nicht zu einer Beeinträchtigung des Transport- und/oder Behandlungsvorgangs führen.
Ferner sollen die Vorrichtung und das dazugehörige Verfahren zum Einsatz in einer Fertigungsstraße oder Durchlaufanlage (Inline-Anlage) geeignet sein.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Hauptanspruch und ein Verfahren gemäß Anspruch 7 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind den Unteransprüchen, der nachfolgenden detaillierten Beschreibung, sowie den Figuren zu entnehmen.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Transportieren von flachen Gegenständen während einer nasschemischen Behandlung. Der Begriff des „Transportierens während einer nasschemischen Behandlung” umfasst definitionsgemäß auch den bloßen Transport durch ein flüssiges, insbesondere wässriges Medium.
Erfindungsgemäß werden gasförmige Reaktionsprodukte, die sich in dem Behandlungsmedium und insbesondere im Rahmen der nasschemischen Behandlung an der Unterseite der Gegenstände bilden, abgeführt, so dass die vorstehend beschriebenen Nachteile durch Aufsteigen und Zerplatzen gasförmiger Reaktionsprodukte vermieden werden. Dies wird nachfolgend genauer erläutert. Der Begriff des (flachen) Gegenstands und des Substrats wird dabei synonym verwendet.
Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung einen Behälter zur Aufnahme eines flüssigen Behandlungsmediums.
Außerdem umfasst die Vorrichtung mindestens eine Transportrolle (nachfolgend auch kurz „Rolle” genannt) zum horizontalen Transport der Gegenstände durch den Behälter, wobei die Mantelfläche der mindestens einen Transportrolle eine Gewindestruktur aufweist, deren mindestens ein Gewindegang einen Steigungswinkel von weniger als 80° aufweist.
Für den eigentlichen Transport der Gegenstände können neben der mindestens einen erfindungsgemäß ausgebildeten Transportrolle grundsätzlich beliebige weitere Transportmittel Verwendung finden. Besonders bevorzugt sind solche Transportmittel, die einen einseitigen Transport der Substrate erlauben, also ohne Niederhalter oder dergleichen auskommen. Derartige Transportmittel sind demnach für den Transport der Gegenstände nicht durch, sondern über das Behandlungsmedium, also entlang seiner Oberfläche, geeignet. Besonders geeignet sind somit Rollenfördereinrichtungen, wie sie beispielsweise in der Druckschrift WO 2005/093788 offenbart sind. Für den Fall einer einseitigen Behandlung ist sicherzustellen, dass die Substrate lediglich mit ihrer zu behandelnden Unterseite mit dem Behandlungsmedium in Kontakt kommen, oder dass ein Abstand zwischen der Oberfläche des Behandlungsmediums und der Unterseite der Substrate besteht. Dabei wird die Behandlungsflüssigkeit beispielsweise mittels entsprechender Räder an die Unterseite der Substrate gebracht.
Erfindungsgemäß kann die Vorrichtung noch weitere reine Vollrollen und/oder Rollen mit definierten Kontaktflächen (Räder) aufweisen, die dem Transport und/oder der ggf. gewünschten Benetzung der Substratunterseite mit dem Behandlungsmedium dienen. Bevorzugt ist die erfindungsgemäße Gewindestruktur auf mehreren, besonders bevorzugt auf allen Transportrollen vorgesehen.
Nach einer Ausführungsform ist eine einzelne Rolle so bemessen, dass sie lediglich dem Transport einer einzigen, in einer „Spur” hintereinander angeordneten Reihe von Substraten dient. Nach einer anderen Ausführungsform finden mehrere solcher „Spuren” nebeneinander auf einer Rolle Platz, so dass ein paralleler Transport von Gegenständen ermöglicht wird. Die im Folgenden dargelegten Ausführungsformen beziehen sich daher nicht zwangsläufig auf die gesamte Rolle, sondern ggf. nur auf eine Spur derselben, sofern sie mehrere derartiger Spuren umfasst. Somit sind auch Kombinationen der nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen auf einer einzelnen Rolle möglich, ohne dass dies an den entsprechenden Stellen jeweils gesondert hervorgehoben wird.
Während des Transports und der gleichzeitigen Behandlung findet ein kontinuierliches Abführen von während des Behandlungsvorgangs gebildeten gasförmigen Reaktionsprodukten in Richtung der seitlichen Randbereiche der Substrate statt. Derartige Reaktionsprodukte (Bläschen) können beispielsweise durch chemische Reaktionen entstehen und behindern den Behandlungsvorgang. Zudem führen im Fall einer einseitigen Behandlung sich sammelnde und somit vergrößernde Bläschen beim Verlassen der Unterseite eines Substrats und dem anschließenden Aufsteigen im unmittelbaren Bereich der Substratkante zu Flüssigkeitsspritzern des Behandlungsmediums. Diese Flüssigkeitsspritzer werden durch das Zerplatzen der Bläschen an der Oberfläche des Behandlungsmediums hervorgerufen. Dieser unerwünschte Effekt, der zu Verunreinigungen der Substratoberseite mit Behandlungsmedium führt, wird durch das kontinuierliche Abführen der Bläschen in Richtung der seitlichen Randbereiche der Substrate unterbunden oder zumindest weitgehend vermieden.
Die erfindungsgemäß vorgesehene Gewindestruktur auf der Mantelfläche der mindestens einen Transportrolle begünstigt das vorstehend beschriebene kontinuierliche Abführen von gasförmigen Reaktionsprodukten, die sich während des Behandlungsvorgangs bilden.
„Gewindestruktur” bedeutet, dass die Mantelfläche der Rolle eine oder mehrere spiralförmige Erhebungen oder Vertiefungen ähnlich einer Schraube aufweist. Demnach kann eine Gewindestruktur einen oder mehrere „Gewindegänge” aufweisen.
Die Gewindestruktur führt Gasbläschen, die sich an einer beliebigen Stelle an der Unterseite des Substrats angesammelt haben, in Richtung der seitlichen Randbereiche der Gegenstände ab. Der Grund hierfür liegt in der Tatsache, dass die Gasbläschen aufgrund ihrer geringen Dichte in der Behandlungsflüssigkeit stets nach oben steigen. Dabei bildet die Unterseite des Substrats eine Barriere, wodurch der senkrecht verlaufende Freiheitsgrad zur Bewegung eines Gasbläschens blockiert ist. Weitere Freiheitsgrade verlaufen nunmehr ausschließlich parallel zur Substratunterseite. Den Freiheitsgrad in Richtung der seitlichen Randbereiche blockieren die Flanken des Gewindegangs. Schließlich ist den Bläschen auch der letzte verbleibende Freiheitsgrad verwehrt, der parallel zur Transportrichtung verläuft. Die Bläschen müssten sonst aufgrund der Form des Gewindegangs absinken. Dies ist jedoch aufgrund ihrer im Vergleich zum Behandlungsmedium geringeren Dichte ohne externe Einwirkungen ebenfalls ausgeschlossen. Somit können sich Gasbläschen nur im Hohlraum des Gewindegangs und gleichzeitig direkt an der Unterseite des Substrats aufhalten. Aufgrund des fortschreitenden Abrollens des Gewindegangs während des Substrattransports bewegen sich diese möglichen Aufenthaltsorte und somit die in ihnen „gefangenen” Bläschen in Richtung der seitlichen Randbereiche der Substrate. Dort steigen sie schließlich auf, sobald der senkrechte Freiheitsgrad bei Verlassen des Substratbereiches wieder freigegeben wird.
Der Vorteil des Abführens der gasförmigen Reaktionsprodukte in Richtung der seitlichen Randbereiche der Substrate liegt darin, dass die Bläschen nicht mehr im Bereich der wandernden Kontaktfläche zur (gewindelosen) Rolle an der Substratunterseite entlang geschoben werden. Dort vergrößern sie sich fortlaufend, bis sie den hinteren Substratrand erreichen, wo sie dann zeitgleich aufsteigen und zerplatzen, was insbesondere auch zu einer unerwünschten Benetzung der Oberseite des nachfolgenden Substrats führen kann. Stattdessen werden die Bläschen zeitnah zu ihrer Entstehung in Bereiche abgeführt, die nicht hinter, sondern (in Transportrichtung gesehen) seitlich vom Substrat liegen. Da das Abführen kontinuierlich erfolgt, treten die Bläschen auch kontinuierlich an den Seiten der Substrate aus. Da die Verweilzeit der Bläschen unterhalb des Substrats verkürzt ist, ist die Gefahr eines Ansammelns und somit Anwachsens der zunächst sehr kleinen Bläschen verringert. Unterhalb einer kritischen Größe geht von den dann zerplatzenden Bläschen aber keine Gefahr einer Benetzung der Substratoberseite mehr aus. Der Vorteil der verkürzten Verweilzeit wirkt sich auch bei einer Tauchbehandlung von Substraten aus.
Wie erwähnt, weist der mindestens eine Gewindegang einen Steigungswinkel von weniger als 80° auf. Der Steigungswinkel bezeichnet dabei den Winkel zwischen Gewindegangwand und der Mantelfläche des Zylinders, den die Rolle darstellt, in einer Draufsicht. Anders ausgedrückt ist der Steigungswinkel in einer Draufsicht der Winkel zwischen der Achse der Transportrolle und der Richtung, in die die Flanken des Gewindeganges weisen. Bei Feingewinden liegt der Wert der Steigung näher bei 90 Grad (flaches Gewinde). Je gröber das Gewinde wird, desto weiter bewegt er sich in den Bereich um 45 Grad oder darunter (steiles, grobes Gewinde). Ein kleiner Winkel führt somit auch zu einem schnelleren seitlichen Abführen der Bläschen.
Grundsätzlich ist der Steigungswinkel so zu wählen, dass ein Gasbläschen noch sicher zur Seite abgeführt werden kann und nicht aufgrund eines zu kleinen Steigungswinkels der zur Seite gerichteten Abführgeschwindigkeit nicht mehr folgen kann. Die Folge eines zu kleinen Steigungswinkels kann somit ein Übertreten der Gasbläschen über die einen Gewindegang begrenzende Flanke hinweg in einen stromauf- oder abwärts gelegenen Bereich desselben Gewindeganges sein. Ferner sollte der Steigungswinkel ausreichend groß gewählt werden, damit ein Gasbläschen nach dem vollständigen Transport eines Substrats über eine gegebene Rolle auch tatsächlich bis über den seitlichen Substratrand heraus gefördert wird. Wird der Steigungswinkel hingegen zu groß gewählt, erfolgt das seitliche Abführen zu langsam und führt gegebenenfalls dazu, dass das Gasbläschen sich beim Verlassen des Substrats von der Rolle nicht an der seitlichen Kante, sondern im Bereich der Hinterkante befindet. Die oben genannten Probleme sind dann die Folge.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Steigungswinkel 20°–40°. Versuche haben ergeben, dass in diesem Bereich ein besonders gutes und sicheres Abführen der gasförmigen Reaktionsprodukte erreicht wird. Besonders bevorzugt beträgt der Steigungswinkel 30°.
Nach einer ersten Ausführungsform umfasst eine Gewindestruktur einen Gewindegang. Der Gewindegang ist so angeordnet, dass er sich gleichförmig und mit gleicher Drehrichtung von einem Ende der Rolle zum anderen erstreckt. Nach einer weiteren Ausführungsform umfasst die Gewindestruktur derselben Mantelfläche zwei gegenläufige Gewindegänge.
Die Drehrichtungen der Gewindegänge sind so gewählt, dass sie bei einer für den Transport der Substrate notwendigen Rotation der jeweiligen Rolle voneinander weg weisen. Gedachte und in ihrer Rotation gehemmte Schrauben, die auf diese Gewindegänge aufgesteckt sind, würden sich somit ebenfalls voneinander weg bewegen. Der Grenzbereich beider Gewindegänge ist bevorzugt so angeordnet, dass er die Spur, auf welcher die Substrate transportiert werden, in zwei etwa gleich große Hälften teilt („Traktorprofil”). Dadurch wird erreicht, dass Bläschen, die sich im Bereich der Unterseite der Substrate bilden und/oder sammeln, kontinuierlich von der Mitte der Spur zu deren Seiten gefördert werden, so dass das oben beschriebene Vergrößern vermieden wird. Zudem erfolgt ein jeweils gleichmäßiges Abführen der Bläschen zu beiden Seiten hin, so dass die an der Unterseite entstehenden Bläschen zu in etwa gleichen Teilen zu beiden Seiten hin abgeführt werden. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, dass die jeweilige Wegstrecke einer gegebenen Gasblase zur Substratseite reduziert wird.
Ein erfindungsgemäßes „Traktorprofil” kann außerdem zentrierend auf die transportierten Substrate wirken. Hierzu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Höhe der Erhebungen über dem Grund des Gewindeganges am Rand der Spur geringfügig größer ist als in der Mitte der Spur. Dadurch laufen Substrate, die sich in Richtung des Randes und somit „aus der Spur” bewegen, in die Mitte derselben zurück.
Wie bereits erwähnt, kann eine Transportrolle eine oder auch mehrere, parallel zueinander verlaufende Spuren aufweisen. Dabei bestehen für jede der Spuren sinngemäß die gleichen Variationen einer konkreten Ausführungsform.
Für den Fall, dass eine Transportrolle mehrere nebeneinander liegende Spuren für die Substrate bereitstellt, sollte der Abstand der Spuren zueinander zumindest geringfügig größer sein als die Breite der zu transportierenden Substrate. Bevorzugt beträgt der Abstand zweier nebeneinander transportierter Substrate mindestens 1 cm. Für den Fall, dass nacheinander Substrate mit unterschiedlicher Breite transportiert werden sollen, ist der Abstand der einzelnen Spuren voneinander an die größte Substratbreite anzupassen. Selbstverständlich können auf einer Rolle auch Spuren unterschiedlicher Breite nebeneinander vorgesehen werden, so dass Substrate unterschiedlicher Breiten nebeneinander transportiert werden können. Jede Spur ist dann für den Transport immer gleich breiter Substrate vorgesehen.
Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Vorrichtung mehrere, jeweils eine Gewindestruktur aufweisende Transportrollen umfasst, wobei die Gewindestrukturen zweier in Transportrichtung aufeinander folgender Rollen hinsichtlich ihrer Drehrichtung gegenläufig ausgebildet sind. Mit anderen Worten wechselt sich die Drehrichtung des oder der Gewindegänge aufeinander folgender Transportrollen jeweils ab. Das bedeutet, dass – in Transportrichtung gesehen – einer Rolle mit einem rechtsläufigen eine solche mit linksläufigem Gewindegang folgt usw. Der Gewindegang einer Rolle ist dabei jeweils durchgängig ausgestaltet. Das Fördern der Bläschen erfolgt somit ebenfalls abwechselnd zur linken und zur rechten Seite hin. Ein wesentlicher Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, Substrate unterschiedlicher Breiten transportieren zu können, ohne dafür jeweils die entsprechende Spurbreite anpassen zu müssen. Zudem können auf diese Weise Substrate unterschiedlicher Breite sowohl hinter- als auch nebeneinander transportiert werden.
Diese Ausführungsform ist somit besonders für Substrate mit Standardgeometrien (rund, quadratisch) und/oder Standardabmessungen (z. B. 30-cm-Substrate, 11-Zoll-Wafer) geeignet. Sie ist aber auch dazu geeignet, um deutlich größere Gegenstände zu transportieren und zu behandeln, beispielsweise 90 cm × 120 cm große Glassubstrate, wie sie zur Solarzellenfertigung verwendet werden.
Bevorzugt ist ferner vorgesehen, dass der mindestens eine Gewindegang eine Profiltiefe von mindestens 1 mm und/oder höchstens von 10 mm sowie eine Profilform aufweist, deren Querschnitt rund, rechteckig, dreieckig, oder mit einem Standard-Gewindewerkzeug herstellbar ist.
Die „Profilform” ist die Geometrie eines Gewindeganges, die sich bei einem Blick auf eine durch die Rollenachse verlaufende Schnittfläche ergibt. „Profiltiefe” bezeichnet den Abstand zwischen der unstrukturierten Mantelfläche der Rolle und der tiefsten Stelle eines Gewindeganges. Die Profiltiefe darf eine Mindesttiefe nicht unterschreiten. Bei einer geringeren als der Mindesttiefe ist ein wirkungsvolles Abführen der Gasbläschen nicht mehr gewährleistet. Ebenso ist vorgesehen, dass die Höchsttiefe des Gewindeganges 10 mm beträgt. Besonders bevorzugt ist hierbei der Bereich von 1,5 bis 5 mm Profiltiefe. Am meisten bevorzugt ist ein quadratisches Profil mit einer Tiefe und einer lichten Breite von jeweils 5 mm.
Alternativ ist vorgesehen, dass entweder die Breite oder die Tiefe des Profils weniger als 1 cm beträgt.
Sowohl die Form des Querschnitts als auch die Profiltiefe bleiben bevorzugt über die gesamte Länge des Gewindeganges gleich. Es kann aber in bestimmten Fällen vorteilhaft sein, die Form des Querschnitts und/oder die Profiltiefe zu variieren, und zwar im Bereich eines einzelnen Gewindeganges und/oder im Hinblick auf einander benachbarte Spuren und/oder im Falle aufeinander folgender Transportrollen.
Neben einem runden oder einem rechteckigen Querschnitt sind selbstverständlich auch andere wie beispielsweise ovale oder anders geformte Querschnitte möglich. Besonders bevorzugt ist jedoch, dass das Querschnittsprofil mit einem Standard-Gewindewerkzeug herstellbar ist.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die flachen Gegenstände Siliziumsubstrate oder Glasscheiben sind. Erfindungsgemäß sind jedoch auch andere Substratmaterialien wie beispielsweise Keramik, Metall oder Kunststoff denkbar.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum kontrollierten seitlichen Abführen gasförmiger Reaktionsprodukte von der Unterseite flacher Gegenstände, die im Rahmen einer Fertigungsstraße horizontal durch einen nasschemischen Behandlungsbehälter transportiert werden. Dies geschieht unter Verwendung mindestens einer Transportrolle, deren Mantelfläche zum seitlichen Abführen gasförmiger Reaktionsprodukte eine Gewindestruktur mit mindestens einem Gewindegang aufweist. Hinsichtlich detaillierter Informationen über die Transportrolle wird auf die obigen Ausführungen zur erfindungsgemäßen Vorrichtung verwiesen.
Das erfindungsgemäße Verfahren lasst sich in die folgenden Schritte gliedern:

– Kontaktieren der Gegenstände mit dem Behandlungsmedium,
– Transportieren der Gegenstände durch oder über das Behandlungsmedium, also entlang der Oberfläche des Behandlungsmediums,
– kontinuierliches Abführen von während des Behandlungsvorgangs gebildeten gasförmigen Reaktionsprodukten in Richtung der seitlichen Randbereiche der Gegenstände.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens können ergänzend noch weitere Verfahrensschritte vorgesehen sein, die nachfolgend genauer beschrieben werden.
So ist nach einer Ausführungsform vorgesehen, dass Additive zur Erhöhung der Viskosität der Behandlungsflüssigkeit verwendet werden. Derartige Additive sind dem Fachmann bekannt und bedürfen daher keiner expliziten Aufzählung. Aufgrund höherer Viskosität erfolgt ein langsameres Aufsteigen sowie „sanfteres” Zerplatzen der Gasbläschen. Somit dient die Erhöhung der Viskosität der weiteren Verringerung der Gefahr einer Benetzung der nicht zu behandelnden Substratoberfläche und ggf. Substratkanten.
Die vorliegende Erfindung erlaubt auf einfache und effektive Art das Transportieren von flachen Gegenständen während einer nasschemischen Behandlung derselben. Diese Behandlung kann beidseitig, insbesondere aber auch einseitig erfolgen.
Durch Verwendung mindestens einer Transportrolle, deren Mantelfläche zum seitlichen Abführen gasförmiger Reaktionsprodukte eine Gewindestruktur mit mindestens einem Gewindegang aufweist, führen gasförmige Reaktionsprodukte, die sich im Rahmen des Prozesses an der Substratunterseite bilden und/oder sammeln, nicht zu einer Beeinträchtigung des Transport- und/oder Behandlungsvorgangs.
Die Vorrichtung und das Verfahren sind auch zum Einsatz in einer Fertigungsstraße (Inline-Anlage) geeignet.
Figurenbeschreibung
1A zeigt schematisch eine Rolle mit einer Gewindestruktur.
1B zeigt schematisch die Rolle gemäß 1A zu einem späteren Verfahrenszeitpunkt.
2 zeigt eine Rolle mit mehreren Spuren.
3 zeigt eine Rolle, deren Gewindestruktur zwei gegenläufige Gewindegänge aufweist.
4 zeigt eine schematische Darstellung einer Rolle 1 mit mehreren parallel verlaufenden Gewindegängen 5, 5' auf einer Mantelfläche 3 als Rechtsgewinde (4A) und als Linksgewinde (4B).
5 zeigt anhand schematischer Querschnitte verschiedene Profilformen für einen Gewindegang, nämlich ein Rechteckprofil (5A), ein Halbrundprofil (5B), sowie ein Dreieckprofil (5C).
In der 1A ist schematisch eine Rolle 1 mit einer Gewindestruktur 4 gezeigt. Die Rolle 1 ist als Zylinder ausgebildet und weist eine Grundfläche 2 und eine Mantelfläche 3 auf. Nicht dargestellt sind weitere Merkmale wie die Achse, auf der die Rolle 1 drehbar gelagert ist, sowie ggf. vorhandene Antriebselemente, etc..
Auf der Mantelfläche 3 befindet sich eine Gewindestruktur 4. Deren durch die Rolle 1 verdeckten Teile sind als gestrichelte Linie dargestellt. Die Gewindestruktur 4 weist gemäß der 1 einen durchgängigen Gewindegang 5 auf.
Die Rolle 1 rotiert während des Förderns eines Substrats 6 (dargestellt als strichpunktierte Linie) in Rotationsrichtung 7. Dabei bildet sich auch die Transportrichtung 8 aus. Diese weist parallel zu der Grundfläche 2 der Rolle 1. In der dargestellten Draufsicht weist der Gewindegang 5 nicht in Transportrichtung 8, sondern bildet mit der Mantelfläche 3 einen Steigungswinkel 9. In der dargestellten Figur beträgt der Steigungswinkel 9 in etwa 70°.
In dem Bereich zwischen Unterseite des Substrats 6 und Mantelfläche 3 der Rolle 1 ist eine Gasblase 10 gefangen. Aufgrund ihrer Dichte versucht sie aufzusteigen, stößt jedoch gegen die Unterseite des Substrats 6. Ein seitliches Ausbrechen ist ebenso nicht möglich, da sie sich nur im Innenraum des Gewindegangs 5 bewegen kann, der als Kerbe oder Ausnehmung in der Mantelfläche 3 der Rolle 1 vorgesehen ist.
Die 1B zeigt die Situation aus 1A nach einigen Rotationen der Rolle 1 in Rotationsrichtung 7. Das Substrat 6 hat sich weiter in Transportrichtung 8 fortbewegt. Durch Rotieren der Rolle 1 in Rotationsrichtung 7 wandert die Gasblase 10, die in dem Gewindegang 5 gefangen ist, in Richtung des seitlichen Randbereichs 6' des Substrats 6 ab. Da sich weitere Gasblasen (nicht dargestellt) aufgrund der kontinuierlich stattfindenden chemischen Reaktion an der Unterseite des Substrats 6 ebenfalls kontinuierlich bilden, erfolgt somit ein kontinuierliches Abführen der Gasblasen. Aufgrund der Barriere, die die Flanken des Gewindegangs 5 bilden, können sich mehrere Gasblasen nicht zu einer oder mehreren großen Gasblasen verbinden. Als Folge davon vermeidet die gezeigte Vorrichtung effektiv die Verunreinigungen, die durch Spritzer sich sammelnder Gasblasen beim Aufsteigen derselben an die Oberfläche der Behandlungsflüssigkeit (nicht dargestellt) auf der Oberseite des Substrats 6 erzeugen können. Durch das Abführen in Richtung der seitlichen Randbereiche 6' des Substrats 6 wird ferner der unerwünschte Effekt verhindert, dass eine Rolle 1 Gasblasen während des Transports in der Kontaktzone zum Substrat sammelt und diese dann bei Verlassen des Substrats 6 von der Rolle 1 gleichzeitig an der Hinterkante 6'' des Substrats aufsteigen.
In der 2 sind zwei Rollen 1, 1' gezeigt, die für einen Transport auf mehreren (hier: zwei) Spuren vorgesehen sind. Eine Spur ist dabei durch jeweils einen Gewindegang 5 bzw. 5' charakterisiert. Die Rolle 1 bzw. 1' und die Gewindegänge 5, 5' sind dabei so bemessen, dass mehrere Substrate (nicht dargestellt) nebeneinander transportiert werden können. In der dargestellten Ausführungsform sind die Spuren unterschiedlich breit.
Die Steigungswinkel 9 der Gewindegänge 5, 5' sind auf beiden Rollen 1 und 1' jeweils dem Betrage nach gleich. Damit die Substrate bei fortlaufender Rotation der Rollen 1, 1' aufgrund der in axiale Richtung der Rollen weisenden Transportkomponente nicht aus der Spur laufen, sind die Steigungswinkel 9 der beiden Rollen 1 bzw. 1' gerade entgegengesetzt ausgebildet. Die Rotationsrichtungen 7 der Rollen 1 und 1' sind hingegen identisch. Mit anderen Worten, die Gewindegänge 5 bzw. 5' zweier in Transportrichtung 8 aufeinander folgender Rollen 1, 1' sind hinsichtlich ihrer Drehrichtung 11 gegenläufig ausgebildet. Auf diese Weise werden Substrate von einer ersten Rolle 1 zwar geringfügig aus der Spur transportiert, die nachfolgende Rolle 1' führt die Substrate jedoch wieder in die Spur zurück. Somit werden die Substrate zwar auf einer als leichte Zickzacklinie verlaufenden Transportbahn 12 (gepunktet dargestellt) transportiert, bleiben aber im Wesentlichen in der vorbestimmten Spur.
In der 3 ist eine Rolle 1 mit einer Gewindestruktur 4 mit zwei gegenläufigen Gewindegängen 5, 5' gezeigt. Die Gewindegänge 5, 5' bilden dabei gemeinsam eine Spur. Die Steigungswinkel 9 der beiden Gewindegänge 5, 5' sind gleich groß, haben aber umgekehrte Vorzeichen. Die Rolle 1 rotiert in Rotationsrichtung 7. Die Drehrichtungen 11, 11', die sich somit ergeben, führen dazu, dass sich gedachte und in ihrer Rotation gehemmte Schrauben, die auf die Gewindegänge 5 bzw. 5' aufgesteckt sind, bei Rotation der Rolle voneinander weg bewegen würden. Je nach Entstehungsort (linke, bzw. rechte Hälfte der Substratunterseite) werden auf diese Weise Gasblasen jeweils von der Mitte eines Substrats nach links bzw. nach rechts abgeführt.
Diese Ausführungsform hat mehrere Vorteile. Zunächst entfällt die Notwendigkeit der Anordnung einer weiteren Rolle mit einer Gewindestruktur, deren Drehrichtungen jedoch entgegen gesetzt sein müsste, wie in 2 dargestellt. Auch die seitwärts gerichteten Transportkomponenten gleichen sich in etwa aus, so dass sich das Substrat auf einer geradlinigen Transportbahn in Transportrichtung bewegt. Schließlich muss eine Gasblase im ungünstigsten Fall nicht ganz von einer Seite zur anderen Seite eines Substrats abgeführt werden. Da das Abführen von der Mitte ausgehend beginnt, ist somit maximal die Halbe Substratbreite während des Abführens zu überwinden. Für diesen Fall ist somit auch die Bereitstellung größerer Steigungswinkel wie z. B. 40° bis 80° möglich.
In der 4 ist eine schematische Darstellung einer Rolle 1 mit mehreren parallel verlaufenden Gewindegängen 5, 5', 5'', 5''' auf einer Mantelfläche 3 als Rechtsgewinde (4A) und als Linksgewinde (4B) gezeigt. Zur besseren Visualisierung sind auch die auf der Rückseite der Mantelfläche verlaufenden Gewindegänge jeweils als verdeckte Linien dargestellt. Durch die Anordnung mehrerer parallel verlaufender Gewindegänge weist die Mantelfläche 3 bei gleichbleibendem Steigungswinkel 9 eine größere Anzahl entsprechender Vertiefungen auf, die einem Abführen der Gasblasen (nicht dargestellt) dienen. Zwar ließe sich der gleiche Effekt mit einem einzelnen Gewindegang erreichen. Dieser hätte dann jedoch einen sehr großen Steigungswinkel, so dass Gasblasen in ungünstigen Fällen (Entstehung ganz am Rand des Substrats, kurzes und/oder breites Substrat, großer Rollendurchmesser) nicht bis zu dem jeweiligen seitlichen Randbereich des Substrats abgeführt werden würden.
In der 5 sind anhand schematischer Querschnitte verschiedene Profilformen für einen Gewindegang 5 gezeigt. Die 5A zeigt ein Rechteckprofil, die 5B zeigt ein Halbrundprofil, und die 5C zeigt ein Dreieckprofil. Der Wert a stellt dabei jeweils die Profiltiefe, der Wert b die Profilbreite dar.
Bezugszeichenliste

1, 1': Rolle, Transportrolle
2: Grundfläche
3: Mantelfläche
4: Gewindestruktur
5, 5': Gewindegang
6: Substrat, flacher Gegenstand
6': seitliche Randbereiche des Substrats
6'': Hinterkante des Substrats
7: Rotationsrichtung
8: Transportrichtung
9: Steigungswinkel
10: Gasblase, gasförmige Reaktionsprodukte
11, 11': Drehrichtung
12: Transportbahn
a: Profiltiefe
b: Profilbreite

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10313127 A1 [0006]
WO 2005/093788 [0006, 0006, 0020]

Claims

Vorrichtung zum Transportieren von flachen Gegenständen (6) während einer nasschemischen Behandlung, umfassend – einen Behälter zur Aufnahme eines flüssigen Behandlungsmediums, und – mindestens eine Transportrolle (1) zum horizontalen Transport der Gegenstände (6) durch den Behälter, wobei die Mantelfläche (3) der mindestens einen Transportrolle (1) eine Gewindestruktur (4) aufweist, deren mindestens ein Gewindegang (5) einen Steigungswinkel (9) von weniger als 80° aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Steigungswinkel (9) 20°–40° beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Gewindestruktur (4) zwei gegenläufige Gewindegänge (5, 5') umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 mit mehreren, jeweils eine Gewindestruktur (4) aufweisenden Transportrollen (1, 1'), wobei die Gewindestrukturen (4) zweier in Transportrichtung (8) aufeinander folgender Rollen hinsichtlich ihrer Drehrichtung (11, 11') gegenläufig ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der mindestens eine Gewindegang (5) eine Profiltiefe (a) von mindestens 1 mm und/oder höchstens von 10 mm sowie eine Profilform aufweist, deren Querschnitt rund, rechteckig, dreieckig, oder mit einem Standard-Gewindewerkzeug herstellbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die flachen Gegenstände (6) Siliziumsubstrate oder Glasscheiben sind.
Verfahren zum kontrollierten seitlichen Abführen gasförmiger Reaktionsprodukte (10) von der Unterseite flacher Gegenstände (6), die im Rahmen einer Fertigungsstraße horizontal durch einen nasschemischen Behandlungsbehälter transportiert werden, unter Verwendung mindestens einer Transportrolle (1), deren Mantelfläche (3) zum seitlichen Abführen gasförmiger Reaktionsprodukte (10) eine Gewindestruktur (4) mit mindestens einem Gewindegang (5) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der mindestens eine Gewindegang (5) einer Transportrolle (1) einen Steigungswinkel (9) von weniger als 80° aufweist.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Steigungswinkel (9) 20°–40° beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Gewindestruktur (4) der Mantelfläche (3) zwei gegenläufige Gewindegänge (5, 5') umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9 unter Verwendung mehrerer, jeweils eine Gewindestruktur (4) aufweisender Transportrollen (1, 1'), wobei die Strukturen zweier in Transportrichtung (8) aufeinander folgender Rollen (1, 1') hinsichtlich ihrer Drehrichtung (11, 11') gegenläufig ausgebildet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei der mindestens eine Gewindegang (5) einer Transportrolle (1) eine Profiltiefe (a) von mindestens 1 mm und/oder höchstens von 10 mm sowie eine Profilform aufweist, deren Querschnitt rund, rechteckig, dreieckig, oder mit einem Standard-Gewindewerkzeug herstellbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, wobei die flachen Gegenstände (6) Siliziumsubstrate oder Glasscheiben sind.