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Einleitung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Flüssigkeits-Niveauregelung bei Durchlaufanlagen und eine Vorrichtung dazu. Genauer betrifft die Erfindung ein Verfahren, welches das präzise Einhalten eines gewünschten Flüssigkeitspegels im Rahmen der einseitigen flüssigkeitsbasierten Behandlung von flachen Gegenständen erlaubt, sowie eine dazu geeignete Vorrichtung.
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Stand der Technik und Nachteile
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Aus dem Stand der Technik sind Durchlaufanlagen zur nasschemischen Behandlung von flachen Gegenständen bekannt. Die zu behandelnden flachen Gegenstände sind beispielsweise Siliziumsubstrate oder kurz Substrate, wie sie in der Halbleiter- und Solarzellenfertigung Verwendung finden. Der Transport der zu behandelnden Gegenstände erfolgt dabei gewöhnlich in einer horizontal verlaufenden Transportebene, und auch die Gegenstände selber sind horizontal ausgerichtet. Als Transportmittel werden vorwiegend Rollen eingesetzt, aber auch Endlosförderer wie Gurte und Bänder, oder Einzelförderer wie separate Tragebalken, Carrier oder Chucks. Auch flüssigkeitsbasierte Fördersysteme (Fluidkissen) können verwendet werden.
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Für bestimmte Prozessschritte ist eine lediglich einseitige Behandlung der Substrate erwünscht. Hierzu sind aus dem Stand der Technik verschiedene Verfahren bekannt.
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Nach einem ersten Grundtyp wird die lediglich einseitige Behandlung dadurch erreicht, dass die nicht zu behandelnde Seite „aktiv” geschützt wird.
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Nach einer ersten Variante dieses Grundtyps wird die nicht zu behandelnde Seite mit einer Schutzschicht geschützt, die vor dem Prozessschritt aufzubringen ist, und für gewöhnlich nach dem Prozessschritt entfernt werden muss. Nachteilig ist hier der zusätzliche Aufwand für die Schutzbeschichtung.
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Nach einer anderen Variante dieses Grundtyps liegt die nicht zu behandelnde Seite vollflächig, beispielsweise an einem Vakuumchuck, oder zumindest im Randbereich, der beispielsweise durch eine Dichtlippe gebildet wird, an einer dichtenden Gegenfläche an. Während des Prozessschritts kann so keine Behandlungsflüssigkeit an die nicht zu behandelnde Seite des Substrats gelangen. Nachteilig ist der nicht unerhebliche apparative Aufwand, sowie die Tatsache, dass die häufig berührungsempfindliche Substratfläche durch die schützende Gegenfläche beschädigt oder verschmutzt werden kann.
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Ein zweiter, „passiv” schützender Grundtyp verzichtet auf den vorstehenden „aktiven” Schutz der nicht zu behandelnden Substratseite. Als besonders geeignet hat sich das in der Druckschrift
PCT/DE2004/000597 beschriebene Verfahren erwiesen. Demnach wird das zu behandelnde Substrat derartig entlang der Oberfläche der Behandlungsflüssigkeit geführt, dass nur seine Unterseite und ggf. seine Kanten mit der Behandlungsflüssigkeit in Kontakt kommen. Sofern der Transport durch die Behandlungsflüssigkeit entsprechend vorsichtig erfolgt, bleibt die Oberseite des Substrats unbehandelt, ohne dass es einer Schutzschicht oder der Berührung durch eine Gegenfläche bedürfe.
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Es sei erläuternd darauf hingewiesen, dass das in oben genannter Druckschrift vorgeschlagene einseitige Behandeln eines Substrats auf unterschiedliche Art und Weise erzielt werden kann, wobei grundsätzlich zwischen direkter und indirekter Benetzung unterschieden wird.
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Unter direkter Benetzung wird verstanden, dass die gewünschte einseitige Behandlung des Substrats direkt durch die Führung desselben durch die bzw. entlang der Behandlungsflüssigkeit sichergestellt wird. Dies erfordert, dass sich das Flüssigkeitsniveau (oder kurz „Niveau”) der zu behandelnden Substratunterseite zumindest kurzzeitig unterhalb des maximalen Pegelstandes der Behandlungsflüssigkeit befindet. Im Rahmen der direkten Benetzung kann z. B. das Substrat in die Flüssigkeit abgesenkt oder der Pegelstand der Flüssigkeit im Becken vollständig oder partiell angehoben werden, wobei auch eine Kombination aus Absenken des Substrats und Anheben des Pegelstandes der Flüssigkeit möglich ist.
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Zum Beispiel kann die Oberfläche des Bades an der Stelle, an welcher die Substrate in das Bad eingeführt werden, durch einen entsprechend angeordneten und gerichteten Flüssigkeitszulauf unterhalb der Substratunterseite lokal angehoben werden. Ferner kann die Badoberfläche durch Einblasen von Gasblasen unterhalb des Substrates, z. B. mit Druckluft, partiell angehoben werden, wodurch die Benetzung der Substratunterseite ebenfalls sichergestellt werden kann.
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Demgegenüber wird unter indirekter Benetzung verstanden, das sich die zu behandelnde Unterseite des Substrats über die gesamte Behandlungsdauer oberhalb des Pegelstandes der Flüssigkeit befindet, so dass eine Benetzung lediglich indirekt durch die transportierenden Bauteile oder Komponenten des Systems erfolgt, die ihrerseits mit der Flüssigkeit in Kontakt stehen und die Benetzung der Substratunterseiten vermitteln. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass die zu behandelnde Substratseite durch Kontakt mit dem vermittelnden Bauteil entweder vollständig (vollflächig) oder aber auch nur partiell benetzt zu werden braucht, sofern durch die hygroskopischen Eigenschaften der Oberfläche, wie sie beispielsweise von Siliziumscheiben bekannt sind, sichergestellt wird, dass auch eine teilweise Benetzung der Unterseite durch ein Bauteil innerhalb kürzester Zeit zu einer vollflächigen Benetzung führt.
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Hinsichtlich der Komponenten und Bauteile, die für die indirekte Benetzung vorgesehen werden können, wird darauf hingewiesen, dass diese entweder Bestandteil der vorliegend dargelegten Transportsysteme oder aber im Flüssigkeitsbad derart angeordnet sind, dass sie zumindest teilweise aus der Flüssigkeit herausragen oder herausgefahren werden können. Demnach kommen erfindungsgemäß gleichermaßen fest stehende, rotierende oder in der Höhe verfahrbare Bauteile in Betracht. Vorzugsweise wird durch die Oberflächeneigenschaft und/oder durch die Formgebung (z. B. durch Ausnutzung eines Kapillareffekts) des Bauteils sichergestellt, dass dessen für den Kontakt mit der Substratunterseite vorgesehene Bereich benetzt ist und die Benetzung der zu behandelnden Oberfläche bewirkt, ohne dass das Substrat selbst mit dem Flüssigkeitsbad in Berührung kommt. Beispielsweise handelt es sich bei dem Bauteil um eine Benetzungswalze, die sich in der Flüssigkeit des Bades dreht und durch die Drehbewegung Behandlungsflüssigkeit aufnimmt, mit der dann die sich oberhalb des Pegelstandes befindenden Substratunterseiten benetzt werden. Wie bereits ausgeführt, können erfindungsgemäß aber auch anders gestaltete Bauteile wie (in der Höhe verfahrbare) Tische, Stifte oder Stempel eingesetzt werden, da in manchen Fällen sogar eine punktförmige Kontaktierung der Substratunterseite ausreicht, um eine vollflächige Benetzung zu gewährleisten.
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Entscheidend für die erfolgreiche Anwendung der vorstehend beschriebenen, einseitigen Behandlung ohne Schutzvorrichtung ist die exakte Einhaltung der relativen vertikalen Position von Substrat und Flüssigkeitsoberfläche. Ist die Position der Substrate zu niedrig bzw. der relative vertikale Abstand zu gering, besteht eine erhöhte Gefahr der Benetzung ihrer Oberseiten. Ist die Position zu hoch bzw. der relative vertikale Abstand zu groß, besteht die Gefahr einer ungenügenden Benetzung der zu behandelnden Unterseiten. Somit ist eine Niveausteuerung oder -regelung häufig unverzichtbar.
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Die Niveausteuerung wird typischerweise auf verschiedene Arten erreicht, beispielsweise durch eine einfache, ggf. in der Höhe einstellbare Überlaufkante, über die Variation des Durchflusses von Behandlungsflüssigkeit in das bzw. aus dem Behandlungsbecken (s. z. B.
US 2010/0055398 A1 ), oder durch mechanisches vertikales Anheben bzw. Absenken der Transportebene. Typischerweise wird das Niveau einmal fest eingestellt und während des Durchlaufs der Substrate auf diesem Sollwert gehalten.
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Als problematisch hat sich erwiesen, dass sich das Flüssigkeitsniveau in Abhängigkeit der Bestückung des Bades mit Substraten ändert. Je größer die Anzahl der Substrate, desto stärker ist die Abweichung des Flüssigkeitsniveaus von dem ursprünglich eingestellten Wert. Dabei ist je nach Stärke des Eintauchens der Substrate in die Behandlungsflüssigkeit eine Abweichung in beide Richtungen möglich. Tauchen die Substrate soweit in die Flüssigkeit ein, dass sich ihre Kantenflächen teilweise unterhalb, teilweise oberhalb des Flüssigkeitsniveaus befinden, so steigt das Niveau, und somit die Gefahr einer unerwünschten Benetzung der Substratoberseiten. Werden die Substrate hingegen indirekt benetzt, ziehen sie Flüssigkeit ab, so dass das Flüssigkeitsniveau fällt, und es besteht die Gefahr einer ungenügenden Benetzung. Fahren die Substrate gerade mit ihrer Unterseite an der Oberfläche der Flüssigkeit entlang, wobei ihre Kantenflächen weitestgehend oberhalb des Flüssigkeitsniveaus liegen, steigt typischerweise Flüssigkeit an ihren Kanten empor, was ebenfalls zu einem Absinken des Flüssigkeitsniveaus und einer möglicherweise ungenügender Benetzung der Unterseiten führt.
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Optional wird daher durch eine laufende Kontrolle sichergestellt, dass das Niveau jederzeit konstant bleibt. Hierfür sind entsprechende Messvorrichtungen notwendig, die auf einer physikalischen Messung des Flüssigkeitspegels beruhen, den sie an eine Niveauregelung weitergeben. Derartige Messeinrichtungen sind jedoch fehleranfällig und zeigen, je nach Bauart, eine gewisse Reaktionsträgheit. Die Messeinrichtungen erhöhen letztlich auch die Komplexität der Durchlaufanlage. Eine Fehlfunktion kann zu kostspieligem Ausschuss ganzer Chargen führen.
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Aufgabe der Erfindung und Lösung
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Die Aufgabe der Erfindung besteht demnach in der Bereitstellung eines alternativen Verfahrens zur Niveauregelung in besagten Anlagen. Ein solches Verfahren soll möglichst unabhängig von physikalisch messenden Einrichtungen und sowohl fehlertolerant als auch robust sein.
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Ferner besteht die Aufgabe in der Bereitstellung einer zur Durchführung des Verfahrens geeigneten Vorrichtung.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Hauptanspruch sowie eine Vorrichtung gemäß Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie der Figur zu entnehmen.
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Beschreibung
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Zunächst werden die einige Begriffe präzisiert, die für das Verständnis der Erfindung wesentlich sind.
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Der Begriff „Niveau” bezieht sich nachfolgend auf die Höhenlage der Oberfläche der Flüssigkeit, sofern nichts anderes angegeben ist.
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Mit „Wert” ist ein in vertikaler Richtung gemessenes Längenmaß gemeint, sofern nichts anderes angegeben ist.
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Der „vertikale Abstand” bezieht sich immer auf den in vertikaler Richtung gemessenen Abstand zwischen dem Niveau und der Unterseite eines flachen Gegenstands. Dieser kann Null sein, was einer Identität (Koplanarität) von Ebene der Substratunterseite und Ebene des Niveaus gleichkommt. Er kann positiv sein, was einen Spalt zwischen diesen beiden Ebenen bedeutet, und er ist negativ, wenn zumindest die Unterseite des Substrats in die Behandlungsflüssigkeit eintaucht.
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Der „Niveau-Istwert” gibt an, wie hoch das Niveau zu einem aktuellen Zeitpunkt ist, wobei offen gelassen wird, wie dieser Wert erhalten, nämlich gemessen oder bestimmt wird. In Anlagen aus dem Stand der Technik wird dieser Wert gemessen.
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Wird explizit vom „ermittelten Niveau-Istwert” gesprochen, so bedeutet dies, dass dieser Wert nicht durch messen, sondern anderweitig ermittelt wird, beispielsweise durch Berechnen.
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Wird hingegen explizit vom „realen Niveau-Istwert” gesprochen, so ist klar, dass dieser Wert den tatsächlichen (gemessenen) und nicht anderweitig „ermittelten” Wert meint.
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Der „Niveau-Sollwert” gibt den Wert des Niveaus an, der einzustellen ist, um den gewünschten vertikalen Abstand zu erhalten.
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Eine „Stelleinrichtung” ist eine Einrichtung, die dem Verändern, also Einstellen, des Niveaus dient. Beispiele für eine solche Einrichtung sind eine vertikale Verstelleinrichtung der Transportstrecke oder eine auf die Behandlungsflüssigkeit wirkende Pumpe.
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Der „Stell-Sollwert” ist ein Wert, der in Form einer Vorgabe an die Stelleinrichtung dazu führen soll, dass Niveau-Istwert und Niveau-Sollwert (wieder) übereinstimmen. Dieser Wert muss nicht zwangsläufig ein „direktes” Längenmaß sein, muss jedoch letztlich zu einer ggf. „indirekten” Änderung eines Längenmaßes führen. Beispiele für indirekte Stell-Sollwerte sind ein elektrisches Signal, eine Pumpleistung oder eine Durchflussmenge pro Zeit.
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Der „Stell-Istwert” ist ein Wert, der den tatsächlichen (gemessenen) Istwert wiedergibt, der auf die Stelleinrichtung zurückgeht.
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Der „Stell-Nullwert” ist der Wert, auf den die Stelleinrichtung in Abwesenheit von flachen Gegenständen eingestellt ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren dient der Regelung des relativen vertikalen Abstands zwischen der Oberfläche einer in einem Behandlungsbecken befindlichen Behandlungsflüssigkeit und der Unterseite von einseitig mittels der Behandlungsflüssigkeit zu behandelnden flachen Gegenständen, die in Kontakt mit einem Transportmittel horizontal entlang der Oberfläche dieser Behandlungsflüssigkeit transportiert werden.
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Typischerweise handelt es sich bei derartigen, ein Behandlungsbecken umfassenden Anlagen um Durchlaufanalgen, aber auch so genannte „Batch”-Anlagen können für das erfindungsgemäße Verfahren in Betracht kommen. Die Behandlung der flachen Gegenstände erfolgt einseitig, und die Gegenstände sind während der Behandlung im Kontakt mit einem Transportmittel, welches bevorzugt Rollen oder Räder umfasst, die zumindest teilweise angetrieben sind, und auf denen die Gegenstände entlanggleiten. Insbesondere für den oben beschriebenen Fall der direkten Benetzung sehr dünner flacher Gegenstände ist klar, dass das Niveau im Behandlungsbecken sehr genau eingestellt werden muss, um das einseitige Behandeln zu ermöglichen. Dies ist in Anlagen nach dem Stand der Technik nur bedingt und unter Umständen nur bei Stillstand der Anlage zuverlässig möglich.
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Unter „Behandlung” ist sowohl die Veränderung der Oberflächenstruktur oder die Modifizierung der Oberfläche der flachen Gegenstände, aber auch der bloße Transport derselben zu verstehen.
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Zunächst wird ein den aktuellen vertikalen Abstand betreffender Niveau-Istwert mit dem den gewünschten vertikalen Abstand betreffenden Niveau-Sollwert mittels einer Regeleinrichtung verglichen. Mit anderen Worten, es wird geprüft, ob das Niveau im Behandlungsbecken einem gewünschten Sollwert entspricht. Typischerweise wird dieser gewünschte Sollwert zumindest zu Beginn der Behandlung eingehalten, insbesondere dann, wenn noch keine Gegenstände die Behandlungsflüssigkeit kontaktieren. Der Wert wird dann vorliegend als Soll-Nullwert bezeichnet. Das tatsächliche Niveau wird sich in den allermeisten Fällen durch hinzukommende, die Oberfläche der Behandlungsflüssigkeit kontaktierende Gegenstände verändern (siehe oben). Demnach besteht typischerweise eine Differenz zwischen dem Niveau-Sollwert und dem Niveau-Istwert. Die Durchführung dieses Vergleichs erfolgt in der Regeleinrichtung.
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Bei Abweichung dieser Werte voneinander erzeugt nun die Regeleinrichtung einen Stell-Sollwert, mit dem der Niveau-Sollwert (wieder-)erreicht werden soll.
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Der Stell-Sollwert wird schließlich an eine Einrichtung zur Steuerung des relativen vertikalen Abstands weitergegeben. Die Steuerung des relativen vertikalen Abstands kann sowohl direkt oder indirekt erfolgen. Das bedeutet, dass sich das Steuersignal entweder unmittelbar in einer Beeinflussung des relativen vertikalen Abstande (und somit eine Weglänge) niederschlägt, die zu einem Übereinstimmen von Niveau-Istwert mit dem Niveau-Sollwert führt, oder dass weitere Zwischenschritte physikalischer Art vonnöten sind, bevor schließlich eine Beeinflussung des relativen vertikalen Abstandes erfolgt.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Niveau-Istwert anhand der die Flüssigkeit im Behandlungsbecken gleichzeitig kontaktierenden Gesamtoberfläche der flachen Gegenstände (Gesamt-Bedeckungsfläche) ermittelt wird. Wie oben bereits dargelegt, beeinflusst das Vorhandensein eines Gegenstands in der Behandlungsflüssigkeit deren Niveau. Konkret führt das Vorhandensein eines Gegenstands zu einer Anhebung oder Absenkung des Niveaus. Somit hat der Gegenstand denselben Effekt auf das übrige Becken (und darin ggf. vorhandene weitere flache Gegenstände) wie das Hinzufügen oder Abziehen einer bestimmten Menge an Flüssigkeit.
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Diese Menge (Volumen), worum die sich der Flüssigkeitsinhalt des Behandlungsbeckens (scheinbar) ändert, hängt von folgenden primären Faktoren ab: 1. Fläche des Gegenstands (ggf. mit vorhandenden Einschnitten etc.), welche die Behandlungsflüssigkeit kontaktiert („Einzel-Bedeckungsfläche”); 2. bekannter bzw. gewünschter Abstand zur Flüssigkeitsoberfläche. So ist klar, dass ein Gegenstand mit kleiner Oberfläche, dessen Unterseite zudem exakt entlang der Flüssigkeitsoberfläche entlanggeführt werden soll (relativer vertikaler Abstand ist Null), die im Behandlungsbecken befindliche Flüssigkeitsmenge bzw. -korrekter ihr Niveau geringfügiger beeinflusst, als ein Gegenstand mit großer Oberfläche, der entweder weit in die Flüssigkeit eintaucht, oder der in einem gewissen vertikalen Abstand oberhalb der Oberfläche der Flüssigkeit entlangtransportiert wird, wobei er das an seiner Unterseite anhaftende Flüssigkeitsvolumen emporzieht (relativer vertikaler Abstand ist kleiner bzw. größer Null).
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Weitere, eher sekundäre Parameter sind die Dichte, die Viskosität und die Temperatur der Flüssigkeit sowie Informationen über die Benetzbarkeit des Gegenstands (Hydrophobizität/Hydrophilizität).
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Aus diesen Parametern kann mittels Berechnung bestimmt, oder alternativ mittels Versuchen ermittelt werden, wie stark sich das Vorhandensein eines Substrates bekannter Bedeckungsfläche auf das Niveau der Flüssigkeit auswirkt (Einzel-Stell-Sollwert je flachem Gegenstand). Sofern davon ausgegangen wird, dass sich die übrigen Parameter nicht ändern, reicht ein Bestimmen der Gesamt-Bedeckungsfläche aus, die auf alle die Behandlungsflüssigkeit gegenwärtig kontaktierenden Gegenstände zurückgeht. Optional oder alternativ kann auch die Umfangsstrecke der Gegenstände zur Bestimmung eines „Gesamt-Bedeckungsumfangs” herangezogen werden, oder die beiden Werte werden miteinander kombiniert. Aus Gründen der Einfachheit wird im folgenden jedoch immer nur von der Gesamtoberfläche oder Gesamt-Bedeckungsfläche gesprochen.
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Die Möglichkeit, den Soll-Istwert über Berechnung/Bestimmung zu erhalten, erlaubt ein kontinuierliches Betreiben einer Anlage, was – im Falle dünner flacher Gegenstände – bei Anlagen aus dem Stand der Technik nicht der Fall ist, da solche Anlagen unter Umständen angehalten werden müssen, bis sich die Behandlungsflüssigkeit soweit beruhigt hat, dass der teilweise sehr geringe, durch die Gegenstände hervorgerufene Unterschied in der Höhe des Niveaus tatsächlich messbar ist.
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Dementsprechend ist es besonders bevorzugt, dass die o. g. Gesamtoberfläche (Gesamt-Bedeckungsfläche) anhand der Anzahl und (ggf.) der Geometrie der flachen Gegenstände, welche sich im Behandlungsbecken befinden, bestimmt wird. Optional kann auch ihr gewünschter relativer vertikaler Abstand zur Oberfläche der Behandlungsflüssigkeit herangezogen werden; insbesondere dann, wenn sich dieser möglicherweise von Substrat zu Substrat unterscheidet.
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Wie bereits erwähnt, kann sich der Stell-Sollwert direkt oder indirekt auf die Veränderung des realen Niveau-Istwertes auswirken. Eine direkte Auswirkung ist beispielsweise dann gegeben, wenn eine Transportvorrichtung oder eine Überlaufkante angehoben oder abgesenkt wird, da sich diese Bewegung unmittelbar, also direkt, auf das Niveau der Flüssigkeit bzw. den relativen vertikalen Abstand auswirkt. Bevorzugt ist vorliegend jedoch eine indirekte Veränderung, weil sich diese, wie noch zu zeigen ist, konstruktiv besonders einfach realisieren lässt.
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Demnach ist besonders bevorzugt, dass der Stell-Sollwert die Durchflussmenge einer Pumpe betrifft, welche Behandlungsflüssigkeit in das Behandlungsbecken fördert. Durch Ändern der Durchflussmenge ändert sich ebenfalls das Flüssigkeitsniveau im Behandlungsbecken. Die Durchflussmenge kann beispielsweise durch Ändern der elektrischen Pumpleistung, durch Betätigen (Öffnen/Schließen) eines im Flüssigkeitsstrom angeordneten Ventils oder durch Ändern des Anstellwinkels der Turbinenschaufeln erreicht werden. In jedem Fall ist die Änderung der Durchflussmenge das End-Ergebnis. Insbesondere das Beeinflussen der Drehzahl oder elektrischen Leistung ist sehr einfach realisierbar und daher bevorzugt.
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Vorzugsweise ist an geeigneter Stelle der Regeleinrichtung die Pumpenkennlinie hinterlegt, welche den Zusammenhang zwischen Durchfluss (Volumenstrom) und el. Pumpleistung, ggf. in Abhängigkeit der Förderhöhe oder dem Gegendruck, angibt.
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Nach einer anderen Ausführungsform betrifft der Stell-Sollwert die Durchflussmenge einer Pumpe, welche Gasblasen in das Behandlungsbecken fördert. Durch Variieren der Menge an Gasblasen kann das Flüssigkeitsvolumen und somit auch das Niveau verändert werden. Zudem ist auch ein lokales Anheben des Niveaus möglich. Sofern die Gasblasen ausreichend klein sind, ist die Gefahr von Wellen, die beim Zerplatzen der Gasblasen an der Oberfläche entstehen, gering.
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Wie bereits erwähnt, ist es möglich, die Anzahl der die Behandlungsflüssigkeit kontaktierenden Gegenstände als Maß für den Stell-Sollwert heranzuziehen. Hierfür ist es nötig, dass der Einzel-Stell-Sollwert je flachem Gegenstand bekannt ist. Mit anderen Worten, an geeigneter Stelle muss ein Wert hinterlegt (abgespeichert) sein, welcher für einen bekannten Substrattyp angibt, wie der Einzel-Stell-Sollwert ausfallen muss, um mittels desselben den Niveau-Istwert auf den Niveau-Sollwert zurückzuführen. Natürlich ist es ebenso möglich, jedoch weniger bevorzugt, den entsprechenden Stell-Sollwert jedes Mal (d. h. für jedes Substrat oder zumindest jeden Substrattyp) neu zu errechnen.
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Aus dem Produkt von Einzel-Stell-Sollwert und Anzahl der flachen Gegenstände ergibt sich dann der (kumulierte oder Gesamt-)Stell-Sollwert.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird zur Kompensation laufend ein Offset-Wert bestimmt, der die Differenz zwischen dem laufend erfassten tatsächlichen Stell-Istwert und dem Stell-Sollwert ist, und der Offset-Wert wird auf den Stell-Sollwert addiert. Der Stell-Istwert wird beispielsweise mittels eines Flügelradsensors ermittelt, der im Strömungspfad der Pumpe angeordnet ist. Dieser Wert wird an die Regeleinrichtung weitergegeben. Variieren Stell-Sollwert und (tatsächlicher, gemessener) Stell-Istwert, wird diese Differenz (Offset) auf die Pumpenleistung aufaddiert bzw. davon abgezogen. Sinngemäß lässt sich dieses Vorgehen auch bei anderen Einrichtungen zur Steuerung des relativen vertikalen Abstands als Pumpen anwenden.
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Für den Fall, dass überhaupt keine Gegenstände im Behandlungsbecken vorhanden sind, wird ein Stell-Nullwert definiert. Dieser ist in einer Ausgangs-Konfiguration definiert und an geeigneter Stelle in der Regeleinrichtung hinterlegt.
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Nach einer weiteren Ausführungsform erfolgt erst bei Überschreiten eines Grenzwerts betreffend die Anzahl der im Behandlungsbecken befindlichen flachen Gegenstände und/oder die Gesamt-Bedeckungsfläche Gesamtoberfläche) eine erfindungsgemäße Regelung des relativen vertikalen Abstands. Das Vorsehen eines Grenzwertes hat den Vorteil, dass bei nur geringen Anzahlen von Gegenständen im Behandlungsbecken, und somit einer vernachlässigbaren Beeinflussung des Niveaus, auch keine Regelung erfolgt, sondern dass diese nur dann in Aktion tritt, wenn die Beeinflussung durch die Gegenstände entsprechend hoch ist. Es ist klar, dass trotzdem eine laufende Überwachung der Anzahl der Gegenstände erfolgen sollte, um ggf. schnell die erfindungsgemäße Regelung anfahren zu können. Selbstverständlich kann dieses Anfahren aber auch durch Personal manuell durchgeführt werden.
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Besonders bevorzugt sind die flachen Gegenstände Halbleitersubstrate insbesondere aus Silizium, und/oder die Behandlungsflüssigkeit ist eine Ätzlösung, und/oder die Stellgröße betrifft, wie oben erwähnt, die Durchflussleistung einer Pumpe. Es ist aber klar, dass das erfindungsgemäße Verfahren auch für andere flache Gegenstände wie beispielsweise einseitig zu behandelnde Glas- oder Leiterplatten Verwendung finden kann, und dass als Behandlungsflüssigkeit auch Wasser oder eine Reinigungsflüssigkeit in Betracht kommt. Die Behandlung kann sich, wie ebenfalls erwähnt, auch in einem bloßen Transport der flachen Gegenstände erschöpfen. Anstelle der Beeinflussung der Durchflussleistung einer Pumpe können auch andere Stellgrößen wie insbesondere die Höhenlage einer die Gegenstände fördernden Transporteinrichtung in Betracht kommen.
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Nach einer weiteren Ausführungsform ist der Restweg eines flachen Gegenstands im Kontakt mit der Behandlungsflüssigkeit eines ersten Anlagenbereichs bekannt, und eine Übergabe des flachen Gegenstands an einen nachfolgenden Anlagenbereich wird diesem gemeldet, sobald der Restweg kleiner oder gleich Null ist. Mit anderen Worten, wenn der Eintrittszeitpunkt sowie die Transportgeschwindigkeit eines jeden Aachen Gegenstands bekannt sind, erübrigt sich ein weiteres Erfassen der Anwesenheit dieses Gegenstands im Behandlungsbecken. Aus der (in aller Regel bekannten) Größe bzw. Länge des Behandlungsbeckens sowie der Transportgeschwindigkeit, die beispielsweise auch indirekt über Drehratensensoren oder Encoder ermittelbar ist, die sich an den typischerweise vorhandenen Transportrollen befinden, kann der Zeitpunkt errechnet (bestimmt) werden, an dem der Gegenstand das Becken wieder verlassen wird. Umfasst nun eine Anlage mehrere Anlagenbereiche (mit voneinander separierten Behandlungsflüssigkeiten bzw. -becken), dann kann das Verlassen eines Gegenstands des ersten Anlagenbereiches an den nachfolgenden Bereich gemeldet werden. Somit benötigt der nachfolgende Anlagenbereich überhaupt keine weiteren Einrichtungen zur Erfassung der Anzahl seine Behandlungsflüssigkeit kontaktierenden Gegenstände oder der Gesamt-Bedeckungsfläche, sondern stützt die Ansteuerung seiner Einrichtung zur Steuerung des relativen Abstandes lediglich auf die an ihn weitergegebenen Informationen des vorhergehenden Anlagenbereiches.
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Bei einer Änderung des Soll-Durchflusses (Stell-Sollwert) unter Rückgriff auf eine Regelung, die auf die Kennlinie der Pumpe gestützt ist, kann ein Überschwingen des Ist-Durchflusses (Stell-Istwert) und somit des relativen vertikalen Abstandes auftreten; insbesondere dann, wenn die o. g. Kennlinie nicht optimiert ist. Dies kann zum Aufschwimmen der flachen Gegenstände führen, die – insbesondere im Fall von Halbleitersubstraten – bei relativ großer Oberfläche zumeist sehr dünn und somit recht leicht sind; typische Dicken liegen bei 100 μm und weniger, wohingegen die Durchmesser bei runden Substraten bereits 300 mm und mehr betragen.
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Daher wird für die Anpassung in Abhängigkeit der Wafer ein zweiter Regelalgorithmus verwendet. Demnach wird zwecks Vermeidung des Überschwingens des relativen vertikalen Abstandes bzw. des diesen beeinflussenden Stell-Istwertes die Differenz zwischen Stell-Sollwert und Stell-Nullwert, der den Stell-Sollwert bei Abwesenheit von flachen Gegenständen darstellt, bestimmt und an die Regeleinrichtung übergeben. Alsdann erfolgt eine Addition der Differenz auf den Stell-Sollwert.
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Dies hat zur Folge, dass sich der eigentliche Sollwert, welcher an den Regelbaustein übergeben wird, nicht verändert, und somit kein neuer Wert aus der Pumpenkennlinie ausgelesen wird. Die Differenz wird lediglich an der Endstufe des Reglers auf den Sollwert aufaddiert. Dies hat somit nur Auswirkungen auf den internen berechneten Offset. Auf diese Weise erfolgt ein langsameres Auf- oder Abregeln der Einrichtung zur Steuerung des relativen vertikalen Abstands wie insbesondere der Pumpe, so dass ein Überschwingen wirkungsvoll vermieden wird. Selbstverständlich sind auch andere Regelalgorithmen denkbar, beispielsweise eine so genannte PID-Regelung, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist.
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Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung, welche der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dient, wie es vorstehend beschrieben wurde.
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Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung insbesondere folgende Komponenten auf:
- – eine Regeleinrichtung zum Vergleich des Niveau-Istwertes mit dem Niveau-Sollwert, zum Erzeugen eines Stell-Sollwertes, und zur Weitergabe desselben;
- – eine Einrichtung zur Steuerung des relativen vertikalen Abstands anhand des an sie weitergegebenen Stell-Sollwertes, sowie
- – Mittel zur Erfassung und/oder Bestimmung der die Flüssigkeit im Behandlungsbecken gleichzeitig kontaktierenden Gesamtoberfläche der flachen Gegenstände (Gesamt-Bedeckungsfläche) und/oder zur Erfassung und/oder Bestimmung der Anzahl der im Behandlungsbecken befindlichen flachen Gegenstände.
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Ferner kann eine Vorrichtung zur Regelung des relativen vertikalen Abstands gemäß vorstehender Definition ein Behandlungsbecken sowie zumindest teilweise in diesem angeordnete Transportmittel zum Transport der flachen Gegenstände umfassen, wobei die Transportmittel eine Transportebene definieren, in welcher die flachen Gegenstände längs einer Transportstrecke transportierbar sind.
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Die Regeleinrichtung ist bevorzugt mittels eines Mikrocomputers oder dergleichen realisiert, wobei klar ist, dass auch die zur Ein- und Ausgabe der entsprechenden Daten notwendigen Komponenten bereitzustellen sind. Die Einrichtung zu Steuerung kann, wie weiter oben bereits angesprochen, direkt oder indirekt auf den relativen vertikalen Abstand einwirken, wobei zur Vermeidung von Wiederholungen auf die entsprechende Passage verwiesen wird.
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Die die Flüssigkeit im Behandlungsbecken gleichzeitig kontaktierende Gesamtoberfläche der flachen Gegenstände (Gesamt-Bedeckungsfläche) und/oder die Anzahl der im Behandlungsbecken befindlichen flachen Gegenstände kann „erfasst” oder „bestimmt” werden. Ein „erfassendes” Mittel zur Erfassung und/oder Bestimmung ist ein messende Einrichtung, wohingegen ein „bestimmendes” Mittel beispielsweise wiederum ein (rechnender) Mikrocomputer ist.
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Besonders bevorzugt ist das Mittel zur Erfassung und/oder Bestimmung der die Flüssigkeit im Behandlungsbecken gleichzeitig kontaktierenden Gesamtoberfläche der flachen Gegenstände eine Lichtschranke oder Kamera. Eine Lichtschranke wird bevorzugt dann eingesetzt, wenn nur die Anzahl, nicht aber die Größe der Gegenstände erfasst werden soll. Eine Kamera bietet den Vorteil, auch die genaue Geometrie unterschiedlich großer und orientierter Gegenstände zu erfassen.
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Lichtschranke oder Kamera können bevorzugt am oder kurz vor dem Beginn der Transportstrecke angeordnet sein, um rechtzeitig eine entsprechende Information an die Regeleinrichtung weiterzugeben.
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Es ist auch denkbar, mehrere dieser Erfassungseinrichtungen bereitzustellen, um beispielsweise abschnittsweise innerhalb eines einzigen Behandlungsbeckens für ein – dann ggf. nur lokales – Anheben oder Absenken des Niveaus in Abhängigkeit der dort anwesenden Gegenstände zu ermöglichen. Sofern jedoch die Position eines jeden Gegenstands der (zentralen) Regeleinrichtung bekannt ist, ist es bevorzugt, dass diese ggf. mehrfach vorhandene Einrichtungen zur Steuerung des relativen vertikalen Abstands (z. B. Pumpen) separat ansteuert.
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Besonders einfach ist die erfindungsgemäße Vorrichtung realisierbar, wenn die Einrichtung zur Steuerung des relativen vertikalen Abstands eine Pumpe mit steuerbarer Durchflussmenge ist, mit welcher Behandlungsflüssigkeit in das Behandlungsbecken förderbar ist. Alternative Ausführungsformen wurden bereits beschrieben und sollen daher nicht wiederholt werden.
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Schließlich kann die Vorrichtung auch einen Datenspeicher zur Speicherung der Anzahl und ggf. der Geometrie der im Behandlungsbecken befindlichen flachen Gegenstände umfassen. Unter Umständen reicht ein derartiger Datenspeicher auch ohne das o. g. Mittel zur Erfassung und/oder Bestimmung aus, um das erfindungsgemäße Verfahren zu ermöglichen, nämlich dann, wenn die entsprechenden Daten von einem vorhergehenden Anlagenabschnitt bereitgestellt werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren stellt ein alternativen Verfahren zur Niveauregelung in Anlagen wie insbesondere Durchlaufanlagen bereit, in denen eine einseitige Behandlung flacher Gegenstände wie insbesondere Halbleitersubstrate aus Silizium erfolgt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist weitgehend unabhängig von physikalisch messenden Einrichtungen und sowohl fehlertolerant als auch robust.
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Die erfindungsgemäß bereitgestellte Vorrichtung weist gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen einige wenige, aber wesentliche zusätzliche Komponenten auf, die auf einfache und kostengünstige Weise eine Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erlauben.
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Figurenbeschreibung
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In der 1 ist ein Flussdiagramm gezeigt, welches schematisch eine einfache Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt.
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Zunächst erfolgt eine Erfassung und/oder Bestimmung der die Flüssigkeit im Behandlungsbecken gleichzeitig kontaktierenden Gesamtoberfläche der flachen Gegenstände (Gesamt-Bedeckungsfläche) und/oder eine Erfassung und/oder Bestimmung der Anzahl der im Behandlungsbecken befindlichen flachen Gegenstände. Im Diagramm ist vereinfacht die Anzahl der Substrate genannt.
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Aus einem Speicher wird die zuvor bestimmte (berechnete oder durch Versuche ermittelte) Durchflussänderung je flachem Gegenstand (Substrat) sowie die Pumpenkennlinie abgerufen. Zusammen mit der Anzahl der die Behandlungsflüssigkeit kontaktierenden Substrate wird der Stell-Sollwert ermittelt.
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Dieser wird an die Einrichtung zur Steuerung des relativen vertikalen Abstands weitergegeben, die beispielsweise eine Pumpe für Behandlungsflüssigkeit ist.
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Dabei ergibt sich – neben dem gewünschten Stell-Sollwert der reale Stell-Istwert, also der Wert, den die tatsächlich Einrichtung zur Steuerung tatsächlich liefert. Typischerweise differieren diese beiden Werte. Dies wird durch Bestimmung des Offsets nachgeprüft, der im optimalen Fall Null sein soll.
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Ist dies der Fall, ist die Anlage der aktuellen Anzahl von Substraten angepasst, und bis zur Änderung der Anzahl (was laufend erfasst wird) sind keine weiteren Einstellungen nötig.
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Ist dies nicht der Fall, dann wird – je nach Vorzeichen des Offsets (nicht dargestellt) – diese Differenz an die Einrichtung zur Steuerung weitergegeben, so dass sich eine schrittweise Angleichung des Stell-Istwertes an den Stell-Sollwert ergibt, bis der Offset zu Null wird. Wie aus dem Flussdiagramm ersichtlich, ist hierzu nicht zwingend der erneute Zugriff auf die Pumpenkennlinie nötig, was einem Überschwingen der Regelung positiv entgegenwirkt.
