DE102017108076A1 - Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung von Objekten - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung von Objekten mit einer das zu behandelnde Objekt (12) aufnehmenden Behandlungskammer (14), einer auf das Objekt (12) ausgerichteten Strahlungsquelle (16) für UV-Strahlung und einer Einrichtung (24) zur Beaufschlagung der Behandlungskammer (14) mit einem Arbeitsfluid, wobei das Arbeitsfluid wenigstens eine Inertkomponente und wenigstens eine photochemisch reaktive Reaktivkomponente enthält. Erfindungsgemäß wird eine zur Erfassung von Messdaten an dem in der Behandlungskammer (14) befindlichen Arbeitsfluid und/oder an dem Objekt (12) ausgebildete Messeinheit (20) vorgeschlagen, wobei eine mit der Messeinheit (20) verbundene Steuereinheit (18) zur Beeinflussung der Zusammensetzung des Arbeitsfluids nach Maßgabe der erfassten Messdaten vorgesehen ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung von Objekten, insbesondere zur Reinigung von Halbleiter- oder Glassubstraten, mit einer das zu behandelnde Objekt zumindest teilweise aufnehmenden Behandlungskammer, einer auf das Objekt in der Behandlungskammer ausgerichteten Strahlungsquelle für UV-Strahlung und einer Einrichtung zur Beaufschlagung der Behandlungskammer mit einem Arbeitsfluid, wobei das Arbeitsfluid wenigstens eine Inertkomponente und wenigstens eine photochemisch reaktive Reaktivkomponente enthält.
  • Solche Reinigungsvorrichtungen werden zur Oberflächenreinigung von flächigen Substraten wie Glas oder Halbleiterwafer für die Elektronik oder die Displayherstellung beispielsweise in der Halbleiterindustrie eingesetzt, um mittels kurzwelliger UV-Strahlung unter Erzeugung von Ozon organische Reste von Photolacken oder Abdecklacken und auch Verunreinigungen durch Stäube o.ä. von der Substratoberfläche zu entfernen. Damit soll eine Weiterverarbeitung der Substrate in nachfolgenden Prozessschritten, beispielweise eine Mikrostrukturierung problemlos und ohne hohe Ausschussrate sichergestellt werden. Problematisch dabei ist, dass bei einer zu hohen Ausgangskonzentration an Sauerstoff der Ozongehalt zu hoch wird, wodurch einerseits die auf dem Substrat auftreffende UV Strahlungsleistung vermindert wird und andererseits die hohe Ozonkonzentration auf das Substrat schädigend einwirkt. Hinzu kommt, dass durch einen hohen Ozongehalt bauliche Einrichtungen wie Halter, Gehäuse oder Transporteinrichtungen für das Substrat geschädigt werden, was einerseits zu einer unerwünschten Sekundärkontamination auf dem Substrat führen kann und andererseits zu einer Reduzierung der Lebensdauer der verwendeten Einrichtungen führt.
  • Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die im Stand der Technik aufgetretenen Nachteile zu beheben und eine Vorrichtung zu schaffen, die es erlaubt, Verunreinigungen auf Substraten effektiv zu beseitigen. Dabei soll die Reinigungswirkung weitgehend unabhängig von der Betriebsart und insbesondere auch im Durchlaufbetrieb stets in einem optimalen Bereich gehalten werden, ohne das Substrat und/oder die die Behandlungsvorrichtung unnötig zu schädigen.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird die im Patentanspruch 1 angegebene Merkmalskombination vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, Parameter für die effektive Reinigungswirkung zu erfassen und diese entsprechend zu optimieren. Dementsprechend wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass eine Messeinheit zur Erfassung von Messdaten an dem in der Behandlungskammer befindlichen Arbeitsfluid und/oder an dem Objekt eingerichtet ist, und dass eine mit der Messeinheit verbundene Steuereinheit zur Beeinflussung der Zusammensetzung des Arbeitsfluids in Abhängigkeit von den erfassten Messdaten ausgebildet ist. Damit können die am zu behandelnden Objekt wirksamen Komponenten des Arbeitsfluids bzw. die mittels der UV-Strahlung hieraus erzeugten reaktiven Anteile unmittelbar erfasst werden, wodurch die Reinigungswirkung definierbar ist. Ergänzend oder alternativ ist es auch möglich, den tatsächlichen Reinigungseffekt an oder auf dem Objekt messtechnisch zu bestimmen. Durch die Steuereinheit kann dann der Prozessablauf optimiert werden, indem das Mischungsverhältnis des Arbeitsfluids unter Berücksichtigung weiterer Parameter wie Verweildauer des Objekts und Bestrahlungsleistung angepasst bzw. geregelt wird.
  • Vorteilhafterweise besitzt die Messeinheit einen Gassensor zur Erfassung der auf das Objekt einwirkenden Reaktivkomponente und/oder der Inertkomponente.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausführung sieht vor, dass die Messeinheit eine mittels der UV-Strahlung und der Reaktivkomponente erzeugte Reinigungswirkung auf dem Objekt erfasst.
  • Eine solche Erfassung lässt sich dadurch verwirklichen, dass die Messeinheit einen eine Oberflächenverschmutzung des Objekts abtastenden Bildsensor aufweist.
  • In diesem Zusammenhang kann eine weitere vorteilhafte Ausführung darin bestehen, dass die Messeinheit zur Erfassung eines Verschmutzungszustands des Objekts durch Spektroskopie, Fluoreszenzmessung oder optische Absorptionsmessung ausgebildet ist.
  • Der Verschmutzungsgrad lässt sich berührungslos auch dadurch direkt an dem Objekt bestimmen, dass die Messeinheit einen von dem Objekt reflektierte oder durch das Objekt hindurch transmittierte Strahlung erfassenden Strahlungssensor aufweist.
  • Um eine möglichst homogene Reinigungswirkung zu erzielen, ist es von Vorteil, wenn das Arbeitsfluid an mehreren Einlassstellen über einen Bereich in der Behandlungskammer verteilt einbringbar ist.
  • Zur Beeinflussung der Zusammensetzung des Arbeitsfluids ist es günstig, wenn die Steuereinheit auf mindestens ein insbesondere durch ein Ventil gebildetes Stellglied einwirkt.
  • Eine weitere Verbesserung lässt sich dadurch erreichen, dass eine Mischkammer mit den Komponenten des Arbeitsfluids beaufschlagbar ist und über einen Fluidauslass mit der Behandlungskammer kommuniziert.
  • Um die Prozessparameter laufend zu optimieren, ist es vorteilhaft, wenn die Messeinheit und die Steuereinheit einen geschlossenen Regelkreis zur Beeinflussung der Zusammensetzung des Arbeitsfluids bilden.
  • Vorteilhafterweise ist die Inertkomponente durch gasförmigen Stickstoff und/oder Edelgas gebildet.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausführung zur Reinigung einer Substratoberfläche sieht vor, dass die unter Einwirkung von UV-Strahlung photochemisch reaktive Reaktivkomponente aus Sauerstoff und gegebenenfalls Wasserdampf gebildet ist.
  • Um einen hohen Durchsatz zu erzielen und den Handhabungsaufwand zu minimieren, ist es von Vorteil, wenn das Objekt mittels einer Transporteinrichtung durch die Behandlungskammer hindurch transportierbar ist.
  • Hierbei ist es auch günstig, wenn die Behandlungskammer einen geeigneten Einlass und Auslass zum Durchführen des Objekts aufweist.
  • Weitere besondere Vorteile ergeben sich dadurch, dass
    • - das Arbeitsfluid in einen Zwischenraum zwischen Strahlungsquelle und Objekt geleitet wird;
    • - die Zusammensetzung des Arbeitsfluids im Bereich der Oberfläche des Objekts gemessen wird;
    • - das Objekt in einer kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Bewegung in die Behandlungskammer hineingefahren und aus dieser herausgefahren wird;
    • - das Objekt für eine vorgebbare Verweilzeit in der Behandlungskammer verbleibt;
    • - der Einlass und Auslass der Behandlungskammer mittels jeweils einer Verschlussvorrichtung verschließbar ist und der Verschluss manuell oder automatisch betätigbar ist;
    • - das Arbeitsfluid unter einem Überdruck in die Behandlungskammer eingebracht wird und überschüssiges Arbeitsgas im Wesentlichen nur über den Ein- und Auslass für das Objekt entweichen kann;
    • - das Mischungsverhältnis der Komponenten des Arbeitsfluids in Abhängigkeit der Reinigungswirkung mit vorab erstellten Referenzdaten verglichen wird und anpassbar ist;
    • - das Mischungsverhältnis der Komponenten des Arbeitsfluids auf einen vorgebbaren Sollwert nachgeregelt wird;
    • - das Mischungsverhältnis der Komponenten des Arbeitsfluids während des Reinigungsprozesses anpassbar und/oder veränderbar ist;
    • - die Reinigungswirkung mittels optischer Absorptionsmessung unmittelbar auf der Substratoberfläche bestimmt wird, indem charakteristische Absorptionslinien von organischen Verunreinigungen gemessen werden;
    • - die Reinigungswirkung mit einem Kamerasystem und einer nachgeschalteten, angepassten Bildverarbeitung bestimmt wird, indem beispielsweise optische Kontrastverfahren und/oder Schlierenverfahren und/oder rechnerische Detektionsverfahren eingesetzt werden;
    • - das Kamerasystem eine Bildnachführung aufweist;
    • - die Reinigungswirkung mittels Spektroskopie in wenigstens einem vorgebbaren Bereich der Substratoberfläche bestimmt wird, indem typische Spektralbereiche von organischen Verunreinigungen im UV-, VIS- oder IR-Bereich vermessen werden;
    • - die Reinigungswirkung mittels Hyper-Spectral-Imaging zumindest innerhalb eines Teilbereichs der Substratoberfläche erfolgt, indem ein ortsaufgelöstes Bild zumindest eines Teils der zu reinigenden Oberfläche punktweise spektral vermessen und ausgewertet wird;
    • - die Reinigungswirkung mittels einer Fluoreszenzmessung und/oder mittels Fluoreszenz-Spektroskopie bestimmt wird;
    • - die auf die Objektoberfläche auftreffende UV-Strahlung als Messgröße für eine Reinigungswirkung bestimmt wird.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand des in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
  • Die einzige Figur zeigt ein Blockschaltbild einer Reinigungsanlage für Halbleiter- oder Glassubstrate mit geregelter Reinigungswirkung.
  • Die in der Zeichnung dargestellte Reinigungsanlage 10 ermöglicht die Oberflächenreinigung von Substraten 12 als Behandlungsobjekt unter Einsatz von UV-Strahlung und einem Arbeitsfluid, das eine mittels UV-Strahlung photochemisch aktivierbare Reaktivkomponente und eine Inertkomponente enthält. Hierfür umfasst die Vorrichtung bzw. Anlage 10 eine Behandlungskammer 14, eine darin angeordnete Strahlungsquelle 16 für UV-Strahlung und eine in einem geschlossenen Regelkreis arbeitende Regeleinrichtung 18, die durch eine Messeinheit 20, eine Steuereinheit 22 und eine Stelleinrichtung 24 zur Beeinflussung der Zusammensetzung des Arbeitsfluids gebildet ist.
  • Zweckmäßig ist eine Rollentransportvorrichtung 26 vorgesehen, um eine Behandlung der Substrate 12 im Durchlauf durch die Behandlungskammer 14 zu ermöglichen. Zu diesem Zweck weist die kastenförmige Behandlungskammer 14 einen Einlass 28 und einen Auslass 30 zum möglichst dichten Durchführen der Substrate 12 in Richtung der Pfeile 32 auf.
  • Als Strahlungsquelle 16 ist eine Reihe von längsseitig nebeneinander angeordneten UV Strahlungsquellen, beispielsweise Excimerlampen oder Quecksilberdampflampen 34 vorgesehen, die jeweils eine Gasentladungsröhre 36 und einen rinnenförmig-langgestreckten, mit seiner konkaven Reflektorfläche auf das durchlaufende Substrat 12 ausgerichteten Reflektor 38 aufweisen. Um eine Ionisation oder ein Aufbrechen von molekularen Bindungen zu ermöglichen, sollte zumindest ein hoher Anteil der abgegebenen UV-Strahlung im Bereich von 100 bis 300 nm liegen.
  • Die Messeinheit 20 ermöglicht es, Messdaten an dem in der Behandlungskammer befindlichen Arbeitsfluid und/oder an dem zu behandelnden Substrat 12 zu erfassen, so dass eine mittels der UV-Strahlung und der Reaktivkomponente erzeugte Reinigungswirkung objektbezogen kontrolliert und beeinflusst werden kann.
  • In einer Ausführungsform weist die Messeinheit 20 mindestens einen Gassensor 40 zur Erfassung der Reaktivkomponente und/oder Inertkomponente auf. Dieser sollte möglichst nahe an der bestrahlten bzw. behandelten Substratoberfläche angeordnet sein.
  • Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn die Messeinheit 20 mindestens einen Strahlungssensor 42 aufweist, der durch das Substrat 12 hindurch transmittierte bzw. davon reflektierte Strahlung erfasst.
  • Denkbar ist es auch, dass die Messeinheit 20 ein Kamerasystem oder ein Spektrometer zur Erfassung des Verschmutzungszustandes des zu behandelnden Substrats 12 aufweist (nicht gezeigt).
  • Das Arbeitsfluid kann gasförmigen Stickstoff (N2) bzw. ein Edelgas als Inertkomponente und gasförmigen Sauerstoff (O2) sowie Wasserdampf (H2O) als Ausgangsprodukte der Reaktivkomponente aufweisen. Diese Komponenten können in geeigneten Behältern 44 der Stelleinrichtung 24 bevorratet werden.
  • Um die Zusammensetzung des Arbeitsfluids beeinflussen zu können, ist den Behältern 44 in jeweiligen Auslassleitungen 46 ein mittels der Steuereinheit 22 ansteuerbares Ventil 48 nachgeordnet. Die Auslassleitungen 46 münden in einer gemeinsamen Mischkammer 50, in der sich das durch die Ventilstellungen bestimmte Mischungsverhältnis des Arbeitsfluids einstellt. Um eine möglichst homogene Beaufschlagung der Behandlungskammer 14 zu erreichen, kommuniziert die Mischkammer 50 über eine verzweigte Einspeiseleitung 52 mit einer Vielzahl von Einlassstellen 54 in der Behandlungskammer 14.
  • Beim Betrieb der Anlage 10 wird ausgenutzt, dass kurzwellige UV-Strahlung aufgrund der hohen Photonenenergie eine ionisierende Wirkung hat, so dass organische Verbindungen zumindest teilweise unmittelbar zerstört werden und in flüchtige organische oder anorganische Reste zerlegt werden, die über eine Absaugung aus der Behandlungskammer 14 entfernt werden können. Zur Vermeidung einer zu hohen Dämpfung der UV-Strahlung durch die zwischen den Lampen 34 und dem Substrat 12 befindliche Atmosphäre wird die Inertkomponente (beispielsweise Stickstoff) verwendet, wodurch eine zu hohe Absorption durch den in dem Arbeitsfluid vorhandenen Sauerstoff vermieden wird. Andererseits ist es zur Unterstützung und Verstärkung der Reinigungswirkung erwünscht, Sauerstoff als Reaktivkomponente einzusetzen, welche unter UV-Strahlung Ozon bzw. Radikale bildet, was wiederum eine Zerstörung der organischen Reste auf dem Substrat 12 wirkungsvoll unterstützt. Hierzu wird der Sauerstoff in geringer Konzentration dem Arbeitsfluid zugemischt, beispielsweise im Bereich von wenigen Prozent.
  • Durch die Messwerterfassung mittels der Messeinheit 20 kann die Menge des effektiv für die Reinigung genutzten Ozongehalts über den Gassensor 40 bzw. die Reinigungswirkung selbst erfasst und durch die Steuereinheit 18 über die Zusammensetzung des Arbeitsfluids ggf. unter Anpassung der Lampenleistung nachgeregelt werden, so dass ein optimiertes Behandlungsergebnis ohne Schädigung des Substrats erreichbar ist.

Claims (15)

  1. Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung von Objekten, insbesondere zur Reinigung von Halbleiter- oder Glassubstraten, mit a) einer das zu behandelnde Objekt (12) zumindest teilweise aufnehmenden Behandlungskammer (14), b) einer auf das Objekt (12) in der Behandlungskammer (14) ausgerichteten Strahlungsquelle (16) für UV-Strahlung und c) einer Einrichtung (24) zur Beaufschlagung der Behandlungskammer (14) mit einem Arbeitsfluid, d) wobei das Arbeitsfluid wenigstens eine Inertkomponente und wenigstens eine photochemisch reaktive Reaktivkomponente enthält, gekennzeichnet durch e) eine zur Erfassung von Messdaten an dem in der Behandlungskammer (14) befindlichen Arbeitsfluid und/oder an dem Objekt (12) ausgebildete Messeinheit (20), und f) eine mit der Messeinheit (20) verbundene Steuereinheit (18) zur Beeinflussung der Zusammensetzung des Arbeitsfluids nach Maßgabe der erfassten Messdaten.
  2. Bestrahlungsaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit (20) einen Gassensor (40) zur Erfassung der Reaktivkomponente und/oder Inertkomponente aufweist.
  3. Bestrahlungsaggregat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit (20) eine mittels der UV-Strahlung und der Reaktivkomponente erzeugte Reinigungswirkung auf dem Objekt (12) erfasst.
  4. Bestrahlungsaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit (20) einen eine Oberflächenverschmutzung des Objekts (12) erfassenden Bildsensor aufweist.
  5. Bestrahlungsaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit (20) zur Erfassung eines Verschmutzungszustands des Objekts (12) durch Spektroskopie, Fluoreszenzmessung oder optische Absorptionsmessung ausgebildet ist.
  6. Bestrahlungsaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit (20) einen von dem Objekt (12) reflektierte oder durch das Objekt (12) hindurch transmittierte Strahlung erfassenden Strahlungssensor (42) aufweist.
  7. Bestrahlungsaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsfluid an mehreren Einlassstellen (54) über einen Bereich in der Behandlungskammer (14) verteilt einbringbar ist.
  8. Bestrahlungsaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (18) auf mindestens ein insbesondere durch ein Ventil gebildetes Stellglied (48) zur Beeinflussung der Zusammensetzung des Arbeitsfluids einwirkt.
  9. Bestrahlungsaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine mit den Komponenten des Arbeitsfluids beaufschlagbare, über einen Fluidauslass mit der Behandlungskammer (14) kommunizierende Mischkammer (50).
  10. Bestrahlungsaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit (20) und die Steuereinheit (18) einen geschlossenen Regelkreis zur Beeinflussung der Zusammensetzung des Arbeitsfluids bilden.
  11. Bestrahlungsaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Inertkomponente durch gasförmigen Stickstoff und/oder Edelgas gebildet ist.
  12. Bestrahlungsaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die unter Einwirkung von UV-Strahlung photochemisch reaktive Reaktivkomponente aus Sauerstoff und gegebenenfalls Wasserdampf gebildet ist.
  13. Bestrahlungsaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt (12) mittels einer Transporteinrichtung (26) durch die Behandlungskammer (14) hindurch transportierbar ist.
  14. Bestrahlungsaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlungskammer (14) einen Einlass (28) und einen Auslass (30) zum Durchführen des Objekts (12) aufweist.
  15. Bestrahlungsaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die UV-Strahlung im Bereich von 100 - 300nm liegt.
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