DE19524344C2 - Bürstenanordnung zum Reinigen von Halbleiterwafern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Bürstenanordnung zum Reinigen von Halbleiterwafern nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Halbleiterwafer werden gewöhnlich in einer Reinigungsmaschine gereinigt, die eine oder mehrere Bürstenstationen mit einem Paar von in Rotation versetzbaren Bürsten zum Reinigen der Oberseite und Unterseite des Wafers aufweist. Wenn sich der Wafer zwischen den Bürsten befindet, üben die Bürsten einen Druck auf die Waferoberflächen für deren Reinigung aus. An dem vorderen Rand des Wafers greift ein Paar von Anschlaganord­ nungen an, um den Wafer zwischen den Bürsten zu halten und so zu drehen, daß die gesamte Oberfläche durch die Bürsten gerei­ nigt werden kann. Auf den Wafer oder auf die Bürsten werden ein oder mehrere flüssige Wirkstoffe aufgesprüht, um die Reinigung des Wafers zu erleichtern. Nach einem festgelegten Zeitraum werden die Anschlaganordnungen von dem Wafer wegge­ schwenkt. Der Wafer wird nach dem Durchgang durch die Bürsten­ station entweder in eine weitere Bürstenstation oder abschlie­ ßend in eine Rotationstrockungsstation geführt, wo er auf eine Drehzahl von etwa 2000 UpM gebracht wird, um ihn zu trocknen.

Der von den oberen und unteren Bürsten auf den Wafer ausgeübte Reinigungsdruck hängt von der Dicke des Wafers und dem Abstand zwischen den Bürsten ab. Dabei sind die Flächen der oberen und unteren Bürsten im wesentlichen parallel, so daß für die Reinigung der Waferflächen ein gleichförmiger Druck ausgeübt werden kann. In den Bürstenstationen der verfügbaren Reini­ gungsmaschinen wird die untere Bürste gewöhnlich in einer stationären Position gehalten. Die obere Bürste ist an einer starren Bürstenschlittenanordnung festgelegt, die eine Quer­ stange hat, die schwenkbar an dem Rahmen der Maschine ange­ bracht ist.

Die Ausrichtung des Bürstenschlittens wird von Hand so einge­ stellt, daß die obere Bürste im wesentlichen parallel zur unteren Bürste ist. Zum manuellen Einstellen der Höhe des Bürstenschlittens zur Erzielung des gewünschten Abstands zwischen den Bürsten werden Mikrometer verwendet, die auf gegenüberliegenden Seiten des Bürstenschlittens angeordnet sind. Dieser Abstand bestimmt den Druck, der auf den Wafer ausgeübt wird.

Die Kalibrierung bzw. Einstellung des Bürstenschlittens von Hand, jedesmal, wenn Wafer unterschiedlicher Dicken gereinigt werden oder die Bürsten ausgewechselt werden, ist ein langwie­ riger, zeitraubender, ineffizienter und arbeitsintensiver Prozeß. Während des Betriebs der Reinigungsmaschine werden die Mikrometer häufig in Vibrationen versetzt, wodurch der Bürs­ tenschlitten sich aus der eingestellten Position bewegt und eine Neueinstellung der Bürstenanordnung erforderlich wird, um zu gewährleisten, daß der Reinigungsdruck gleichförmig auf die Waferflächen ausgeübt wird. Da der Bürstenschlitten eine starre Anordnung zu sein scheint, beschließt die Bedienungs­ person häufig, nur ein Mikrometer zur Einstellung der Lage des Bürstenschlittens zu verwenden. Wenn dann zum Abstützen des Bürstenschlittens während des Reinigungsvorgangs nur ein Mikrometer verwendet wird, kann sich der Schlitten verformen, wodurch eine häufigere Kalibrierung des Bürstenschlittens erforderlich werden kann.

Der auf die Waferflächen ausgeübte Druck ändert sich mit dem Verschleiß der Bürsten, wodurch eine Neueinstellung des Abstands zwischen den Bürsten nötig wird. Wenn sich die Bürsten nicht gleichmäßig abnutzen, müssen sowohl die Ausrich­ tung als auch die Höhe der oberen Bürste neu eingestellt werden, um einen gleichförmigen Druck auf den Waferflächen aufrechtzuerhalten. Da sich die Dicke und die Oberflächentopo­ logie der Halbleiterwafer ändern, kann auf einige Wafer ein stärkerer Druck als auf andere Wafer ausgeübt werden. Wenn darüber hinaus die Waferdicke nicht gleichförmig ist, üben die Bürsten keinen gleichmäßigen Druck auf die Waferflächen aus. Auch wenn die Reinigungsmaschine streng überwacht wird, können viele Wafer die Bürstenstation in einem nicht zufriedenstel­ lenden Zustand verlassen.

In der EP 0 412 796 A2 ist ein automatisches Reinigungsgerät für scheibenförmige Halbleiterwafer beschrieben, das eine Abschrubbeinrichtung mit einem paar von Drehbürsten aufweist, deren Drehachsen parallel zueinander angeordnet sind. Der Abstand zwischen beiden Drehbürsten kann dadurch geändert werden, dass eine der beiden Drehbürsten durch eine Hebelein­ richtung getragen wird, die an ihren Enden Gewichte trägt. Durch die Gewichte an den Enden der Hebeleinrichtung kann eine kontrollierbare Kraft eingestellt werden, mit der die bewegba­ re Drehbürste auf die andere Drehbürste gepresst wird. Dadurch lässt sich bei jeder Reinigung die durch die beiden Drehbürs­ ten auf den Halbleiterwafer ausgeübte Druckkraft einstellen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Bürstenanordnung zum Reinigen von Halbleiterwafern be­ reitzustellen, die den Bürstenabstand abhängig von der Wafer­ dicke automatisch einstellt und den Bürstenverschleiß durch automatische entsprechende Nachstellung ausgleicht, so daß immer der gewünschte Reinigungsdruck auf die Waferflächen ausgeübt wird.

Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst, die in den Unteransprüchen 2 bis 16 vorteilhaft weitergeführt sind.

Die Erfindung stellt somit eine einstellbare Bürstenanordnung bereit, die eine automatisierte Druckeinstellungsanordnung, beispielsweise eine Halteanordnung, aufweist, die mit einem Steuersystem zum automatischen Einstellen des Drucks gekoppelt ist, der auf die Wafer von den Bürsten ausgeübt wird. Bei einer Ausführungsform kann das Steuersystem mit einem vorher festgelegten Höhenfahrplan versehen sein, der eine Anpassung an vorhergesagte Änderungen des Abstandes aufgrund von Bür­ stenverschleiß ermöglicht. Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung hat das Steuersystem eine Ausgestaltung mit ge­ schlossener Schleife, bei der der auf die Wafer während des Reinigungszyklus ausgeübte Druck gemessen und die Bürsten­ anordnung automatisch eingestellt werden, um zu gewährleisten, daß auf die Wafer während des gesamten Betriebszyklus der Reinigungsmaschine ein gleichförmiger Druck ausgeübt wird. Ein automatisches Einstellen der Höhe der oberen Bürste minimiert die Zeit und Mühe wesentlich, die erforderlich sind, um die Bürstenstation für den Betrieb vorzubereiten. Durch Einstellen der Bürstenanordnung während des Reinigungszyklus kann darüber hinaus der auf die Wafer ausgeübte Reinigungsdruck genau ge­ steuert werden.

Die erfindungsgemäße einstellbare Bürstenanordnung zum Reini­ gen von Halbleiterwafern hat eine erste in Rotation versetzbare Bürste und einen Bürstenschlitten mit einem ersten und einem zweiten Haltearm, sowie eine zweite in Rotation versetzbare Bürste. Die zweite Bürste erstreckt sich zwischen dem ersten und dem zweiten Haltearm und ist parallel zu der ersten Bür­ ste. Die zweite Bürste ist in einem solchen Abstand von der ersten Bürste angeordnet, daß während des Betriebs der Bür­ stenanordnung die erste und die zweite Bürste einen ausgewähl­ ten Reinigungsdruck auf einen Halbleiterwafer ausüben, der zwischen der ersten und zweiten Bürste angeordnet ist. Die Bürstenanordnung hat weiterhin wengistens eine Druckeinstell­ anordnung, die für einen Eingriff mit einem der Arme des Bürstenschlittens positioniert ist, um selektiv den auf die Waferflächen durch die Bürsten ausgeübten Druck zu erhöhen und zu verringern. Eine derartige Druckeinstellanordnung ist eine Halteanordnung, die den Bürstenschlitten in einer aus einer Vielzahl von Positionen ausgewählten Position hält. Die Hal­ teanordnung ist für eine Hin- und Herbewegung des Bürsten­ schlittens ausgestaltet, um den Abstand zwischen der ersten und der zweiten Bürste selektiv so zu erhöhen und zu verrin­ gern, daß der ausgewählte Reinigungsdruck auf die Flächen des Wafers ausgeübt werden kann. Ein mit der Halteanordnung gekop­ peltes Steuersystem steuert den Betrieb der Druckeinstell­ anordnung, um den auf die Wafer von der ersten und zweiten Bürste ausgeübten Druck selektiv zu erhöhen und zu verringern. Anhand von Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfin­ dung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine einstellbare Bürstenanord­ nung, die am Rahmen einer Reinigungsmaschine ange­ bracht ist,

Fig. 2 eine Seitenansicht der Bürstenanordnung von Fig. 1,

Fig. 3 eine Seitenansicht des Bürstenschlittens und der Hal­ teanordnung, wobei der Bürstenschlitten in einer ers­ ten Position gehalten ist,

Fig. 4 in einer Ansicht wie Fig. 3 den Bürstenschlitten in einer zweiten Position gehalten,

Fig. 5 eine teilweise aufgebrochene Stirnansicht der Bürsten­ anordnung von Fig. 1,

Fig. 6 eine schematische Seitenansicht einer zweiten Ausfüh­ rungsform einer einstellbaren Bürstenanordnung,

Fig. 7 bis 9 in Ansichten wie Fig. 6 weitere Ausführungs­ formen der erfindungsgemäßen Bürstenanordnung,

Fig. 10 eine teilweise aufgebrochene Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer einstellbaren Bürsten­ anordnung und

Fig. 11 eine teilweise aufgebrochene Stirnansicht der Bürsten­ anordnung von Fig. 10.

In Fig. 1 bis 5 ist ein Paar von Bürstenstationen 6 und 7 einer Reinigungsmaschine zum Reinigen von Halbleiterwafern 8 gezeigt. In jeder Bürstenstation 6 bzw. 7 ist eine automatisch einstellbare Bürstenanordnung 10 an einem Rahmen 12 der Reini­ gungsmaschine für eine gleichförmige Reinigung der Halbleiter­ wafer 8 angebracht. Während des Betriebs der Maschine führt eine nicht gezeigte Waferkassette, die rechts von der ersten Bürstenstation 6 positioniert ist, die Halbleiterwafer 8 einzeln in die erste Bürstenstation ein. Die Bürstenanordnung 10 greift an dem Halbleiterwafer 8 an und reinigt die Wafer­ flächen in der nachstehend beschriebenen Weise. Der Wafer 8 wird von der Bürstenstation 6 zur zweiten Bürstenstation 7 geführt, wo er durch eine zweite Bürstenanordnung 10 gereinigt wird. Dabei können flüssige Wirkstoffe für sich allein oder in Kombination, beispielsweise Zitronensäure, entionisiertes Wasser, Ammoniumhydroxid, Wasserstoffperoxid usw. in jede Bürstenstation durch ein Injektionssystem 9, das schematisch in Fig. 5 gezeigt ist, gesprüht oder injiziert werden, um die Reinigung der Wafer 8 zu erleichtern. Von der zweiten Bürsten­ station 7 wird der Wafer 8 zu einer nicht gezeigten Rotations­ trockungsstation bewegt, wo er für seine Trocknung auf hohe Drehzahlen gebracht wird. Der gereinigte Wafer wird aus der Rotationstrocknungsstation ausgeworfen und in einer zweiten nicht gezeigten Kassette deponiert. Aufbau und Arbeitsweise der Waferkassetten, der Sprühinjektoren und der Rotations­ trocknungsstation sind an sich bekannt.

Wie insbesondere in Fig. 1 und 2 gezeigt ist, hat die Bürsten­ anordnung 10 eine untere in Rotation versetzbare Bürste 14 und einen Bürstenschlitten 16 mit einer oberen in Rotation ver­ setzbaren Bürste 18 zum Reinigen der Flächen des Halbleiterwa­ fers 8. Bei der gezeigten Ausführungsform hat die untere Bürste 14 insgesamt eine von einer unteren Rolle 22 getragene Hülse 20. Die Rolle 22 wird am Rahmen 12 drehbar durch Lager 24 gehalten, wodurch die untere Bürste 14 in einer festgelegten Position bezüglich des Rahmens 12 fixiert ist. Ein von dem Rahmen getragener und mit einem Ende der unteren Rolle 22 gekoppelter nicht gezeigter Motor treibt die Bürste 14 im Gegenuhrzeigersinn an, wodurch die untere Seite des Wafers 8 poliert und der Wafer 8 nach vorne durch die Bürstenstation 6 bewegt wird.

Der Bürstenschlitten 16 hat ein Paar von im Abstand angeord­ neten Haltearmen 32 und 33, die an dem Rahmen 12 durch Schwenkelemente 34 angebracht sind. Die obere Bürste 18 er­ streckt sich zwischen den Haltearmen 32 und 33 und ist daran angebracht. Wie insbesondere in Fig. 1 und 3 gezeigt ist, ist die obere Bürste 18 im Abstand von den Schwenkelementen 34 angeordnet, um die horizontale Verschiebung der oberen Bürste 18 bezüglich der unteren Bürste 14 auf ein Minimum zu reduzie­ ren, wenn die Haltearme 32, 33 geschwenkt werden. Bei der gezeigten Ausführungsform hat die obere Bürste 18 eine Hülse 36, die an einer oberen Rolle 38 angebracht ist. Bevorzugt ist die obere Rolle 38 an den Haltearmen 32 und 33 durch sphäri­ sche Lager 40 kardanisch aufgehängt oder angebracht, die an den gegenüberliegenden Enden der Rolle 38 vorgesehen sind. Die sphärischen Lager 40 erlauben der oberen Bürste 18 eine multi­ direktionale Bewegung bezüglich der Haltearme 32 und 33.

Mit Hilfe der sphärischen Lager 40 kann die Höhe der Haltearme 32 und 33 unabhängig eingestellt werden. Wenn beispielsweise die Dicke einer Hülse oder beider Hülsen 20 und 36 nicht gleich ist, kann die obere Rolle 38 in einem Winkel so gekippt werden, daß die Oberflächen der Hülsen 20 und 36 parallel sind. Wenn die Haltearme 32 und 33 auf unterschiedlichen Höhen gehalten werden, sind die Haltearme 32 und 33 um einen Abstand getrennt, der größer ist als die Trennung zwischen den Halte­ armen, wenn die Arme 32 und 33 sich auf der gleichen Höhe befinden. Bei der gezeigten Ausführung gleichen die Toleranzen der sphärischen Lager 40 geringe Änderungen des die Haltearme 32 und 33 trennenden Abstands aus, wenn sie auf unterschiedli­ chen Höhen gehalten werden. Bei manchen Anwendungen kann es jedoch erwünscht sein, eine Keilanordnung vorzusehen, welche eine Längsverschiebung der oberen Bürste 18 ermöglicht, wenn einer der Haltearme 32 und 33 bezüglich des anderen Haltearms bewegt wird. Es können jedoch auch andere Einrichtungen zum Anbringen der oberen Rolle 38 an den Haltearmen 32, 33 ver­ wendet werden. So kann für manche Einsatzzwecke eine lose Anordnung von genormten Rollenhaltkomponenten für einen aus­ reichenden Bewegungsbereich sorgen.

Ein mit einem Ende der Rolle 38 gekoppelter Motor 39 treibt die obere Bürste 18 im Uhrzeigersinn bezüglich des Rahmens 12 an, wodurch die Oberseite des Wafers 8 poliert und der Wafer 8 nach vorne durch die Bürstenstation 6 bewegt wird. Die Dreh­ zahl der oberen und unteren Bürste 14 und 18 kann abhängig von mehreren Faktoren variieren, beispielsweise von der Nachgie­ bigkeit der Hülsen 20, 36, dem gewünschten Reinigungsgrad und der Länge des Reinigungszyklus. Bei der gezeigten Ausführung drehen sich die obere Bürste 18 und die untere Bürste 14 mit einer Drehzahl im Bereich von 80 bis 150 UpM.

Die Bürstenanordnung 10 hat weiterhin automatisierte Haltea­ nordnungen 41, die jedem Haltearm 32 und 33 zum Halten der oberen Bürste 18 in einer Vielzahl von angehobenen Positionen bezüglich der unteren Bürste 14 und zum automatischen Ein­ stellen des auf die Waferflächen durch die Bürsten 14 und 18 ausgeübten Drucks zugeordnet sind. Bei der gezeigten Ausfüh­ rung hat jede Halteanordnung 41 einen Schrittmotor 42, einen Haltestift 44 und einen Verbindungsmechanismus 46, der den Schrittmotor 42 mit dem Haltestift 44 verbindet, um den Halte­ stift 44 in vertikale Richtung ansprechend auf die Drehung des Schrittmotors 42 zu bewegen. Der Haltestift 44 greift an der Unterseite des Haltearms an, um den Arm in einer ausgewählten vertikalen Position zu halten. Vorzugsweise greift der Halte­ stift 44 an einem Abschnitt des Haltearms an, der von dem Schwenkpunkt 34 entfernt liegt, um eine bessere Steuerung der Höhe der oberen Bürste 18 zu erreichen. Der Haltestift 44 kann auch so positioniert sein, daß er an einem anderen Ab­ schnitt des Haltearms angreift. Bei der in Fig. 1 bis 5 ge­ zeigten Ausführung kann der Haltestift 44 in 4000 diskreten Schritten 95 mm durch den Schrittmotor bewegt werden, was eine genaue Steuerung der vertikalen Position der oberen Bürste 18 ermöglicht. Die Verschiebung des Haltestifts 44 bei jedem Schritt des Schrittmotors 42 und die gesamte Vertikalverschie­ bung des Stifts kann gesteigert oder verringert werden. Der Betrieb des Schrittmotors 42 wird automatisch von einem Steu­ ersystem 52 gesteuert.

Bei der Ausführung der Fig. 1 bis 5 stellt die Bedienungs­ person die Höhe der Haltearme 32 und 33 von Hand ein, um die obere Bürste 18 so auszurichten, daß die Flächen der Hülsen 20 und 36 im wesentlichen parallel sind. Die Höhe der Haltearme bildet einen Nullpunkt oder Bezugspunkt, wenn die obere Bürste 18 richtig ausgerichtet ist. Die Ausrichtung der oberen Rolle 38 muß insgesamt immer dann neu vorgenommen werden, wenn die Hülsen ausgetauscht werden. Wenn die Anordnung einmal einge­ stellt bzw. kalibriert ist, stellen die Halteanordnungen 41 automatisch die Höhe der Haltearme bezüglich des Bezugspunkts ein, wodurch die Höhe der oberen Bürste 18 genau eingestellt ist, während der Parallelismus zwischen den Hülsen 20 und 36 beibehalten wird.

Der auf die Waferflächen durch die Bürsten 14 und 18 ausgeübte Druck ist abhängig von der Dicke des Wafers und von dem Ab­ stand zwischen den Hülsen 20 und 36. Die Stärke des auf den Wafer 8 ausgeübten Drucks kann durch Einstellen der Höhe der oberen Bürste 18 bezüglich der unteren Bürste 14 gesteigert oder verringert werden. Die Bedienungsperson mißt die Dicke von einem oder mehreren Wafern 8 in einer zu reinigenden Charge. Die Dicke des Wafers 8 und der gewünschte Reinigungs­ druck sind die Eingabe in das Steuersystem 52, welches den Schrittmotor 42 aktiviert, um die Haltearme 32 und 33 anzuhe­ ben oder abzusenken, wodurch der gewünschte Abstand zwischen der oberen und unteren Bürste erhalten wird. Durch die Halte­ anordnungen 41 und das Steuersystem 52 kann die obere Bürste 18 genau und effizient in die geeignete Höhe zum Reinigen einer speziellen Charge von Halbleiterwafern 8 bewegt werden.

Wenn die Hülsen 20 und 36 zu verschleißen beginnen, nimmt der Abstand zwischen der oberen Bürste 18 und der unteren Bürste 14 zu, wodurch der auf die Waferflächen ausgeübte Druck ver­ ringert wird. Um zu gewährleisten, daß ein ausreichender Reinigungsdruck auf die Wafer 8 aufgebracht wird, muß die Höhe des Bürstenschlittens 16 eingestellt werden, um den erforder­ lichen Abstand zwischen den Flächen der Hülsen 20 und 36 beizubehalten. Das Steuersystem 52 ist vorzugsweise so ausge­ staltet, daß es den Bürstenschlitten 16 entsprechend einem vorher festgelegten Plan periodisch absenkt, um einen Ver­ schleiß der Hülsen 20, 36 auszugleichen. Dadurch übt die Bürstenanordnung 10 einen im wesentlichen gleichförmigen Reinigungsdruck über die Fläche des Wafers 8 während der Lebensdauer der Hülsen 20 und 36 aus. Mit Ausnahme der anfäng­ lichen Einstellung des Bürstenschlittens 16 wird die Höhe der oberen Bürste 18 bezüglich der unteren Bürste 14 vollständig von dem Steuersystem 52 und den Halteanordnungen 41 gesteuert. Unter Bezugnahme auf Fig. 1 und 2 wird im folgenden die Ar­ beitsweise der Bürstenstation 6 kurz erläutert. Wenn die Dicke der Wafer 8 in einer speziellen Charge bestimmt worden ist, werden die Dicke und der Reinigungsdruck in das Steuersystem 52 eingegeben. Das Steuersystem 52 aktiviert die Schrittmoto­ ren 42, um die Haltearme 32 und 33 auf die geeignete Höhe zu bewegen. Die Bedienungsperson läßt dann die Reinigungsmaschine anlaufen. Die Wafer 8 werden automatisch in die Bürstenstation 6 von der nicht gezeigten Zuführkassette eingeführt. Die Bür­ stenstation 6 hat Schienen oder Rollen, was an sich bekannt und nicht gezeigt, ist, um den Wafer 8 zu tragen und durch die Bürstenstation 6 zu bewegen, damit er zwischen der oberen Bürste 18 und der unteren Bürste 14 positioniert wird. Auf den Wafer 8 und/oder die Bürsten 14 und 18 werden durch nicht gezeigte Injektordüsen flüssige Wirkstoffe aufgesprüht. Die Hülsen 20 und 36 greifen an den Flächen des Wafers 8 an und bewegen ihn nach vorne, bis er an einem Paar von Anschlag­ anordnungen 60 angreift, die schwenkbar an dem Rahmen 12 angrenzend an die Bürsten 18, 14 angebracht sind.

An dem Rand des Wafers 8 greifen Rollen 62 an, die an den Anschlaganordnungen 60 vorgesehen sind. Die Rollen 62 werden durch geeignete, nicht gezeigte Antriebseinrichtungen gedreht, um den Wafer bezüglich der oberen Bürste 18 und der unteren Bürste 14 zu drehen. Ein Drehen des Wafers 8 mit Drehzahlen im Bereich von 40 bis 100 UpM gewährleistet, daß die Bürsten 18, 14 die gesamte Fläche des Wafers gleichförmig reinigen. Nach einem vorgegebenen Zeitraum werden die Anschlaganordnungen 60 geschwenkt, um die Rollen 62 vom Rand des Wafers 8 weg zu bewegen. Der Wafer 8 kann sich nun vorwärts durch die Bürsten­ station 6 bewegen. Bei der gezeigten Ausführungsform gelangt der Wafer 8 von der ersten Bürstenstation 6 in die zweite Bürstenstation 7. Die Bürstenstationen 6 und 7 sind im wesent­ lichen identisch. Die in der zweiten Bürstenstation 7 ver­ wendeten flüssigen Wirkstoffe können sich jedoch erforderli­ chenfalls von denen der ersten Station 6 unterscheiden. Wenn eine vorgegebene Anzahl von Wafern 8 durch die Bürstenstation 6 hindurchgegangen ist, betätigt das Steuersystem 52 die Schrittmotoren 42 automatisch, wodurch die Haltestifte 44 und die Haltearme 32 und 33 abgesenkt werden, um den Verschleiß der Hülsen 20, 36 auszugleichen. Da das Steuersystem 52 und die Halteanordnungen 41 die Höhe der oberen Bürste 18 bezüg­ lich der unteren Bürste 14 automatisch einstellen, ist eine Einstellung der Bürstenanordnung 10 bis zum Austausch der Hülsen 20 und 36 insgesamt nicht erforderlich.

In Fig. 6 ist eine weitere Ausführungsform einer einstellbaren Bürstenanordnung 10a gezeigt, mit der sich ein gleichförmiger Druck auf den Wafer 8 während des Reinigungszyklus ausüben läßt. Dabei wird der auf den Wafer 8 ausgeübte Druck automa­ tisch gefühlt und erforderliche Einstellungen bezüglich Höhe und Ausrichtung der oberen Bürste 18a während des Reinigungs­ zyklus ausgeführt. Die Bürstenanordnung 10a berücksichtigt Unterschiede in der Waferdicke durch Feststellen des auf die Waferflächen ausgeübten erhöhten Drucks aufgrund eines dicke­ ren Halbleiterwafers und hebt die obere Bürste 18a an. Mit der Bürstenanordnung 10a können Wafer 8 mit verschiedenen Dicken gereinigt werden, ohne daß zunächst die Dicke des Wafers 8 gemessen und das Steuersystem eingestellt werden muß. Da die Enden der oberen Bürste 18a unabhängig gehalten sind, kann die Ausrichtung der oberen Bürste 18a so eingestellt werden, daß ein gleichförmiger Druck auf Wafer 8 mit einer nicht gleichen Dicke ausgeübt werden kann. Wenn die Hülsen 20a und 36a ver­ schleißen, wird die Druckabnahme festgestellt. Die Haltearme 32a, 33a werden dann automatisch abgesenkt, um den erforderli­ chen Reinigungsdruck auf die Waferflächen auszuüben.

Wie in Fig. 6 gezeigt ist, ist der rückwärtige Abschnitt des Haltearms 32a mit dem Rahmen 12a durch eine Federanordnung 70 gekoppelt. Die Federanordnung 70 wird verwendet, um den auf die Waferflächen von der oberen Bürste 18a und der unteren Bürste 14a ausgeübten Druck zu bestimmen. Die Federkonstante und der Dämpfungskoeffizient der Federanordnung 70 werden so gewählt, daß die Federanordnung 70 eine ausreichende Empfind­ lichkeit für eine genaue Messung des tatsächlichen auf die Waferoberflächen ausgeübten Reinigungsdrucks hat. Ein am vorderen Abschnitt des Haltearms 32a befestigtes einstellbares Gegengewicht 72 minimiert im wesentlichen jede Versetzung der Höhe der oberen Bürste 18a, die durch die Hinzufügung der Federanordnung 70 verursacht werden könnte. Die Biegung des Haltearms 32a während des Betriebs der Bürstenanordnung 10a wird von einem Positionssensor 74 gemessen, der an dem Halte­ arm 32a befestigt ist. Bei der in Fig. 6 gezeigten Ausfüh­ rungsform ist der Positionssensor 74 zum Messen der vertikalen Biegung des Haltearms 32a ein Linearwandler mit variabler Kennlinie. Es können jedoch auch andere Positionssensoren eingesetzt werden, welche die lineare Verschiebung oder Win­ kelauslenkung des Haltearms 32a erfassen. Ein mit dem Posi­ tionssensor 74 und dem Schrittmotor 42a gekoppeltes Steuersy­ stem 76 erhält den Ausgang aus dem Positionssensor und berech­ net die Größe des auf den Wafer 8 durch die obere Bürste 18a ausgeübten Drucks aus der Biegung des Haltearms 32a und dem Wert der Federkonstanten der Federanordnung 70. Wenn der tatsächliche, auf die Waferflächen ausgeübte Druck sich von dem erforderlichen Reinigungsdruck unterscheidet, betätigt das Steuersystem 76 den Schrittmotor 42a zur Einstellung der Höhe der Haltearme 32a, 33a.

Die in Fig. 6 gezeigte Federanordnung 70 hat eine Einrichtung zum Fühlen des auf die Waferflächen durch die obere Bürste 18b und die untere Bürste 14b ausgeübten Drucks. Anstelle einer Federanordnung 70 können andere Meßeinrichtungen verwendet werden, wie sie zum Beispiel in Fig. 7 bis 9 gezeigt sind. Gemäß Fig. 7 ist das distale Ende des Haltearms 32b der Bür­ stenanordnung 10b mit dem Rahmen 12b durch eine Federanordnung 82 gekoppelt. Die Federanordnung 82 hat einen Sensor 84, beispielsweise einen Dehnungsmeßstreifen, zum Messen der auf die Federanordnung 82 von dem Haltearm 32b ausgeübten Kraft. Ein mit dem Sensor 84 gekoppeltes Steuersystem 86 empfängt das Signal von dem Sensor und bestimmt den auf den Wafer 8 ausge­ übten Druck. Wenn der tatsächliche Druck von dem ausgewählten Reinigungsdruck verschieden ist, betätigt das Steuersystem 86 den Schrittmotor 42b, um die obere Bürste 18b anzuheben oder abzusenken, so daß der gewünschte Reinigungsdruck auf die Waferflächen ausgeübt wird.

Gemäß Fig. 8 ist das distale Ende des Haltearms 32c der Bür­ stenanordnung 10c mit dem Rahmen 12c der Reinigungsmaschine durch eine Balganordnung 92 gekoppelt. Während des Betriebs der Bürstenanordnung 10c wird der Druck in der Balganordnung 92 durch einen Luftdrucksensor 94 erfaßt. Das Signal von dem Luftdrucksensor 94 wird zu einem Steuersystem 96 übertragen, welches aus dem Luftdruck in der Balganordnung 92 den von den Bürsten 14c und 18c ausgeübten tatsächlichen Druck berechnet. Das Steuersystem 96 betätigt den Schrittmotor 42c, um die Höhe der oberen Bürste 18c zu ändern, wenn der tatsächliche auf die Waferflächen ausgeübte Druck anders als der geforderte Reini­ gungsdruck ist.

Bei der in Fig. 9 gezeigten Ausführungsform ist ein Sensor 102, beispielsweise eine Dehnungsmeßstreifenanordnung, lösbar mit dem distalen Ende des Haltearms 32d verbunden. Der Sensor 102 wird von dem Haltearm 32d getrennt, wenn die obere Bürste 18d in die anfängliche Ausrichtungsposition angehoben ist, und greift an dem Haltearm 32d an, wenn die obere Bürste 18d in ihre Arbeitsstellung abgesenkt ist. Während des Betriebs der Bürstenanordnung 10d mißt der Sensor 102 die Dehnung auf der Fläche des Haltearms 32d. Da der Haltearm 32d im wesentlichen ein Träger in Form eines Kragarms ist, ist die Dehnung propor­ tional zur Biegung des Trägers. Ein mit dem Sensor 102 gekop­ peltes Steuersystem 104 empfängt das von dem Sensor erzeugte Signal und berechnet den von den Bürsten 14d und 18d auf den Wafer ausgeübten Druck aus der von dem Sensor 102 gemessenen Dehnung. Das Steuersystem 104 vergleicht den gewünschten Reinigungsdruck mit dem tatsächlichen Druck. Wenn irgendwelche Einstellungen erforderlich sind, betätigt das Steuersystem 104 den Schrittmotor 42d, um den Haltearm 32d anzuheben oder ab­ zusenken.

Die in Fig. 10 und 11 gezeigte Bürstenanordnung 10e hat einen Haltearm 32e, der schwenkbar in einem U-förmigen Lagerträger 112 gehalten ist, der an dem Rahmen 12e der Reinigungsmaschine befestigt ist. An dem U-förmigen Träger 112 ist eine Druckein­ stellanordnung, beispielsweise ein Gleichstrommotor 114, angebracht und mit dem Haltearm 32e durch eine Getriebeanord­ nung 115 gekoppelt, um den auf den Wafer 8 durch die obere Bürste 18e und die untere Bürste 14e ausgeübten Druck zu steuern. Wenn dem Motor 114 Strom zugeführt wird, veranlaßt das an den Haltearm 32e angelegte Drehmoment die obere Bürste 18e, eine nach unten gerichtete Kraft auf den Wafer 8 und die untere Bürste 14e auszuüben, wodurch Druck auf die obere und untere Fläche des Wafers 8 ausgeübt wird. Ein von dem Haltearm 32e gegenüber der oberen Bürste 18e getragenes Gewicht 117 gewährleistet, daß der an dem Wafer 8 anliegende Druck propor­ tional zu dem Drehmoment ist. Der auf die obere und untere Fläche durch die Bürsten 14e und 18e ausgeübte Druck ist proportional zu dem Drehmoment des Motors 114. Da das Drehmo­ ment proportional zu dem dem Motor 114 zugeführten Strom ist, kann der auf die Waferflächen von der oberen Bürste 18e und der unteren Bürste 14e ausgeübte Druck durch Einstellen der Stromzuführung zu dem Motor 114 gesteuert werden.

Ein mit dem Motor 114 gekoppeltes Steuersystem 118 steuert die Arbeitsweise des Motors 114 und veranlaßt den Motor 114, das erforderliche Drehmoment auf den Haltearm 32e auszuüben, damit der gewünschte Druck an den Flächen des Wafers 8 erreicht wird. Zum Messen des auf den Wafer 8 ausgeübten Drucks kann ein Sensor 120, beispielsweise eine Dehnungsmeßstreifenanord­ nung, verwendet werden, der an dem Haltearm 32e angebracht und mit einem Steuersystem 118 gekoppelt ist. Das Steuersystem 118 empfängt den Ausgang aus dem Sensor 120 und verwendet die Biegung des Haltearms 32e zur Bestimmung des auf die Wafer­ flächen ausgeübten tatsächlichen Drucks. Wenn der tatsächliche Druck sich von dem ausgewählten Reinigungsdruck unterscheidet, reguliert das Steuersystem 118 die Arbeitsweise des Motors 114 so, daß der auf den Wafer 8 durch die obere Bürste 18e und die untere Bürste 14e ausgeübte Druck justiert wird.

Claims (16)

1. Bürstenanordnung (10, 10a-10e) zum Reinigen von Halblei­ terwafern (8)

• - mit einer ersten in Rotation versetzbaren Bürste (14, 14a-14e), die von einem Rahmen (12, 12a-12e) getragen wird,
• - mit einem Bürstenschlitten (16), der einen ersten Halte­ arm (32, 32a-32e) und einen zweiten Haltearm (33), und eine zweite in Rotation versetzbare Bürste (18, 18a-18e) aufweist, die mit dem ersten Haltearm (32, 32a-32e) und dem zweiten Haltearm (33) verbunden ist und sich quer zwischen den Haltearmen (32, 32a-32e, 33) und parallel zur ersten Bürste (14, 14a-14e) erstreckt, wobei die zweite Bürste (18) in einem solchen Abstand von der ers­ ten Bürste (14) angeordnet ist, daß während des Betriebs der Bürstenanordnung (10, 10a-10e) die erste Bürste (14, 14a-14e) und die zweite Bürste (18, 18a-18e) einen aus­ gewählten Reinigungsdruck auf einen Halbleiterwafer (8) ausüben, der zwischen der ersten Bürste (14, 14a-14e) und der zweiten Bürste (18, 18a-18e) angeordnet ist,
• - mit wenigstens einer Halteanordnung (41), die für ein Angreifen an einem der Haltearme (32, 32a-32e, 33) posi­ tioniert ist, den Bürstenschlitten (16) in eine aus ei­ ner Vielzahl von Positionen trägt, für eine Hin- und Herbewegung des Bürstenschlittens (16) zwischen der Vielzahl von Positionen ausgestaltet ist, um den Abstand zwischen der ersten Bürste (14) und der zweiten Bürste (18) selektiv zu erhöhen und zu verringern, und an einem Abschnitt eines der Haltearme (32, 32a-32e,33) angreift,

dadurch gekennzeichnet,
dass der erste Haltearm (32, 32a-32e)und der zweite Haltearm (33) schwenkbar mit dem Rahmen (12, 12a-12e) verbunden sind, und
dass ein Steuersystem (52, 76, 86, 96, 104, 118) vor­ gesehen ist, das mit der Halteanordnung (41) zum Ein­ stellen der Arbeitsweise der Halteanordnung (41) ge­ koppelt ist, um den auf den Halbleiterwafer (8) von der ersten Bürste (14, 14a-14e) und der zweiten Bürste (18, 18a-18e) ausgeübten Druck ausschließlich durch eine Schwenkbewegung zumindest eines der beiden Halte­ arme (32, 32a-32e, 33) zu erhöhen und zu verringern.

2. Bürstenanordnung nach Anspruch 1, bei welcher die Halte­ anordnung (41) für den Eingriff mit dem ersten Haltearm (32, 32a-32e) positioniert ist, die für das Angreifen an einem Abschnitt des ersten Haltearms (32, 32a-32e) posi­ tioniert ist, der einen Abstand zu dem Abschnitt des ers­ ten Haltearms (32, 32a-32e) hat, der mit dem Rahmen (12, 12a-12e) schwenkbar gekoppelt ist.

3. Bürstenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher weiterhin eine zweite Halteanordnung (41) vorgesehen ist, die für das Angreifen an einem Abschnitt des zweiten Hal­ tearms (33) positioniert ist, der einen Abstand zu dem Ab­ schnitt des zweiten Haltearms (33) hat, der mit dem Rahmen (12, 12a-21e) schwenkbar gekoppelt ist.

4. Bürstenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Bürste (18, 18a-­ 18e) schwenkbar an dem ersten Haltearm (32, 32a-32e) und zweiten Haltearm (33) für eine multidirektionale Bewegung der zweiten Bürste (18, 18a-18e) bezüglich des ersten Hal­ tearms (32, 32a-32e) und des zweiten Haltearms (33) ange­ bracht ist.

5. Bürstenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bürstenschlitten (16) ein Paar von sphärischen Lagern (40) aufweist, welche die zweite Bürste (18, 18a-18e) an dem ersten Haltearm (32, 32a-32e) und dem zweiten Haltearm (33) verschwenkbar hal­ ten.

6. Bürstenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteanordnung (41) einen Schrittmotor (42, 42a-42d) und einen Haltestift (44) auf­ weist, der an einem der Haltearme (32, 32a-32d, 33) an­ greift und mit dem Schrittmotor (42, 42a-42d) für eine li­ neare Hin- und Herbewegung des Haltestifts (44) relativ zur Umdrehung des Schrittmotors (42, 42a-42d) gekoppelt ist, um den Bürstenschlitten (16) in eine Position der Vielzahl von Positionen zu tragen.

7. Bürstenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Bürste (14, 14a-e) und die zweite Bürste (18, 18a-18e) jeweils eine Rolle (22, 38) und eine an der Rolle (22, 38) angebrachte Hülse (20, 36) aufweisen.

8. Bürstenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersystem (52, 76, 86, 96, 104, 118) für ein Steuern der Arbeitsweise der Halte­ anordnung (41) ausgestaltet ist, um den Abstand zwischen der ersten Bürste (14, 14a-14e) und der zweiten Bürste (18, 18a-18e) entsprechend einem vorgegebenen Zeitplan zu verringern.

9. Bürstenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekenn­ zeichnet durch wenigstens eine Sensoranordnung (74, 84, 94, 102, 120), die mit dem Steuersystem (52, 76, 86, 96, 104, 118) und einem der Haltearme (32, 32a-32e, 33) gekop­ pelt ist, um den tatsächlichen, auf den Wafer (8) durch die erste Bürste (14, 14a-14e) und die zweite Bürste (18, 18a-18e) ausgeübten Druck zu bestimmen.

10. Bürstenanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersystem (56, 76, 86, 96, 104, 118) für ein Vergleichen des tatsächlichen Drucks mit dem ausgewählten Druck und für eine Betätigung der Halteanordnung (41) aus­ gestaltet ist, um den Bürstenschlitten (16) in eine andere Position der Vielzahl von Positionen zu bewegen, um den auf den Wafer (8) von der ersten Bürste (14, 14a-14e) und der zweiten Bürste (18, 18a-18e) ausgeübten Druck ein­ zustellen.

11. Bürstenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteanordnung (41) einen Motor (114) hat, der mit einem der Haltearme (32e) in einer Position gekoppelt ist, die sich im Abstand von der zweiten Bürste (18e) be­ findet, um ein Drehmoment auf einen der Haltearme (32e) auszuüben, damit der von der ersten Bürste (14e) und der zweiten Bürste (18e) auf den Wafer (8) ausgeübte Druck se­ lektiv erhöht und verringert wird.

12. Bürstenanordnung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Sensoranordnung (120), die mit dem Bürstenschlitten (16) und dem Steuersystem (118) zum Messen des auf den Wa­ fer (8) ausgeübten Drucks gekoppelt ist, wobei das Steuer­ system (118) für die Aufnahme eines Signals aus der Sen­ soranordnung (120) ausgestaltet ist und den Motor (114) so steuert, dass das auf den einen der Haltearme (32e, 33) ausgeübte Drehmoment selektiv zunimmt und abnimmt.

13. Bürstenanordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (74, 84, 94, 102, 120) für ein Erfassen der Biegung eines der Hal­ tearme (32, 32a-32e, 33) relativ zum Rahmen(12, 12a-12e) während des Betriebs der Bürstenanordnung (10) ausgestal­ tet ist.

14. Bürstenanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersystem (52, 76, 86, 96, 104, 118) für ein Berechnen des tatsächlichen aus der Biegung des Haltearms (32, 32a-32e, 33) auf den Wafer (8) ausgeübten Drucks, für ein Vergleichen des tatsächlichen Drucks mit dem ausge­ wählten Druck und für das Einleiten der Funktion der Hal­ teanordnung (41) ausgestaltet ist, um den auf den Wafer (8) von der ersten Bürste (14, 14a-14e) und der zweiten Bürste (18, 18a-18e) ausgeübten Druck selektiv zu erhöhen und zu verringern.

15. Bürstenanordnung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Sensoranordnung (74, 84) eine mit dem einen der Haltearme (32, 33a, 32b, 33) gekoppelte Feder (70, 82) aufweist.

16. Bürstenanordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (42c) ei­ ne mit dem einen Haltearm (32c) gekoppelte Balganordnung (92) aufweist.