DE19629705A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung von scheibenförmigen Gegenständen, insbesondere Wafern, mit Ultraschall und Wasser als Spülmedium - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung von scheibenförmigen Gegenständen, insbesondere Wafern, mit Ultraschall und Wasser als SpülmediumInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Reinigung von scheibenförmigen Gegenständen, insbesondere
Wafern, mit Ultraschall, wobei Wasser als Spülmedium ver
wendet wird.
Obgleich die Erfindung am Beispiel der Reinigung von Wafern
beschrieben wird, wird ausdrücklich bemerkt, daß die Er
findung nicht auf Wafer beschränkt ist, sondern daß auch
magnetische und optische scheibenförmige Informations
träger, CD-Scheiben und sogar pharmazeutische Produkte nach
dem Verfahren der Erfindung gereinigt bzw. behandelt werden
können. Die Erfindung ist auch zur Reinigung von Scheiben
geeignet, auf die eine Schutzschicht aufgetragen werden
soll, die lochfrei sein muß.
Bei der Halbleiterfertigung müssen vor den verschiedensten
Bearbeitungsverfahren Halbleiteroberflächen extrem ge
reinigt werden, zum Beispiel vor Lithographie-, Lackauftragungs- oder
Ionenimplantationsverfahren. Um Waferoberflächen zu reini
gen, müssen u. a. Van-der-Waals-Kräfte, die bei auf der Oberfläche
haftenden Partikeln mit einem Durchmesser von kleiner als 1 µm
erheblich sind, überwunden werden. Wenn solche Partikel mit
Ultraschall entfernt werden sollen, werden so hohe Energien
benötigt, daß bei den sonst für Reinigungszwecke benutzten nie
drigen Frequenzen das kristalline Gefüge der zu reinigenden
Wafer gestört würde. Es ist deshalb bereits bekannt, für die
Waferreinigung Megasonic-Wellen, d. h. Ultraschall mit Frequen
zen von ca. 1 MHz, zu verwenden. Im wesentlichen sind bisher
zwei Typen solcher Megasonic-Waferreinigungssysteme bekannt:
- 1) In einem Tank mit einer Größe, daß ganze Scheiben und sogar ganze handelsübliche Carrier, gefüllt mit mehreren Scheiben, in ein in dem Tank befindliches Tauchbad eingetaucht werden können, werden Megasonic-Wellen am Boden oder an der Seite eingekoppelt, wobei das Tauchbad als Kopplungsmedium für die Ultraschallwellen dient. Dieses Verfahren weist etliche Nachteile auf. Es ist verständlich, daß über das Tauchbad praktisch keine gute Homogenität der Megasonic-Leistung zu erreichen ist. Eine ausreichend hohe Leistungsdichte auf der Scheiben(Wafer)-Oberfläche ist nur mit sehr großen und leistungsstarken Ultraschall-Gebern zu erreichen. Schließlich werden erhebliche Flüssigkeitsmengen benötigt, weil das Tauch bad bei hohen Reinheitsanforderungen häufig ersetzt werden muß, und der Abtransport der losgelösten Partikel erweist sich in einem großen Tauchbad als schwierig.
- 2) Bekannt ist auch, den Ultraschall vom Geber zu der Wafer-Oberfläche mit Hilfe eines Wasserstrahls zu übertragen Zu diesem Zweck spritzt eine Düse einen Wasserstrahl, der mit Ultraschallwellen angeregt worden ist, auf die Waferoberfläche. Durch Rotation des Wafers oder Nachführung des Wasserstrahls kann die gesamte zu reinigende Wafer oberfläche überstrichen werden. Als Nachteil erweist sich bei diesem Verfahren, daß der durch Ultraschall erregte Wasserstrahl beim Auftreffen auf den Wafer zu Spritz wasserbildung neigt. Da die Waferreinigung in Reinsträumen durchgeführt wird, kann keine Spritzwasserbildung ge duldet werden. Denn durch Spritzwasser werden benachbarte Bearbeitungsstationen kontaminiert und außerdem werden Luftfilter für die umgewälzte Luft durch mitgerissene Wassertröpfchen feucht und damit wirkungslos.
Die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein
Reinigungsverfahren für Wafer mit Ultraschall anzugeben,
bei dem Spritzwasserbildung vermieden ist und das somit in
Reinsträumen durchgeführt werden kann, und bei dem gleichzeitig
auch eine im zeitlichen Mittel gute Homogenität der
Megasonic-Leistung über den Wafer gegeben ist, auf eine einfache Weise eine
hohe Ultraschall-Leistungsdichte erreicht werden kann und der
Abtransport durch Ultraschall losgelöster Partikel kontinuier
lich erfolgt.
Es versteht sich von selbst, daß eine hohe Reinigungswirkung
bei vertretbarer Energieleistung des Ultraschallwellensenders
und eine gleichmäßige Energiedichte auf der Waferoberfläche
bei vertretbaren Kosten erwünscht sind.
Desweiteren soll auch eine Vorrichtung zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens angegeben werden.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Reinigung
von scheibenförmigen Gegenständen mit Ultraschall und Wasser
als Spül- und Ankopplungsmedium, dessen Vorteile sich insbe
sondere bei der Reinigung von Wafern zeigen, und das dadurch
gekennzeichnet ist, daß der scheibenförmige Gegenstand,
d. h. insbesondere ein Wafer, fest auf einer Unterlage ge
haltert wird, ein Ultraschallgeber mit seiner Abstrahl
fläche bis auf einen Abstand im Millimeterbereich der zu
reinigenden Scheibenoberfläche angenähert wird, wobei eine
Annäherung von etwa 0,5 bis 5 mm, vorzugsweise 1 bis 2 mm,
erfolgt, ein fließender Reinstwasserfilm zwischen der
Scheibenoberfläche und der Geberoberfläche erzeugt wird,
der von der Scheibenoberfläche durch die Wirkung des Ultra
schalls abgelöste Teilchen mit- und von der Scheibenober
fläche abführt und den freien Spalt zwischen Geberober
fläche und Scheibenoberfläche so vollständig ausfüllt,
daß er gleichzeitig auch ein Übertragungsmedium für Ultra
schallwellen bildet, Ultraschallwellen mit Frequenzen,
die für Reinigungszwecke durch Aufbrechen von atomaren
und/oder molekularen Bindungen geeignet sind, erzeugt werden
und der Größenunterschied zwischen der abstrahlenden Ultra
schall-Geberoberfläche und der zu reinigenden Scheibenober
fläche durch eine relative Bewegung zwischen dem Ultra
schall-Geber und der Scheibe ausgeglichen wird, bei der die
Scheibe und/oder der Geber in einer zu der Scheibenoberfläche
parallelen Ebene geführt wird, bis die gesamte zu reinigende
Scheibenoberfläche mindestens einmal vollständig über
strichen worden ist.
Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird vorzugsweise ein
Ultraschall-Geber mit flächiger Abstrahlung verwendet. Typisch
wäre eine Geberoberfläche mit einem Durchmesser von wenigen
cm, zum Beispiel 3 cm. Der Ultraschall-Geber wird mit geringem
Abstand im Millimeterbereich über die Oberfläche der zu
reinigenden Scheibe geführt, wobei ein Abstand von 1 bis 2 mm
typisch ist. Zur Übertragung der Ultraschallenergie auf die
Scheibenoberfläche wird zwischen dem Ultraschallgeber und der
Scheibenoberfläche ein Wasserfilm ausgebildet, der ständig
erneuert wird und dadurch für den Abtransport losgelöster
Partikel sorgt. Dieser Wasserfilm besteht aus Reinstwasser,
das beispielsweise vorher durch einen Ionenaustauscher ge
reinigt worden ist.
Zu bemerken ist, daß die Erfindung nicht nur auf Wasser als
Spül- und Kopplungsmedium beschränkt ist. Wenn die Reinigung
ein anderes Medium erfordert, kann auch eine andere
Flüssigkeit verwendet werden, solange diese Flüssigkeit
für eine Kopplung der Ultraschallwellen geeignet ist.
Desgleichen ist die Erfindung auch nicht auf runde Scheiben
begrenzt, es können auch rechteckige Scheiben oder scheiben
förmige Gegenstände mit anderen Umfangs formen gereinigt
werden, solange diese so gehaltert werden können, daß die
Ultraschallgeber-Oberfläche einer planen Fläche gegenüberliegt.
Die Relativbewegung zwischen der Scheibe und dem Geber kann
entsprechend dem Anwendungszweck und der Flächenform der
zu reinigenden Scheibe beliebig variiert werden. So kann der
Ultraschall-Geber über die ihm gegenüberliegende zu reinigende
größere Scheibenfläche in Schwenkbewegungen, bei denen seine
Halterung an einem Schwenkarm um eine Drehachse geschwenkt
wird, oder in XY-Abtastbewegung durch eine Führung der
Geberhalterung in zwei linearen Richtungen über die Scheiben
oberfläche geführt werden. Wichtig ist, daß bei dieser
Führung jeder Punkt der Scheibenoberfläche Ultraschallwellen
empfangen hat.
Obgleich die zu reinigende Scheibenoberfläche vertikal oder
schräg geneigt angeordnet werden kann, wobei der Wasserfilm
durch Schwerkraft nach unten abläuft, wird die Scheibenober
fläche, wenn es sich um die Reinigung von Wafern handelt,
vorzugsweise horizontal auf einem Drehteller angeordnet
und durch Vakuum festgehalten. Vakuum-Drehteller dieser Art
sind aus Lack-Schleuderverfahren bekannt.
In dieser Anordnung kann die gesamte Waferoberfläche auf
verschiedene Weise vom Ultraschall-Geber überstrichen werden.
In einer Ausführungsform wird der Ultraschall-Geber mittels
eines Schwenkarmes über den auf einem Vakuumtisch rotierenden
Wafer bewegt. Dabei wird das Wasser über einen Wasserzu
fluß vorzugsweise vor dem Ultraschallgeber so zugegeben,
daß es von dem sich drehenden Wafer unter den
Ultraschall-Geber mitgenommen wird, so daß das Wasser den Zwischenraum
zwischen dem Ultraschall-Geber und der Oberfläche des Wafers
möglichst vollständig ausfüllt. Dadurch ist eine fast voll
ständige Leistungskopplung zwischen dem Ultraschall-Geber und
der gegenüberliegenden Oberfläche des Wafers gegeben.
Das durch den Wasserzufluß auf die Waferoberfläche gerichtete
Wasser fließt über den äußeren Rand des Wafers ab. Durch die
Drehung des Wafers entsteht eine Schleuderbewegung, bei der
das abfließende Wasser durch die Zentrifugalkraft am Wafer
rand radial nach außen abläuft.
Der Vakuum-Drehteller wird vorzugsweise in einem Gehäuse
mit zylindrischen Seitenwänden angeordnet, bei dem der
obere Rand der Seitenwände oberhalb der Waferoberfläche hoch
ragt und das von dem Wafer abgeschleuderte Wasser auffängt und
zum Boden des Gehäuses ableitet. Durch einen Abfluß am
Boden des Gehäuses wird das Wasser aus dem Reinraum, in dem
sich die gesamte Vorrichtung befindet, abgeleitet.
Die Bewegung des Ultraschall-Gebers kann mit ähnlicher
Wirkung mit einer Linearführung an Stelle der Schwenkung
mittels eines Schwenkarmes durchgeführt werden.
Unabhängig davon, ob der Ultraschall-Geber in einer Schwenk
bewegung oder in einer Linearführung über den Arbeitsbe
reich auf der Waferoberfläche geführt wird, ist eine Ruhe
position für den Ultraschall-Geber vorgesehen, in die er
gebracht wird, wenn der Wafer auf den Drehteller aufgelegt
oder von diesem entnommen wird. Die Ruheposition befindet
sich außerhalb des Waferbereichs.
Wenn, wie vorstehend beschrieben, der Vakuum-Drehteller
innerhalb eines vorzugsweise zylindrischen Gehäuses mit
hochgezogenem Rand angeordnet ist, enthält die Vorrichtung
zum Schwenken oder für die Linearführung vorzugsweise
außerdem eine Hubeinrichtung, mit der der Ultraschall-Geber
bis über den oberen Rand des Gehäuses angehoben und aus
dem Waferbereich in die Ruheposition geschwenkt oder ge
führt wird. Auf diese Weise kann das Gehäuse, in dem
sich der Vakuum-Drehteller befindet, relativ klein gehalten
werden und den Vakuum-Drehteller relativ eng umschließen.
Dadurch wird jegliches Entstehen von Spritzwasser vermieden.
Das Auflegen eines Wafers auf den Vakuum-Drehteller geschieht,
während sich der Ultraschall-Geber außerhalb des Waferbe
reichs auf einer Ruheposition befindet, unter der vorzugs
weise ein Tropfenfänger angeordnet ist. Nach Ablegen des
zu bearbeitenden Wafers wird der Ultraschall-Geber mit Hilfe
der beschriebenen Hub-/Drehvorrichtung von seiner Ruheposition
über den Waferbereich geführt und auf die Waferoberfläche
bis in den Millimeterbereich abgesenkt. Für den Reinigungs
vorgang selbst wird dann der Ultraschall-Geber in seinem
Arbeitsbereich um den Arbeitswinkel geschwenkt bzw. entlang
einer Arbeitsstrecke hin- und herbewegt, während sich der
Wafer unter ihm auf dem Drehteller dreht.
Nach der Ultraschallreinigung der Waferoberfläche wird der
Ultraschall-Geber wieder in die Ruheposition gebracht.
Überschüssiges Wasser auf der Waferoberfläche kann durch
Abschleudern entfernt werden.
Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist die Ausbildung
eines Wasserfilmes zwischen der Ultraschall-Geberoberfläche
und der Waferoberfläche, um eine optimale Leistungskopplung
der Ultraschallenergie zu bewirken. Der Wasserzufluß
öffnet sich in nächster Nähe des Ultraschall-Gebers und
richtet die Wasserströmung auf die Waferoberfläche. Der
Wasserzufluß kann auf verschiedene Weise ausgebildet sein.
Er kann beispielsweise ringförmig den Ultraschall-Geber
umgeben. Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen,
den Wasserzufluß als kanalartiges Röhrchen auszubilden,
daß am äußeren Ende des Schwenkarmes neben dem Ultraschall-
Geber angebracht ist und im wesentlichen rechtwinklig zu
der Waferoberfläche verläuft. Durch die Drehbewegung der
Waferoberfläche wird das austretende Wasser unter den
Ultraschall-Geber mitgeführt, wobei eine gewisse Stauung
unter dem Ultraschall-Geber auftritt, so daß der Zwischen
raum zwischen Geberoberfläche und Waferoberfläche mit
Wasser ausgefüllt ist.
Eine leichte Schrägstellung der unteren planen Oberfläche
des Ultraschall-Gebers zur Bewegungsrichtung des Wafers
hin unterstützt noch die Auffüllung des Zwischenraums
zwischen Ultraschall-Geber und der Oberfläche des Wafers.
Die Erfindung gibt auch eine Vorrichtung zur Reinigung
von Wafern mit Ultraschall und Wasser als Spül- und
Kopplungsmedium an, die in Anspruch 7 beschrieben ist.
Vorteilhafte Ausführungsformen dieser Vorrichtung sind in
den Ansprüchen 8 bis 13 angegeben.
Die im vorstehenden beschriebene Erfindung weist die
folgenden Vorteile auf:
Auf der Waferoberfläche kann auf einfache Weise eine sehr
hohe Ultraschall-Leistungsdichte erreicht werden.
Der Abtransport durch Ultraschall losgelöster Partikel
erfolgt kontinuierlich.
Der Reinigungsvorgang erfolgt praktisch ohne Tröpfchen- bzw.
Spritzwasserbildung. Dies ist in lokalen Reinsträumen wichtig,
da somit die Gefahr vermieden wird, daß Luftfilter durch
mitgerissene Wassertröpfchen durchfeuchtet und damit wirkungs
los werden. Auf diese Weise wird Kontamination nahegelegener
Bearbeitungsstationen weitestgehend vermieden. Dies ist
insbesondere wichtig, wenn Fotolack aufgetragen werden soll,
da Fotolack durch Wasser beschädigt wird.
Die Reinigung der Waferoberfläche erfolgt gleichmäßig,
weil die Scheibenoberfläche vom Ultraschall-Geber mit jeweils
gleicher Energiedichte/Flächeneinheit überstrichen wird.
Das erfindungsgemäße Reinigungsverfahren läßt sich in be
stehende Fertigungsprozesse, bei denen die Scheiben rotieren,
gut einbinden, wie zum Beispiel in Fotolack-Schleuder-Verfahren.
Im folgenden wird die Erfindung durch Ausführungsbeispiele
anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung
gemäß der Erfindung und
Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf die in Fig. 1
dargestellte Vorrichtung.
In der in Fig. 1 schematisch dargestellten Vorrichtung
können Wafer mit Ultraschall in Reinsträumen gereinigt werden,
wobei Wasser als Spülmedium und Kopplungsflüssigkeit
zwischen einem Ultraschallgeber 2 und der zu reinigenden
Oberfläche eines Wafers 4 verwendet wird. Reines Wasser,
das beispielsweise durch Entionisieren hergestellt worden ist,
strömt durch einen Wasserzufluß 3 in der Nähe des Ultra
schall-Gebers 2 in Richtung auf die Ober
fläche des Wafers 4 und bildet einen Wasserfilm zwischen
dem Ultraschall-Geber und dem Wafer. Das Wasser strömt
über den Rand des Wafers ab und sammelt sich in einem
trogartigen Gehäuse 10, wo es am Boden durch einen Ablaß 11
abgelassen wird.
Der Wafer 4 ist auf einem Drehtisch angeordnet und wird
durch Vakuum fest in seiner Lage gehalten. Dieser Vakuum-
Drehtisch 5 ist über eine erste vertikale Welle 7 mit einem
Schleudermotor 6 verbunden und wird durch diesen Motor
zur Drehung angetrieben.
Diese Schleuderwelle 7 ist hohl und enthält eine Vakuum
leitung, die über eine (nicht dargestellte) Drehkupplung
nach außen zu einer Vakuumpumpeneinrichtung geführt ist.
Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf die Vorrichtung, aus der
ersichtlich ist, daß das Gehäuse 10 den Wafer 4 im wesent
lichen konzentrisch umgibt. Das Gehäuse 10 weist im
dargestellten Ausführungsbeispiel eine zylindrische Seiten
wand auf, deren oberer Rand 12 nach innen geneigt ist und
sich oberhalb der Waferebene befindet und dadurch eine Aufprall
fläche für das von dem Wafer abfließende oder abgeschleuderte
Wasser bildet. Diese Seitenwand des Gehäuses 10 fängt praktisch
das gesamte verbrauchte Spülwasser auf, so daß unter anderem
wegen ihres nach innen geneigten Randes 12 kein Wasser in den
die Vorrichtung umgebenden Raum gelangen kann.
Der Ultraschall-Geber 2 ist am Ende eines Schwenkarmes 1
befestigt, der seinerseits über eine zweite vertikale Welle
mit einer Hub- und Drehvorrichtung 8 verbunden ist und
um diese zweite vertikale Welle verschwenkt werden kann.
Fig. 2 zeigt, wie der Schwenkarm 1 aus einer Ruheposition
über einem Tropfenfänger 9 außerhalb des Gehäuses 10 in
den Arbeitsbereich über dem Wafer 4 geschwenkt wird. Im
Arbeitsbereich führt der Schwenkarm 1 eine Hin- und Herbe
wegung über eine Länge aus, die etwa dem Radius des Wafers 4
entspricht. Während der Schwenkarm 1 so hin- und herbewegt
wird, dreht sich unter ihm der Wafer 4. Dadurch treffen
Ultraschallwellen von dem Ultraschall-Geber 2 nach und
nach auf allen Bereichen der Waferoberfläche auf.
Der Ultraschall-Geber hat eine Abstrahlfläche, die etwa
3 cm im Durchmesser ist. Da die Ultraschallwellenleistung
durch die gute Ankopplung über den Wasserfilm fast verlust
frei ausgenutzt werden kann, kann schon eine Leistung von
2 Watt, also eine Flächenleistung von etwa 0,3 Watt/cm²
bei einer Frequenz um 1 MHz ausreichend sein, um die Ver
unreinigungspartikel auf der Waferoberfläche abzulösen.
Um einen den Zwischenraum zwischen dem Ultraschall-Geber
und der Waferoberfläche vollständig ausfüllenden Wasser
film zu erzeugen, wird die Ultraschall-Geberoberfläche
bis auf 1-2 mm an die Waferoberfläche herangebracht. Der
Schwenkarm 1 kann entsprechend fein geregelt über die Hub-/
Drehvorrichtung 8 abgesenkt werden.
Die Drehgeschwindigkeit des Vakuum-Drehtisches 5, die Hin- und
Herschwenkbewegung des Schwenkarmes 1 über dem Arbeits
bereich der Waferoberfläche, die Hubbewegung der Hub- und
Drehvorrichtung 8, die Reinstwasserzufuhr durch den Wasser
zufluß 3 und die Abstrahlungsdauer und -intensität der
Ultraschallwellen werden durch eine (nicht dargestellte)
Steuereinrichtung koordiniert und gesteuert. Die Parameter
der Steuerung können sich von Anwendung zu Anwendung
ändern.
Es hat sich gezeigt, daß die Reinigung der Waferoberfläche
so effektiv ist, daß der gewünschte Reinigungsgrad schon
erreicht sein kann, wenn der Ultraschall-Geber 2 die Ober
fläche des Wafers 4 zwei bis einige Male vollständig über
strichen hat. Danach wird der Schwenkarm 1 durch die Hub- und
Drehvorrichtung 8 angehoben und über den oberen Rand
des Gehäuses 10 in seine Ruheposition über dem Tropfenfänger 9
zurückgeschwenkt. Auf der Waferoberfläche verbliebenes Wasser
wird durch schnelle Waferumdrehungen von bis zu 100 Umdrehungen/
Sekunde abgeschleudert. Danach kann der Wafer 4 von dem
Vakuum-Drehtisch 5 abgehoben und einem weiteren Bearbeitungs
schritt zugeführt werden. Die durch Pfeile in Fig. 2
dargestellte Schwenkbewegung des Ultraschall-Gebers 2 am
Endes des Schwenkarmes 1 kann in einer (nicht dargestellten)
anderen Ausführungsform durch eine lineare Hin- und Herbe
wegung ersetzt werden. In diesem Fall wird die Hub- und
Drehvorrichtung 8 durch eine Hub- und Transversalver
schiebungsvorrichtung ersetzt.
In einer anderen alternativen Ausführungsform, die nicht
dargestellt ist, wird statt des Schwenkarmes 1 ein Halte
arm verwendet, an dessen Ende der Ultraschall-Geber und
ein Wasserzufluß in ähnlicher Weise wie bei dem in Fig. 1
und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel angebracht ist.
Dieser Haltearm wird zweifach linear in x- und y-Richtung
verschoben, und kann auf diese Weise ebenfalls einen
flächigen Bereich eines zu reinigenden scheibenförmigen
Gegenstandes überstreichen. Diese Anordnung ist insbesondere
dann geeignet, wenn nicht runde Scheiben sondern rechteckige
Scheiben gereinigt werden sollen. Dabei kann die Scheibe
auch senkrecht oder schräg gehaltert werden und unbewegt
bleiben. Der Haltearm für den Ultraschallgeber muß dann
in einer Ebene zweifach linear geführt werden, die parallel
vor der zu reinigenden Scheibenoberfläche verläuft. Der
Wasserzufluß wird in diesem Fall oberhalb des Ultraschall-
Gebers an dem Haltearm angebracht, so daß sich der Wasser
film durch das nach unten laufende Wasser ausbildet. Um
den Zwischenraum zwischen dem Ultraschall-Geber und der
Scheibenoberfläche möglichst vollständig mit Wasser aus zu
füllen, können neben dem Ultraschall-Geber Wasserführungs
vorsprünge ausgeformt werden. Außerdem unterstützt eine
Schrägstellung des Ultraschall-Gebers relativ zu der
Scheibenoberfläche ein Stauen des oberhalb des Ultraschall-
Gebers austretenden Wasserstromes. Verbrauchtes Wasser
läuft auf der senkrechten oder schrägen Scheibenoberfläche
nach unten ab. Spritzwasser kann auch in diesem Fall durch
Anordnen der Vorrichtung in einem trogartigen Gehäuse mit
seitlichen Prallwänden vermieden werden.
In der in den Fig. 1 und 2 dargestellten bevorzugten
Ausführungsform der Reinigungsvorrichtung gemäß der Erfindung
für Wafer ist der Ultraschall-Geber 2 relativ zu der Ober
fläche des Wafers 4 leicht derart schräg gestellt, daß die
Drehung des Wafers 4 durch einen Mitführeffekt das aus dem
Wasserzufluß 3 ausgetretene Wasser in den Zwischenraum
zwischen dem Ultraschall-Geber 2 und der Oberfläche des
Wafers aufstaut und somit die Auffüllung des Zwischenraumes
unterstützt.
Zu bemerken ist, daß die beschriebene Vorrichtung der
Erfindung nicht auf bestimmte Waferdurchmesser beschränkt
ist. Das Prinzip der Erfindung kann bei beliebigen
realistischen Wafergrößen angewendet werden, indem die
Abmessungen des Vakuum-Drehtisches 5, des Gehäuses 10 und
des Schwenkarmes 1 gegebenenfalls maßstabsgerecht anderen
Dimensionen des Wafers angepaßt werden.
Claims (13)
1. Verfahren zur Reinigung von scheibenförmigen Gegen
ständen, insbesondere Wafern, mit Ultraschall und
Wasser als Spülmedium,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Scheibe fest auf einer Unterlage gehaltert wird,
ein Ultraschall-Geber mit seiner Abstrahlfläche bis auf einen Abstand im Millimeter-Bereich (vorzugsweise 1 bis 2 mm) der zu reinigenden Scheibenoberfläche angenähert wird,
ein fließender Reinstwasserfilm zwischen der Scheiben oberfläche und der Geberoberfläche erzeugt wird, der von der Scheibenoberfläche abgelöste Teilchen mit- und von der Scheibenoberfläche abführt und den freien Spalt zwischen Geberoberfläche und Scheibenoberfläche so vollständig ausfüllt, daß er gleichzeitig auch ein Übertragungsmedium für Ultra schallwellen bildet,
Ultraschallwellen mit Frequenzen, die für Reinigungs zwecke durch Aufbrechen von atomaren und/oder molekularen Bindungen geeignet sind, erzeugt werden und der Größenunterschied zwischen der abstrahlenden Ultraschall-Geberoberfläche und der zu reinigenden Scheibenoberfläche durch eine relative Bewegung zwischen dem Ultraschall-Geber und der Scheibe ausge glichen wird, bei der die Scheibe und/oder der Geber in einer zu der Scheibenoberfläche parallelen Ebene geführt wird, bis die gesamte zu reinigende Scheiben oberfläche mindestens einmal vollständig über strichen worden ist.
daß die Scheibe fest auf einer Unterlage gehaltert wird,
ein Ultraschall-Geber mit seiner Abstrahlfläche bis auf einen Abstand im Millimeter-Bereich (vorzugsweise 1 bis 2 mm) der zu reinigenden Scheibenoberfläche angenähert wird,
ein fließender Reinstwasserfilm zwischen der Scheiben oberfläche und der Geberoberfläche erzeugt wird, der von der Scheibenoberfläche abgelöste Teilchen mit- und von der Scheibenoberfläche abführt und den freien Spalt zwischen Geberoberfläche und Scheibenoberfläche so vollständig ausfüllt, daß er gleichzeitig auch ein Übertragungsmedium für Ultra schallwellen bildet,
Ultraschallwellen mit Frequenzen, die für Reinigungs zwecke durch Aufbrechen von atomaren und/oder molekularen Bindungen geeignet sind, erzeugt werden und der Größenunterschied zwischen der abstrahlenden Ultraschall-Geberoberfläche und der zu reinigenden Scheibenoberfläche durch eine relative Bewegung zwischen dem Ultraschall-Geber und der Scheibe ausge glichen wird, bei der die Scheibe und/oder der Geber in einer zu der Scheibenoberfläche parallelen Ebene geführt wird, bis die gesamte zu reinigende Scheiben oberfläche mindestens einmal vollständig über strichen worden ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der scheibenförmige
Gegenstand ein Wafer ist, dadurch gekennzeichnet,
daß der Wafer horizontal auf einem Drehteller mittels
Vakuum gehalten wird, der Ultraschall-Geber an einem
beweglichen Schwenkarm befestigt ist und durch einen
an dem Ultraschall-Geber angebrachten und mitge
führten Wasserzufluß ein Reinstwasserstrom direkt auf
die Waferoberfläche gerichtet wird und das Wasser über
den äußeren Rand des Wafers abfließt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Drehgeschwindigkeit des Drehtellers, die
Frequenz der Hin- und Herschwenkbewegung des Schwenk
armes mit dem Ultraschall-Geber, die abstrahlende
Fläche des Ultraschall-Gebers, die zu reinigende Ober
fläche des Wafers und die Schwenkarmlänge so
koordiniert werden, daß eine im zeitlichen Mittel gute
Homogenität der Megasonic-Leistung über den Wafer gege
ben ist.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Drehrichtung des Drehtellers so gewählt wird,
daß der aus dem Wasserzufluß aus tretende Wasserstrom
durch die Drehbewegung des Drehtellers in den Bereich,
über dem sich der Geber befindet und der gerade mit
Ultraschall behandelt wird, mitgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Drehgeschwindigkeit des Drehtellers
hinreichend hoch gewählt wird, damit ein Schleuder
effekt für das Wasser auftritt, durch den das Wasser
radial nach außen über den Rand des Wafers ge
schleudert wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die abstrahlende Fläche
des Ultraschall-Gebers gegen die Waferoberfläche leicht
so geneigt ist, daß der Abstand zur Waferoberfläche
am Wasserzufluß etwas größer als am entgegenge
setzten Ende ist, um durch eine Stauung des aus
dem Wasserzufluß austretenden Wassers vor der Geber
oberfläche eine gute Ultraschallwellenkopplung- und
übertragung zu bewirken.
7. Vorrichtung zur Reinigung von Wafern mit Ultraschall
und Wasser als Spülmedium,
gekennzeichnet durch
einen Vakuumtisch (5), auf dem ein Wafer (4) in horizontaler Lage mittels Vakuum gehalten werden kann, wobei der Vakuumtisch (5) über eine erste, vertikale Welle und eine Drehkupplung mit einem Motor (6) verbunden ist und mit dem durch Vakuum auf ihm gehalterten Wafer (4) zur Drehung um die erste Welle antreibbar ist,
einen Ultraschallwellensender, dessen Ultraschall wellen-Geber (2) an einem Schwenkarm (1) so befestigt ist, daß die Ultraschallwellen emittierende Geber oberfläche zu der zu reinigenden Waferoberfläche hin gerichtet ist, wobei der Schwenkarm (1) über eine zweite vertikale Welle mit einer Hub- und Dreh vorrichtung (8) verbunden ist, die den Schwenkarm (1) einerseits um die zweite Welle als Drehachse schwenkt und andererseits in Richtung der zweiten Welle hebt und senkt;
einen Wasserzufluß (3), der durch den Schwenkarm (1) geleitetes Reinstwasser an den Ultra schallwellen-Geber (2) führt und sich in der Nähe der Geberoberfläche öffnet, um einen Wasserstrom auf die Waferoberfläche zu richten und einen Wasser film zwischen Geberoberfläche und Waferoberfläche auszubilden, und
eine Steuereinrichtung, die (a) die Drehgeschwindig keit des Vakuumtisches (5), (b) die Hin- und Her schwenkbewegung des Schwenkarmes (1), (c) die Hub bewegung der Hub- und Drehvorrichtung (8), mit der der Schwenkarm (1) angehoben und abgesenkt wird, (d) die Reinstwasserzufuhr durch den Wasserzufluß (3) und (e) die Abstrahlungsdauer- und intensität der Ultraschallwellen steuert.
einen Vakuumtisch (5), auf dem ein Wafer (4) in horizontaler Lage mittels Vakuum gehalten werden kann, wobei der Vakuumtisch (5) über eine erste, vertikale Welle und eine Drehkupplung mit einem Motor (6) verbunden ist und mit dem durch Vakuum auf ihm gehalterten Wafer (4) zur Drehung um die erste Welle antreibbar ist,
einen Ultraschallwellensender, dessen Ultraschall wellen-Geber (2) an einem Schwenkarm (1) so befestigt ist, daß die Ultraschallwellen emittierende Geber oberfläche zu der zu reinigenden Waferoberfläche hin gerichtet ist, wobei der Schwenkarm (1) über eine zweite vertikale Welle mit einer Hub- und Dreh vorrichtung (8) verbunden ist, die den Schwenkarm (1) einerseits um die zweite Welle als Drehachse schwenkt und andererseits in Richtung der zweiten Welle hebt und senkt;
einen Wasserzufluß (3), der durch den Schwenkarm (1) geleitetes Reinstwasser an den Ultra schallwellen-Geber (2) führt und sich in der Nähe der Geberoberfläche öffnet, um einen Wasserstrom auf die Waferoberfläche zu richten und einen Wasser film zwischen Geberoberfläche und Waferoberfläche auszubilden, und
eine Steuereinrichtung, die (a) die Drehgeschwindig keit des Vakuumtisches (5), (b) die Hin- und Her schwenkbewegung des Schwenkarmes (1), (c) die Hub bewegung der Hub- und Drehvorrichtung (8), mit der der Schwenkarm (1) angehoben und abgesenkt wird, (d) die Reinstwasserzufuhr durch den Wasserzufluß (3) und (e) die Abstrahlungsdauer- und intensität der Ultraschallwellen steuert.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß der Vakuumtisch (5) in einem trogartigen
Gehäuse (10) angeordnet ist, dessen oberer Rand
oberhalb der Waferoberfläche hochragt und das von
dem Wafer abgeschleuderte Wasser auffängt und zum
Boden des trogartigen Gehäuses ableitet.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schwenkarm (1) durch die Hub- und Drehvor
richtung (8) aus einer Ruhestellung angehoben, über
den Rand des Gehäuses (10) geschwenkt und im
inneren Bereich des Gehäuses (10) über dem Wafer (4)
in einem Arbeitsbereich abgesenkt wird, bis sich
die Ultraschall-Geberoberfläche dicht über der Wafer
oberfläche befindet, und dann in dem vorgegebenen
Arbeitsbereich hin- und hergeschwenkt wird.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß der vorgegebene Arbeitsbereich einen Schwenk
winkel umfaßt, der einer Bewegung des Ultraschall-
Gebers über die Länge etwa des Radius des Wafers
entspricht.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserzufluß (3)
ein kanalartiges Röhrchen ist, das am äußeren Ende
des Schwenkarmes (1) neben dem Ultraschall-Geber (2)
angebracht ist und im wesentlichen rechtwinklig
zu der Waferoberfläche verläuft.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß die abstrahlende Oberfläche des Ultraschall-
Gebers (2) gegen die Waferoberfläche etwas geneigt
ist, wobei der Abstand zwischen Geberoberfläche
und Waferoberfläche nahe des Wasserzuflusses (3)
größer als an der Seite zur Schwenkachse hin ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß das trogartige Gehäuse (10) an seiner Oberkante
mit einem nach innen geneigten Rand (12) versehen ist.
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Owner name: LAND RHEINLAND-PFALZ,VERTRETEN DURCH DEN MINISTER |
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