DE19859466C2 - Vorrichtung und Verfahren zum Behandeln von Substraten - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrich­ tung und ein Verfahren zum Behandeln von Substraten, ins­ besondere von Halbleiterwafern. Derartige Vorrichtungen sind in der Technik zahlreich bekannt. Dabei ist es auch bekannt, über eine Vielzahl von Düsen ein Behandlungs­ fluid auf einen Halbleiterwafer zu leiten, wobei üblicherweise alle Dü­ sen in gleicher Weise mit dem Behandlungsfluid beauf­ schlagt werden.

Dabei ergibt sich jedoch das Problem, daß der Verbrauch des Behandlungsfluids relativ groß ist, da über alle Dü­ sen dieselbe Menge an Behandlungsfluid eingeleitet wird. Bei weiter außen liegenden Düsen, insbesondere im Randbe­ reich eines Wafers wird dabei in überflüssiger Weise viel Behandlungsfluid verbraucht. Darüber hinaus sind die auf diesen Vorrichtungen laufenden Prozesse relativ langsam.

Aus der gattungsbildenden JP 6-73 598 A ist ferner eine Vorrichtung zum Be­ handeln von Halbleiterwafern, mit einer im wesentlichen zentrisch zum Substrat angeordneten ersten Düse und drei bezüglich der ersten Düse separat ansteuerbaren zweiten Düsen bekannt. Bei dieser Vorrichtung wird über die im Boden eines Behandlungsbeckens befindlichen Düsen ein Be­ handlungsfluid in das Behandlungsbecken eingeleitet, und durch eine im Behandlungsbecken befindliche untere Elek­ trode, welche eine Gitterstruktur aufweist, hindurch­ geleitet. Ein zu plattierendes Substrat wird über eine obere Elektrode 3 oberhalb des Behandlungsbeckens gehal­ ten und das Behandlungsfluid wird zum Überlaufen aus dem Behandlungsbecken gebracht, so daß es mit dem darüber gehaltenen Substrat in Kontakt kommt. Zwischen der unteren und der oberen Elektrode wird ein Strom angelegt, um ein Plattieren des Wafer zu fördern. Bei der Behandlung wird das Substrat gleichmäßig über dessen gesamte Oberfläche von unten angeströmt und am Wafer wird die Strömung in eine im wesentlichen nach außen gerichtete Strömung umge­ lenkt. Im Außenbereich auf das Substrat auftretendes Be­ handlungsfluid kommt dabei nur kurzzeitig mit dem Sub­ strat in Kontakt. In Randbereichen des Behandlungsbeckens fließt das Behandlungsfluid direkt aus dem Behandlungs­ becken aus, ohne vorher mit dem Substrat in Kontakt zu kommen.

Daher wird bei der obigen Behandlung viel Behandlungs­ fluid verbraucht. Die beschriebene Behandlung ist darüber hinaus aufgrund der rein nach außen gerichteten Stömung auf der Oberfläche des Wafers relativ langsam.

Aus der JP 5-109 690 A ist ferner eine Vorrichtung zum Behandeln von Substraten, mit einem Behandlungsbehälter, der durch konzentrisch angeordnete Innenwände in mehrere Zonen unterteilt ist bekannt. Die Zonen sind jeweils über separate Leitungen mit Fluid beaufschlagbar. Ein zu be­ handelndes Substrat wird mittels eines Substrathalters über dem Behandlungsbecken gehalten und dadurch mit dem Behandlungsfluid in Kontakt gebracht, so daß das Behand­ lungsfluid aus dem Behandlungsbecken zum Überlaufen ge­ bracht wird.

Die WO 97-12079 A1 zeigt ferner eine Vorrichtung zur Elektroplattierung von Substraten, mit einem Behandlungs­ becken, das über eine einzelne Leitung von unten mit Be­ handlungsfluid befüllt wird. Das Substrat wird oberhalb des Behandlungsbeckens gehalten und dadurch mit dem Be­ handlungsfluid in Kontakt gebracht, daß das Behandlungs­ fluid zum Überlaufen gebracht wird. Innerhalb des Behand­ lungsbeckens ist eine Elektrodenplatte mit Öffnungen an­ geordnet, die zumindest teilweise schräg nach außen ge­ richtet sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Me­ dienverbrauch sowie die Behandlungszeiten bei der Behand­ lung von Substraten zu reduzieren.

Ausgehend von der aus der JP 6-73 598 A bekannten Vorrichtung wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß ein aus der er­ sten Düse austretendes Fluid auf das Substrat trifft und an ihm in eine radiale Strömung umgelenkt wird, und daß die zweiten Düsen so angeordnet sind, daß von ihnen eine quer zur radialen Strömung gerichtete Strömung ausgeht. Hierdurch wird die radiale Strömung in eine spiral­ förmig nach außen verlaufende Strömung umgelenkt. Durch die spiralförmige Strömung werden längere Kontaktzeiten des Fluids mit dem Substrat und somit ein geringerer Ver­ brauch an Behandlungsfluid erreicht. Ferner ergibt sich eine erhöhte Dynamik des Behandlungsfluids, wodurch Be­ handlungszeiten reduziert werden können.

Gemäß einer bevorzugen Ausführungsform ist die erste Dü­ se eine einzelne Punktdüse, um Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Düsen zu vermeiden, und dadurch eine beson­ ders gleichmäßige Fluidschicht auf dem Substrat zu erzeu­ gen.

Für eine gute, kontrollierte Veränderung der durch die erste Düse erzeugten Fluidströmung, bilden die zweiten Düsen wenigstens eine Düsengruppe, die entlang einer vorgegebenen Kontour, insbesondere einer Geraden verläuft. Vorzugsweise sind sechs Düsengruppen dieser Art vorgese­ hen.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Er­ findung erstrecken sich die Geraden, auf denen die Düsen­ gruppen ausgebildet sind, tangential zu der ersten Düse, d. h. die Geraden verlaufen nicht durch die Düse sondern berühren ihren Umfang. Durch Erzeugen einer tangentialen Strömung eines Fluids bezüglich der radial nach außen strömenden Fluidschicht, welche durch die erste Düse er­ zeugt wird, kann auf einfache Weise die bevorzugte, spi­ ralförmig nach außen gerichtete Strömung erzeugt werden. Dies könnte beispielsweise auch durch eine Spiralförmige Kontour erreicht werden.

Dabei sind die zweiten Düsen im wesentlichen senkrecht zu der Geraden gerichtet, um das Fluid im wesentlichen in Umfangsrichtung einzuleiten. Vorzugsweise ist wenigstens eine weitere Düse vorgesehen, die zur ersten Düse hin ge­ richtet. Um eine gute Tangentialkomponente zu erzeugen, sind die zweiten Düsen unter einem Winkel kleiner 90° und vorzugsweise unter einem Winkel von 45° auf das Substrat gerichtet. Vorteilhafterweise sind die zweiten Düsen Punktdüsen.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfin­ dung sind die erste Düse und die zweiten Düsen mit unter­ schiedlichem Druck beaufschlagbar, wodurch über die zwei­ ten Düsen eine optimale Einstellung der durch die erste Düse erzeugten nach außen strömende Fluidschicht erfolgen kann. Über die eingeleitete Fluidmenge kann beispiels­ weise die Steigung der spiralförmig nach außen gerichteten Strömung verändert und damit der Behandlungsvorgang optimal eingestellt werden.

Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungs­ form der Erfindung sind die erste Düse und die zweiten Düsen mit unterschiedlichen Fluids beaufschlagbar. Indem nur über die zentrierte erste Düse ein Behandlungsfluid eingeleitet wird und über die zweiten Düsen ein separates im wesentlichen nur die Strömung von der ersten Düse ein­ stellendes Fluid eingeleitet wird, kann der Verbrauch des Behandlungsfluids wesentlich reduziert werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist für einen Spülvorgang über die erste Düse Spülfluid ein­ leitbar.

Zur Bildung einer kombinierten Behandlungs-/Trocknungs­ vorrichtung ist an die erste Düse vorzugsweise ein Vakuum anlegbar. Wenn über die erste Düse zunächst eine Behand­ lungsflüssigkeit auf das Substrat geleitet wurde, kann dieses tröpfchenweise an zu der Düse führenden Leitungen bzw. der Düse selbst anhaften. Bei einer folgenden Trock­ nung könnten diese Tröpfchen aus der Leitung bzw. der Dü­ se entweichen, was den Trocknungsvorgang erheblich be­ einträchtigen würde. Ein derartiges Entweichen wird durch ein an die erste Düse angelegtes Vakuum verhindert.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Er­ findung ist über die zweiten Düsen ein Gas einleitbar, welches, ohne die Eigenschaften eines Behandlungsfluids zu verändern, die Strömung des Behandlungsfluids optimal einstellen kann. Des weiteren kann das über die zweiten Düsen eingeleitete Gas zur Trocknung des Substrats nach einer vorhergehenden Behandlung verwendet werden.

Bei einer weiteren Ausführungsform sind die ersten und zweiten Düsen in einem gemeinsamen Grundkörper angeord­ net. Um eine gute Trennung der ersten Düse und den zwei­ ten Düsen zu gewährleisten, ist ein die erste Düse auf­ weisender Einsatz in den Grundkörper einsetzbar.

Für eine besonders kostengünstige und einfache Ausfüh­ rungsform der Erfindung sind die zweiten Düsen in einer Düsenplatte des Grundkörpers ausgebildet und über einen vorzugsweise ringförmigen Fluidraum unterhalb der Düsen­ platte ansteuerbar.

Vorteilhafterweise weist der Grundkörper eine die Düsen­ platte umgebende und gegenüber dieser tiefer liegende Fläche auf, in der Bohrungen zur Aufnahme von Abstands­ haltern. Die Abstandshalter dienen zur Abstandsein­ stellung eines Über der Vorrichtung angeordneten Sub­ strathalters. Vorteilhafterweise sind die Abstandshalter verstellbar.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Er­ findung ist am Grundkörper ein Überlaufkragen vorgesehen, der eine Fluidströmung entlang einer Außenseite eines das Substrat tragenden Substratträgers, insbesondere zur Trocknung desselben, ermöglicht. Um diese Fluidströmung zu unterstützen, ist am bzw. im Überlaufkragen wenigstens eine nach innen gerichtete Düse vorgesehen. Bei einer be­ sonders vorteilhaften Ausführungsform ist die wenigstens eine Düse im Überlaufkragen schräg nach oben gerichtet, um die durch die ersten und zweiten Düsen erzeugte Strömung zu unterstützen. Vorteilhafterweise ist eine Viel­ zahl von über den Umfang des Überlaufkragens verteilten Düsen vorgesehen, um eine gleichmäßige Fluidströmung am Außenumfang eines Substrathalters zu erzeugen.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Er­ findung ist wenigstens ein Ablaß in dem Überlaufkragen vorgesehen, um vor einem Trocknungsvorgang des Substrats und/oder eines Substratträgers Behandlungsflüssigkeit aus dem Überlaufkragen abzulassen. Vorteilhafterweise ist ein den Grundkörper umgebendes Becken vorgesehen, um Behand­ lungsflüssigkeiten aufzufangen.

Vorzugsweise weist die Vorrichtung einen Substrathalter und eine Einrichtung zum Leiten eines Fluids, insbe­ sondere einer Spülflüssigkeit in Kontakt mit einer Außen­ seite eines Substrathalters auf, um diesen ggf. zu reini­ gen.

Die zuvor genannte Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum Behandeln von Substraten, insbesondere Halbleiter­ wafern, gelöst, bei dem eine Fluid unter einem rechten Winkel über wenigstens eine im wesentlichen zentrisch zum Substrat angeordnete erste Düse auf eine zu behandelnde Oberfläche des Substrats geleitet wird, sodaß das auf das Substrat auftreffende Fluid in eine radiale Strömung um­ glenkt wird und ein Fluid über eine Vielzahl von separat angesteuerten zweiten Düsen, und zwar quer zur radialen Strömung, auf die zu behandelnde Oberfläche des Substrats geleitet wird. Bei diesem Verfahren ergeben sich diesel­ ben Vorteile wie bei der zuvor genannten Vorrichtung, insbesondere ein Beschleunigung eines Behandlungsvorgangs und einen reduzierten Verbrauch des Behandlungsfluids.

Bevorzugte Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich aus den untergeordneten Verfahrensansprüchen, bei denen sich dieselben Vorteile, wie oben ausgeführt, ergeben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figuren be­ schrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht durch eine Be­ handlungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung entlang der Linie B-B in Fig. 2;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen Behandlungsvorrichtung entlang der Linie A-A in Fig. 1;

Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf die erfin­ dungsgemäße Behandlungsvorrichtung;

Fig. 4 eine vergrößerte Detailansicht eines Schnitts durch eine Düse entlang der Linie C-C in Fig. 3; und

Fig. 5 eine Querschnittsansicht ähnlich zu Fig. 2 ei­ nes alternativen Ausführungsbeispiels der Er­ findung;

Fig. 6 eine Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Behand­ lungsvorrichtung.

Die Erfindung wird zunächst anhand der Fig. 1 bis 4 erläutert, welche eine erste Ausführungsform der Erfin­ dung darstellen. Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht einer Spül- und Trocknungsvorrichtung 1 der vorliegenden Erfindung. Oberhalb der Spül- und Trocknungsvorrichtung 1 ist ein einen Halbleiterwafer 2 tragender Substrathalter 3 angeordnet. Der Substrathalter 3 besteht aus einem Oberteil 5 und einem ringförmigen Unterteil 6, wobei der Wafer 2 zwischen dem Oberteil 5 und dem Unterteil 6 ein­ geklemmt ist.

Um Wiederholungen zu vermeiden, wird für den näheren Auf­ bau des Substrathalters 3 auf die am selben Tag wie die vorliegende Anmeldung eingereichte deutsche Anmeldung mit der An­ meldenummer P 196 59 467.4 und dem Titel "Substrathalter" derselben Anmelderin Bezug genommen, die insofern zum Ge­ genstand der vorliegenden Erfindung gemacht wird.

Die Spül- und Trocknungsvorrichtung 1 weist einen Grund­ körper 10 auf. Der Grundkörper 10 weist ein Ringglied 11 auf. Auf einer Oberfläche des Ringglieds sind drei Ver­ tiefungen 12 mit jeweiligen Bohrungen vorgesehen. Die Vertiefungen 12 bzw. die Bohrungen dienen als Aufnahme für Stellschrauben 13 welche sich in Öffnungen des Unter­ teils 6 des Substrathalters 3 erstrecken und als Auflage dienen. Über die Stellschrauben 13 kann die Höhe und Aus­ richtung des über der Spül- und Trocknungsvorrichtung 1 befindlichen Substrathalters eingestellt und ggf. auch verändert werden. Eine Veränderung der Höhe ist z. B. zweckmäßig, um Für das Trocknen und das Spülen unter­ schiedliche Abstände vorzusehen. Dabei ist darauf zu ach­ ten, daß ein auf dem Unterteil 6 des Substrathalters 3 liegender Wafer nicht mit anderen Elementen der Spül- und Trocknungsvorrichtung 1 in Kontakt kommt, wenn das Unter­ teil 6 auf den Stellschrauben 13 aufliegt. Anstelle von Stellschrauben 13 könnten auch verschiebbare Zylinder, Spindeln etc. verwendet werden.

An einer Innenseite des Ringglieds 11 ist ein Flansch 14 ausgebildet, dessen Innenseite mit einer Innenseite des Ringglieds 11 fluchtet. Der Flansch 14 erstreckt sich von dem Ringglied 11 nach oben. Ein äußerer Übergang des Ringglieds 11 zu dem Flansch 14 ist rund ausgebildet, und die Außenseite des Flansches 14 bildet im oberen Bereich eine nach innen gerichtete Schräge 15. Der runde Übergang und die Schräge 15 bilden zusammen mit dem Oberteil 6 des Substrathalters 3 einen im wesentlichen gleichförmigen Strömungskanal, wenn sich der Substrathalter 3 in der in Fig. 2 gezeigten Position befindet.

Am oberen Ende des Flansches 14 weist der Grundkörper 10 eine sich im wesentlichen senkrecht zu dem Flansch 14 nach innen erstreckende Düsenplatte 17 auf, in der - wie nachfolgend noch in größerer Einzelheit beschrieben wird - eine Vielzahl von Düsen 18 ausgebildet ist. Die Düsen­ platte 17 weist eine Mittelöffnung auf. Im Bereich der Mittelöffnung ist ein sich senkrecht und nach unten be­ züglich der Düsenplatte 17 erstreckender Flansch 20 vor­ gesehen. Der Flansch 20 definiert eine Mittelöffnung des gesamten Grundkörpers 10.

Zwischen dem Flansch 20, der Düsenplatte 17 und einer Innenseite des Flansches 14 bzw. des Ringgliedes 11 wird ein nach unten geöffneter Ringraum 22 gebildet.

Die Unterseite des Ringraums 22 wird durch eine ringför­ mige Anschlußplatte 25 mit Öffnungen 26 abgeschlossen. Wie in Fig. 2 zu sehen ist, weisen das Ringglied 11 und der Flansch 20 zum Ringraum weisende Ausnehmungen auf, die jeweils eine Schulter zur Anlage der Anschlußplatte 25 bilden. Die Anschlußplatte 25 wird mittels einer Schweißung 27 bzw. 28 an dem Ringglied 12 und dem Flansch 20 gehalten.

Im Bereich der Öffnungen 26 der Anschlußplatte 25 sind Anschlußstutzen 30 angeschweißt, die mit nicht näher dar­ gestellten Leitungen verbunden werden, um ein Fluid in den Behandlungsraum 22 einzuleiten.

In der durch den Flansch 20 gebildeten Mittelöffnung ist ein Einsatz 35 mit einem Anschlußstutzen 36 angeordnet. Der Einsatz 35 kann durch eine Schweißung, eine Schraub­ verbindung oder eine sonstige geeignete Verbindung in der Mittelöffnung befestigt sein. Eine Stirnseite 37 des Ein­ satzes 35 fluchtet mit einer Oberseite der Düsenplatte 17. In der Mitte dieser Stirnfläche 37 des Einsatzes 35 ist eine Düse 38 vorgesehen, die über nicht näher darge­ stellte Verbindungen mit dem Anschlußstutzen 36 in Ver­ bindung steht. Der Anschlußstutzen 36 wird mit einer nicht näher dargestellten Leitung verbunden, um eine Spülflüssigkeit durch die Düse 38 zu leiten bzw. um - wie nachfolgend noch näher beschrieben wird - ein Vakuum an die Düse 38 anzulegen.

Wie am besten in Fig. 1 zu erkennen ist, sind die in der Düsenplatte 17 ausgebildeten Düsen 18 jeweils entlang einer Geraden ausgebildet, welche tangential zu der zen­ trierten Düse 38 des Einsatzes 35 verlaufen. Insgesamt sind sechs Düsengruppen vorgesehen, die sich entlang je­ weiliger Geraden erstrecken. Jede Düsengruppe weist sechs Düsen 18 auf. Die Anordnung und Anzahl der Düsengruppen sowie der Düsen 18 pro Gruppe kann sich je nach Bedarf von der dargestellten Anzahl unterscheiden. So können sich die Düsen beispielsweise entlang einer gekrümmten oder sonstigen Kontur angeordnet sein.

Auch die in Fig. 1 und 2 dargestellten Abstände der Düsen 18, insbesondere bezüglich der zentrierten Düse 38 des Einsatzes 35, können von der Darstellung abweichen. Die radial am weitesten innen liegenden Düsen 18 der Düsen­ gruppen sind möglichst nahe an der zentrierten Düse 38 des Einsatzes 35 angeordnet, obwohl der Abstand in Fig. 1 relativ groß erscheint.

In Fig. 3 ist eine schematische Draufsicht auf die Spül- und Trocknungsvorrichtung 1 der vorliegenden Erfindung dargestellt. In der Fig. 3 ist schematisch die Strömungs­ beziehung der durch die zentrierte Düse 38 erzeugten Strömung bezüglich der durch die Düsen 18 erzeugten Strö­ mung dargestellt. Von der Düse 38 geht eine gleichmäßige, radial nach außen gerichtete Strömung aus, wie durch die Pfeile 40 in Fig. 3 dargestellt ist. Von den Düsen 18 geht jeweils eine quer zu der erwähnten Radialströmung gerichtete Strömung aus, wie durch die Pfeile 42 ange­ deutet ist. Durch das Zusammenwirken der durch die Pfeile 40 angezeigten Radialströmung mit der durch die Pfeile 42 angezeigten quer dazu verlaufenden Strömung ergibt sich eine spiralförmig nach außen verlaufende Strömung, wie durch die Pfeile 44 in Fig. 3 angedeutet ist.

Um die quer zu der Radialströmung verlaufende Strömung zu erzeugen, sind die Düsen 18 jeweils unter einem Winkel von 90° bezüglich der Geraden, entlang derer sie ausge­ bildet sind, gerichtet. Ferner bilden sie einen Winkel von kleiner 90° zu einer Oberfläche 48 der Düsenplatte 17, d. h. daß die durch die Düsen 18 eine Fluidströmung mit einem Winkel von kleiner 90° auf den darüber befind­ lichen Wafer leiten. Der Winkel beträgt bei dem darge­ stellten Ausführungsbeispiel 45°. Es ist aber auch denk­ bar, irgendeinen anderen Winkel, der kleiner als 90° ist, auszuwählen, um die quer zu der Radialströmung verlaufen­ de Strömung zu erreichen.

Während des Betriebs der zuvor beschriebenen Spül- und Trocknungsvorrichtung 1 wird zunächst der einen Wafer 2 tragende Substrathalter 3 in eine über der Vorrichtung befindliche Behandlungsposition bewegt. Anschließend wird über die zentrisch angeordnete Düse 38 eine Spülflüssig­ keit, wie z. B. Wasser, auf den darüber befindlichen Halbleiterwafer 2 geleitet. Der Strahl wird am Wafer 2 um 90° abgelenkt und bildet eine gleichmäßige, radial nach außen strömende Wasserschicht auf dem Wafer 2 (siehe Pfeile 40 in Fig. 3). Gleichzeitig wird über die Düsen 18 tangential zu der radial strömenden Wasserschicht Gas, wie z. B. N₂ oder CDA (d. h. saubere Trockenluft), zuge­ führt (siehe Pfeile 42 in Fig. 3). Durch die radiale Strömung des Wassers in Zusammenwirkung mit der tangen­ tialen Strömung des Gases wird eine spiralförmig nach außen gerichtete Strömung (siehe Pfeile 44 in Fig. 3) erzeugt. Über die zugeführte Gasmenge kann die Steigung des Spiralbildes verändert und der Spülvorgang optimal eingestellt werden. Eine Optimierung des Spülvorgangs kann auch durch Einstellen des Abstands zwischen dem Wafer 2 und der Düsenplatte 17 erfolgen.

Bei einem anschließenden Trocknungsvorgang wird über den Anschluß 36 ein Vakuum an die zentrierte Düse 38 ange­ legt. Über die Düsen 18 wird weiterhin Gas eingeleitet. An die zentrierte Düse 38 wird ein Vakuum angelegt, damit keine in den Leitungen anhaftenden Wassertröpfchen durch die Düse 38 entweichen. Dabei ist das Vakuum an der zen­ trierten Düse 38 gerade stark genug, um einem Vakuum ent­ gegen zu wirken, welches von außen durch die Gasströmung durch die Düsen 18 an der Düse 38 angelegt wird. Das von innen angelegte Vakuum ist aber nicht stark genug, um eine wesentliche Strömung des von den Düsen 18 ausge­ stoßenen Gases in die Düse 38 zu bewirken. Die durch die Düsen 18 erzeugte Gasströmung erzeugt im Bereich der Düse 38 Verwirbelungen, so daß auch dort eine Trocknung des darüber befindlichen Substrats 2 erfolgt. Über die Durch­ flußmenge des Gases und den Abstand zwischen dem Substrat 2 und der Düsenplatte 17 kann der Trocknungsvorgang opti­ mal eingestellt werden. Nach erfolgter Trocknung wird das Oberteil 5 des Substrathalters 3 angehoben, um den Zu­ griff auf den nunmehr frei auf dem Unterteil 6 liegenden Wafer 2 freizugeben. In dieser Position wird der Wafer 2 durch einen Handhabungs-Roboter aus dem Substrathalter 3 entnommen und durch einen neuen, unbehandelten ersetzt. Der Substrathalter 3 wird wieder geschlossen und ist für eine neue Behandlung bereit.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die der ersten Ausführungsform im wesentlichen gleicht. In Fig. 5 werden - soweit dies angebracht ist - dieselben Bezugszeichen verwendet, wie bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1-4.

Die Spül- und Trocknungsvorrichtung gemäß Fig. 5 unter­ scheidet sich von dem zuvor beschriebenen Ausführungsbei­ spiel darin, daß an einem äußeren Rand des Ringelements 11 ein Überlaufkragen 50 vorgesehen ist, der entweder einstückig mit dem Ringglied 11 ausgebildet ist, oder ein separates Bauteil ist, welches auf geeignete Weise mit dem Ringglied 11 verbunden ist. In dem Überlaufkragen ist ein steuerbarer Ablaß 52 zum Ablassen von Behandlungs­ fluid ausgebildet.

Zwischen einer Innenseite des Überlaufkragens 50, einer Oberseite des Ringglieds 11 und einer Außenseite des Flansches 14 wird ein nach oben geöffneter Ringraum 53 gebildet, in den von oben das Unterteil 6 des Substrat­ halters 3 eingeführt werden kann, wie in Fig. 5 zu sehen ist. In der in Fig. 5 gezeigten Position wird zwischen dem Substrathalter und dem Grundkörper 10 ein Strömungs­ kanal gebildet. Dieser Strömungskanal erstreckt sich auch zwischen einer Innenseite des Überlaufkragens und einer Außenseite des Substrathalters, insbesondere einer Außen­ seite des Unterteils 6. In dem Überlaufkragen 50 sind schräg nach oben gerichtete, nach innen weisende dritte Düsen 55 vorgesehen, über die ein Fluid wie z. B. eine Spülflüssig­ keit oder ein Trocknungsgas Gas in den Strömungskanal zwischen dem Überlaufkragen und dem Substrathalter eingeleitet werden kann. Die Anzahl und Ausrichtung der dritten Düsen 55 im Überlaufkragen 50 richtet sich nach dem je­ weiligen Bedarf. So könnte beispielsweise eine einzelne, nach innen gerichtete dritte Düse vorgesehen sein. Auch ist es nicht erforderlich, daß die dritten Düsen im Überlaufkragen ausgebildet sind, da sie auch separat ausgebildet und am Überlaufkragen befestigt sein können.

Der Betrieb des Spül- und Trocknungsvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist im wesentlichen identisch zu dem Betrieb der Spül- und Trocknungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Durch den Überlaufkragen 50 wird jedoch bei geschlossenem Ablaß 52 die Strömung der Spülflüssigkeit entlang der Außenseite des Substrat­ halters geleitet, um diesen ebenfalls zu reinigen, sofern dies notwendig ist. Die entlang der Außenseite des Sub­ strathalters nach oben gerichtete Strömung wird durch, eine über die dritten Düsen 55 erzeugte Strömung unterstützt. Nach dem Spülvorgang wird zunächst über den Ablaß 52 in dem Ringraum 53 stehende Spülflüssigkeit abgelassen. Anschließend wird der Ablaß 52 wieder geschlossen und der oben beschriebene Trocknungsvorgang eingeleitet, wobei die Strömung auch entlang der Außenseite des Substrat­ halters verläuft, um eine Trocknung zu bewirken. Die Strömung entlang der Außenseite des Substrathalters und die Trocknung des Substrathalters wird wiederum durch eine über die Düsen dritten 55 eingeleitete Gasströmung unter­ stützt.

Die Spül- und Trocknungsvorrichtungen des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels sind jeweils von einem nicht dargestellten Becken umgeben, um die verwendete Spülflüs­ sigkeit aufzufangen.

Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Fig. 6 zeigt eine Querschnittsansicht einer Spül- und Trocknungsvorrichtung 100 der vorliegenden Erfindung. Oberhalb der Spül- und Trocknungsvorrichtung 100 ist ein einen Halbleiterwafer tragender Substrathalter 103 angeordnet, dessen Aufbau und Funktion im wesentlichen dem Substrathalter 3 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel entspricht. Der Substrathalter 103 besteht aus einem Oberteil 105 und einem Unterteil 106, wobei der Wafer zwischen dem Oberteil 105 und dem Unterteil 106 eingeklemmt ist.

Auf dem Oberteil 105 befindet sich ein Körper 108, dessen Form der Form des Oberteils 105 des Substrathalters 103 angepaßt ist, und der einen größeren Umfang besitzt als das Oberteil 105. Am Außenumfang des Körpers 108 ist ein sich nach unten erstreckender Flansch 109 ausgebildet, der das Oberteil 105 teilweise umgibt, wodurch dazwischen ein nach unten geöffneter Raum 110 gebildet wird.

In dem Körper 108 ist eine Querbohrung 112 ausgebildet, die in einem Mittelbereich des Körpers 108 mit einer Vertikalbohrung 113 in Verbindung steht. Die Vertikal­ bohrung steht über ein Anschlußelement 114 mit einer nicht dargestellten Leitung in Verbindung, über die ein Fluid in die Bohrung 113 und somit die Querbohrung 112 eingeleitet werden kann. Das von der Bohrung 113 ent­ fernte Ende der Bohrung 112 steht mit einem Raum 116 in Verbindung, der sich um den ganzen Körper 108 herum erstreckt, und der einen rechteckigen Querschnitt auf­ weist. In einem Boden 117 des Raums 116 ist eine Öffnung 118 ausgebildet, die den Raum 116 mit dem Raum 110 ver­ bindet.

Somit kann im Betrieb der Vorrichtung 100 über den An­ schluß 114 ein Fluid, wie zum Beispiel eine Spülflüs­ sigkeit, in den Körper 108 eingeleitet werden, welche dann über die Bohrungen 113 und 112 zu dem Raum 116 geleitet wird. Über die Öffnung 118 tritt die Spülflüs­ sigkeit dann in den Raum 110 aus, von wo aus sie an einer Außenseite des Substrathalters herunterläuft, um diese zu reinigen.

Die Spül- und Trocknungsvorrichtung 100 weist ferner einen Grundkörper 120 auf. Der Grundkörper 120 besitzt einen Basisteil 122, in dem eine Querbohrung 124 ausge­ bildet ist. Der Basisteil 122 besitzt eine Mittelöffnung 126, die einen Innenumfang 128 des Basisteils 122 defi­ niert. An einer Innenseite des Basisteils 122 ist ein Flansch 130 ausgebildet, dessen Innenseite 132 mit dem Innenumfang 128 fluchtet. Eine Außenseite 134 des Flan­ sches 130 bildet im oberen Bereich eine nach innen gerichtete Schräge 136.

Am oberen Ende des Flansches 130 weist der Grundkörper 120 eine sich senkrecht zu dem Flansch 130 nach innen erstreckende Düsenplatte 140 auf, in der - wie nach­ folgend noch in größerer Einzelheit beschrieben wird - eine Vielzahl von Düsen 142 ausgebildet ist. In einem Mittelbereich der Düsenplatte ist ein sich nach unten erstreckender Düsenkörper 144 einteilig mit der Düsenplatte 140 ausgebildet. Zwischen dem Innenumfang 128 des Basisteils 122 und der Innenseite 132 des Flansches 130 einerseits und einer Außenseite des Düsenkörpers 144 andererseits wird ein nach unten geöffneter Ringraum 146 gebildet. Die Unterseite des Ringraums 146 wird durch eine ringförmige Platte 148 verschlossen. Wie in Fig. 6 zu sehen ist, weist das Basisteil 122 und der Düsenkörper 144 zum Ringraum 146 weisende Ausnehmungen auf, die je­ weils eine Schulter zur Anlage der Platte 148 bilden. Die Platte 148 ist an den Basisteil 122 und den Düsenkörper 144 geschweißt.

Über die Querbohrung 124 des Basisteils 122 steht der Ringraum 146 mit einer nicht näher dargestellten Leitung in Verbindung, über die ein Fluid wie z. B. N₂ in den Ringraum 146 eingeleitet werden kann.

In dem Düsenkörper 144 ist ein Hohlraum 150 ausgebildet, der mit einer darüber angeordneten Düse 152 in Verbindung steht. Die Düse 152 liegt auf einer Mittelachse der Düsenplatte 140 und ist senkrecht nach oben gerichtet. Der sich unter der Düse 152 befindliche Hohlraum 150 steht mit einer sich senkrecht zu der Ebene der Zeichnung erstreckenden Leitung 154 in Verbindung, die auf nicht dargestellte Art und Weise durch den Ringraum 146 zu einer Außenseite des Grundkörpers 120 geführt ist. Über die Leitung 154 kann der Hohlraum 150 und somit die Düse 152 mit einem Fluid wie z. B. einer Spül- oder Ätzflüs­ sigkeit beaufschlagt werden. Wie oben unter Bezugnahme auf die Mitteldüse des ersten Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, kann an die Düse 152 auch ein Vakuum angelegt werden.

In der Düsenplatte 140 sind wie oben erwähnt Düsen 142 vorgesehen, die in gleicher Weise wie die Düsen 18 in der Düsenplatte 17 des ersten Ausführungsbeispiels angeordnet sind. Neben den Düsen 142 sind im Bereich des Düsenkör­ pers 144 zusätzliche, schräg nach innen gerichtete Düsen 156 vorgesehen, die auch mit dem Ringraum 146 in Verbin­ dung stehen. Über die Düsen 156 kann eine Fluidströmung in Richtung der Mittelachse der Düsenplatte 140 gerichtet werden, um in diesem Bereich, insbesondere bei einer Trocknung eines darüber befindlichen Substrats eine ver­ besserte Strömung zu erzeugen.

Am Basisteil 122 ist neben dem Flansch 130 ein weiterer sich nach oben erstreckender Flansch 160 ausgebildet, der im wesentlichen dem Überlaufkragen, gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Fig. 5 entspricht. Zwischen dem Überlaufkragen 160 und dem Flansch 130 wird ein nach oben geöffneter Raum 164 gebildet. Der Raum 164 steht mit einem nicht dargestellten Auslaß in Verbindung, über den in dem Raum 164 befindliche Flüssigkeit abgelassen werden kann.

In dem Bereich der Querbohrung 124 ist der Basisteil 122 breiter ausgebildet, wie auf der linken Seite in Fig. 6 zu erkennen ist. In diesem Bereich ist neben dem Flansch 160 ein weiterer, sich von dem Basisteil 122 nach oben erstreckender Flansch 166 vorgesehen. Zwischen den Flanschen 160 und 166 wird ein Eingriff für einen nicht dargestellten Schwenkarm zur Bewegung der Vorrichtung 100 gebildet.

Der Betrieb der Spül- und Trocknungsvorrichtung gleicht im wesentlichen dem oben beschriebenen Betrieb. Jedoch wird das Flüssigkeitsniveau in dem Raum 164 zu jeder Zeit unterhalb einer Oberkante des Flansches 160 gehalten, um zu verhindern, daß Flüssigkeit über den Flansch 160 hin­ weg strömt.

Während der Spülung eines Wafers, wird eine Außenseite des Substrathalters 103 durch Spülflüssigkeit gereinigt, welche über den Körper 108 an die Außenseite des Sub­ strathalters 103 geleitet wird.

Während der nachfolgenden Trocknung des Wafers wird die Spülung der Außenseite des Substrathalters 103 einge­ stellt. Ferner wird ein Vakuum an die mittlere Düse 152 angelegt und über die Düsen 142 und 156 wird eine Strö­ mung eines Trocknungsgases wie z. B. N₂ auf den Wafer gerichtet. Dabei wird über die schräg nach innen geneig­ ten Düsen 152 eine zu der Mittelachse der Düsenplatte gerichtete Strömung erzeugt. Hierdurch wird eine verbes­ serte Trocknung des der Düse 152 gegenüberliegenden Bereichs des Wafers erreicht.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Aus­ führungsbeispiele beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf die speziell dargestellten Ausführungsformen beschränkt. So sind beispielsweise die dritten Düsen 55 in dem Überlaufkragen 50 sowie der Ablaß 52 nicht unbedingt not­ wendig, da die durch die Düsen 18 und 38 erzeugte Strö­ mung ausreichen würde, um auch eine Strömung entlang der Außenseite des Substrathalters zu erzeugen. Alternativ könnte auch ein Ablaß im Ringglied 11 des Grundkörpers 10 ausgebildet sein, um in dem Ringraum 53 stehende Flüs­ sigkeit abzulassen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist auch nicht auf eine Spül- und Trocknungsvorrichtung be­ schränkt, da sie für jede Art der Substratbehandlung, wie z. B. eine Ätzbehandlung mit einem Ätzmedium, geeignet ist, bei der auf einer Substratoberfläche eine Strömung erzeugt werden muß. Die Vorrichtung könnte als kombi­ nierte Ätz- Spül- und Trocknungseinheit eingesetzt werden, bei der die jeweiligen Verfahren sequentiell durchgeführt werden. Abhängig von der Form des Substrats kann die Vorrichtung auch eine andere als die darge­ stellte runde Form, wie z. B. eine Rechteckform, besitzen. Die verschiedenen dargestellten und beschriebenen Ele­ mente der Vorrichtung können insbesondere auch jeweils einzeln und unabhängig voneinander verwendet werden. Sie sind daher als unabhängige Merkmale anzusehen.

Claims (32)

1. Vorrichtung (1; 100) zum Behandeln von Substraten (2), insbesondere von Halbleiterwafern, mit wenig­ stens einer, im wesentlichen zentrisch zum Substrat (2) angeordneten ersten Düse (38; 152) und einer Vielzahl von bezüglich der ersten Düse separat an­ steuerbaren zweiten Düsen (18; 142), dadurch ge­ kennzeichnet, daß die erste Düse (38; 152) senkrecht auf das Substrat (2) gerichtet ist, sodaß ein daraus austretendes Fluid auf das Substrat trifft und an ihm in eine radiale Strömung umgelenkt wird, und daß die zweiten Düsen so angeordnet sind, daß von ihnen eine quer zur radialen Strömung gerichtete Strömung ausgeht, wodurch die radiale Strömung in eine spi­ ralförmig nach außen verlaufende Strömung umgelenkt wird.

2. Vorrichtung (1; 100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Düse (38; 152) eine einzelne Punktdüse ist.

3. Vorrichtung (1; 100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Düsen (18; 142, 144) wenigstens eine Düsengruppe bil­ den, die entlang einer vorgegebenen Kontur, insbe­ sondere einer Geraden, verläuft.

4. Vorrichtung (1; 100) nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich die Gerade tangential zur ersten Düse (38; 152) erstreckt.

5. Vorrichtung (1; 100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine weitere Düse (156) zur ersten Düse (152) hin gerichtet ist.

6. Vorrichtung (1; 100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Düsen (18, 142, 144) unter einem Winkel von 45° auf das Substrat gerichtet sind.

7. Vorrichtung (1; 100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Düsen (18; 142, 144) Punktdüsen sind.

8. Vorrichtung (1; 100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Dü­ se (18; 152) und die zweiten Düsen (18; 142, 144) mit unterschiedlichem Druck beaufschlagbar sind.

9. Vorrichtung (1; 100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Dü­ se (18; 152) und die zweiten Düsen (18; 142, 144) mit unterschiedlichen Fluids beaufschlagbar sind.

10. Vorrichtung (1; 100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über die er­ ste Düse (18; 152) Spülfluid einleitbar ist.

11. Vorrichtung (1; 100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an die erste Düse (18; 152) ein Vakuum anlegbar ist.

12. Vorrichtung (1; 100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über die zweiten Düsen (18; 142, 144) ein Gas einleitbar ist.

13. Vorrichtung (1; 100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Dü­ se (18; 152), die zweiten Düsen (18; 142) und die wei­ tere Düse (156) in einem gemeinsamen Grundkörper an­ geordnet (10; 120) sind.

14. Vorrichtung (1; 100) nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch einen die erste Düse (38) aufweisenden Einsatz (35), der in den Grund­ körper (10) einsetzbar ist.

15. Vorrichtung (1; 100) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Düsen (18; 142, 144) in einer Düsenplatte (17; 140) des Grundkörpers (10; 120) ausgebildet sind.

16. Vorrichtung (1; 100) nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch einen ringförmigen Fluidraum (22; 146) unterhalb der Düsenplatte (17; 140).

17. Vorrichtung (1; 100) nach Anspruch 15 oder 16, gekennzeichnet durch eine die Düsenplatte (17; 140) umgebende und gegenüber dieser tiefer lie­ genden Fläche des Grundkörpers (10), mit einer Viel­ zahl von Bohrungen, in denen eine entsprechende An­ zahl von Abstandshaltern (13) aufgenommenen ist.

18. Vorrichtung (1; 100) nach Anspruch 17, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Abstandshalter (13) verstell­ bar sind.

19. Vorrichtung (1; 100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Überlaufkragen (50) am Grundkörper (10).

20. Vorrichtung (1; 100) nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch wenigstens eine nach innen gerichtete dritte Düse (55) am Überlaufkragen (50).

21. Vorrichtung (1; 100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein den Grundkörper (10) umgebendes Becken.

22. Vorrichtung (1; 100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (108) zum Leiten eines Fluids auf eine Außenseite eines das Substrat tragenden Substrathalters (103).

23. Vorrichtung (1; 100) nach Anspruch 22, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Einrichtung (108) auf dem Sub­ strathalter (103) angeordnet ist.

24. Verfahren zum Behandeln von Substraten (2), insbe­ sondere Halbleiterwafern, das die folgenden Schritte aufweist:

• - Leiten eines Fluids unter einem rechten Winkel auf eine zu behandelnde Oberfläche des Substrats (2), über wenigstens eine im wesentlichen zen­ trisch zum Substrat angeordnete erste Düse (38; 152), sodaß das auf das Substrat auftreffende Fluid in eine radiale Strömung umgelenkt wird; und
• - Leiten eines Fluids auf die zu behandelnde Ober­ fläche des Substrats (2) über eine Vielzahl von bezüglich der ersten Düse (38; 152) separat ange­ steuerten zweiten Düsen (18; 142), und zwar quer zur radialen Strömung, wodurch die radiale Strömung in eine spiralförmig nach außen verlaufende Strömung umgelenkt wird.

25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid über die zweiten Düsen (18442, 144) im wesentlichen in Umfangsrichtung des Substrats (2) auf die zu behandelnde Oberfläche geleitet wird.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 oder 25, da­ durch gekennzeichnet, daß das Fluid über die zweiten Düsen (18; 142, 144) mit einem Winkel von 45° auf die zu behandelnde Oberfläche des Substrats (2) geleitet wird.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 26, da­ durch gekennzeichnet, daß über die ersten und zwei­ ten Düsen Fluid mit unterschiedlichen Drücken auf die zu behandelnde Oberfläche des Substrats (2) ge­ leitet wird.

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 27, da­ durch gekennzeichnet, daß über die ersten und zwei­ ten Düsen unterschiedliche Fluids auf die zu behan­ delnde Oberfläche des Substrats (2) geleitet werden.

29. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 28, da­ durch gekennzeichnet, daß über die erste Düse (38; 152) ein Spülfluid auf die zu behandelnde Ober­ fläche des Substrats (2) geleitet wird.

30. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 29, da­ durch gekennzeichnet, daß an die erste Düse (38; 152) ein Vakuum angelegt wird.

31. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 30, da­ durch gekennzeichnet, daß über die zweiten Düsen (18; 142, 144) ein Gas auf die zu behandelnde Ober­ fläche des Substrats (2) geleitet wird.

32. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 31, ge­ kennzeichnet durch Leiten eines Fluids auf eine Au­ ßenoberfläche eines das Substrat (2) tragenden Sub­ stratträgers (3) über wenigstens eine in einem Über­ laufkragen (50) der Vorrichtung angeordnete dritte Düse (55).