DE19904548C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen von Substraten - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen von Substraten

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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reinigen von Substraten, insbes­ sondere Halbeiterwafern, mit wenigstens einem drehbaren Reinigungselement.
Derartige Reinigungsvorrichtungen sind beispielsweise in der Halbleiterindustrie zur Reinigung von Wafern nach ei­ nem chemischen mechanischen Planarisieren (CMP) bekannt. Bei derartigen Reinigungsvorrichtungen werden beispiels­ weise Doppelseiten-Bürstenreiniger eingesetzt, die auf gegenüberliegenden Seiten eines Halbleiterwafers angeord­ net sind. Bei diesen Reinigungsvorrichtungen sind die Bürstenreiniger so angeordnet, daß der zu reinigende Halbleiterwafer entweder horizontal oder vertikal zwi­ schen den Bürsten liegt.
Bei einer vertikalen Lage des Halbleiterwafers fließt ei­ ne für die Reinigung verwendete Spülflüssigkeit sofort ab, wodurch einerseits eine gute Spülwirkung erreicht wird, andererseits aber der Verbrauch der verwendeten Spülflüssigkeit sehr hoch ist. Bei einer horizontalen La­ ge des Substrats bleibt eine auf der Oberseite des Halb­ leiterwafers befindliche Spülflüssigkeit über längere Zeit damit in Kontakt, wodurch der Verbrauch der Spül­ flüssigkeit verringert wird. Dabei ergibt sich jedoch das Problem, daß die Spülflüssigkeit nach der Reinigung schlecht oder überhaupt nicht abfließt, wodurch Verunrei­ nigungen auf dem Substrat verbleiben können. Sowohl die vertikale Reinigung als auch die horizontale Reinigung bieten bestimmte Vor- und Nachteile.
Aus der JP 6-326066 A ist eine Bürstenreinigungsvorrichtung für Wafer bekannt. Die Vorrichtung weist einen den Wafer umgebenen Haltering auf, der drehbar ist, um den Wafer für den Reinigungsvorgang unter einem vorgegebenen Winkel bezüglich einer Horizontalen zu positionieren.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu­ grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzusehen, mit dem bzw. mit der die Reinigung von Substraten effizi­ enter und flüssigkeitssparend durchführbar ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß das Substrat während der Reinigung gekippt wird. Durch das Kippen des Substrats während der Reinigung können die Prozeßbedingungen je nach Anforderung an die Reinigung angepaßt werden. Insbesondere kann die Verweilzeit einer Spülflüssigkeit auf dem Substrat während der Reinigung verändert und optimal eingestellt werden. Die Vorteile einer vertikalen und einer horizontalen Reinigung sind somit in einem Verfahren kombiniert.
Vorzugsweise wird das Substrat aus einer im wesentlichen vertikalen Position in eine im wesentlichen horizontale Position und/oder umgekehrt gekippt, wodurch während ei­ ner Reinigung die Vorteile sowohl einer vertikalen Reini­ gung als auch einer horizontalen Reinigung realisiert werden können. Das Substrat kann auch in jede andere be­ liebig wählbare Zwischenposition gekippt und dort gehal­ ten werden, um die Prozeßbedingungen optimal einzustel­ len.
Das Be- und Entladen des Substrats erfolgt vorzugsweise in einer horizontalen Position, da in dieser Position die Handhabung des Substrats am einfachsten ist.
Gemäß einer Ausführungsform wird wenigstens eine Seite des Substrats zur Reinigung derselben gebürstet. Dabei wird das Substrat vorzugsweise durch Bewegung wenigstens einer Bürste gekippt, um einen einfachen Kippmechanismus vorzusehen.
Vorteilhafterweise wird das Substrat während des Reini­ gungsvorgangs gegen wenigstens eine Führungsrolle ge­ drückt, und durch diese gedreht. Die Führungsrolle ge­ währleistet eine Führung und somit eine gute Positionie­ rung des Substrats innerhalb der Reinigungsvorrichtung. Ferner ermöglicht sie die Drehung des Substrats für ihre gleichmäßige Reinigung.
Vorzugsweise wird das Substrat durch aktive Drehung der wenigstens einen Führungsrolle gedreht.
Bei einer anderen, vereinfachten Ausführungsform der Er­ findung wird das Substrat durch passive Drehung der we­ nigstens einen Führungsrolle, d. h. dadurch gedreht, daß das Substrat mit einer tangentialen Komponente gegen die Rolle gedrückt wird.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird das Sub­ strat durch eine Bewegung der wenigstens einen Führungs­ rolle gekippt.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Er­ findung wird das Substrat durch Kippen der gesamten Vor­ richtung gekippt.
Vorzugsweise wird während der Reinigung eine Flüssigkeit auf das Substrat aufgebracht, um die Reinigungswirkung der Reinigungselemente zu fördern. Gemäß einer Ausfüh­ rungsform der Erfindung wird die Flüssigkeit während der Reinigung über Bürsten auf das Substrat aufgebracht, wodurch sichergestellt wird, daß die Bürsten immer ausrei­ chend mit Flüssigkeit benetzt sind. Gemäß einer anderen Ausführungsform wird die Flüssigkeit über Düsen direkt auf das Substrat aufgebracht.
Zur Einstellung der Prozeßparameter wird vorteilhafter­ weise der durch die Reinigungselemente auf das Substrat ausgeübte Druck verändert
Die oben genannte Aufgabe wird ferner durch eine Vorrich­ tung gelöst, bei der das Substrat kippbar ist. Durch Kip­ pen des Substrats werden die schon oben genannten Vortei­ le erreicht.
Als Reinigungselemente werden vorzugsweise Bürstenreini­ ger in der Form von Rollen oder Topfbürsten verwendet.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist eine Einrichtung zum Aufbringen einer Flüssigkeit auf das Sub­ strat Leitungen innerhalb wenigstens eines Reinigungsele­ ments auf, wodurch eine gleichmäßige Benetzung einer Sub­ stratoberfläche sichergestellt wird.
Um eine Bewegung des Reinigungselements zum Kippen des Substrats zu ermöglichen, sind bei einer Ausführungsform der Erfindung Führungselemente vorgesehen. Die Führungs­ elemente sind vorteilhafterweise bewegbar, um eine Bewe­ gung des Reinigungselements zu dem Substrat und von die­ sem weg zu ermöglichen.
Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere geeignet zum Reinigen fla­ cher Objekte, wie zum Beispiel Halbleiterwafer, dünne Scheiben wie Fotomasken, Glassubstrate, Compact Discs, Flat Panel Displays usw.
Die Erfindung wird nachstehend anhand einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren weiter erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht und eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Reini­ gungsvorrichtung, wobei sich ein zu reinigender Wafer in einer horizontalen Position befindet;
Fig. 2 Ansichten gemäß Fig. 1, wobei sich der Wafer in einer vertikalen Position befindet;
Fig. 3 Ansichten gemäß Fig. 1, wobei sich der Wafer in einer bezüglich der Horizontalen um ungefähr 45° gekippten Position befindet;
Fig. 4 eine schematische Vorderansicht einer Endwand der erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung ge­ mäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 5 eine schematische Vorderansicht der Endwand ge­ mäß Fig. 5.
Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht und eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Reinigungsvorrichtung 1 für flache, kreisförmige Wafer 2.
Die erfindungsgemäße Reinigungsvorrichtung 1 weist erste und zweite Reinigungsbürsten 4, 5 in der Form von Rollen­ bürsten auf, die jeweils über eine nicht dargestellte Vorrichtung um Mittelachsen 7, 8 drehbar sind. Die Bür­ sten 4, 5 bestehen aus einem schwammartigen Material wie zum Beispiel PVA oder Borsten wie zum Beispiel Nylon. Der Wafer 2 ist zwischen den Bürsten 4, 5 aufgenommen und wird gemäß Fig. 1 in einer horizontalen Position dazwischen gehalten. Die Bürsten 4, 5 besitzen eine Länge, die größer ist als der Durchmesser des Wafers 2, sodaß die Bürsten 4, 5 über den Rand des Wafers 2 hinwegstehen. Die Bürsten sind aufeinander zu und voneinander weg bewegbar, um den auf den Wafer 2 angelegten Druck einzustellen.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Rollenbürste 4 während eines Reinigungsvorgangs im Uhrzeigersinn gedreht, während die Rollenbürste 5 entge­ gen dem Uhrzeigersinn gedreht wird. Dadurch wird der Wa­ fer 2 nach links gegen eine Führungsrolle 10 gedrückt. Die Führungsrolle 10 kann über eine nicht näher darge­ stellte Vorrichtung gedreht werden, um den Wafer 2 um seine Mittelachse herum zu drehen.
Natürlich können anstelle der einen Führungsrolle 10 meh­ rere, um den Umfang des Wafers verteilte Führungsrollen vorgesehen sein, von denen wenigstens eine drehbar ange­ trieben ist. Alternativ könnte die Führungsrolle 10 auch passiv, d. h. dadurch gedreht werden das der Wafer mit ei­ ner tangentialen Komponente auf die Rolle drückt. Die tangentiale Komponente wird dadurch erreicht, daß sich die Rollenbürsten 4, 5 nur über einen Teil des Wafers er­ strecken.
Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß Fig. 1, mit dem Wafer 2 in einer vertikalen Position und
Fig. 3 zeigt die Vorrichtung gemäß Fig. 1 mit dem Wafer 2 in einer bezüglich der Horizontalen um ca. 45° gekipp­ ten Position.
Während der Reinigung des Wafers 2 in der erfindungsgemä­ ßen Vorrichtung 1 wird über eine nicht dargestellte Vor­ richtung, eine Spülflüssigkeit auf den Wafer aufgebracht. Zum Beispiel können an mehreren Stellen innerhalb der Vorrichtung 1 Düsen zum Aufspritzen der Spülflüssigkeit auf die Waferoberflächen vorgesehen sein. Als Alternative oder auch als Ergänzung können innerhalb der Bürstenrol­ len 4, 5 Leitungen vorgesehen sein, über die die Spülflüs­ sigkeit auf die Waferoberflächen geleitet wird.
Das Kippen des Wafers 2 kann durch Kippen der gesamten Vorrichtung 1, d. h. inklusive der nicht dargestellten An­ triebe sowie der Spülflüssigkeitszuführungen erfolgen.
Alternativ könnte das Kippen der Wafer 2 durch Bewegung der Bürstenrollen 4, 5 erfolgen, wie anhand des Ausfüh­ rungsbeispiels gemäß Fig. 4 nachfolgend erläutert wird.
Fig. 4 zeigt eine schematische Vorderansicht einer Sei­ tenwand 12 der Reinigungsvorrichtung 1. Die Bürstenrollen 4, 5 sowie der Wafer 2 sind punktiert bzw. gestrichelt dargestellt. Die Seitenwand 12 weist Führungsöffnungen 14, 15 auf, in denen Wellen 17, 18 der Bürstenrollen 4, 5 aufgenommen sind. Die Wellen 17, 18 sind mit ausreichendem Spiel in den Führungsöffnungen 14, 15 angeordnet, sodaß sie aufeinander zu und voneinander weg bewegt werden kön­ nen, um den durch die Bürsten angelegten Drucks und somit die Prozeßparameter einzustellen.
Alternativ könnten die Führungsöffnungen auch in relativ zueinander bewegbaren Elementen wie z. B. Platten ausgebildet sein, um eine Relativbewegung der darin aufgenom­ menen Wellen zu gestatten.
Die Führungsöffnungen 14, 15 sind gebogen und bilden je­ weils ungefähr ein viertel eines Ringsegments. Die Wellen 17, 18 sind innerhalb der Führungsöffnungen 14, 15 von der in Fig. 4 gezeigten Position zu der in Fig. 5 ge­ zeigten Position bewegbar, wobei die Wellen 17, 18 und somit die Bürstenrollen 4, 5 symmetrisch um einen Mittel­ punkt der Vorrichtung geführt werden.
Bei der in Fig. 4 dargestellten Position wird ein zwi­ schen den Bürstenrollen 4, 5 befindlicher Wafer 2 hori­ zontal gehalten und bei der in Fig. 5 gezeigten Position wird ein zwischen den Bürstenrollen 4, 5 befindlicher Wa­ fer 2 in einer vertikalen Position gehalten.
Durch Bewegung der Wellen 17, 18 innerhalb der Führungs­ schienen 14, 15 wird der Wafer 2 zwischen der horizonta­ len und vertikalen Position gekippt.
Die in den Fig. 4 und 5 nicht dargestellte Führungs­ rolle 10 kann in gleicher Weise wie die Bürstenrollen 4, 5 innerhalb einer Führungsöffnung in der Seitenwand 12 ge­ führt werden. Anstelle einer aktiven Bewegung der Wellen 17, 18 der Bürstenrollen 4, 5 könnte der Wafer 2 auch durch aktive Bewegung der Führungsrolle 10 innerhalb der zugehörigen Führungsöffnung gekippt werden.
Die vorliegende Erfindung wurde anhand bevorzugter Aus­ führungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Dem Fachmann ergeben sich jedoch Abwandlungen und Modifikationen. So könnte statt einer Seitenwand 12 mit Führungsöffnungen auch eine andere Führungsvorrichtung für die Wellen 17, 18 der Bürstenrollen 4, 5 vorgesehen werden. Auch können anstelle der Bürstenrollen sogenannte Topfbürsten oder andere Reinigungselemente verwendet werden. Die Vorrich­ tung ist auch nicht auf die Verwendung mit Wafern be­ schränkt. Sie ist vorteilhaft für alle dünnen Scheiben wie z. B. Fotomasken, Glassubstrate, Compact Discs, Flat Panel Displays usw. einsetzbar.

Claims (34)

1. Verfahren zum Reinigen von Substraten (2), insbes­ sondere Halbeiterwafern, mit wenigstens einem dreh­ baren Reinigungselement (4, 5), dadurch gekennzeich­ net, daß das Substrat (2) während der Reinigung ge­ kippt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (2) aus einer im wesentlichen ver­ tikalen Position in eine im wesentlichen horizontale Position und/oder umgekehrt gekippt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Substrat (2) in unterschiedliche Positionen gekippt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (2) auf we­ nigstens einer Seite gebürstet wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat durch Bewe­ gung wenigstens einer Bürste (4, 5) gekippt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (2) während des Reinigungsvorgangs gegen wenigstens eine Füh­ rungsrolle (10) gedrückt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (2) während der Reinigung gedreht wird.
8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (2) durch aktive Drehung der wenig­ stens einen Führungsrolle (10) gedreht wird.
9. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (2) durch passive Drehung der we­ nigstens einen Führungsrolle (10) gedreht wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (2) durch Bewegung der wenigstens einen Führungsrolle (10) gekippt wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (2) durch Bewegung der gesamten Reinigungsvorrichtung (1) ge­ kippt wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während der Reinigung eine Flüssigkeit auf das Substrat (2) aufgebracht wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß während der Reinigung eine Flüssigkeit über die Reinigungselemente (4, 5) auf das Substrat (2) aufgebracht wird.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß während der Reinigung eine Flüssigkeit über Düsen auf das Substrat (2) aufgebracht wird.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß ein durch das Reini­ gungselement (4, 5) auf das Substrat (2) angelegter Druck während der Reinigung verändert wird.
16. Vorrichtung zum Reinigen von Substraten (2), insbes­ sondere Halbeiterwafern, mit wenigstens einem dreh­ baren Reinigungselement (4, 5), dadurch gekennzeich­ net, daß das Substrat (2) während der Reinigung kippbar ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeich­ net, daß das Substrat (2) aus einer im wesentlichen vertikalen Position in eine im wesentlichen horizon­ tale Position und/oder umgekehrt kippbar ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 oder 17, da­ durch gekennzeichnet, daß die Kippposition des Sub­ strats (2) frei wählbar ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, da­ durch gekennzeichnet, daß das Reinigungselement (4, 5) auf wenigstens einer Seite des Substrats (2) angeordnet ist.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, da­ durch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Reini­ gungselement (4, 5) wenigstens ein Bürstenreiniger (4, 5) ist.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeich­ net, daß der wenigstens eine Bürstenreiniger (4, 5) eine Rollenbürste (4, 5) ist.
22. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet daß, der wenigstens eine Bürstenreiniger eine Topf­ bürste ist.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 22, ge­ kennzeichnet durch wenigstens eine Führungsrolle (10) zur Führung des Substrats in radialer Richtung.
24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeich­ net, daß die wenigstens eine Führungsrolle (10) drehbar ist.
25. Vorrichtung nach Anspruch 23 oder 24, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum aktiven Drehen der Füh­ rungsrolle (10).
26. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrich­ tungsansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrich­ tung zum Aufbringen einer Flüssigkeit auf das Sub­ strat (2).
27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeich­ net, daß die Einrichtung Düsen zum Aufspritzen von Flüssigkeit auf das Substrat (2) und/oder das wenig­ stens eine Reinigungselement (4, 5) aufweist.
28. Vorrichtung nach Anspruch 26 oder 27, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Einrichtung Leitungen innerhalb des wenigstens einen Reinigungselements (4, 5) aufweist.
29. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrich­ tungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das we­ nigstens eine Reinigungselement (4, 5) zum Kippen des Substrats (2) bewegbar ist.
30. Vorrichtung nach Anspruch 29, gekennzeichnet durch, ein Führungselement (12) zur Begrenzung der Bewegung des wenigstens einen Reinigungselements.
31. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeich­ net, daß das Führungselement (12) bewegbar ist.
32. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrich­ tungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die we­ nigstens eine Führungsrolle (10) zum Kippen des Sub­ strats bewegbar ist.
33. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrich­ tungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ge­ samte Vorrichtung (1) kippbar ist.
34. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrich­ tungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein durch das Reinigungselement (4, 5) angelegter Druck variabel ist.
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