DE19960241A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Behandeln von Substraten - Google Patents

Abstract

Für eine Optimierung der Strömungsverhältnisse bei einer Vorrichtung (1) zum Behandeln von Substraten (2) in einem mit Behandlungsfluid gefüllten Behandlungsbecken (3), mit wenigstens einem Diffusor (12) zum Einleiten des Fluids in das Behandlungsbecken (3), ist vorgesehen, daß der Abstand zwischen dem Diffusor (12) und den Substraten (2) einstellbar ist. Ferner ist ein Verfahren zum Einstellen des Abstands angegeben. Als weitere Maßnahme zur Verbesserung der Strömungsverhältnisse bei einer Vorrichtung der oben genannten Art ist vorgesehen, daß der Diffusor (12) eine zu den Substraten (2) hin zylindrisch gewölbte Diffusorplatte (18) mit Austrittsöffnungen (20) aufweist, deren Zylinderachse senkrecht zu den Substratebenen verläuft.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Behandeln von Substraten in einem mit Behandlungsfluid gefüllten Be­ handlungsbecken, bei dem das Fluid mit einem Diffusor in das Behandlungs­ becken eingeleitet wird.

Bei Fertigungsprozessen, insbesondere in der Halbleiterindustrie, ist es not­ wendig Substrate mit einem Fluid zu behandeln. Ein Beispiel hierfür ist die Naßbehandlung von Substraten bei der Chipfertigung.

Aus der EP-B-0 385 536 und der DE 197 03 646 sind Vorrichtungen zur Naß­ behandlung von Substraten in einem ein Behandlungsfluid enthaltenden Be­ hälter bekannt, bei denen die Substrate zusammen mit einem Substratträger in den Behälter einsetzbar sind. Die Substrate, z. B. Halbleiterwafer, werden vor der Naßbehandlung in den Substratträger eingesetzt. Nachfolgend werden die Halbleiterwafer zusammen mit dem Substratträger in den das Behand­ lungsfluid enthaltenden Behälter eingesetzt. Während der Naßbehandlung der Wafer wird kontinuierlich Behandlungsfluid über einen unterhalb der Wafer angeordneten Diffusor in das Behandlungsbecken eingeleitet.

Dabei ist es für eine gleichförmige Behandlung der Substrate wichtig, auf den Substratoberflächen gleichmäßige Strömungsverhältnisse vorzusehen. Diese hängen jedoch wesentlich von der Viskosität des verwendeten Behandlungs­ fluids, der Anordnung der Element im Behandlungsbecken, sowie der Form und Größe der zu behandelnden Substrate ab. Bei den oben beschriebenen Vorrichtungen ist eine Anpassung der Strömungsverhältnisse innerhalb des Behandlungsbeckens aufgrund sich ändernder Prozeßbedingungen, wie bei­ spielsweise der Viskosität des Behandlungsfluids bzw. der Größe und Form der Wafer, nicht möglich, so daß sich verändernde Prozeßbedingungen un­ gleichförmige Strömungsverhältnisse auf den Oberflächen der Substrate zur Folge haben.

Ausgehend von den oben genannten Vorrichtungen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Optimierung der Strömungsverhältnisse, insbesondere eine Homogenisierung der Strömungen auf den zu behandelnden Substraten vorzusehen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung der eingangs ge­ nannten Art dadurch gelöst, daß der Abstand zwischen dem Diffusor und den Substraten einstellbar ist. Hierdurch ist eine individuelle Anpassung an die jeweiligen Prozeßbedingungen, wie beispielsweise die Viskosität des Be­ handlungsfluids oder die Anordnung der Elemente im Tank, die sich bei­ spielsweise mit unterschiedlichen Substratträgern verändern kann, möglich. Gleichförmige Strömungsverhältnisse im Becken führen zu einer gleichmäßi­ geren Behandlung der Substrate, wodurch deren Beschädigung vermieden wird. Insbesondere ist es bei einer Abstandsverringerung zwischen Diffusor und Substraten möglich, den Abstrahldruck des Diffusors zu verringern, wo­ durch eine gleichförmigere Strömung erreicht wird.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Diffusor im Behandlungsbecken verschiebbar. Hierdurch kann auf einfache und effiziente Weise eine Abstandseinstellung zwischen Diffusor und Sub­ straten erreicht werden. Darüber hinaus wird der Zugriff auf den Diffusor zu Wartungs- und/oder Austauschzwecken durch die Verschiebbarkeit erheblich erleichtert. Eine derartige Wartung und/oder ein Austausch des Diffusors ist beispielsweise notwendig, wenn sich Fremdpartikel auf dem Diffusor sam­ meln, die zu Verunreinigungen der behandelten Substrate führen können.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorzugsweise die Position einer Substrat-Halteeinrichtung im Behandlungsbecken einstellbar. Substrat-Halteeinrichtungen sind in der Regel in dem Behandlungsbecken zum Einsetzen und Herausheben der Substrate aus dem Behandlungsbecken bewegbar. Daher ist deren Positionierung zur Abstandseinstellung besonders einfach. Vorzugsweise weist die Vorrichtung eine Steuereinrichtung zum Steuern der Position des Diffusors und/oder der Substrat-Halteeinrichtung auf, um eine an die Prozeßbedingungen angepaßte Abstandseinstellung vorzu­ nehmen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Diffusor eine zu den Substraten zylindrisch gewölbte Diffusorplatte mit Aus­ trittsöffnungen auf, deren Zylinderachse senkrecht zu den Substratebenen verläuft. Durch die zylindrisch gewölbte Diffusorplatte ist ein breitflächiges Einleiten des Behandlungsfluids in das Behandlungsbecken möglich. Hier­ durch kann der Einleitdruck gegenüber einem Diffusor mit einer geringeren Einleitfläche verringert werden, was zu einer besseren Gleichförmigkeit der Strömung führt. Darüber hinaus ergeben sich durch die Wölbung vom Diffusor ausgehende, fächerartig auseinanderlaufende Einzelströmungen. Hierdurch werden ein Überkreuzen der Strömungen und Verwirbelungen, die die Gleichförmigkeit der Gesamtströmung beeinträchtigen, verhindert.

Für eine gleichmäßige Strömung innerhalb des Behandlungsbeckens ist die Form der Diffusorplatte vorzugsweise zu ihrem Scheitelpunkt symmetrisch. Vorzugsweise sind auch die Austrittsöffnungen symmetrisch zum Scheitel­ punkt angeordnet.

Um eine möglichst gleichmäßige Druckverteilung an allen Austrittsöffnungen zu erreichen, ist vorzugsweise eine gegenüber einem Einlaß des Diffusors angeordnete Prallplatte vorgesehen.

Die oben genannte Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genann­ ten Art auch dadurch gelöst, daß der Diffusor eine zu den Substraten hin zy­ lindrisch gewölbte Diffusorplatte mit Austrittsöffnungen aufweist, deren Zylin­ derachse senkrecht zu den Substratebenen verläuft. Wie schon erwähnt, er­ möglicht die zylindrische Wölbung der Diffusorplatte ein breitflächiges Einlei­ ten von Behandlungsfluid in das Behandlungsbecken. Darüber hinaus wird von dem Diffusor eine fächerartig auseinanderlaufende Strömung erzeugt, so daß keine sich überkreuzenden Strömungen und somit Verwirbelungen ent­ stehen, was zu einer sehr gleichmäßigen Strömung führt.

Für eine möglichst gleichmäßige Strömung innerhalb des Behandlungsbec­ kens ist die Form der Diffusorplatte vorzugsweise zu ihrem Scheitelpunkt symmetrisch. Vorzugsweise sind auch die Austrittspunkte symmetrisch zum Scheitelpunkt angeordnet.

Um eine möglichst gleichmäßige Druckverteilung an allen Austrittsöffnungen der Diffusorplatte vorzusehen, ist vorzugsweise eine gegenüber einem Einlaß des Diffusors angeordnete Prallplatte vorgesehen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Behandeln von Substraten in einem mit Behandlungsfluid gefülltem Behand­ lungsbecken, bei dem das Fluid mit einem Diffusor in das Behandlungsbecken eingeleitet wird, dadurch gelöst, daß der Anstand zwischen Diffusor und Sub­ strat in Abhängigkeit von den Prozeßbedingungen eingestellt wird. Durch die Abstandseinstellungen werden die Strömungsbedingungen innerhalb des Be­ handlungsbeckens, und somit die erzielten Behandlungserfolge homogeni­ siert, wobei auf sich ändernde Prozeßbedingungen eingegangen wird.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Ab­ stand in Abhängigkeit von der Viskosität des Fluids eingestellt, da diese einen großen Einfluß auf die Strömung innerhalb des Behandlungsbeckens besitzt. Vorzugsweise wird der Abstand durch Verschieben des Diffusors im Behand­ lungsbecken eingestellt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfin­ dung wird der Abstand durch Verschieben einer Substrat-Halteeinrichtung im Behandlungsbecken eingestellt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren eig­ nen sich insbesondere für die Naßbehandlung von Halbleiterwafern, insbe­ sondere in sogenannten Einzelbehandlungsbecken bzw. Single-Tank-Tools, in denen unterschiedliche Behandlungsfluide innerhalb eines einzelnen Beckens zur Behandlung der Wafer eingesetzt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung durch eine Behandlungs­ vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht eines Diffusors gemäß der vor­ liegenden Erfindung;

Fig. 3 eine schematische Seitenansicht des Diffusors gemäß Fig. 2 mit einem um 90 Grad gedrehten Blickwinkel;

Fig. 4 eine schematische, perspektivische Ansicht eines Diffusors ge­ mäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum Behandeln von Substraten 2, wie z. B. Halbleiterwafern mit einem Behandlungsbecken 3 und einem das Behand­ lungsbecken umgebenden Überlauf 4. Eine Vielzahl von Wafern ist in Blick­ richtung gemäß Fig. 1 hintereinanderliegend in dem Behandlungsbecken aufgenommen. Das Behandlungsbecken 3 weist sich konisch nach oben er­ weiternde Seitenwände 6, 7, sowie eine Bodenwand 8 auf. Eine Carrierauf­ nahme 10 zur Aufnahme eines nicht näher dargestellten Wafercarriers ist in einem unterem Bereich des Behandlungsbeckens 3 vorgesehen.

Eine Diffusoreinheit 12 ist ebenfalls im unteren Bereich des Behandlungsbec­ kens 3 vorgesehen. Die Diffusoreinheit 12 weist ein sich durch die. Boden­ wand 8 erstreckendes Diffusorrohr 13 und einen oberhalb der Bodenwand 8 angeordneten Diffusorkopf 14 auf. Der Diffusorkopf 14 bildet eine Kammer 16, die in Richtung des Behandlungsbeckens durch eine zylindrisch gewölbte Diffusorplatte 18 mit Auslaßöffnungen 20 begrenzt ist, die am besten in den Fig. 2-4 zu sehen sind. Die Zylinderachse der Diffusorplatte 18 erstreckt sich gemäß Fig. 1 in die Blattebene hinein und verläuft somit senkrecht zu den Wafern. Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, sind die Auslaßöffnungen 20 in Wölbungsrichtung mit einem 10-Grad-Winkelabstand voneinander beabstan­ det. Natürlich sind auch andere Winkelabstände zwischen den Öffnungen 20 möglich. Der Abstand der Auslaßöffnungen quer zur Wölbungsrichtung ist an den Abstand der an dem Behandlungsbecken aufnehmbaren Wafer derart an­ gepaßt, daß die Öffnungen jeweils in die zwischen den Wafern gebildeten Zwischenräume weisen, um eine gezielte Strömung in diese Zwischenräume vorzusehen. Die Diffusorplatte 18 besitzt in Wölbungsrichtung eine zu ihrem Scheitelpunkt 22 symmetrische Form und die Öffnungen 20 sind ebenfalls symmetrisch zum Scheitelpunkt 22 angeordnet.

Das Diffusorrohr 13 erstreckt sich im wesentlichen senkrecht zum Scheitel­ punkt 22 der gewölbten Diffusorplatte und besitzt eine darauf weisende Öff­ nung 23. Um eine möglichst gleichmäßige Druckverteilung eines durch das Diffusorrohr 13 in den Diffusorkopf 14 eingeleiteten Behandlungsfluid an allen Austrittsöffnungen 20 zu erreichen, ist zwischen der gewölbten Diffusorplatte und der Öffnung 23 des Diffusorrohrs 13 ein Prallelement 24 in der Form einer Prallplatte vorgesehen. Die Prallplatte 14 kann an der gewölbten Diffusor­ platte 18 befestigt sein, wie in Fig. 1 dargestellt ist, oder sie kann über ge­ eignete Befestigungs- und Abstandselemente 26 am Diffusorrohr 13 bzw. ei­ ner der Diffusorplatte gegenüberliegenden Bodenplatte befestigt sein, wie in den Fig. 2-4 dargestellt ist.

Das Diffusorrohr 13 ist durch den Boden 8 des Behandlungsbeckens 3 längs verschiebbar, wie durch den Doppelpfeil 28 in Fig. 1 dargestellt ist. Durch eine Längsverschiebung des Diffusorrohrs wird der fest daran angebrachte Diffusorkopf 14 längs innerhalb des Behandlungsbeckens 3 verschoben, und der Abstand zwischen den in dem Behandlungsbecken 3 aufgenommenen Halbleiterwafern 2 und der Diffusorplatte 18 verändert.

Das Diffusorrohr ist durch eine geeignete Verschraubung 30 und einen O-Ring 31, geführt und am Becken 3 befestigt. Für eine Behandlung der Halbleiter­ wafer 2 werden diese mit einem nicht näher dargestellten Träger bzw. Carrier in das Behandlungsbecken 3 eingesetzt. Anschließend wird ein Behandlungs­ fluid, wie beispielsweise verdünnte Flußsäure (DHF) durch die Diffusoreinheit 12 in das Behandlungsbecken 3 eingeleitet. Dabei wird das Fluid durch das Diffusorrohr 13 in die Kammer 16 des Diffusorkopfes 14 eingeleitet. An der Prallplatte 24 wird das Fluid umgelenkt und gleichmäßig in der Kammer 16 verteilt. Anschließend tritt es durch die Öffnungen 20 in der gewölbten Diffu­ sorplatte 18 aus. Dabei wird eine fächerartig auseinanderlaufende Fluidströ­ mung innerhalb des Behandlungsbeckens 3 erzeugt, wie schematisch in Fig. 1 dargestellt ist. In Abhängigkeit von der Viskosität des verwendeten Be­ handlungsfluids, der Form und Größe der zu behandelnden Halbleiterwafer 2, der Form des Trägers und/oder des Behandlungsbeckens 3 wird der Abstand zwischen den Wafern 2 und der Diffusoreinheit 12 durch Längsverschiebung des Diffusorrohrs 13 eingestellt. Für die Einstellung kann beispielsweise auf eine Nachschautabelle zurückgegriffen werden, in der verschiedenen Ab­ standswerte zwischen Diffusorplatte 18 und Wafer 2 für unterschiedliche Vis­ kositäten des Behandlungsfluids, Größe und Formen der Wafer 2, des Wafer­ carriers und/oder des Behälters 3 angegeben sind. Natürlich kann der Ab­ stand auch in Abhängigkeit von anderen Prozeßparametern, wie zum Beispiel dem Behandlungsfluid-Druck eingestellt werden, wodurch eine gleichförmige Fluidströmung auf den Waferoberflächen erreicht wird.

Die Erfindung wurde zuvor anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben, ohne jedoch auf dieses spezielles Ausführungsbeispiel be­ schränkt zu sein. Beispielsweise wäre es möglich den Abstand zwischen Dif­ fusor und Wafer durch unterschiedliche Höhenpositionierung des Wafercarri­ ers oder eines sonstigen Wafer-Halteelements vorzunehmen. Insbesondere ist die Erfindung auch nicht auf eine Vorrichtung beschränkt, bei der die Wafer mit einem Wafercarrier in das Behandlungsbecken eingesetzt werden. Natür­ lich sind auch unterschiedliche Formen der Diffusoreinheit sowie des Be­ handlungsbeckens möglich.

Claims (16)

1. Vorrichtung (1) zum Behandeln von Substraten (2) in einem mit Be­ handlungsfluid gefüllten Behandlungsbecken (3), mit wenigstens einem Diffusor (12) zum Einleiten des Fluids in das Behandlungsbecken (3), dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem Diffusor (12) und den Substraten (2) einstellbar ist.

2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dif­ fusor (12) im Behandlungsbecken (3) verschiebbar ist.

3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Position einer Substrat-Halteeinrichtung im Behandlungsbecken (3) einstellbar ist.

4. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekenn­ zeichnet durch eine Steuereinrichtung zum Steuern der Position des Diffusors (12) und/oder der Substrat-Halteeinrichtung.

5. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Diffusor (12) eine zu den Substraten (2) hin zylin­ drisch gewölbte Diffusorplatte (18) mit Austrittsöffnungen (20) aufweist, deren Zylinderachse senkrecht zu den Substratebenen verläuft.

6. Vorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Form der Diffusorplatte (18) zu ihrem Scheitelpunkt (22) symmetrisch ist.

7. Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus­ trittsöffnungen (20) symmetrisch zum Scheitelpunkt (22) angeordnet sind.

8. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ge­ kennzeichnet durch eine gegenüber einem Einlaß des Diffusors ange­ ordnete Prallplatte (24).

9. Vorrichtung (1) zum Behandeln von Substraten (2) in einem mit Be­ handlungsfluid gefüllten Behandlungsbecken (3), mit einem Diffusor (12) zum Einleiten des Fluids in das Behandlungsbecken (3), dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Diffusor (12) eine zu den Substraten (2) hin zylin­ drisch gewölbte Diffusorplatte (18) mit Austrittsöffnungen (20) aufweist, deren Zylinderachse senkrecht zu den Substratebenen verläuft.

10. Vorrichtung (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Form der Diffusorplatte (18) zu ihrem Scheitelpunkt (22) symmetrisch ist.

11. Vorrichtung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen (20) symmetrisch zum Scheitelpunkt (22) angeordnet sind.

12. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, gekennzeichnet durch eine gegenüber einem Einlaß des Diffusors angeordnete Prall­ platte (24).

13. Verfahren zum Behandeln von Substraten in einem mit Behandlungsfluid gefüllten Behandlungsbecken, bei dem das Fluid mit einem Diffusor in das Behandlungsbecken eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen Diffusor und Substrat in Abhängigkeit von den Prozeßbedingungen eingestellt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand in Abhängigkeit von der Viskosität des Fluids eingestellt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand durch Verschieben des Diffusors im Behandlungsbecken einge­ stellt wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeich­ net, daß der Abstand durch Verschieben einer Substrat-Halteeinrichtung im Behandlungsbecken eingestellt wird.