-
Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen der Oberflächen von dünn-
-
wandigen Substraten (Wafer) Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren
sowie eine Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens zum Reinigen der Oberflächen
von dünnwandigen Substraten (Wafer), gemäß dem man die Substrate während des Reinigungsprozesses
in einem Rahmen hält und dabei mit einem, eine hohe kinetische Energie aufweisenden,
flüssigen Reinigungsmittel besprUht.
-
Für die Halbleiterfertigung werden dünnwandige aus Silizium, Rubin
oder Keramik bestehende Substrate mit einer Dicke von ca. 0,5 mm verwendet. Vor
ihrer Weiterbehandlung müssen die Oberflächen der Substrate (Wasser) gereinigt werden;
hierzu ist es bekannt, die meist kreisförmig gebildeten Substrate in einem Magazin
in Abstand voneinander anzuordnen und durch Beaufschlagung mit einem flüssign Reinigungsmittel
abzuwaschen. Zum guten Reinigen der Substrate, insbesondere zul Entfernen von an
der Oberfläche der Substrate anhaftenden Schtermetallionen, ist es dienlich, die
beiden gegen-Uberliegenden Großflächen der Substrate mit einem Hochdruck-Sprüh strahl
zu beaufschlqen. Zum Erzeugen von energiereichen, fein verteilten Sprutistrahlen
arbeitet man mit einem hydraulischen Druck von ca. 1000 N; als Reinigungsmittel
benutzt man vorteilhaft Trlchloräthylen. Dabei ist es indessen nicht auszuschließen,
daß durch den Aufprall der Sprtlhstrahlen Rist. im Substrat entstehen, die zum Bruch
des Substrates fuhren. Verlindert man den Druck der Spruhstrahlen. so besteht der
Nachteil, daß die an den Substraten
fest anhaftenden, jedoch eine
sehr geringe Masse aufweisenden, selbst unter dem Mikroskop nur schwer sichtbaren
Verunreinigungen von der Oberfläche nicht abspülbar sind. Ein weiterer Nachteil
besteht bei der bekannten Vorrichtung zum gleichzeitigen Reinigen von mehreren Substraten
aber auch darin, daß die im Magazin gehaltenen Substrate im Abstand voneinander
geschichtet angeordnet sind, so daß sie bei schräg auftreffenden Sprühstrahlen gegenseitige
Schatten bilden. Dadurch wird der Reinigungsprozeß wesentlich eingeschränkt. Beim
Einführen der Substrate in das Magazin entstehen oft Druck- bzw. Reibstellen; dabei
kann es vorkommen, daß kleine Materialteilchen des Magazins oder der Beladewerkzeuge
an den Substratflächen haften bleiben.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der vorgenannten
Nachteile ein Verfahren und eine Vorrichtung zui Reinigen von Substraten der vorgenannten
Art zu schaffen, bei dem jedoch während des Reinigungsprozesses die Substrate gegen
ein Brechen geschützt sind und bei dem der Reinigungsprozeß durch die Anordnung
der Substrate merklich verbessert und beschleunigt wird. Ausgehend vom eingangs
genannten Verfahren besteht die Erfindung darin, daß man die Substratflächen eines
jeden Substrates wechselseitig vollflächig besprüht und dabei das Substrat an der
vom jeweiligen Sprühstrahl abgekehrten Fläche abschirmt und stUtzt.
-
Durch diese erfinderische Verfahrensweise wird es ermöglicht, die
einzelnen Substratflächen vollflächig den Sprühstrahlen auszusetzen, 50 daß die
Sprühstrahlen ihre höchste Reinigungskraft entfalten können. Bedingt dadurch, daß
die von den Sprühstrahlen abgekehrte Fläche der Substrate, jetzt vollflächig gestützt
ist, wird ein Bruch der Substratscheibe wirkungsvoll verhindert. Hierbei arbeitet
man wechselseitig z.B. derart, daß von allen Substraten zunächst die Vorderflächen
den Sprühatrahlen zugekehrt und an den Rückflächen gestützt sind und im nächsten
Arbeitsschritt die Rückflächen den Sprühstrahlen zugekehrt und die Vorderflächen
gestützt sind; diesen Vorgang wiederholt man mehrfach.
-
Zur AusUbung des Verfahrens bedinet man sich einer Vorrichtung, bestehend
aus eines, die Substrate im Abstand haltenden und auf-
nehmenden
Magazin, welches auf der der Sprühdilse zugekehrten Seite offen ist. In einer bevorzugten
Ausbildung besteht gesäß der Erfindung das Magazin aus zwei mit Aussparungen versehenen
und parallel sowie in Abstand voneinander angeordneten Flankenplatten, zwischen
denen ein die Substratscheiben autneh ender Kaii angeordnet ist, wobei entweder
der Kn hin- und herbeweglich oder -bei ruhende Ka - die Flankenplatten gegenläufig
hin- und herbeweglich sind, derart, daß in den Endlagen der Flankenplatten die Aussparungen
versetzt zueinander stehen. Bedient an sich einer derartigen Vorrichtung, so ist
stets eine Fläche der Substratscheiben den SprUhatrahlen ausgesetzt, wo hingegen
die andere, von den SprUhstrahlen abgekehrte Fläche gegen den, zwischen zwei Aussparungen
stehenden Steg der Flankenplatte lasten. Besonders vorteilhaft ist es, wenn man
sowohl den Kaii wie auch die Flankenplatten aus einen, den Material der Substrate
ähnlichen oder gleichen Material bildet. Eine Verunreinigung der Substrate mit Frendiaterial
wird dadurch vermieden.
-
Eine andere bevorzugte Ausführungsforn einer Vorrichtung zur Aus-Ubung
des Verfahrens besteht darin, daß man das Magazin in Form einer U-förmigen oder
kastenfdriigen hochstegigen Kasten-Schiene mit beidseitig versetzt zueinander angeordneten
Aussparungen bildet, derart, daß bei durch die Kasten-Schiene geftihrten Substraten
in einer Stellung der Substrate visier eine Fläche voll den Spruhstrahlen ausgesetzt
während die andere Fläche des Substrates durch eine zwischen den Aussparungen stehende
Vand der Kasten-Schiene abgedeckt ist, wobei auf ihre Transportweg durch die Kasten-Schiene
die Substrate mehrfach wechselseitig den SprUhstrahlen ausgesetzt sind. Eine derartige
Ausführungsform ist ftir eine autoiatisch arbeitende Reinigungsanlage fur eine Vielzahl
von Substraten mit kontinuierliche Durchsatz zu bevorzugen.
-
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind in den Ihiteransprüchen gekennzeichnet.
-
In den Zeichnungen sind zwei zur Ausübung des Verfahrens dienende
Vorrichtungen nebst Einzelheiten hierzu dargestellt. Es zeigen: Figuren 1 und 2
eine Vorrichtung zuzReinigen der Substrate mit
einem Aufnahmekamm
und zwei hin- und herbeweglichen Flankenpiatten, Figur 3 eine Ansicht von oben auf
eine Sektion des Aufnahmekannes gemäß Figur 1, Figur 4 eine andere Ausführungsform
der Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens in Form einer mit wechselseitigen
Aussparungen versehenen Kasten-Schiene, durch die die Substrate während des Reinigungsprozesses
geführt werden, Figur 5 einen Querschnitt durch eine Vorrichtung gemäß Figur 4,
Figur 6 eine andere Querschnittsform der Kasten-Schiene und Figur 7 eine Reinigungsstrecke
einer gemäß der Figur 4 gebildeten Vorrichtung.
-
Figur 1 zeigt einen Aufnahmekamm 1 zur Aufnahme mehrerer, hier kreisförmiger
Keramiksubstrate 2, die beispielsweise eine Wandstärke von 0,5 mm aufweisen und
einen Durchmesser von annähernd 50 mm besitzen. Der hier dargestellte Kamm ist ebenfalls
aus einem keramischen Material gebildet und besitzt im gleichen Teilungsabstand
t angeordnete Aussparungen 3 zur Aufnahme der Keramiksubstrate.
-
Zwischen den Aussparungen befinden sich Wandteile 4, die hier ebenfalls
im gleichen Teilungsabstand t angeordnet sind Den Aussparungen 3 gegenüber befinden
sich leistenförmige Ansätze 5, welche zum Einsetzen und Fixieren des Kammes 1 in
eine Vorrichtung gemäß Figur 2 dienen.
-
Gemäß Figur 2 besteht die Vorrichtung zum Reinigen der Substrate aus
zwei Flankenplatten 6 und 7, die ähnlich dem Kamm 1 gebildet sind. Sie besitzen
Öffnungen oder Aussparungen 3' mit zwischen den Öffnungen angeordneten Prallplatten
4'. Der Teilungsabstand der Aussparung bzw. Öffnungen entspricht Jenen des Kammes
1. Die Prallplatten sind in einer Grundplatte 8, hier mittels Rollen 9, abgestützt
und Jeweils in Richtung des Pfeiles 10 hin- und herbeweglich. Die Bewegung erfolgt
Uber einen Elektromotor 11, der über ein Getriebe 12 eine Kurven- oder Nockenscheibe
13 antreibt. In diese Nockenscheibe greifen mit den Flankenplatten 6 und 7 in Verbindung
stehende Triebstifte 14, 15. Die Bewegung der Flankenplatte erfolgt derart, daß
bei einer Stellung der Flankenplatte 6 in der Endlage A sich die Flankenplatte 7
in der Endlage B' befindet; im nächsten Zyklus befi###iic#A#nJIankenplatte 5 in
der End-
lage B, wo hingegen die Flankenplatte 7 sich in der Endlage
A' befindet. Die Flankenplatten sind im Abstand voneinander angeordnet, wobei der
Abstand S (Fig. 3) so bemessen ist, daß der Aufnahmekamm 1 (Figur 1) zwischen den
Flanimplatten mit geringem Spiel platzfindet. In der Grundplatte 8 sind Schlitze
(hier nicht dargestellt) zur Aufnahme der Ansätze 5 gemäß Figur 1 eingebracht.
-
Dadurch wird bewerkstelligt, daß der Aufnahmekamm während der Bewegung
der Flankenplatten in Ruhe verharrt. Eine Sprühvorrichtung, allgemein mit 16 bezeichnet,
gabelt sich in zwei Sprührohre 17 und 18, deren Düsen 19 im Teilungsabstand t den
Mitten M der Substrate 2 bzw. den Wandungsteilen 4 gegenüberstehen. Um Schäden während
des Spülvorganges zu vermeiden, ist hier vorgesehen, daß nur in den Endstellungen,
z.B. der Flankenplatte 6, in der dargestellen Lage A, das Sprührohr 17, hingegen
in der Endstellung A' der Flankenplatte 7 das Sprührohr 18 in Betrieb ist; nur in
diesem Falle steht eine Fläche der Substrate vollflächig den Sprühstrahlen gegenüber,
wo hingegen die andere Fläche durch die Prallplatten abgedeckt ist und das Substrat
selbst dort ein Widerlager findet.
-
Zu diesem Zweck wird ein Schalter 20 in den Jeweiligen Endlagen von
der Nockenscheibe 13 betätigt und schaltet die Ventile V1 und V2 der Sprührohre
17 und 18. Das ablaufende Reinigungsmittel gelangt auch zwischen die Prallplatten
und verhindert so ein Schleifen der bewegten Prallplatten mit den Substraten. Das
ablaufende Reinigungsmittel wird in einer hier nur symbolisch angedeuteten Wanne
21 aufgefangen und mittels einer Pumpe P wiederum in die Sprührohr gepumpt. Vorzugsweise
sind alle mit dem Reinigungsmittel in Berührung kommenden Teile mit Kunststoff,
z.B. Tetrafluoräthylen beschichtet.
-
Figur 3 zeigt eine Schnittsektion in waagerechter Schnittanordnung
etwa durch die Mitten des Kammes 1 und der Prallplatten 6 und 7.
-
Der Kamm 1 ist - wie schon vorstehend bemerkt - ebenfalls aus einem
keramischen Material gebildet. Vorteilhaft ist es, die mechanisch bewegten Prallpitten
aus Metall zu bilden, Jedoch mit einem keramischen Material vollflächig zu umhüllen.
Das Umhüllen der Prallplatten kann im Plasmastrahl erfolgen. Nach erfolgtem Umhüllen
werden die Prallplatten mindestens auf ihrer, dem Kamm 1 zugekehrten Fläche plangeschliffen.
Es. besteht aber auch die Möglichhit, die Prallplatten aus Tet#afluoräthylen zu
bilden.
-
Figur 4 zeigt eine andere Vorrichtung zum Reinigen der Substrate,
bei dem die Substrate während des Reinigungsprozesses durch eine kastenförmige Schiene
23 geführt werden. Die Kasten-Schiene 23 ist hier gegenüber der Waagerechten geneigt
angeordnet. Dies hat zur Folge, daß unter Einwirkung der Sprühstrahlen und der Eigenschwere
der Substrate diese in Richtung des Pfeiles 24 die Kasten-Schiene 23 durchlaufen;
sie kann in ihrem Querschnitt - wie die Figuren 5 und 6 zeigen - entweder geschlossen
oder U-förmig gebildet sein. Die Kasten-Schiene besitzt auf ihrer Reinigungsstrecke
von C nach D versetzt angeordnete Öffnungen 3, 3'. Dies hat zur Folge Fdaß die Substrate
bei ihrem Durchlauf durch die Schiene 23 wechselseitig den Sprühstrahlen 25, 25'
ausgesetzt sind. Im Gegensatz zur Ausführungsform gemäß der Figur 2 werden hier
die Sprührohre 17 und 18 während des Durchlaufes der Substrate 2 durch die Kasten-Schiene
23 im Dauerbetrieb gehalten.
-
Eine derartige Vorrichtung eignet sich zum Reinigen von Substraten
mit automatischem Durchsatz durch die Reinigungsvorrichtung. Wie ersichtlich, werden
die gereinigten Substrate nach erfolgter Reinigung in einen als Horde ausgebildeten
Schubkasten 26 abgelegt, der im Zuführungstakt der Substrate, beim Einführen in
Pfeilrichtung 27 in die Kasten-Schiene 23um jeweils einen Taktschritt T in einem
Schlitten 27 einer Führungsbahn 28 weiterbewegt wird. Der Schubkasten wird dann
nach dem Durchsatz einer Serie von beispielsweise 25 Substraten mit einem Schutzdeckel
versehen und abgestellt.
-
Eine automatisch gesteuerte Sperre 32 wird von einem Programmgeber
- hier nicht dargestellt - betätigt, der auch den Taktschritt T des Schubkastens
26 steuert.
-
Wie weiter aus Figur 5 zu ersehen ist, ist hier das Querschnittsprofil
der Kasten-Schiene 23 geschlossen gebildet. Im vorliegenden Beispiel besteht das
Kastenprofil ebenfalls aus einem keramischen Material. Das Kastenprofil wird aus
zwei Rahmenplatten 29 und 30 zusammengefügt, wobei man die Rahmenteile an ihrer
plangeschliffenen Anlagen 31 z.B. durch Kleben oder aber mit Klammern miteinander
verbindet.
-
Figur 6 zeigt eine ähnliche Anordnung der Kasten-Schiene ?3, wobei
jedoch hier ihr Querschnittsprofil U-förmig gebildet ist.
-
Es sei bemerkt, daß die Sprühvorrichtung 16 sowohl zum Reinigen der
Substratoberflächen, aber auch zum nachfolgenden Reinigungsspülen dient. Hierzu
ist entweder die Sprühvorrichtung mit den Sprührohren jeweils zweifach vorhanden
oder aber man benutzt ein Umschaltventil und pumpt zunächst das Reinigungsmittel
durch die Sprührohre und nach erfolgtem Reinigen das Spillmittel durch die Sprührohre.
Als Spülmittel verwendet man gereinigtes Wasser.
-
Figur 7 zeigt eine Reinigungsstrecke für Substrate, bestehend aus
einer Kasten-Schiene 23, welche - wie in Figur 5 dargestellt - mit wechselseitigen
Öffnungen 3 und 3' versehen ist. In einer ersten Zone Z1 werden die Substrate mit
Trichloräthylen besprüht und von allen groben Verunreinigungen befreit; in einer
zwiten Zone Z2 erfolgt ein Spülen der Substrate mit gereinigtem Wasser; in der Zone
Z3 werden die Substrate letztlich mittels eines gereinigten Luft- oder Gasstroms
getrocknet. Zu diesem Zweck besitzt die Vorrichtung mehrere Behälter 21 und 38 zur
Aufnahme der verschiedenen Reinigungsflüssigkeiten nebst der zugehörigen Pumpen
Pl, P2 und Sprührohre 17, 18 sowie 34, 35 .... Das abschließende Trocknen der Substrate
erfolgt ebe falls unter Verwendung von Sprührohren ähnlichen Blasrohren36, 37.
-
16 Patentansprüche 7 Figuren
Leerseite