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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Ober-
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begriff des Patentanspruches 1.
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Derartige Vorrichtungen dienen der Bearbeitung von Substratflächen
oder Plättchen (Wafers) zur Herstellung von elektronischen Bauteilen. Diese Vorrichtungen
weisen eine Dichtung zwischen dem Drehtisch und dem Gehäuse auf, um zu verhindern,
daß Sprühflüssigkeiten in die Lager gelangen, die die Welle an dem Gehäuse lagern.
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Bekannte Dichtungen zwischen der drehangetriebenen Welle und dem Gehäuse,
das die Bearbeitungskammer bildet, sind in den unterschiedlichsten Ausgestaltungen
vorhanden. Bei einigen Vorrichtungen ist eine flache Scheibe oder eine Dichtung
vorhanden, die an dem Boden des Gehäuses liegt und einfach die drehangetriebene
Welle umfaßt. Eine derartige Dichtung ist aus der US-PS 3 990 462 bekannt.
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Bei anderen Vorrichtungen ist die Dichtung tassenförmig ausgebildet,
wobei die Kante der Tasse auf dem ortsfesten Boden des Gehäuses aufliegt und der
Boden der Dichtung mit einer öffnung versehen ist, damit die drehangetriebene Welle
hindurchtreten kann. Eine solche Dichtung ist Gegenstand der US-Ps 4 197 000. Derartige
tassenförmige Dichtungen weisen die unterschiedlichsten Formen auf und sie sind
in der unterschiedlichsten Weise angeordnet.
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Auch sind Oringe bekannt, die zwischen dem ortsfesten Gehäuse und
der umlaufenden Welle angeordnet wurden.
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Die bekannten Dichtungen weisen erhebliche Nachteile auf, da immer
ein Teil an dem anderen reibt und dadurch kleine Teilchen erzeugt werden. Diese
Teilchen neigen dazu in die Behandlungskammer einzudringen und sich auf den zu bearbeitenden
Substratflächen oder Plättchen abzusetzen.
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Da die herzustellenden Plättchen immer dünner und kleiner werden,
bedeutet die Anwesenheit von kleinen Teilchen in der Bearbeitungskammer eine erhebliche
Beeinträchtigung.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der
eingangs genannten Art zu schaffen, bei der das Eindringen oder das Einströmen von
Bearbeitungsflüssigkeit in den Bereich der umlaufenden Welle verhindert wird und
die Erzeugung von unkontrollierten Teilchen, die sich auf den zu bearbeitenden Substratflächen
absetzen, auf ein Minimum herabgesetzt wird.
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Diese Aufgabe wird grundsätzlich durch das Kennzeichen des Anspruches
1 bzw. des Anspruches 12 gelöst.
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Ein Merkmal der Erfindung liegt in der verbesserten Dichtung zwischen
dem ortsfesten Gehäuse und dem umlaufenden Drehtisch in der Bearbeitungskammer.
Die Dichtung besteht aus einer Vielzahl konzentrischer ringförmiger Rippen mit.
verschiedenen Durchmessern, die einander in achsialer Richtung ausgehend vom Boden
des ortsfesten Gehäuses bzw. von dem Drehtisch durchdringen.
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Die aneinander angrenzenden ringförmigen Rippen, die gleichgerichtet
sind, weisen einen Abstand voneinander auf und bilden so ringförmige Nuten zwischen
sich. Die ringförmigen Nuten sind gestaltet und dimensioniert um die ringförmigen
Rippen, die in entgegengesetzter achsialer Richtung verlaufen, aufzunehmen. Die
entgegengesetzt gerichteten ringförmigen Rippen überschneiden sich und weisen einen
im wesentlichen gleichen Abstand sowohl in achsialer als auch in radialer Richtung
untereinander auf.
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Die einander überschneidenden und einen Abstand untereinander aufweisenden
ringförmigen Rippen bilden ein Labyrinth oder einen entsprechenden gewundenen Pfad,
der von der Welle ausgeht und nach außen gerichtet ist und durch den Staub und kleine
Teilchen sich aus dem Bereich der Kammer herausbewegen. Die umlaufenden, einander
überschneidenden Rippen schleudern Staubteilchen nach außen und verhindernso, daß
diese die Welle erreichen.
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Bei einer Ausführungsform ist eine Spülwasserzufuhröffnung vorgesehen,
die Spülwasser in den äußeren Umfangsbereich der Labyrinthdichtung leitet. Das Spülwasser
nimmt irgendwelche Teilchen im Bereich der Dichtung mit und leitet diese über den
Boden des Gehäuses nach außen zu einem Abfluß.
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Eine Vakuumöffnung, die mit dem Labyrinth zwischen den Rippen verbunden
ist, saugt Gase und damit Staub und kleine Teilchen aus dem Labyrinth ab,bevor sich
diese im Bereich der Dichtung ablagern können. Gase, Staubteilchen oder andere kleine
Teilchen in dem Labyrinth, die nicht durch die Vakuumöffnung entfernt werden, werden
durch das Spülwasser benetzt und über den Kammerboden nach außen zu demAbfluß geschleudert.
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Bedingt durch die fortlaufende nicht unterbrochene Ausgestaltung des
Labyrinths und den durchgehenden Abstand zwischen den ortsfesten und den umlaufenden
Rippen und den entsprechenden Teilen, bildet die Labyrinthdichtung in vorteilhafter
Weise ein wirksames Hindernis für die radial nach innen gerichtete Bewegung der
Gase, der Staubteilchen und anderer kleiner Teilchen, und gleichzeitig
verhindert
sie die Erzeugung solcher Teilchen. Zusätzlich werden irgendwelche sich im Bereich
des Labyrinths ansammelde Teilchen nach außen geschleudert, mitgenommen und von
dem Spülwasser abtransportiert und schließlich aus dem Labyrinth durch die Vakuumöffnung
entfernt.
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Im folgenden wird die Erfindung unter Hinweis auf die Zeichnung anhand
zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Es zeigt: Figur 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer
Ausführungsform der Vorrichtung zum Bearbeiten von Substratflächen oder Plättchen;
Figur 2 einen Teilschnitt durch den Teil der der Befestigung des Drehtisches dient;
Figur 3 einen Teilschnitt ungefähr gemäß der Linie 3 - 3 der Figur 1; und Figur
4 einen der Figur 2 entsprechenden Teilschnitt, jedoch durch eine andere Ausführungsform.
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In Figur 1 ist eine Vorrichtung (10) zur Durchführung einer Sprühbearbeitung
dargestellt, d.h. die Vorrichtung dient der Sprühbearbeitung von Plättchen oder
Substratflächen (11), die in einem Behälter (12) innerhalb der Bearbeitungskammer
des Gehäuses (14) angeordnet ist.
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Der Behälter, der die Substratflächen trägt, ist in Ständern (15)
auf einem Drehtisch (16) angeordnet. Der Drehtisch (16) ist an einer umlaufenden
Welle (17) befestigt,
die mit einem Lager versehen ist, das sich
an der unteren oder Bodenwand (19) des Gehäuses (14) befindet. DerDrehtisch (16)
kann auch anders ausgestaltet sein. In der dargestellten Form befindet sich die
Stütze (15) an dem äußeren Umfangsbereich des Drehtisches (16).
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Verschiedene Träger (15) sind im Abstand voneinander am Umfang angeordnet,
so daß der die Plättchen (11) tragende Behälter (12) auch bei hohen Drehzahlen sicher
gehalten wird. Der Drehtisch (16) kann langsam mit ungefähr 5 Umdrehungen pro Minute
umlaufen, wenn bestimmte Bearbeitungsvorgänge hinsichtlich der Plättchen (11) durchgeführt
werden sollen. In anderen Bearbeitungsstufen läuft der Drehtisch (16) äußerst schnell
um, beispielsweise schneller als 1000 Umdrehungen pro Minute.
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Das Gehäuse (14) ist mit einem Deckel (20) versehen, der durch ein
Scharnier befestigt ist, damit die Bearbeitungskammer (13) zugänglich ist. Eine
Sprühsäule (22) ist an dem Deckel (20) befestigt, um Strahlen der Bearbeitungsflüssigkeit
und der Gase auf die Plättchen (11) zu leiten. Bei anderen Ausführungsformen, bei
denen der Drehtisch den Behälter (12) der Plättchen (11) in der Drehachse der Welle
(17) befestigt, kann die Sprühsäule für die Leitung der Strahlen der flüssigen Chemikalien
auf die Plättchen an oder in der Seitenwand des Gehäuses (14) befestigt sein.
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Das Gehäuse (14), der Boden (23) des Drehtisches, die Sprühsäule (22)
und der Befestigungsring (24) für den Drehtisch sind aus starrem Kunststoffmaterial
hergestellt, das sehr widerstandsfähig und inert gegen die sehr aktiven Bearbeitungschemikalien
ist, die zum Besprühen der Plättchen (11) eingesetzt werden. Bei diesen Kunststoffmaterialien
handelt es sich insbesondere um
inertes Fluorpolymer wie Tetrafluoräthylenpolymer
oder Perfluoralkoxy bzw. Chlortetrafluoräthylen. Die sehr aktiven Chemikalien, die
auf die Plättchen in derBearbeitungskammer (13) gesprüht werden, enthalten Schwefelsäure,
Ammoniumhydroxid, Wasserstoffperoxid, Salzsäure und Fluorwasserstoffsäure sowie
Spülflüssigkeiten, wie deionisiertes Wasser und schließlich inerte Gase wie Stickstoff
oder Argon.
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Bedingt durch die sehr aktiven chemischen Bestandteile ist es wichtig,
daß eine wirksame Dichtung zwischen der Bodenwand (19) des Gehäuses, durch die die
Welle (17) verläuft, und dem Rotor (25) in der Bearbeitungskammer aufgebaut wird.
Diese enthält den Drehtisch (16), die Grundplatte (23) und den Befestigungsring
(24) zusammen mit dem oberen Abschnitt der Welle (17). In den Figuren 2 und 3 ist
die allgemein mit (26) bezeichnete Dichtung im einzelnen dargestellt. Sie besteht
aus einem Paar konzentrisch angeordneter Rippen (27 und 28) auf dem Befestigungsring
(24) und einer vorstehenden Nabe (29), die durch Ringnuten (31 bzw. 31) voneinander
getrennt sind. Der mittlere Abschnitt der Bodenwand (19) des Gehäuses weist außerdem
ein Paar achsial vorstehender konzentrischer Rippen (32 und 33) auf, die voneinander
getrennt sind und die eine Ringnut (34) zwischen sich bilden. Die Ringnuten (30
und 31) sind breiter als die Rippen (32 und 33), so daß sie die ringförmigen Rippen
(32 und 33) in sich aufnehmen, während eine ausreichende Breite an der zylindrischen
Seite und an den Stirnflächen der beiden Rippen (32) und(33) frei bleibt. In gleicher
Weise ist die Ringnut (34) breiter als die Rippe (28), um die ringförmige Rippe
(28) aufzunehmen, und zwar mit einem Zwischenraum an beiden inneren und
an
der äußeren Seite der Rippe (28) sowie angrenzend an ihre Stirnfläche.
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Dementsprechend überschneiden sich die umlaufenden ringförmigen Rippen
(27 und 28) auf dem Befestigungsring (24) mit den ortsfesten ringförmigen Rippen
(32 und 33) auf der Bodenwand (19) des Gehäuses und bilden ein Labyrinth (35), das
fortlaufend offen und ungestört zwischen dem äußeren Umfang des Befestigungsringes
(24) und der Welle (17) ist. Kein Abschnitt des Befestigungsringes (24) steht mit
irgendeinem Abschnitt der Bodenwand (19) des Gehäuses im Eingriff, so daß keine
Möglichkeit besteht, kleine Teilchen zu erzeugen, wenn sich der Rotor (25) dreht.
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In Figur 2 sind Lager (36) dargestellt, die die Welle (17) in dem
Lagergehäuse (18) befestigen. Das Lagergehäuse (18) ist ortsfest in bezug auf das
Gehäuse (17) und die Bodenwand (19). Eine zusätzliche Dichtung (37) ist angrenzend
an die Welle (17) angeordnet, wenn die Vorrichtung (10) verwendet wird, um Säuren
und stark flüchtige Chemikalien zu versprühen, um zu verhindern, daß Dämpfe dieser
Flüssigkeiten die Lager (36) erreichen.
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Spülwasser wird durch einen Kanal (38) der Welle (17) zu öffnungen
(39) zugeführt, die in der Grundplatte (23)und in dem Befestigungsring (24) vorgesehen
sind. Das Spülwasser wird zu Rohren (40) geliefert, die, wie dargestellt, Düsen
aufweisen, um die Innenseite des Gehäuses (14) während der Bearbeitung zu reinigen.
Eine Spülwasserzufuhröffnung (41) verläuft zwischen dem Kanal (39) des Befestigungsringes
(24) und der Ringnut (30), um dem Labyrinth (35) Spülwasser zuzuführen. Zusätzlich
ist
die ortsfeste Gehäusewand (19) mit einer Vakuumöffnung (42> versehen, die durch
die Ringnut (34) nach außen in bezug auf die Bodenwand (19) des Gehäuses zur Verbindung
mit dem Rohr (43) verläuft, das mit der Vakuumquelle verbunden ist.
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Das Vakuum, das über die Öffnung (42) zugeführt wird, wird an dem
Labyrinth (35) ausgebildet, um in Verbindung mit dem Spülwasser das von der öffnung
(41) kommt, wirksam zu werden.
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Das Labyrinth (35) schafft eine Dichtung zwischen der Bearbeitungskammer
(13) und der Welle (17), um die Bewegung und den Durchtritt von kleinen Teilchen
in die Bearbeitungskammer auf ein Minimum herabzusetzen. Das Anlegen von Vakuum
an dem inneren Abschnitt des Labyrinths - an der öffnung (42) - führt zusammen mit
der Anwendung von Spülwasser an dem äußeren Umfang des Labyrinths (35) dazu, daß
kleine Teilchen, die gegebenenfalls erzeugt werden oder eintreten, von dem Spülwasser
aufgenommen und mit diesem zu der Abflußöffnung 19.1 in der Bodenwand des Gehäuses
geführt werden.
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Es ist einzusehen, daß durch die Erfindung eine Labyrinthdichtung
zwischen der ortsfesten Bodenwand des Gehäuses, durch die die Antriebswelle hindurchgeht,
und dem Rotor in dem Gehäuse-einschl. der Welle, dem Befestigungsring und der Drehtischgrundplatte
sowie sämtlichen anderen Teilen des Drehtisches, die fest miteinander verbunden
sind, geschaffen wird. Das Labyrinth weist die einander "überschneidenden" ringförmigen
Rippen (27,28,32 und 33) auf, die alle konzentrisch zueinander liegen und einen
entsprechenden Abstand von der Welle aufweisen, so daß
der Abstand
zwischen der Welle und dem Labyrinth ebenso groß ist wie die Breite des Labyrinths
einschl. der konzentrischen Ringe und Nuten. In Figur 4 ist ein anderer Befestigungsring
(24.1) für einen Drehtisch dargestellt, der eine Grundplatte (23.1) auf der Welle
(17.1) trägt. Bei dieser Ausführungsform ist ein getrennter Ring (44) an dem Befestigungsring
(24.1) angebracht. Er arbeitet mit der Bodenwand (19.2) des Gehäuses zusammen, um
das Labyrinth (35.1) zu bilden. Bei dieser Ausführungsform ist der Kanal (39.1)
für das Spülwasser in der Grundplatte des Drehtisches vorgesehen und von dem Labyrinth
getrennt. Vakuum wird bei dieser Ausführungsform auf das Labyrinth nicht übertragen.
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Das Labyrinth setzt bei beiden Ausführungsformen die mögliche Eindringung
von Flüssigkeit zu der Welle auf ein Minimum herab und verhindert die Ausbildung
irgendwelcher kleinen Teilchen, da die Bodenwand des Gehäuses im Abstand von dem
Befestigungsring des Drehtisches gehalten wird.
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