DE3737904A1 - Verfahren und vorrichtung zum nassbehandeln von gegenstaenden, insbesondere von wafern, unter reinraumbedingungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Naßbehandeln von Gegenständen, insbesondere von Wafern, unter Reinraumbedingungen, bei dem die Gegenstände nacheinander für vorbestimmte Zeitdauern in eine vorgegebene Anzahl und Reihen­ folge von Bädern eingetaucht werden und die Bäder mit Behand­ lungsflüssigkeiten gefüllt sind, deren Zustandsparameter, insbesondere Temperatur, Leitfähigkeit, Füllstand und Zusammen­ setzung einstellbar sind.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung der vorgenannten Art sind z.B. aus einem Prospekt "Clean Working Places and Manufacturing Lines for the Microelectronics" der Anmelderin bekannt.

Bei der bekannten Vorrichtung sind in einen Arbeitstisch nebeneinander eine Mehrzahl von Bädern, d.h. mit Behandlungs­ flüssigkeit gefüllte Becken eingelassen. Jedem dieser Bäder ist ein Kontrolltableau zugeordnet, auf dem mittels geeigneter Einstellelemente die Verfahrensparameter des jeweiligen Bades einstellbar sind. Nach dem Einfüllen der vorgesehenen Behand­ lungsflüssigkeiten muß zunächst eine gewisse Zeit abgewartet werden, bis das Behandlungsbad die gewünschten Verfahrenspara­ meter, insbesondere die gewünschte Badtemperatur aufweist. Wenn die Verfahrensbedingungen sämtlich vorhanden sind, wird bei der bekannten Vorrichtung jeweils ein Halter mit zu behan­ delnden Gegenständen, beispielsweise ein Korb mit kreisscheiben­ förmigen Wafern in das Bad von oben eingesetzt und dort für eine bestimmte Verweilzeit belassen, die über eine Zeitschaltuhr signalisiert wird. Bei der bekannten Vorrichtung geschieht das Einsetzen und Umsetzen der Gestelle mit den Gegenständen von Hand.

Es ist darüberhinaus bekannt, zum Handhaben von Gegenständen in Reinräumen Roboter einzusetzen, die einen bestimmten Ar­ beitsraum ein Verfahren von Gegenständen gestatten.

In der älteren, nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung P 37 12 064.6 der Anmelderin, deren Offenbarungsgehalt durch diese Bezugnahme auch zum Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung gemacht wird, wird eine Einrichtung zum Bearbeiten von Werkstücken beschrieben, bei der ein an die Vorderseite eines Behandlungstischs angebauter Handhabungsapparat in einer vertikalen Richtung sowie in einer horizontalen Richtung parallel zur Erstreckungsrichtung der nebeneinander angeordneten Behandlungsbäder verfahrbar ist. Hierdurch ist es möglich, die Körbe mit den Gegenständen in vertikaler Richtung aus einem ersten Bad herauszuheben, in horizontaler Richtung über das nächste Bad zu verfahren, dort abzusenken usw..

Der wesentliche Nachteil vorbekannter Vorrichtungen der eingangs geschilderten Art ist, daß die einzelnen Bäder jeweils als unabhängige Einzelgeräte ausgebildet sind, die separat einge­ stellt werden müssen, so daß bei einer Änderung des Prozeßab­ laufs oder bei einer unerwarteten Änderung der Prozeßparameter, beispielsweise bei einer unerwarteten Abkühlung oder Erwärmung der Bäder jeweils in eine Vielzahl von Steuerungen oder sonsti­ gen Einstellorganen eingegriffen werden muß, was einen konti­ nuierlichen Ablauf des Behandlungsprozesses und eine Reaktion auf Parameteränderungen nicht oder nur mit erheblichem Aufwand möglich macht.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß mit minimalem Aufwand der Gesamtprozeß an gewünschte Veränderungen der Verfahrensparameter oder an sich durch Änderung von Umweltbedingungen ergebende Verfahrensparameter angepaßt werden kann.

Diese Aufgabe wird nach dem eingangs genannten Verfahren dadurch gelöst, daß die Zustandsparameter erfaßt werden und daß die Zeitdauer in Abhängigkeit von den Zustandsparametern bemessen wird.

Gemäß der eingangs genannten Vorrichtung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Bäder mit Sensoren zum Erfassen der Zustandsparameter versehen sind, daß die Sensoren an eine Steuereinrichtung angeschlossen sind und daß die Steuereinheit einen servomechanischen Handhabungsapparat zum Eintauchen der Gegenstände steuert.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst, weil die Zustandsparameter aller Bäder unmittelbar mit der Steuerung für die Handhabung der Gegenstände verknüpft wird, so daß ein integrierter Gesamtprozeß entsteht, der sowohl auf gewünschte Änderungen der Verfahrens­ paramter wie auch auf sich ergebende zufällige Änderungen von Verfahrensparametern flexibel zu reagieren im Stande ist.

Wenn sich z.B. die Temperatur des Bades infolge von äußeren Einflüssen ändert, etwa dadurch, daß eine neue Charge von Gegenständen eine höhere oder tiefere Eigentemperatur als die vorhergehende Charge aufweist, so berücksichtigt das erfin­ dungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung dies selbsttätig, indem die Verweildauer der Gegenstände in dem fraglichen Bad entsprechend erhöht oder erniedrigt wird. Hierdurch wird eine erhebliche Zeit gespart, weil ein Anpassen der Badtemperatur durch Aufheizen oder Abkühlen des Bades nicht abgewartet zu werden braucht, ganz abgesehen davon, daß es mit großen Schwierigkeiten verbunden ist, eine Verweildauer in einem Bad festzulegen, wenn sich dessen Temperatur mit der Zeit ändert. Aber auch bei gewünschten Änderungen der Verfah­ rensparameter ergeben sich Vorteile, wenn z.B. gewünscht wird, aufeinanderfolgende Gegenstände mit unterschiedlichen Kon­ zentrationen der Behandlungsflüssigkeit zu behandeln, gleich­ zeitig aber eine konstante Behandlungsintensität gewünscht wird. Erfindungsgemäß wird in diesem Falle durch geeignete Einstellung der Zusammensetzung des Behandlungsbades die gewünschte Konzentration eingestellt und gleichzeitig selbst­ tätig durch Anpassung der Verweildauer sichergestellt, daß trotz stärkerer oder geringerer Konzentration des Behandlungs­ bades die Behandlungsintensität unverändert bleibt.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Temperatur der Behandlungsflüssigkeiten erfaßt und die Zeitdauer umso länger eingestellt, je tiefer die Temperatur ist.

Diese Maßnahme trägt der Tatsache Rechnung, daß die meisten Naßbehandlungsprozesse bei höheren Temperaturen intensiver verlaufen als bei niedrigen Temperaturen, so daß bei einer gewollten oder ungewollten Veränderung der Temperatur die Verweildauer gegenläufig, beispielsweise umgekehrt proportional nachgeregelt wird.

Bei einer besonders bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Gegenstände mittels eines servomechani­ schen Handhabungsapparates eingetaucht, deren Bewegungsablauf in Abhängigkeit von Verfahrensparametern gesteuert wird.

Auf diese Weise entsteht ein vollständig integriertes System, bei dem die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bestimmte veränderte Verweildauer im Behandlungsbad dadurch realisiert wird, daß der Bewegungsablauf des Handhabungsapparates in die Prozeßsteuerung integriert wird.

Auf diese Weise entsteht eine praktisch mannlose Fertigung, die in der bereits ausführlich geschilderten Weise flexibel auf Änderungen der Verfahrensparameter reagieren kann.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Steuergerät, das bevorzugt als speicher­ programmierte Steuerung ausgebildet ist, an einen Monitor zum graphischen und alphanumerischen Darstellen des Naßbehandlungs­ prozesses und der Verfahrensparameter angeschlossen.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß einem Benutzer oder einer Überwachungsperson für die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht nur der jeweils ablaufende Naßbehandlungsprozeß in deutlicher Weise dargestellt wird, es können auch die jeweils vorliegenden Parameter abgelesen werden, so daß eine zusätzliche Überwachung möglich ist.

Die Verwendung einer speicherprogrammierten Steuerung als Steuergerät hat den Vorteil, daß durch den modularen Aufbau einer derartigen Steuerung die Anlage in einfacher Weise an unterschiedliche Anforderungen angepaßt werden kann.

Weiterhin ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung bevorzugt, bei der das Steuergerät mit einer Tastatur zur Vorgabe von Verfahrensparametern zusammenarbeitet und das Steuergerät Ausgänge zum Ansteuern einer Temperierein­ heit sowie zum Ansteuern von Ventilen für einen Zufluß, einen Abfluß sowie ein Mischungsverhältnis der Behandlungsflüssig­ keiten aufweist.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß nicht nur der Verfahrens­ ablauf einer integrierten Regelung unterliegt, der Benutzer der Vorrichtung kann vielmehr auch die Eingangsparameter über die Tastatur vorgeben, indem beispielsweise bei Inbetriebnahme der Vorrichtung über die Tastatur zunächst die Anzahl, Art und Reihenfolge der Bäder mit ihren sämtlichen Verfahrenspara­ metern, einschließlich Füllstand und Zusammensetzung vorgegeben werden und das Steuergerät durch Betätigen geeigneter Ventile und durch Abfragen entsprechender Sensoren die gewünschten Bäder in der vorgegebenen Reihenfolge, Zusammensetzung, Leit­ fähigkeit sowie mit dem gewünschten Füllstand und der geforder­ ten Betriebstemperatur einläßt.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach­ stehend noch erläuterten Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematisierte Vorderansicht einer erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 eine entsprechende Seitenansicht;

Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung einer möglichen Parameterregelung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

In den Fig. 1 und 2 bezeichnet 10 einen Reinraum, der von einem Grauraum 11 durch eine vertikale Wand 12 getrennt ist. Ein Bearbeitungstisch 13 dient zum Naßbehandeln von Gegenstän­ den, insbesondere von Wafern, wie sie von der Halbleiterin­ dustrie unter Reinraumbedingungen zur Herstellung integrierter Schaltkreise und sonstige Halbleiterelemente gehandhabt werden.

In den Bearbeitungstisch 13 sind eine Mehrzahl von Bädern 14, 14 a, 14 b eingelassen, die mit Behandlungsflüssigkeiten 15, 15 a, 15 b gefüllt sind. Die Bäder 14, 14 a, 14 b können über eine Platte 16 des Bearbeitungstischs 13 überstehen oder auch in diesen bündig eingelassen sein.

An beiden seitlichen Enden der Platte 16 befinden sich Gestelle 17 und 17 a, in denen Halter 18, 18 a, sogenannte "Carrier", für Wafer 19, 19 a enthalten sind. An dem in Fig. 1 linken Ende der Platte 16 befindet sich eine Ablagestation 20, auf der noch unbearbeitete Wafer 19 abgelegt werden, während eine Ablagestation 20 a am rechten Ende der Platte 16 zum Zwischen­ speichern bereits bearbeiteter Wafer 19 a dient.

Die Reinraumbedingungen werden durch einen laminaren Luftstrom 21 gewährleistet, der von oben auf den Bearbeitungstisch 13 gerichtet ist.

Ein Handhabungsapparat 39 dient zum Verfahren der Halter 18, 18 a und in den Fig. 1 und 2 ist mit 18 b und 19 b ein gerade gehandhabter Halter mit Wafern dargestellt.

Der Handhabungsapparat 39 ist an Führungsprofilen 41, 42 an der Vorderseite des Bearbeitungstischs 13 in dessen Längsrich­ tung verfahrbar, zu welchem Zwecke Rollenpaare 44, 45 auf Führungsprofilen 41, 42 laufen, und die Rollenpaare 44, 45 ihrerseits einen Wagen 46 tragen. Hierdurch wird eine erste Bewegungseinheit 49 gebildet, die es ermöglicht, die Halter 18 b mit Wafern 19 b nacheinander in die Positionen der verschie­ denen Bäder 14, 14 a, 14 b zu bringen. Eine zweite Bewegungsein­ heit 54 ist am Wagen 46 befestigt und dient zum Verfahren der Halter 18 b mit Wafern 19 b in vertikaler Richtung. Die beiden Bewegungsrichtungen des Handhabungsapparats 39 sind mit Pfeilen 55 (horizontale Richtung) und 56 (vertikale Richtung) bezeich­ net.

Es wurde bereits eingangs erwähnt, daß weitere Einzelheiten des Handhabungsapparates 39 der älteren Patentanmeldung P 37 12 064.6 der Anmelderin zu entnehmen sind, zur Vermeidung von Wiederholungen darf auf diese frühere Anmeldung verwiesen werden.

Eine Steuereinrichtung 57, die bevorzugt als speicherpro­ grammierte Steuerung ausgebildet ist, dient zum Einstellen und Regeln der verschiedenen Zustandsparameter des Systems.

Um die Verfahrensparameter der Bäder 14, 14 a, 14 b zu erfassen, sind vorzugsweise an jedem der Bäder 14, 14 a, 14 b ein Leit­ wertsensor 80, ein Temperatursensor 81 sowie ein Füllstands­ sensor 82 angeordnet, von denen in Fig. 1 der Übersichtlichkeit halber jeweils nur einzelne Sensoren einzelnen Bädern zugeordnet sind.

Ferner sind den Bädern 14, 14 a, 14 b Temperiereinheiten 83 zugeordnet, die wahlweise eine Erwärmung oder eine Abkühlung der Behandlungsflüssigkeiten 15, 15 a, 15 b gestatten.

Schließlich sind die Bäder 14, 14 a, 14 b einerseits an Zufluß­ leitungen 84 und andererseits an Abflußleitungen 85 angeschlos­ sen, um den Zufluß bzw. Abfluß der Behandlungsflüssigkeiten 15, 15 a, 15 b einzustellen.

Hierzu ist in der Zuflußleitung 84 zunächst ein erstes Ventil 86 angeordnet, mit dem der Gesamtzufluß dosiert werden kann. Die Zuflußleitung 84 verzweigt sich stromaufwärts des ersten Ventils 86 und die entsprechenden Zufluß-Teilleitungen 84′ und 84′′ sind wiederum separat über ein zweites Ventil 87 und ein drittes Ventil 88 einstellbar. Hierdurch können mittels Fernsteuerung gewünschte Mischungsverhältnisse von zwei Kompo­ nenten der Behandlungsflüssigkeit 15, 15 a, 15 b dosiert werden, die jeweils über die Teilleitungen 84′ und 84′′ dosiert zuge­ führt werden.

In entsprechender Weise ist in der Abflußleitung 85 ein viertes Ventils 89 angeordnet, um den Abfluß der Behandlungsbäder 15, 15 a, 15 b einstellen zu können.

Die Steuereinrichtung 57 empfängt Signale von den Sensoren 80, 81 und 82 und gibt ihrerseits Steuersignale an die Tempe­ riereinheit 83, an die Ventile 86 bis 89 sowie an die Bewegungs­ einheiten 49 und 54 ab.

Mittels einer Tastatur, vorzugsweise einer Folientastatur 95 können der Steuereinrichtung 57 Eingangsbefehle übermittelt werden. Die Steuereinrichtung 57 erzeugt ferner Daten-Aus­ gangssignale für einen Monitor 96, auf dem der gesamte Be­ handlungsprozeß in graphischer Form darstellbar ist und auch die jeweils vorliegenden Verfahrensparameter alphanumerisch angezeigt werden können.

Schließlich steht die Steuereinrichtung 57 über eine geeignete Schnittstelle 97 noch wahlweise mit einer Datenverarbeitungs­ anlage in Verbindung, mittels der beispielsweise mehrere der in Fig. 1 und 2 dargestellten Vorrichtungen zentral gesteuert werden können.

Die Wirkungsweise der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Vor­ richtung ist wie folgt:

Bei Inbetriebnahme der Vorrichtung kann der Benutzer über die Folientastatur 95 das von ihm gewünschte Behandlungsprogramm eingeben. Die Steuereinrichtung 57 bildet aus den Steuerbefehlen des Benutzers Schaltbefehle zunächst für die Ventile 86 bis 89 sowie die Temperiereinheit 83. Über die Ventile 86 bis 89 werden nun die gewünschten Behandlungsflüssigkeiten 15, 15 a, 15 b in die Bäder 14, 14 a, 14 b eingelassen, wobei deren Zusammen­ setzung und Reihenfolge in weiten Grenzen frei über die Folien­ tastatur 95 vorwählbar ist. Mittels der Sensoren 80 bis 82 können die interessierenden Verfahrensparameter der Behandlungs­ flüssigkeit 15, 15 a, 15 b erfaßt werden, um ggf. eine Nachrege­ lung vorzunehmen.

Gleichzeitig wird über den Monitor 96 eine graphische Darstel­ lung des eingestellten Behandlungsprozesses erzeugt und auf dem Bildschirm angezeigt.

Erkennen nun die Sensoren 80 bis 82, daß alle gewünschten Bäder 14, 14 a, 14 b eingelassen sind und die vorgegebenen Parameter vorhanden sind, erzeugt die Steuereinrichtung 57 Schaltbefehle für die Bewegungseinheiten 49 und 54. Der Hand­ habungsapparat 39 fährt nun zur linken Ablagestation 20 a, entnimmt dort einen Halter 18 mit Wafern 19 und fährt in die Höhe des ersten Bades 14, um den Halter 18 mit Wafern 19 dort in das erste Behandlungsbad 14 einzusetzen und damit die Wafer 19 der Behandlungsflüssigkeit 15 auszusetzen.

Die Steuereinrichtung 57 hat hierzu eine vorbestimmte Verweil­ zeit abgespeichert, nach deren Ablauf die zweite Bewegungsein­ heit 54 betätigt wird, um den Halter 18 mit Wafern 19 aus dem ersten Bad 14 nach oben herauszunehmen. Es schließen sich nun weitere Behandlungen in den benachbarten Bädern 14 a, 14 b ... an, wie dies zuvor beschrieben wurde.

Die Integration der Einstellung und Regelung der Verfahrens­ parameter der Bäder 14, 14 a, 14 b einerseits und des Bewegungs­ ablaufs des Handhabungsapparats 39 andererseits gestattet nun, beide Größe in geeigneter Weise miteinander zu verknüpfen.

Ändert sich beispielsweise die Temperatur T einer Behandlungs­ flüssigkeit 15, 15 a, 15 b, sei es weil dies so gewünscht wurde und die Temperiereinheit 83 entsprechend angesteuert wurde oder sei es durch externe Einflüsse, beispielsweise dadurch, daß eine neue Charge von Haltern 18 mit Wafern 19 deutlich kälter oder wärmer als die Eigentemperatur der Behandlungs­ flüssigkeit ist, so wird dies von der Steuereinrichtung 57 berücksichtigt. Der Temperatursensor 81 erkennt die veränderte Temperatur T der Behandlungsflüssigkeit 15 und bewirkt, daß die Verweildauer Δ t entsprechend verlängert oder verkürzt wird.

Dies kann beispielsweise in Abhängigkeit von einer Kurvenschar erfolgen, wie sie schematisch in Fig. 3 gezeigt ist. Diese Kurvenschar zeigt den Fall, daß bei absinkender Temperatur T der Behandlungsflüssigkeit 15 die Verweildauer Δ t entspre­ chend erhöht wird. Die Kurven der Fig. 3 können vorzugsweise nach weiteren Betriebsparametern parametriert sein, beispiels­ weise nach der elektrischen Leitfähigkeit, dem pH-Wert, der Zusammensetzung und dgl..

Claims (7)

1. Verfahren zum Naßbehandeln von Gegenständen, insbesondere von Wafern (19), unter Reinraumbedingungen, bei dem die Gegenstände nacheinander für vorbestimmte Zeitdauer (Δ t) in eine vorgegebene Anzahl und Reihenfolge von Bädern (14) eingetaucht werden und die Bäder (14) mit Behandlungsflüssigkeiten (15) gefüllt sind, deren Zustandsparameter, insbesondere Temperatur (T), Leit­ fähigkeit, Füllstand und Zusammensetzung einstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Zustandsparameter erfaßt werden und daß die Zeitdauer (Δ t) in Abhängig­ keit von den Zustandsparametern bemessen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur (T) der Behandlungsflüssigkeiten (15) erfaßt wird und daß die Zeitdauer (Δ t) umso länger eingestellt wird, je tiefer die Temperatur (T) ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenstände mittels eines servomechanischen Handhabungsapparates (39) eingetaucht werden, dessen Bewegungsablauf in Abhängigkeit von den Verfahrenspara­ metern gesteuert wird.

4. Vorrichtung zum Naßbehandeln von Gegenständen, insbe­ sondere von Wafern (19), unter Reinraumbedingungen, bei dem die Gegenstände nacheinander für vorbestimmte Zeitdauern (Δ t) in eine vorgegebene Anzahl und Reihen­ folge von Bädern (14) eingetaucht werden und die Bäder (14) mit Behandlungsflüssigkeiten (15) gefüllt sind deren Zustandsparameter, insbesondere Temperatur (T) Leitfähigkeit Füllstand und Zusammensetzung ein­ stellbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Bäder (14) mit Sensoren (80 bis 82) zum Erfassen der Zu­ standsparameter versehen sind, daß die Sensoren (80 bis 82) an eine Steuereinrichtung (57) angeschlossen sind und daß die Steuereinheit (57) einen servomechani­ schen Handhabungsapparat (39) zum Eintauchen der Gegen­ stände steuert.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (57) eine speicherprogrammierte Steuerung ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Steuereinrichtung (57) an einen Monitor (96) zur graphischen und alphanumerischen Darstellung des Naßbehandlungsprozesses und der Verfahrensparameter angeschlossen ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (57) mit einer Tastatur (95) zur Vorgabe von Verfahrensparametern zusammenarbeitet und daß die Steuereinrichtung (57) Ausgänge zum Ansteuern einer Temperiereinheit (83) sowie zum Ansteuern von Ventilen (86 bis 89) für eine Zuflußleitung (84), eine Abflußleitung (85) sowie ein Mischungsverhältnis der Behandlungsflüssigkeiten (15) aufweist.