DE4104543C2 - Mit feinen Eisteilchen arbeitende Reinigungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine mit feinen Eisteilchen arbeitende Reinigungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Fig. 2 ist eine seitliche Schnittansicht, die schematisch den Innenaufbau einer mit feinen Eisteilchen arbeitenden kon­ ventionellen Reinigungsvorrichtung zeigt, wie sie der Anmelderin als firmeninterner Stand der Technik bekannt ist. Die Vorrichtung um­ faßt einen Eiserzeugungsteil 10 mit einem als Doppelkonstruk­ tion ausgeführten Eiserzeugungsbehälter 1, der aus einem in­ neren und einem äußeren Eiserzeugungsbehälter 1a bzw. 1b be­ steht. Der Innenraum des inneren Eiserzeugungsbehälters 1a wird von einem Kältemittel 2 wie Flüssigstickstoff gekühlt, und der Raum zwischen dem inneren und dem äußeren Eiserzeu­ gungsbehälter 1a und 1b ist ebenfalls mit Kältemittel ge­ füllt, so daß der innere Eiserzeugungsbehälter 1a auch von der Außenseite gekühlt wird. Eine Flüssigkeit wie etwa hoch­ reines Wasser wird durch eine Sprühdüse 3 in den inneren Eis­ erzeugungsbehälter 1a gesprüht und unter Bildung von feinen Eis- oder Gefrierteilchen 4 gefroren. Ein Reinigungsabschnitt 20 hat einen Reinigungsbehälter 7, in dem die feinen Gefrierteilchen 4, die im Eiserzeugungsteil 10 erzeugt wurden, mittels einer Sprühdüse 5 auf einen zu reinigenden Gegenstand 6 aufge­ sprüht werden.

Es soll nun der Betrieb dieser Vorrichtung beschrieben wer­ den. Der Innenraum des inneren Eiserzeugungsbehälters 1a wird von dem Kältemittel 2, das den Raum zwischen dem äußeren und dem inneren Eiserzeugungsbehälters 1a und 1b ausfüllt, und von dem in diesen inneren Eiserzeugungsbehälters 1a eingebrachten Kältemittel gekühlt. Wenn dabei Flüssigkeit aus der Sprühdüse 3 versprüht wird, werden feine Gefrierteilchen 4 erzeugt. Die so erzeugten feinen Gefrierteilchen 4 werden zu der Sprüh­ düse 5 überführt, die vom Saugstrahltyp ist und ein Trä­ gergas 2a wie Stickstoff oder trockene Druckluft verwendet. Durch die Strahlstromkraft des Trägergases 2a werden die fei­ nen Gefrierteilchen 4 auf den zu reinigenden Gegenstand 6 ge­ sprüht und reinigen die Oberfläche dieses Gegenstands 6. Die aus der Sprühdüse 5 versprühten feinen Gefrierteilchen 4, das Trägergas 2a usw. werden aus dem Reinigungsbehälter 7 durch einen Absaugauslaß 8 nach außen abgeführt. Somit tref­ fen die feinen Teilchen 4 auf die Oberfläche des Gegenstands 6 auf und bewirken das Entfernen von etwa darauf befindlichen Verunreinigungen (nicht gezeigt) und ihre Abführung zur Be­ hälteraußenseite. Die Geschwindigkeit, mit der die feinen Ge­ frierteilchen 4 von der Sprühdüse 5 versprüht werden, wird durch Regelung des Strahldrucks des Trägergases 2a einge­ stellt. Die Divergenz des Sprühstroms von feinen Gefrierteil­ chen 4 aus der Sprühdüse 5 ist außerdem durch die Geometrie der Strahldüse 5 dieser Sprühdüse 5 bestimmt.

Da die oben beschriebene konventionelle Reinigungsvorrich­ tung, die mit feinen Gefrierteilchen arbeitet, eine Sprüh­ düse vom Saugstrahltyp verwendet, die einen Trägergas­ strahlstrom als Mittel zum Versprühen der feinen Gefrier­ teilchen auf den zu reinigenden Gegenstand verwendet, war es bisher schwierig, eine Feineinstellung der Geschwindigkeit, Richtung und Divergenz des Sprühstroms der feinen Gefrierteilchen durchzuführen. Außerdem wird durch den Trägergasstrahlstrom die Strömung im Inneren des Rei­ nigungsteils während des Sprühvorgangs gestört. Infolge­ dessen werden die vom zu reinigenden Gegenstand entfernten Verunreinigungen umhergewirbelt, so daß sie wieder an dem Ge­ genstand anhaften können.

Aus dem JP-Abstract 1-140969 (A) ist eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bekannt. Die gefrorenen Eisteilchen werden mittels eines Treibgases beschleunigt und können zur Reinigung verwendet werden. Diese Vorrichtung weist eine aus zwei gegenüberliegenden plattenförmigen Elektroden bestehenden Lageabschnitt zum elektrostatischen Aufladen der Eisteilchen sowie einen elektromagnetischen Beschleunigungsabschnitt mit Beschleunigungsspulen auf.

Die Verwendung des Treibgases hat den Nachteil, daß ein exaktes Richten des Eisteilchenstromes wegen Turbulenzen im Gasstrom nicht möglich ist. Man kann mit dieser Vorrichtung wegen der auftretenden Streuung des Eisteilchenstrahls nur ungenau bzw. über größere Flächenbereiche arbeiten.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß der Eisteilchenstrom präziser gesteuert werden kann und damit eine Reinigung auch in definierten kleineren Bereich ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Vorrichtung gelöst.

Da ohne Trägergas gearbeitet wird, gibt es in der Vakuumkammer keine Gasströmungen, welche die Eisteilchen von ihrer ge­ wünschten Bahn ablenken könnten. Weiter wird durch das Fehlen eines Trägergasstroms die Möglichkeit geschaffen, nicht nur die Beschleunigung der Eisteilchen erheblich zu erhöhen, sondern diese auch in sehr effizienter Weise zu steuern und auf den zu reinigenden Gegenstand zu fokussieren.

Dabei können die Geschwindigkeit, die Richtung und die Diver­ genz der Eisteilchen sowie der Grad des Unterdrucks feineingestellt werden, wodurch der Reinigungsvorgang verbes­ sert und der zu reinigende Gegenstand vor Beschädigung ge­ schützt wird.

Die erfindungsgemäße Reinigungsvorrichtung kann auch zu einer besonderen Art des Abstrahlens verwendet werden, bei welcher beispielsweise eine Photoresistschicht teilweise abgetragen, also ähnlich einem Ätzvorgang in einem Muster entfernt wird.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist Gegenstand des Patentanspruchs 2.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit den wesentlichen Bauteilen.

Die Darstellung nach Fig. 1 zeigt den Innenaufbau der Reinigungsvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel. Dabei ist die Konstruktion der Eisteilchen-Erzeugungseinrichtung 1 des Eiser­ zeugungsteils 100 im wesentlichen die gleiche wie bei der konventionellen Vorrichtung nach Fig. 2. Wie nachstehend be­ schrieben wird, wird jedoch der innere Eiserzeugungsbehälter 1a in einem Unterdruckzustand gehalten, so daß er luftdicht und mechanisch fest sein muß. Die in der Eisteilchen-Erzeugungseinrichtung 1 erzeugten feinen Eisteilchen oder Gefrierteilchen 4 werden aufgrund der Schrägfläche des Trichterabschnitts im unteren Teil des inne­ ren Eiserzeugungsbehälters 1a einer Zuführungseinrichtung in Form eines Förderrohrs 1c zugeführt, durchlaufen das Förderrohr 1c, erreichen den oberen Teil eines Unterdruckbehälters 30 des Reinigungsteils 200 und fallen daraus nach unten. Daher muß die Eisteilchen- Erzeugungseinrichtung 1 über dem Unterdruckbehälter 30 an­ geordnet sein. Im Unterdruckbehälter 30 sind, be­ ginnend mit dem obersten Abschnitt nahe dem Auslaß des För­ derrohrs 1c, folgende Abschnitte vorgesehen: ein Ladeab­ schnitt 40, ein Beschleunigungsabschnitt 50 und ein Gefrier­ teilchendivergenz-Steuerabschnitt 60. Der zu reinigende Gegenstand 6 ist darunter angeordnet. Der Ladeabschnitt 40 besteht aus zwei parallelen ebenen Elektroden 41a und 41b und einer Stromversorgung 42. Diese bewirkt ein elektrisches Feld zwischen den beiden Elektroden 41a und 41b, so daß die dazwischen durchtretenden feinen Gefrierteilchen 4 aufgeladen werden. Der Beschleunigungsabschnitt 50 besteht aus zwei ringförmigen Elektroden 51a und 51b und einer Stromversorgung 52 und dient dem Beschleunigen der durch die Ringe tretenden geladenen feinen Eisteilchen 4. Der Gefrierteilchendivergenz- Steuerabschnitt 60 umfaßt ein Paar von in X-Richtung paral­ lelen Elektrodenplatten (61a und 61b) und ein paar von in Y- Richtung parallelen Elektrodenplatten (62a und 62b) zur Bahn­ steuerung der Eisteilchen 4 in bezug auf die X- und Y-Richtung in einer Horizontalebene, d. h. in einer zu der Bewegungsrich­ tung der Eisteilchen 4 senkrechten Ebene; eine Stromversorgung 63 für diese Elektroden, eine elektromagnetische Linse 64 zur Steuerung der Divergenz der Eisteilchen 4; und eine Stromversor­ gung 65 für diese Linse. Eine am Absaugauslaß 8 angeordnete Unterdrucksaugpumpe 70 saugt Luft ab, so daß sämtliche Vor­ gänge unter Vakuum durchgeführt werden können, und zwar ein­ schließlich die Vorgänge in dem Zwischenraum innerhalb des inneren Eiserzeugungsbehälters 1a der Eisteilchen-Erzeugungseinrichtung 1 und in dem Raum zwischen dem Unterdruckbehälter 30, d. h. also, die Vorgänge einschließlich der Erzeugung der Eisteilchen 4 und des Sprühens der Eisteilchen 4 auf den Gegenstand 6. Infolgedessen muß das Förderrohr 1c an dem Behälter 30 in solcher Weise befestigt sein, daß der Unterdruckzustand auf­ rechterhalten werden kann. Ferner ist die Saugpumpe 70 mit einer Antriebseinrichtung 71 verbunden. Ein Reinigungssteuer­ einrichtung 80 steuert die jeweiligen Stromversorgungen 42, 52, 63 und 65 der folgenden Abschnitte innerhalb des Behälters 30, also den Ladeabschnitt 40, den Beschleunigungsabschnitt 50 und den Gefrierteilchendivergenz-Steuerabschnitt 60 sowie die Antriebseinrichtung 71 der Vakuumsaugpumpe 70, so daß eine allgemeine Steuerung dieser Teile stattfindet.

Nachstehend wird der Betrieb dieser Reinigungsvorrichtung beschrieben. Die zu gefrierende Flüssigkeit, beispielsweise hochreines Wasser, die aus der Sprühdüse 3 versprüht wird, wird unter Einsatz eines Kältemittels 2 in der beschriebenen Art in feine Gefrierteilchen 4 im inneren Eiserzeugungs­ behälter 1a umgewandelt. Die Gefrierteilchen 4 werden durch das Förderrohr 1c geführt und fallen aus dem obersten Ab­ schnitt des Unterbehälters 30. Dann werden die Eisteilchen 4 von den parallelen ebenen Elektroden 41a und 41b des Ladeabschnitts 40 während ihres Durchtritts zwischen den Elektroden 41a, 41b geladen. Die geladenen Eisteilchen 4 werden dann vom Beschleunigungsabschnitt 50 beschleunigt, wobei die Strom­ quelle 52 den beiden ringförmigen Elektroden 51a und 51b einen Gleichstrom zuführt, so daß zwischen diesen Elektroden 51a, 51b ein elektrisches Feld erzeugt wird, welches die geladenen Teilchen 4 beschleunigt. Durch Regeln der angelegten Spannung kann die Geschwindigkeit der Teilchen 4 eingestellt werden. Wenn dann die beschleunigten Teilchen 4 zwischen den beiden Paaren von parallelen Elektrodenplatten (61a, 61b und 62a, 62b) des Ge­ frierteilchendivergenz-Steuerabschnitts 60 durchgehen, wird eine Bahnlagesteuerung in bezug auf die X- und die Y-Richtung in einer zur Bewegungsrichtung der Eisteilchen 4 senkrechten Ebene durchgeführt. Ferner werden die Eisteilchen 4 hinsichtlich ihrer Teilchendivergenz gesteuert, wenn sie durch die elektromagne­ tische Linse 64 des Gefrierteilchendivergenz-Steuerabschnitts 60 gehen, bevor sie auf einen gewünschten Teil des zu reini­ genden Gegenstands 6 auftreffen. Die Verunreinigungen (nicht gezeigt) auf dem zu reinigenden Gegenstand 6 werden entfernt durch das direkte Auftreffen der Eisteilchen 4 auf dem Gegenstand 6, sowie durch den Niedrigtemperatureffekt, der durch die Eisteilchen 4 ausgelöst wird. Der Niedrigtemperatur-Reinigungseffekt der feinen Gefrierteilchen 4 leitet sich aus der Kälte der Eisteilchen 4 ab, die im Fall von Öl oder dergleichen als Verunreinigung das Öl verfestigen, so daß es leichter als in einem Flüssigzustand entfernt werden kann. Die Verunreinigungen, die vom zu reini­ genden Gegenstand 6 entfernt werden und die verbrauchten Ge­ frierteilchen 4 werden aus dem Behälter 30 durch die Vakuumsaugpumpe 70 abgezogen. Außerdem ist es erwünscht, daß der untere innere Teil des Unterdruckbehälters 30 so aufge­ baut ist, daß er ein leichtes Entfernen der Verunreinigungen und verbrauchten Eisteilchen 4 durch den Absaugauslaß 8 erlaubt, obwohl die Zeichnung in dieser Beziehung keine Hinweise gibt.

Bei der Reinigungsvorrichtung nach der Erfindung werden also die Geschwindigkeit, Richtung und Divergenz der Eisteilchen 4 feingesteuert, so daß der Teil des zu reinigenden Gegen­ stands 6, auf den die Eisteilchen 4 auftreffen, mit höherer Genauig­ keit definierbar ist. Ferner werden sämtliche Vorgänge (von der Erzeugung feiner Gefrierteilchen 4 bis zum Reinigen des Gegenstands 6) in Behältern im Unterdruckzustand durchgeführt, so daß kaum die Gefahr besteht, daß Verunreinigungen während des Reinigungsvorgangs eindringen. Da ferner in den Behältern kein turbulenter Luftstrom erzeugt wird, besteht keine Gefahr eines erneuten Haftens der vom Gegenstand 6 entfernten Verun­ reinigungen an diesem Gegenstand 6. Es ist somit möglich, den Reinigungsvorgang mit hohem Wirkungsgrad durchzuführen. Außerdem ist die Teilchensteuerung einfach, da sie in einem Vakuum stattfindet. Allgemein wird die Steuerung der Korn­ größe der Teilchen 4 durch Ändern der Konfiguration der Sprühdüse 3 durchgeführt. Eine bessere Feineinstellung der Teilchengröße ist jedoch dadurch möglich, daß der Sublima­ tionsgrad der Eisteilchen 4 geändert wird. Dies kann durch Ändern des Unterdrucks über eine Einstellung der Vakuumsaugpumpe 70 oder durch Einstellen der Geschwindigkeit der Eisteilchen 4 mittels Regelung der an den Beschleunigungsab­ schnitt 50 angelegten Spannung erfolgen, wodurch die Zeit­ dauer geändert wird, die die Eisteilchen 4 benötigen, um den zu reinigenden Gegenstand 6 zu erreichen. Diese Korngrößeneinstellung in Verbindung mit der Einstellung der Teilchengeschwindigkeit ermöglicht einen Schutz des zu reinigenden Gegenstands 6 vor Beschädigungen. Die obigen Steuer- und Einstellvorgänge werden von dem Reini­ gungssteuerabschnitt 80 durchgeführt, der die jeweiligen Stromquellen der verschiedenen Abschnitte sowie die Antriebs­ einrichtung 71 steuert.

Das Ausführungsbeispiel wurde zwar unter Anwendung auf einen Reinigungsbetrieb mit feinen Gefrierteilchen beschrieben, die Erfindung kann aber auch zur Strukturierung einer Fotoresist­ schicht auf einem Halbleitersubstrat unter Anwendung der Teilchensprühsteuerung angewandt werden. In diesem Fall kann die Fotoresistschicht auf dem Siliciumsubstrat durch Aufsprü­ hen von Teilchen entfernt werden, d. h. die Strukturierung kann durch Verengen des Teilchenstrahlstroms zu einem schma­ len Strahl zum teilweisen Abtragen der Fotoresistschicht durchgeführt werden.

Bei der Reinigungsvorrichtung nach der Erfindung werden also feine Gefrierteilchen, die durch Zerstäuben einer zu gefrie­ renden Flüssigkeit in einer durch Kältemittel gekühlten Atmo­ sphäre erzeugt werden, elektrisch geladen. Ihre Geschwin­ digkeit, Richtung und Divergenz werden so gesteuert, daß sie auf den gewünschten Teil des zu reinigenden Gegenstands auf­ treffen, wobei sämtliche Vorgänge in Behältern unter Vakuum ausgeführt werden. Somit können die Geschwindigkeit, Richtung und Divergenz der Teilchen sowie die Korngröße feineinge­ stellt werden, was die Durchführung des Reinigungsvorgangs mit sehr hohem Wirkungsgrad ermöglicht und gleichzeitig sicherstellt, daß der zu reinigende Gegenstand nicht beschä­ digt wird.

Claims (2)

1. Mit feinen Eisteilchen (4) arbeitende Reinigungsvorrich­ tung umfassend,
eine Eisteilchen-Erzeugungseinrichtung (1) zur Erzeugung feiner Eisteilchen (4);
eine Zuführungseinrichtung (1c) zum Zuführen von Eisteil­ chen zu einem Ladeabschnitt (40) zum elektrostatischen Aufladen der von der Eisteilchen-Erzeugungseinrichtung (1) zu­ geführten feinen Eisteilchen (4) und mit einem Beschleu­ nigungsabschnitt (50) zum elektromagnetischen Beschleu­ nigen der geladenen feinen Eisteilchen (4) durch eine elektromotorische Kraft,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zuführungseinrichtung (1c) in einen Unterdruckbehälter (30) mündet, in welchen neben dem Ladeab­ schnitt (40) und dem Beschleunigungsabschnitt (50) noch ein sich daran anschließender Eisteilchendivergenz-Steu­ erabschnitt (60) angeordnet ist, der zwei Paare von ebenen Elektrodenplatten (61a, 61b; 62a, 62b) zur Durchführung einer Richtungssteuerung der geladenen feinen Eisteilchen (4) in bezug auf die X- und Y-Richtung durch elektro­ magnetische Kraft und eine elektromagnetische Linse (64) zur Steuerung der Divergenz der Eisteilchen aufweist.

2. Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Reinigungssteuereinrichtung (80) vorgesehen ist, die Stromversorgungen (42, 52, 63, 65) für den Ladeab­ schnitt (40), den Beschleunigungsabschnitt (50), den Eis­ teilchendivergenz-Steuerabschnitt (60) und eine Antriebs­ einrichtung (71) für eine den Unterdruckbehälter (30) beaufschlagende Vakuumsaugpumpe (70) steuert und den Grad des Unterdrucks sowie die Beschleunigung der Eisteilchen (4) derart einstellt, daß die Zeitdauer, die die Eisteilchen (4) bis zum Erreichen des zu reinigenden Gegenstands (6) benötigen und/oder die Geschwindigkeit der Eisteilchen (4) feineinstellbar sind.