DE60218163T2

DE60218163T2 - Megaschallreinigungs- und trocknungsvorrichtung

Info

Publication number: DE60218163T2
Application number: DE60218163T
Authority: DE
Inventors: M. Jeffrey LAUERHAAS; J. Thomas Mission Viejo NICOLOSI JR.; Paul Mertens; William Fyen
Original assignee: Interuniversitair Microelektronica Centrum vzw IMEC; Akrion Technologies Inc
Current assignee: Interuniversitair Microelektronica Centrum vzw IMEC; Akrion Technologies Inc
Priority date: 2001-06-12
Filing date: 2002-06-12
Publication date: 2007-11-22
Anticipated expiration: 2022-06-13
Also published as: EP1402566B1; WO2002101797A3; WO2002101798A2; WO2002101799A2; KR20090104115A; US20040231188A1; US6754980B2; JP4114188B2; WO2002101797A2; WO2002101798A3; US6928751B2; US20020185153A1; US6923192B2; US20020185152A1; US20020185154A1; DE60218163D1; WO2002101796A3; JP2004537168A; WO2002101796A2; WO2002101795A2

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Reinigen von Halbleitersubstraten oder solchen anderen Gegenständen, die äußerst hohe Grade der Reinlichkeit erfordern.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Halbleitersubstrate können gereinigt werden, indem akustische Energie, wie Megaschallenergie, in eine Schicht einer Reinigungslösung auf der Oberfläche des Substrats übertragen wird. Megaschallreinigungssysteme benutzen diese Schicht der Reinigungslösung, um Megaschallenergie, d. h. akustische Energie mit viel höheren Frequenzen als Ultraschall, zu übertragen. Diese Energie ist auf die Oberfläche des Substrats gerichtet und entfernt dadurch sicher und wirksam Teilchen von der Substratoberfläche ohne die negativen Nebenwirkungen, die mit Ultraschallreinigung verknüpft sind.
In der Vergangenheit sind solche Reinigungssysteme so entworfen worden, dass sie Substrate in Schüben verarbeiten, wobei typischerweise 25 Substrate auf einmal gereinigt werden. Der Nutzen dieser schubweisen Reinigung wurde weniger wichtig, als die Substratgröße zunahm, da die Kapazität des einzelnen Substrats zunahm. Auch begannen die Substratverarbeiter mit feineren Schaltungselementen zu arbeiten, die sorgfältigere Handhabung erforderten als bei der schubweisen Reinigung möglich war. Der höhere Wert pro Substrat und die feinere Natur der Schaltungselemente, die auf den Substraten erzeugt wurden, schuf einen großen Bedarf nach Ausrüstung zum Verarbeiten einzelner Wafer.
Megaschallreinigungsausrüstung für einzelne Substrate zum Verarbeiten der größeren Substrate, die feinere Schaltungs elemente tragen, sind entwickelt worden, um diesen Bedarf zu erfüllen, siehe z. B. DE19833192. Ein solches Megaschallreinigungssystem für einzelne Substrate enthält eine Sonde und einen Umwandler und wird in der US-Patentschrift Nr. 6,140,744 beschrieben und ist im Handel von Verteq Inc., Santa Ana, Kalifornien, erhältlich. Eine Reinigungsvorrichtung, die darin beschrieben wird, umfasst eine längliche Sonde, die so konfiguriert ist, dass sie Megaschallenergie auf eine Oberfläche eines Substrats mittels eines Flüssigkeitsmeniskusses überträgt, der sich zwischen der Sonde und dem Substrat erstreckt. Da die Energie über einen Flüssigkeitsmeniskus übertragen wird, ist das Verfahren ein „nasses" Verfahren, und es erfordert, dass die Sonde sehr dicht an der Substratoberfläche positioniert wird.
Nach diesem „nassen" Reinigungsverfahren muss das Substrat vor der weiteren Verarbeitung getrocknet werden, siehe z. B. EP-0 905 747. Verschiedene Verfahren zum Trocknen des Substrats sind ausprobiert worden und haben im Allgemeinen das schnelle Drehen des Substrats und dadurch das Heruntertreiben der Flüssigkeit von der Substratoberfläche durch Zentrifugalkräfte, die durch das schnelle Drehen auftreten, eingeschlossen. Unglücklicherweise hat dieses Trocknungsverfahren seine Nachteile, wie die Tendenz von Flüssigkeit auf einer Oberfläche Rückstände zu hinterlassen, z. B. Wasserflecken. In der Vergangenheit waren solche Flecken für die einfacheren Schaltungselemente, die auf den Substraten erzeugt wurden, nicht von großer Bedeutung. Jedoch sind, wie bereits erwähnt, die Schaltungselemente, die auf den Substraten verarbeitet werden, feiner und deshalb empfindlicher für Verunreinigungen aller Arten, einschließlich Wasserflecken, geworden. Darüber hinaus sind die Substratverarbeiter aufmerksamer geworden für die Quellen von Verfahrensschwankungen, die sich in Schwankungen im Leistungsvermögen der Schaltungselemente und Ausbeuteschwankungen übertragen. Eine solche Quelle für diese Schwankungen sind Verunreinigungen, einschließlich Trocknungsrückstände. Deshalb ist von Einigen die sorgfältige Kontrolle der Trocknungsbedingungen untersucht worden.
Die europäische Patentanmeldungsschrift EP-0 905 747 A1 für IMEC offenbart eine Trocknungsvorrichtung, die Rotations- und Marangoni-Effekte ausnutzt, um die Trocknungsleistung zu verbessern. Wie vorstehend erwähnt, setzt die Rotation des Substrats die Flüssigkeit Zentrifugalkräften aus, welche die Flüssigkeit in der Regel aus dem Zentrum des Substrats in Richtung seiner Kante und letztendlich herunter von der Oberfläche treiben. Gleichzeitig erzeugt Dampf, der die Oberflächenspannung reduziert, den so genannten Marangoni-Effekt, der die Tendenz der Flüssigkeit, an der Substratoberfläche zu haften, verringert, d. h. die Oberflächenspannung der Flüssigkeit verringert. Dies verringert die Tendenz der Flüssigkeit, lange genug auf der Substratoberfläche zu verbleiben, um von der Oberfläche zu verdampfen, und hilft deshalb dabei, ein rückstandsfreies Trocknungsverfahren zu ergeben. Während die Vorrichtung von IMEC zufrieden stellende Ergebnisse bei der Substrattrocknung im Labor erreicht hat, ist das Konzept nicht in einer kommerziellen Anwendung implementiert worden.
Ein weiteres Problem, das sich bei der Nassreinigung durch schnelles Drehen und Trocknung von Substraten darstellt, ist die Eindämmung und Entsorgung der beteiligten Prozessflüssigkeiten, beispielsweise verschiedene Säuren, Basen, Lösemittel und deionisiertes Wasser. Einige dieser Flüssigkeiten können Arbeiter verletzen oder andere Ausrüstung in der Nähe der Reinigungsvorrichtung beschädigen, wenn die Arbeiter oder Ausrüstung mit den Prozessflüssigkeiten in Kontakt kommen. Somit ist vollständige Eindämmung und Entfernung der Prozessflüssigkeiten notwendig, um eine sichere Arbeitsumgebung beizubehalten und wertvolle Ausrüstung zu schützen.
Jedoch ist eine entscheidende Überlegung beim Entwurf für jede Maschine bei der Substratverarbeitung die Verfahrensdauer oder Durchsatz. Das liegt zum Teil daran, dass die Substratverarbeitung in sehr reinen und damit sehr teuren Fabrikationsanlagen erfolgen muss. Als Folge davon bevorzugen es Substratverarbeiter in der Regel, den Ausstoß bestehender Anlagen zu maximieren statt diese Anlagen zu vergrößern oder neue zu bauen. Also wird schneller Durchsatz bevorzugt.
Deshalb besteht ein Bedarf an einem verbesserten Reinigungsverfahren und an einer verbesserten Reinigungsvorrichtung, welche die Trocknungsleistung bei einer Anwendung zur Verarbeitung einer einzelnen Wafer verbessern und den Durchsatz bei der Durchführung von Substratreinigungs- und -trocknungsvorgängen verbessern.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist ein Verfahren zum Reinigen und Trocknen eines im Allgemeinen ebenen Substrats, das auf einem drehbaren Träger angebracht ist, nach Anspruch 1 und ein Messwandler, der dicht über einer oberen Oberfläche des Substrats positioniert ist, nach Anspruch 16.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische isometrische Ansicht einer Ausführungsform der Substratreinigungsvorrichtung.
2 ist eine schematische Draufsicht auf eine Ausführungsform einer Prozesskammer, welche eine Karte der Lage der Flüssigkeitsabgabevorrichtungen für die Substratreinigungsvorrichtung aus 1 zeigt.
3A ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform der Prozesskammer aus 2 entlang der Schnittlinien 3A–3A. 3B ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform der Prozesskammer aus 2 entlang der Schnittlinien 3B–3B.
4A ist eine schematische Draufsicht auf die Spülanordnung mit mehrfachen Abgabevorrichtungen aus 1.
4B ist eine schematische Seitenansicht auf die Spülanordnung mit mehrfachen Abgabevorrichtungen der Reinigungsvorrichtung aus 4A.
5 ist eine Draufsicht auf eine Ausführungsform der Substratreinigungsvorrichtung.
6 ist eine isometrische Ansicht einer Ausführungsform der Substratreinigungsvorrichtung, wobei die Abdeckung der Komponente entfernt ist und ein Abschnitt der entfernbaren oberen Abdeckung aufgeschnitten ist.
7 ist ein Seitenaufriss einer Ausführungsform der Substrataufspannvorrichtungs- und Servomotorbaueinheit.
8 ist eine Draufsicht auf eine Ausführungsform der Substrataufspannvorrichtungs- und Servomotorbaueinheit aus 7.
9A ist eine isometrische Ansicht einer Ausführungsform der Substrataufspannvorrichtungsbaueinheit des Substratreinigungssystems.
9B ist eine isometrische Ansicht einer Ausführungsform einer Aufspannvorrichtung mit offenem Zentrum der Substrataufspannvorrichtungsbaueinheit, die in 9A gezeigt ist.
10 ist eine isometrische Ansicht einer Ausführungsform des Prozessbeckens einer Ausführungsform der Substratreinigungsvorrichtung.
Die 11A bis 11C sind Seitenaufrisse einer Ausführungsform des beweglichen Spritzschutzes in verschiedenen Positionen des Verfahrens, wobei das Prozessbecken nur angedeutet ist.
12 ist eine Teilansicht einer Ausführungsform der Substrataufspannvorrichtung und des beweglichen Spritzschutzes, wobei der Spritzschutz im Querschnitt gezeigt ist.
13 ist eine Teildraufsicht auf eine Ausführungsform der Prozesskammer der Substratreinigungsvorrichtung, welche die Bewegungskurve der Reinigungsflüssigkeiten zeigt.
14 ist eine isometrische Ansicht einer Ausführungsform eines Spritzschutzes vom Drahtgittertyp.
15 zeigt ein Antriebsmodul in isometrischer Ansicht.
16 zeigt eine isometrische Ansicht einer Ausführungsform des Antriebsmoduls für eine Baueinheit zur Substrattrocknung.
17 zeigt eine Steuerstrategie, die durch das Antriebsmodul auf ein Verarbeitungsverfahren angewendet wird.
18 zeigt eine Steuerstrategie, die durch das Antriebsmodul in einem weiteren, beispielhaften Verarbeitungsverfahren durchgeführt wird.
19 zeigt eine Steuerstrategie, die durch das Antriebsmodul in einem weiteren, beispielhaften Verar beitungsverfahren, das auf die Trocknungsbaueinheit angewendet wird, durchgeführt wird.
20 zeigt ein Fließdiagramm einer beispielhaften Steuerstrategie zum Reinigen und Trocknen unter Verwendung der Reinigungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung.
21 zeigt ein zweidimensionales Diagramm der Verfahrensfenster für ein gemustertes und ein Blankosubstrat, welches die Zurückziehgeschwindigkeit des Trocknungskopfes zu der Drehgeschwindigkeit des Substrats in Beziehung setzt.
22A zeigt eine Karte für zwei Zonen von Zurückziehgeschwindigkeiten des Trocknungskopfes.
22B zeigt eine Karte für drei Zonen von Zurückziehgeschwindigkeiten des Trocknungskopfes.
23 zeigt einen Seitenaufriss einer stapelbaren Anordnung einer Ausführungsform der Substratreinigungsvorrichtung.
24 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der stapelbaren Anordnung der Substratreinigungsvorrichtung in einem Regalsystem von der Vorderseite der Vorrichtung.
25 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der stapelbaren Anordnung der Substratreinigungsvorrichtung in dem Regalsystem von der Rückseite der Vorrichtung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Die 1 bis 6 veranschaulichen eine Ausführungsform einer Megaschallreinigungs- und -trocknungsvorrichtung 100, die gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Auffangbehälter 102 darunter hergestellt wurde und eine Hauptbezugsplatte für Baueinheiten (gezeigt in den 6 bis 8, 9 bis 11C) trägt, die unterhalb einer entfernbaren oberen Abdeckung 104 angebracht ist. Ein Prozessbecken 106 ist innerhalb des Auffangbehälters 102 montiert und erstreckt sich durch einen Ausschnitt in der oberen Abdeckung 104. Das Becken 106, das vorzugsweise zylindrisch oder von jeder anderen geeigneten Gestalt ist, weist einen vertikalen Abschnitt auf, der sich durch den Ausschnitt der oberen Abdeckung bis zu einer gewünschten Höhe erstreckt. Der Ausschnitt der oberen Abdeckung hat vorzugsweise dieselbe Gestalt wie das Becken 106.
Mehrere Abgabevorrichtungen 108 sind an dem vertikalen Abschnitt des Beckens 106 befestigt, d. h. der Seitenwand des Beckens, und erstrecken sich in Richtung des Zentrums des Beckens. Jede der Abgabevorrichtungen 108 weist einen Auslass auf, durch den Fluid abgegeben wird. Diese Abgabevorrichtungen 108 können schwenkbar an Haltern, die die Gestalt eines umgekehrten „J" aufweisen, montiert sein, deren Innenkrümmung so konfiguriert ist, dass sie die obere Fläche des Beckens aufnimmt. Auf diese Weise kann die Höhe der Abgabevorrichtung festgelegt werden. Die Abgabevorrichtungen 108 sind mit Gas- oder Flüssigkeitsversorgungsleitungen (nicht gezeigt) verbunden, die der Oberfläche, von der erwünscht ist, dass sie gereinigt wird, Reinigungsmedien zuführen. Die Position der Abgabevorrichtungen im Hinblick auf die anderen Komponenten steht in einigen Ausführungsformen mit der Steuerung des Reinigungsvorgangs in Beziehung und wird nachstehend ausführlicher erläutert.
Eine Substrataufspannvorrichtung 110 einer Substrataufspannvorrichtungsbaueinheit 112 ist auch innerhalb des Prozessbeckens 106 angebracht und so konfiguriert, dass sie ein Substrat 114 während der Verarbeitung in der Reinigungsvorrichtung 100 aufnimmt und trägt (siehe die Figuren 7, 9B und 12). Die Aufspannvorrichtung 110 und die Abgabevorrichtungen 108 sind relativ zueinander so angebracht, dass, wenn das Substrat 114 auf der Aufspannvorrichtung 110 angebracht ist, die Reinigungsmedien, die von den Abgabevorrichtungen 108 abgegeben werden, auf eine Oberfläche des Substrats 114 gerichtet werden können. Die Aufspannvorrichtung 110 ist bezüglich des Prozessbeckens drehbar, wie nachstehend ausführlicher in Verbindung mit den 7 und 8 erläutert. Wie in den 1 und 6 gezeigt dreht sich das Substrat auf der Aufspannvorrichtung 110, wie durch die Pfeile 116 angezeigt, während der Verarbeitung in der Vorrichtung 100. Die Richtung der Pfeile 116 soll nicht bedeuten, dass sich das Substrat 114 in lediglich eine Richtung drehen kann. Das Substrat kann sich in die Richtung drehen, die derjenigen, die in den 1 und 6 gemäß der Waferreinigungs- und -trocknungsbaueinheit 100, gezeigt wird, entgegen läuft.
Die Seitenwand des Beckens 106 umfasst in der Nähe des hintersten Abschnitts des Beckens mindestens eine Öffnung. Diese Öffnungen stellen für beliebige aus einer Vielzahl von Verarbeitungsgeräten einen Zugriff auf die Prozesskammer des Prozessbeckens 106 bereit, z. B. stellt die Öffnung einen Zugriff für eine Reingungsbaueinheit 118 und/oder eine Baueinheit zur Substrattrocknung 120, hier auch als die Trocknungsbaueinheit 120 bezeichnet, bereit. Es kann auch zwei oder mehrere Öffnungen im hinteren Abschnitt der Seitenwand geben, eine, um einen Zugriff für die Trocknungsbaueinheit 120 bereitzustellen, und eine, um einen Zugriff für die Reinigungsbaueinheit 118 bereitzustellen. Weitere geeignete Verarbeitungsgeräte können auch in die Vorrichtung 100 eingebracht werden.
Die Reinigungsbaueinheit 118 kann eine stabförmige Sonde umfassen, die an einen Megaschallumwandler gekoppelt ist. Wie vorstehend erwähnt, wird eine stabförmige Sonde, die an einen Megaschallumwandler gekoppelt ist, ausführlicher in der US-Patentschrift Nr. 6,140,744 beschrieben. Wie dort beschrieben, ist eine Sonde 122 so konfiguriert, dass sie Megaschallenergie auf die Oberfläche des Substrats 114 mittels eines Flüssigkeitsmeniskusses überträgt, der sich zwischen der Sonde und dem Substrat 114 erstreckt, um Teilchen auf dem Substrat zu lösen. Die Sonde 122 muss dicht genug am Substrat 114 positioniert sein, so dass sich ein Flüssigkeitsmeniskus zwischen der Sonde und dem Substrat erstreckt. Vorzugsweise beträgt dieser Abstand etwa ein Zehntel Inch oder etwa 2,5 Millimeter, wodurch ein Meniskus derselben Höhe erzeugt wird, ausgenommen dass die Flüssigkeit auch eine kleine untere Schmalseite der Sonde bedeckt. In einer Form der Erfindung wird die Flüssigkeit, die den Meniskus ausbildet, durch geeignete Abgabevorrichtungen 108 auf die Oberfläche des Substrats 114 aufgetragen. Auch wenn eine stabförmige Sonde in Verbindung mit der hier beschriebenen bevorzugten Ausführungsform veranschaulicht wird, wird auch ein Messwandler jeder anderen geeigneten Gestalt funktionieren.
Die Regulierung der Flüssigkeitsgrenzfläche zwischen der Sonde 122 und dem Substrat 114 (der Meniskus) kann die Reinigungsleistung der Reinigungs- und Trocknungsvorrichtung 100 erhöhen. Es gibt mehrere Variablen, die die Menge an Energie beeinflussen, die durch die Flüssigkeit auf die Oberfläche des Substrats 114 übertragen werden kann, einschließlich der Höhe des Meniskusses, dem Fehlen oder Vorhandensein von Oberflächenwellen, welche die Sonde 122 zusammenpressen, der Fluidfließeigenschaften der Reinigungsmedien, der Fähigkeit, die Reinigungsmedien in einer pulsierenden (d. h. mit einer variablen Fließgeschwindigkeit) Weise abzugeben, der Frequenz der akustischen Energie, die auf die Sonde angewendet wird, der Verfügbarkeit einer Abgabevorrichtung, um Lademedien auf die Sonde 122 anzuwenden, um die Energie der Sonde zu dämpfen, und anderer Faktoren.
Die akustische Energie, die durch den Meniskus übertragen wird, kann gesteuert werden, indem die Abgabevorrichtungen für die Reinigungsflüssigkeit sorgfältig so angebracht werden, dass die Flüssigkeit, die sie abgeben, im Wesentlichen nicht den Betrieb der Sonde beeinträchtigt. Eine solche Beeinträchtigung kann beispielsweise auftreten, wenn die Dicke des Meniskusses in der Nähe der Sonde wesentlich schwankt. Dies kann beispielsweise eintreten, wenn Oberflächenwellen im Flüssigkeitsmeniskus in der Nähe der Sonde 122 erzeugt werden. Eine Möglichkeit, die Beeinträchtigung durch die abgegebene Flüssigkeit der Übertragung von Energie zu verringern, ist es, die Abgabevorrichtungen so anzubringen, dass die Düsen der Abgabevorrichtungen die Reinigungsflüssigkeit auf einen Abschnitt des Substrats abgeben, der nicht in der Nähe der Sonde ist. Die Abgabevorrichtungen 108 können an jeder gewünschten Stelle um den Umfang des Beckens 106 herum angebracht sein, und ihre Lage kann als eine Zahl von Graden zwischen 0 und 360 bezüglich einer Bezugslage definiert werden, wie die Sonde 122, die einen Teil der Reinigungsbaueinheit 118 bildet. Genauer gesagt ist dann, wenn die Sonde 122 die Bezugslage ist, 90 Grad die Lage, die sich ein Viertel des Wegs um das Becken 106 herum von der Sonde im Uhrzeigersinn, wie von oben gesehen, befindet.
Die Übertragung von Energie durch den Meniskus kann gesteuert werden, indem eine Karte der Lage der Flüssigkeitsabgabevorrichtungen für die Substratreinigungsvorrichtung 100 erzeugt wird. Eine Karte der Lage der Abgabevorrichtungen kann erzeugt werden, indem der 360-Grad-Bereich der Lagen der Reinigungsabgabevorrichtungen um den Umfang des Beckens 106 herum in mindestens zwei Umfangszonen unterteilt wird. Die Umfangszonen können physikalisch ausgeprägte Merkmale des Prozessbeckens 106 sein oder nicht. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Bereich der Düsenpositionen in fünf Umfangszonen (siehe 2) unterteilt. Eine Zone 150 kann die Position der Sonde 122 einschließen, d. h. die Bezugslage bei null Grad. Die Zone 150 kann sich im Uhrzeigersinn um das Becken 106 herum von etwa 315 Grad bis etwa 90 Grad erstrecken. Eine Zone 152, die sich im Uhrzeigersinn um das Becken 106 herum von etwa 270 Grad bis etwa 315 Grad erstreckt, kann sich angrenzend an die Zone 150 befinden. Eine Zone 154, die sich im Uhrzeigersinn um das Becken 106 herum von etwa 235 Grad bis etwa 270 Grad erstreckt, kann sich angrenzend an die Zone 152 befinden. Eine Zone 156, die sich im Uhrzeigersinn um das Becken 106 herum von etwa 135 Grad bis etwa 235 Grad erstreckt, kann sich angrenzend an die Zone 154 befinden. Eine Zone 158, die sich von etwa 90 Grad bis etwa 135 Grad erstreckt, befindet sich zwischen der Zone 156 und der Zone 150. In einer Ausführungsform sind die Abgabevorrichtungen für Reinigungsfluid 108 in beliebigen der Zonen 152, 154, 156 oder 158 angebracht. Stärker bevorzugt sind die Abgabevorrichtungen für Reinigungsfluid 108 in beliebigen der Zonen 154, 156 oder 158 angebracht. Noch stärker bevorzugt sind die Abgabevorrichtungen für Reinigungsfluid entweder in Zone 154 oder Zone 158 angebracht.
In einer anderen Variante kann die Zone 150 in zwei Unterzonen unterteilt sein. Die erste Unterzone erstreckt sich im Uhrzeigersinn von etwa 315 Grad bis etwa 45 Grad, und die zweite Unterzone erstreckt sich von etwa 45 Grad bis etwa 90 Grad. In dieser Ausführungsform sind die Abgabevorrichtungen für Reinigungsfluid 108 in beliebigen der Zonen 152, 154, 156, 158 oder der zweiten Unterzone der Zone 150, die sich von etwa 45 Grad bis etwa 90 Grad erstreckt, angebracht. Stärker bevorzugt sind die Abgabevorrichtungen für Reinigungsfluid 108 in beliebigen der Zonen 154, 156 oder 158 angebracht. Noch stärker bevorzugt sind die Abgabevorrichtungen für Reinigungsfluid entweder in Zone 154 oder Zone 158 angebracht.
Die Abgabevorrichtungen für Reinigungsfluid 108 geben Flüssigkeit in eine Richtung ab, die vorzugsweise im Allge meinen senkrecht zu einer vertikalen Ebene steht, die durch die longitudinale Achse der Sonde 122 verläuft. Jedoch können die Abgabevorrichtungen auf einen Bereich von Abgabewinkeln bezüglich der Sonde einstellbar gemacht werden. Beispielsweise können die Abgabevorrichtungen 108 um eine vertikale Achse gedreht werden, die durch die Basis der Abgabevorrichtung 108 verläuft. Der Drehungsbereich kann etwa dreißig Grad nach rechts und etwa dreißig Grad nach links von einer horizontalen Linie senkrecht zu der vertikalen Ebene, die durch die Sonde 122 verläuft, betragen. Dies kann die Steuerung des Meniskusses in einer oder mehreren der radialen Zonen 152 bis 158 verbessern. Beispielsweise kann in der Zone 152 ein Winkel von dreißig Grad nach rechts von der horizontalen Linie senkrecht zu der vertikalen Ebene, die durch die Sonde 122 verläuft, bevorzugt sein.
Wie in den 2 und 3A gezeigt, kann eine Abgabevorrichtung zum Laden des Messwandlers 109 so konfiguriert sein, dass sie Flüssigkeit direkt auf die Sonde 122 abgibt. Die Abgabevorrichtung 109 befindet sich vorzugsweise in Zone 150. Die Flüssigkeit, die auf die Sonde 122 durch die Abgabevorrichtung 109 angewendet wird, wird vorzugsweise in einem Abfluss oder in einem Rezirkulationsbecken (nicht gezeigt) gesammelt. Die Flüssigkeit, die durch die Abgabevorrichtung 109 angewendet wird, kann entweder deionisiertes Wasser oder eines von vielen bekannten chemischen Behandlungsverfahren sein, wie ein Ammoniak-Peroxid-Gemisch. Die Abgabevorrichtung 109 kann verwendet werden, um die Megaschallenergie in der Sonde 122 zu dämpfen. Diese Technik wird als „Laden" der Sonde bezeichnet. Die Sonde 122 wird vorzugsweise geladen, indem darauf Flüssigkeit aus der Abgabevorrichtung 109 an einer radialen Position zwischen der Kante des Substrats und der Innenwand des Prozessbeckens 106 angewendet wird. Die Reinigungsvorrichtung 100 weist vorzugsweise Steuerungssysteme auf, die die Sonde entweder laden oder nicht laden können, wie erforderlich. Das Laden der Sonde zieht etwas der Megaschallenergie aus der Sonde heraus und leitet es weg von der Oberfläche des Substrats 114. Dies kann die Reinigung verbessern, da einige Schaltelemente, die auf der Oberfläche des Substrats 114 erzeugt werden, zu empfindlich sein können, um sie ohne Dämpfen zu reinigen. Die Anwendung von Flüssigkeit aus der Abgabevorrichtung 109 kann Schäden an solchen Schaltelementen verringern, während sie noch das Reinigen bei einigen Anwendungen ermöglicht. Diese Technik kann in Kombination mit anderen Techniken, wie Ändern der angelegten Leistung, Frequenz und Energiedirektivität der Sonde, verwendet werden, um Schäden zu beherrschen. Durch Anwenden von Flüssigkeit auf die Sonde aus der Abgabevorrichtung 109 kann auch der Durchsatz des Substratreinigungsverfahrens verringert sein, da die Zeit, die für die Sonde 122 erforderlich ist, um die Flüssigkeit auf der Oberfläche des Substrats zu kontaktieren, verringert sein kann.
Die Abgabevorrichtung 109 in der Vorrichtung 100 stellt mehrere Vorteile bereit. Ein Vorteil, der mit dem vorstehend beschriebenen Dämpfen der Sonde in Beziehung steht, ist mit der Abstimmung der Sonde 122 verbunden. Jede Sonde weist geringfügig unterschiedliches Reinigungsleistungsvermögen auf. Als Folge wird vor dem Installieren der Sonde in die Vorrichtung 100 die Sonde 122 vorzugsweise abgestimmt. Weiterhin kann ein spezifischer Substrattyp, der von einem Kunden verwendet wird, sehr empfindlich gegenüber der Energie sein, die auf ihn angewendet wird, und als Folge kann zu viel Energie Schäden an diesem Typ von Substrat verursachen. Demgemäß kann es notwendig sein, die Sonde 122 auf den Substrattyp des Kunden abzustimmen. Das Abstimmen der Sonde schließt das Betreiben der Sonde bei vielen Frequenzen ein, um die Frequenz zu finden, die die beste Reinigungsleistung bereitstellt. Manchmal jedoch stellt das Einstellen der Frequenz der Leistung, die auf die Sonde 122 angewendet wird, nicht genügend Abstimmungsauflösung be reit, d. h. benachbarte Frequenzschritte sind zu groß, um die gewünschte Reinigungsleistung zu ergeben. In diesem Fall kann die Technik zum Dämpfen der Sonde, die vorstehend beschrieben wurde, in Kombination mit Frequenzeinstellungen verwendet werden, um die Sonde richtig abzustimmen.
Wie vorstehend erwähnt, ist es wünschenswert, den Durchsatz zum Reinigen von Substraten auf der Vorrichtung 100 zu verringern. Wie nachstehend ausführlicher in Verbindung mit 20 erläutert, lässt sich die Sonde in das Becken 106 ausfahren und daraus zurückziehen. Die Abgabevorrichtung 109 verbessert vorteilhafterweise den Durchsatz, indem sie möglich macht, dass die Sonde 122 Megaschallenergie auf das Substrat anwendet, während sie über dem Substrat ausgefahren wird. Durch Anwenden von Flüssigkeit auf die Sonde 122 aus der Abgabevorrichtung 109 kann die Menge an Leistung, die durch den Meniskus übertragen wird, skaliert werden, um Schäden an feinen Strukturen auf der Oberfläche zu verhindern, um die geringere Kontaktfläche zwischen der Sonde und der Flüssigkeit zu erklären oder um anderweitig die Wirkleistung zu skalieren, wie es erforderlich ist. Dies verbessert die Reinigungseffektivität, den Reinigungsdurchsatz und deshalb Besitzkosten, die mit der Vorrichtung 100 verknüpft sind.
Ein weiterer Vorteil, der durch Zufügen der Abgabevorrichtung 109 bereitgestellt wird, ist, dass Flüssigkeit aus der Abgabevorrichtung 109 verwendet werden kann, um die Sonde 122 zu spülen. Durch Spülen der Sonde 122 können Verunreinigungen, die während des Reinigens eines vorherigen Substrats 114 von der Sonde 122 aufgenommen wurden, vor dem Reinigen eines nachfolgenden Substrats 114 verringert werden. Durch Verringern der Verunreinigungen auf der Sonde 122 ist das Reinigen des nachfolgenden Substrats 114 durch die Vorrichtung 100 wirksamer und effektiver.
Der Meniskus kann weiter reguliert werden, indem sorgfältig die Fluidfließeigenschaften der Reinigungsmedien, die auf das Substrat 114 durch die Düsen der Abgabevorrichtungen 108 gerichtet sind, reguliert werden. Diese Eigenschaften werden reguliert, indem ein bevorzugter Innendurchmesser der Düse gewählt wird. Variieren des Düsendurchmessers beeinflusst den Fluidfluss der Reinigungsmedien. Beispielsweise ergeben bei einer Reinigungsflüssigkeit, die der Düse mit einem konstanten Druck zugeführt wird, kleinere Düsen in der Regel höhere Geschwindigkeiten des Reinigungsfluids. Der bevorzugte Fluiddruck für Reinigungsflüssigkeit, die der Düse zugeführt wird, liegt in einem Bereich von etwa 2 bis etwa 30 Pfund pro Quadrat-Inch oder etwa 13.700 Newton pro Quadratmeter bis etwa 206.800 Newton pro Quadratmeter. Höhere Fluidgeschwindigkeiten beeinträchtigen in der Regel das Reinigungsvermögen der Sonde stärker. Also wird die Düsengröße vorzugsweise reguliert. Damit angemessen gereinigt werden kann, beträgt die Düsengröße vorzugsweise mehr als etwa 0,125 Inch oder etwa 3,2 Millimeter in einer Ausführungsform. Die Düsengröße der Abgabevorrichtung für Reinigungsmedien beträgt vorzugsweise mehr als etwa 0,25 Inch oder etwa 6,4 Millimeter in einer weiteren Ausführungsform. Die Düsengröße der Abgabevorrichtung für Reinigungsmedien beträgt am stärksten bevorzugt etwa 0,25 Inch oder etwa 6,4 Millimeter.
Wie erwähnt, nimmt die Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeit, die aus der Düse austritt, bei derselben volumetrischen Fließgeschwindigkeit mit kleineren Düsengrößen zu. Da der Abstand zwischen der Düse und dem Substrat festgelegt ist, kann das Variieren der Düsengröße erfordern, dass sich die Bewegungskurve der Flüssigkeit ändert. So ist bei einer 0,125-Inch-Düse die Bewegungskurve der Düse und der Flüssigkeit, wie sie anfangs aus der Düse austritt, ungefähr fünfzehn Grad unterhalb des Horizonts. Im Gegensatz dazu ist bei einer 0,25-Inch-Düse die Bewegungskurve der Düse und die anfängliche Bewegungskurve der Flüssigkeit zwischen etwa dreißig Grad und etwa fünfundvierzig Grad über dem Horizont, siehe 3B.
Eine andere Variable, die die Reinigungseffektivität erhöhen kann, ist die Fähigkeit, das Aufbringen von Reinigungsmedien auf das Substrat zu pulsen. Dieses Pulsen bringt vorzugsweise das Ab- und Anstellen der abgebenden Düse in regelmäßigen Zeitabständen mit sich. Allgemeiner gesagt kann es das Variieren der volumetrischen Fließgeschwindigkeit der Medien mit sich bringen, die aus der Abgabevorrichtung austreten. Bei einer gegebenen Geometrie der Abgabevorrichtung und bei einem flüssigen Reinigungsmedium wird die Fließgeschwindigkeit durch Variieren des Fluiddrucks eingestellt. So können die Abgabevorrichtungen vorzugsweise reguliert werden, dass sie Flüssigkeit auf das Substrat in einer pulsierenden Weise auftragen. Im pulsierenden Modus werden die Düsen zur Abgabe von Reinigungsmedien vorzugsweise mit einer Frequenz von 0,1 Hertz bis 0,5 Hertz periodisch durchgefahren, d. h. einer Periode im Bereich von 2 Sekunden bis 10 Sekunden. In einer anderen Ausführungsform kann der Fluiddruck beispielsweise von etwa 30 Pfund pro Quadrat-Inch oder etwa 206.900 Newton pro Quadratmeter bis etwa 2 Pfund pro Quadrat-Inch oder etwa 13.700 Newton pro Quadratmeter variiert werden. Stärker bevorzugt kann der Druck von etwa 10 Pfund pro Quadrat-Inch oder etwa 69.000 Newton pro Quadratmeter bis etwa 2 Pfund pro Quadrat-Inch oder etwa 13.700 Newton pro Quadratmeter variiert werden. Pulsieren kann unter Verwendung anderer Techniken erzielt werden. Beispielsweise kann pulsierendes Auftragen von Fluid auf das Substrat auch durch Variieren der Fluidfließgeschwindigkeit von der bevorzugten maximalen Fließgeschwindigkeit bis zu einer geringeren, von null verschiedenen Fließgeschwindigkeit erreicht werden.
Andere Variablen, die zur Steuerung der Art und weise, auf die akustische Energie durch den Meniskus übertragen wird, verwendet werden können, schließen die Höhe des Menis kusses, die Frequenz der Energie, die auf die Sonde angewendet wird, und andere Faktoren ein. Wie vorstehend erläutert kann die Frequenz, die auf die Sonde 122 angewendet wird, eingestellt werden, um die Sonde 122 abzustimmen. Dieses Verfahren ergibt eine bevorzugte Betriebsfrequenz für die Sonde 122, die der höchsten Reinigungseffektivität entsprechen kann. Die Sonde 122 kann bei einem weiten Bereich von Frequenzen betrieben werden, beispielsweise von etwa 500 Kilohertz („kHz") bis etwa 1,5 Megahertz (MHz). Die Sonde 122 kann auch sehr gut in einem Frequenzbereich von etwa 825 kHz bis etwa 850 kHz betrieben werden. Die Sonde 122 kann auch sehr gut in einem Frequenzbereich von etwa 836 kHz bis etwa 844 kHz betrieben werden. Die Sonde 122 kann sehr gut bei etwa 836 kHz oder etwa 844 kHz betrieben werden. Wie nachstehend ausführlicher erläutert, umfasst die Vorrichtung 100 ferner eine Steuerungseinheit 147, die programmierbar ist, um Megaschallenergie auf die Sonde in einem oder mehreren der vorstehend beschriebenen Frequenzbereiche anzuwenden.
Wie vorstehend erläutert, kann die bevorzugte Betriebsfrequenz einer einzelnen Sonde 122 von mehreren Faktoren abhängen, beispielsweise den tatsächlichen Abmessungen der Sonde 122, den Gesamtabmessungen der gesamten Reinigungsbaueinheit 118, der Substratanwendung und anderen Faktoren. Wie vorstehend in Verbindung mit dem Laden der Sonde 122 erläutert, kann, wenn die Reinigungsanwendung Substrate 114, die sehr feine Strukturen tragen, einschließt, die bevorzugte Betriebsfrequenz der Megaschallenergie, die auf die Sonde 122 angewendet wird, von der Frequenz, die der höchsten Reinigungseffektivität entspricht, abgeändert werden. Diese andere Frequenz kann die Möglichkeit verringern, dass die Sonde 122 die feinen Strukturen auf dem Substrat 114 beschädigt.
Die 4A und 4B veranschaulichen eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung 100. Es kann manchmal wünschenswert sein, zusätzlich zu dem Reinigen und Trocknen das Substrat 114 abzuspülen. Während der Spülschritt sich zum Durchsatz dazu addieren kann, kann eine Spülanordnung mit mehrfachen Abgabevorrichtungen die zusätzliche Verarbeitungszeit minimieren. Wie in 4A gezeigt, sind mehrere Spülabgabevorrichtungen 111 am Prozessbecken 106 befestigt und so konfiguriert, dass sie Spülflüssigkeit auf das Substrat 114 auftragen. Während des Spülens besteht im Allgemeinen kein Bedarf, einen regulierten Meniskus beizubehalten. Deshalb kann ein Hochgeschwindigkeitsspülverfahren verwendet werden. Wie in 4B gezeigt, können die Spülabgabevorrichtungen 111 im Hochgeschwindigkeitsspülverfahren bezüglich des Horizonts nach unten, beispielsweise um etwa fünfzehn Grad, orientiert sein. Die zwei Spülabgabevorrichtungen 111 verdoppeln vorteilhafterweise bei jeder Umdrehung des Substrats ungefähr das Volumen an Spülflüssigkeit, das auf die äußere Kante des Substrats 114 aufgetragen wird, verglichen mit einer Spülanordnung mit einer einzigen Abgabevorrichtung. Dies vermindert die Spülverfahrensdauer, wo erforderlich, und minimiert deshalb den Durchsatz von Prozessen, die Spülen erfordern. Die Spülabgabevorrichtungen 111 können auch am Becken 106 angebracht sein, so dass sie auf das Zentrum des Substrats 114 abgeben.
Die Sonde 122 lässt sich durch eine der Öffnungen in der Seitenwand des Beckens 106 in das Becken 106 ausfahren und daraus zurückziehen. Beispielsweise ist, wie durch den Pfeil 124 gezeigt, die Baueinheit 118 in radialer Richtung beweglich. Die Baueinheit 118 kann vorzugsweise aus der hintersten Seitenwand des Prozessbeckens 106 ausgefahren werden, bis sie etwa zum Zentrum oder knapp über das Zentrum des Substrats 114 hinaus reicht. Wenn andererseits die Baueinheit 118 zurückgezogen wird, wird das Meiste der Sonde 122 unter der Abdeckung 132 aufgenommen. Wie in der vorstehend angemerkten US-Patentschrift Nr. 6,140,744 beschrieben, wird Megaschallenergie, die auf einen Um wandler, der mit der Sonde 122 gekoppelt ist, angewendet wird, auf die Sonde 122 und durch den Meniskus der Flüssigkeit auf das Substrat 114 übertragen, wodurch Teilchen auf dem Substrat 114 gelöst werden, während sich das Substrat 114 dreht.
In der bevorzugten Ausführungsform umfasst das Prozessbecken 106 auch eine zweite Öffnung zur Aufnahme der Trocknungsbaueinheit 120. Die Baueinheit 120 kann einen Trocknungskopf 128 einschließen, der ausführlicher in der europäischen Patentanmeldungsveröffentlichung EP0905747A1 beschrieben ist. Wie dort beschrieben, weist die Trocknungsbaueinheit 120 einen Trägerarm für eine Baueinheit zur Substrattrocknung 130 auf, der so befestigt ist, dass er radial bezüglich des Substrats 114 in eine und aus einer Position dicht über der oberen Oberfläche (der Schaltelementseite) des Substrats 114, das auf der Aufspannvorrichtung 110 getragen wird, beweglich ist. Die Trocknungsbaueinheit 120 schließt einen Auslass ein, der Flüssigkeit auf die Oberfläche des Substrats aufträgt oder dorthin abgibt, und schließt auch einen Auslass ein, der Dampf, der die Oberflächenspannung beeinflusst, auf die Oberfläche des Substrats 114 aufträgt oder dorthin abgibt. Der Auslass für trocknenden Dampf ist radial jenseits des Auslasses für die Trocknungsflüssigkeit angebracht. Die Trocknungsbaueinheit 120 ist so entworfen, dass sie durch die hinterste Seitenwand des Prozessbeckens 106 in Richtung auf und knapp über das Zentrum der Prozesskammer des Prozessbeckens 106 hinaus ausgefahren werden kann. Wenn die Trocknungsbaueinheit 120 zurückgezogen ist, ruht sie in erster Linie unter der Abdeckung 132. Der Betrieb der Trocknungsbaueinheit 120 und der Reinigungsbaueinheit 118 kann sorgfältig gesteuert werden, damit das Substrat 114 mit einer zufrieden stellenden Geschwindigkeit ausreichend gereinigt wird. Diese Steuerung wird in Verbindung mit einem nachstehend beschriebenen Verfahren beschrieben. Die Trocknungsbaueinheit 120 trocknet die Oberfläche des Substrats 114 durch Zentrifugalwirkung und durch Verdrängen der Prozessflüssigkeiten auf der Oberfläche mit einer Flüssigkeit, die die Oberflächenspannung beeinflusst, welche die Oberflächenspannung der Prozessflüssigkeiten verringert.
Ein beweglicher Spritzschutz 134 befindet sich auch im Prozessbecken 106 und wird im Hinblick auf die 11A bis 13 ausführlicher erläutert. In der bevorzugten Ausführungsform wird die Bewegung des Spritzschutzes 134 durch mehrere Träger erzeugt, die einen vorderen Träger 136 und hintere Träger 138 umfassen. wie in 1 gezeigt, erstreckt sich der Träger 136 durch die obere Abdeckung 104, während sich die Träger 138 durch die hintere Abdeckung 132 erstrecken. Selbstverständlich ist klar, dass die Lagen der Träger variiert werden können, was den Betrieb des Spritzschutzes 134 beeinflusst.
Jetzt Bezug nehmend auf 2 wird ein Ventilverteiler und zugehörige Rohrleitungen 140 bereitgestellt, um die Flüssigkeit und/oder das Gas zuzuführen, das von den Abgabevorrichtungen 108 abgegeben wird. Die Abgabevorrichtungen 108 umfassen jeweils einen Auslass, um die Flüssigkeit und/oder das Gas auf die Oberfläche des Substrats 114 an einer bevorzugten Stelle zu richten. Die Rohrleitungen 140 liegen unter der Abdeckung 132. Die Reinigungsvorrichtung 100 umfasst auch einen Entleerungs- und Ausflussverteiler 142, um Abgase, Flüssigkeiten und Verunreinigungen fortzuschaffen.
6 zeigt einen Teil der entfernbaren oberen Abdeckung 104 aufgeschnitten. Eine Hauptbezugsplatte 163 ist unter der oberen Abdeckung 104 zu sehen. Die Megaschallsonde 122, die auf einer Höhe über dem Substrat 114 angebracht ist, wenn das Substrat 114 innerhalb der Substrataufspannvorrichtung 110 angebracht ist, wird durch ein Antriebsmodul für die Megaschallsonde 144 betätigt. Der Trocknungs kopf 128, der auch auf einer Höhe über dem Substrat 114 angebracht ist, wird in gleicher Weise durch ein Antriebsmodul für die Trocknungsbaueinheit 146 betätigt. Beide Antriebsmodule 144, 146 sind innerhalb der Abdeckung 132 auf der Baueinheitenhauptträgerplatte 163 montiert, werden von einer Steuerungseinheit 147 gesteuert und werden ausführlicher nachstehend in Verbindung mit den 15 und 16 erläutert. In der veranschaulichten Ausführungsform sind beide Antriebsmodule 144, 146 Linearantriebsmodule, aber jedes geeignete Antriebsprofil funktioniert.
Jetzt Bezug nehmend auf die 7 und 8 umfasst die Substrataufspannvorrichtungsbaueinheit 112 einen Servomotor 160 und eine Lagerkassette für die Substrataufspannvorrichtung 162, die jeweils daran angebracht eine Transmissionsscheibe aufweisen und jeweils auf der Trägerplatte 163 angebracht sind. Die Transmissionsscheibe des Motors 160 und die Transmissionsscheibe der Kassette 162 sind durch einen Riemen eines Synchronriemenscheibenantriebs 164 verbunden. Die Lagerkassette für die Substrataufspannvorrichtung 162 weist einen röhrenförmigen oder mittig offenen Schaft 166 auf, der ein Gebiet 168 bereitstellt, das Abgabevorrichtungen, Sensoren und andere Komponenten enthalten kann. In einigen Ausführungsformen ist das Gebiet 168 ein Abgabegebiet, durch das Reinigungsfluid geleitet werden kann, um Fluid auf eine untere Oberfläche des Substrats aufzutragen. Auch wenn es hier als eine Lagerkassette beschrieben wird, kann jedes geeignete Lager verwendet werden, das mit dem röhrenförmigen Schaft 166 funktioniert.
Der röhrenförmige Schaft 166 stellt einen Zugriff für Rohre, Verdrahtung, mechanische Komponenten und dergleichen 170 bereit, die das Reinigen der Unterseite des Substrats 114 durchführen können. Beispielsweise kann sich eine Fluidabgabevorrichtung auf der Unterseite 171 durch den röhrenförmigen Schaft 166 nach oben in eine Position erstrecken, so dass sie Flüssigkeit auf die untere Oberfläche des Substrats 114 auftragen kann (siehe 9B). 9B zeigt, dass die Fluidabgabevorrichtung auf der Unterseite 171 ungehinderten Zugriff für Fluid, das durch die Fluidabgabevorrichtung auf der Unterseite 171 geleitet wird, bereitstellen kann. Die Abgabevorrichtung 171 ist in 9B schematisch ohne Befestigungsteile gezeigt. Es gibt viele Möglichkeiten, wie die Abgabevorrichtung 171 angebracht werden kann, so dass sie Reinigungsmedien auf die Substratoberfläche abgeben kann. Beispielsweise kann die Abgabevorrichtung 171 durch einen Halter 173, der auf der Trägerplatte 163 befestigt ist, an Ort und Stelle gehalten werden. Dieser Halter kann im Allgemeinen in Gestalt eines „J" vorliegen, wobei sich der aufrechte Abschnitt des „J" in den mittig offenen Schaft erstreckt und die zwei aufrechten Abschnitte über der Transmissionsscheibe sitzen, die an dem inneren Laufring der Lagerkassette befestigt ist (siehe die 7 und 8). Die mehreren Abgabevorrichtungen 108, die auf einer höheren Höhe als das Substrat 114 angebracht sind, können inzwischen Flüssigkeit auf die obere Oberfläche des Substrats 114 auftragen. Auf diese Weise kann die Vorrichtung 100 das gleichzeitige Reinigen beider Seiten des Substrats 114 durchführen.
Wie in 9B gezeigt, weist die Substrataufspannvorrichtung 110 einen unteren Träger 172 auf, welcher ein sich horizontal erstreckender Abschnitt ist, der sicher an einem oberen Ende des röhrenförmigen Schafts 166 der Lagerkassette 162 mit mehreren Befestigungselementen für die Aufspannvorrichtung 174 befestigt ist. Die Lagerkassette 162 ist auch mit der Substrataufspannvorrichtung 110 auf eine Weise verbunden, die erlaubt, dass die Aufspannvorrichtung 110 sich bezüglich der Platte 163 dreht. Der röhrenförmige Schaft 166 weist vorzugsweise einen Durchmesser von vier Inch oder einen Durchmesser von etwa 102 Millimeter auf.
Wenn der Motor 160 auf eine regulierte Weise angetrieben wird, überträgt sich die Drehung des Motors 160 über den Riemen 164 auf die Kassette 162, was bewirkt, dass sich auch die Kassette 162 und die Substrataufspannvorrichtung 110 auf eine regulierte Weise drehen. Die Substrataufspannvorrichtung 110 umfasst auch mehrere Substratträgerpfosten 176. Die Pfosten 176 erstrecken sich von einer unteren Oberfläche des horizontalen Abschnitts oder unteren Abschnitts 172 nach oben. Die Pfosten 176 werden nachstehend ausführlicher beschrieben. In der bevorzugten Ausführungsform ist die Substrataufspannvorrichtung 110 in der Richtung senkrecht zur Oberfläche der Platte 163 eingebaut, vertikal in der gezeigten Anordnung eingebaut. Andere Substrataufspannvorrichtungen, die konfiguriert sind, dass sie sich ineinander schieben lassen (d. h. sich in der Richtung der Drehachse bewegen lassen), sind bekannt und können auch in diesem Substratreinigungssystem implementiert werden.
Wie in 9B gezeigt, trägt die Substrataufspannvorrichtung 110 das Substrat 114 über der Lagerkassette 162. Das Substrat 114 ist auf einer Höhe über der Lagerkassette 162 durch die mehreren Substratträgerpfosten 176 angebracht. Wie zu sehen ist, sind die Trägerpfosten durch ein Band 177 verstärkt, das jeden der Trägerpfosten 176 auf etwa der halben Höhe der Pfosten 176 verbindet. Das Band 177 verhindert, dass sich die Pfosten 176 im Betrieb biegen, so dass die Pfosten 176 weiterhin das Substrat 114 während der gesamten Reinigungs- und Trocknungsprozesse tragen. Es gibt einen offenen Raum zwischen dem Band 177 und der Basis der Aufspannvorrichtung 110, welcher ermöglicht, dass Flüssigkeit unterhalb des Substrat aus der Seite der Aufspannvorrichtung entweicht.
Indem das Substrat 114 derart getragen wird, wird unter dem Substrat 114 ein Abstand geschaffen, auf den von den ver schiedenen Komponenten 170 zugegriffen werden kann. Die Substratträgerpfosten 176 stellen ein passives Rückhaltesystem für das Substrat 114 bereit. Das passive Rückhaltesystem kann eine Nut umfassen, die sich an der Seite des Pfostens befindet, die der Drehachse der Lagerkassette 162 am nächsten liegt. Diese Nut umfasst einen horizontalen Abschnitt und einen vertikalen Abschnitt. Der horizontale Abschnitt stellt eine Oberfläche bereit, auf der das Substrat 114 ruht. Deshalb stellt der horizontale Abschnitt des Trägerpfostens 176 ein passives Rückhaltesystem in der vertikalen Richtung gegen die Schwerkraft bereit. Der vertikale Abschnitt stellt eine Oberfläche bereit, auf die die äußere Kante des Substrats 114 durch die Drehung der Substrataufspannvorrichtung 110 gepresst werden kann. Deshalb stellt der vertikale Abschnitt des Trägerpfostens 176 ein passives Rückhaltesystem in Form der Zentripetalkraft in der horizontalen Richtung bereit. Selbstverständlich können andere Vorrichtungen verwendet werden, um das Substrat in Position zu halten, wie ein Mechanismus, der durch die Drehung der Aufspannvorrichtung 110 betätigt wird. Ein solcher Mechanismus presst sich gegen das Substrat, wodurch es an Ort und Stelle gehalten wird, wenn sich das Substrat dreht, lässt es aber los, wenn es sich nicht dreht.
Bezug nehmend auf 10 wird das Prozessbecken 106 gezeigt, wobei die Reinigungskomponenten entfernt wurden. Das Prozessbecken 106 ist auf der Trägerplatte 163 angebracht und weist einen Lade/Entlade-Zugriffsschlitz 198 auf, um einen Roboterarm aufzunehmen. Der Schlitz 198 befindet sich an der Vorderseite des Beckens 106 und ist mindestens so breit wie der Durchmesser des Substrats 114. Die Höhe des Schlitzes reicht aus, um robotisches Laden und Entladen des Substrats 114 auf die Substrataufspannvorrichtung 110 zu ermöglichen. Deshalb muss die obere Kante des Schlitzes 198 auf einer Höhe liegen, die um mindestens die Dicke des Substrats 114 höher ist als die obere Seite des Substratträgerpfostens 176. Die untere Kante des Schlitzes 198 liegt auf einer Höhe, die mindestens um die Dicke des Roboterarms unter der horizontalen Portion der Nut liegt. Der Roboterarm weist vorzugsweise ein Schaufelblatt auf, das so konfiguriert ist, dass es sich während des Prozesses des Ladens oder Entladens des Substrats auf die Aufspannvorrichtung 110 in das offene Zentrum der Aufspannvorrichtung 110 erstreckt. Das Schaufelblatt erstreckt sich unter dem Substrat 114, aber über dem Band 177.
Auf der Trägerplatte 163 sind auch die Träger 136, 138 angebracht, die den beweglichen Spritzschutz 134 tragen. Die Träger 136, 138 sind vertikal in Bewegung zu setzen, und wenn sie angehoben werden, wird auch entsprechend der Spritzschutz 134 relativ zu der festen Höhe des Substrats 114 angehoben, wenn es auf der Substrataufspannvorrichtung 110 angebracht ist. Wie gezeigt, können die Träger 136, 138 ein oder mehrere Scharniere 139 umfassen, um die Bewegung des Spritzschutzes 134 zu erleichtern. Natürlich können andere Anzahlen von beweglichen Trägern auch verwendet werden, um den Spritzschutz 134 zu bewegen.
Jetzt Bezug nehmend auf die 11A bis 11C, sind die Träger 136, 138 vertikal bewegbar, so dass der bewegliche Spritzschutz 134 passend bezüglich des Schlitzes 198 und bezüglich des Substrats 114 positioniert werden kann, wenn es auf der Aufspannvorrichtung 110 angebracht ist.
Bezug nehmend auf 11A sind die Träger 136, 138 derart beweglich, dass die Vorderseite des beweglichen Spritzschutzes 134 auf einer Höhe unter dem Schlitz 198 angeordnet ist. Dies kann als die zurückgezogene Position oder die Substrat-Lade/Entlade-Position bezeichnet werden. Wenn sich der Spritzschutz 134 in der zurückgezogenen Position befindet, kann ein Roboterarm, der das Substrat 114 in die Prozesskammer abliefert, durch den Schlitz 198 ausgefahren werden, bis das Substrat 114 direkt über der Substrataufspannvorrichtung 110 ist. Dann kann der Roboterarm das Substrat 114 auf die Aufspannvorrichtung 110 absenken. Dies wird hier als Laden des Substrats auf den Substratträger oder die Aufspannvorrichtung bezeichnet. Wie vorstehend beschrieben ist der Schlitz 198 hoch genug, so dass der Roboterarm auf eine Höhe unter dem horizontalen Abschnitt der Nut in den Trägerpfosten 176 abgesenkt werden kann. Auf dieser unteren Position kann der Roboterarm aus der Prozesskammer zurückgezogen werden, ohne das Substrat 114 zu berühren. Die zurückgezogene Position des Spritzschutzes 134 erleichtert somit das Laden und Entladen unter Verwendung eines Roboterarms.
Bezug nehmend auf 11B kann der bewegliche Spritzschutz 134 auch positioniert werden, indem die Träger 136, 138 in eine Nassbearbeitungsposition in Bewegung gesetzt werden. In der Nassbearbeitungsposition ist die Vorderseite des Spritzschutzes 134 auf einer höheren Höhe als die Rückseite des Spritzschutzes 134 angeordnet. Die Höhe der oberen Kante des Spritzschutzes 134 ist über der Vorderseite des Substrats 114 und ist gerade niedrig genug in der Nähe der Rückseite, um einen Zugriff auf das Substrat 114 für die Reinigungssonde 122 bereitzustellen. Es gibt in dieser Position auch gerade genug Spielraum, dass die Flüssigkeits- und Dampfauslässe des Trocknungskopfs 128 über das Substrat 114 ausgefahren werden können. In dieser Position hält der Spritzschutz 134 die Prozessflüssigkeiten zurück, wobei er verhindert, dass sie durch den Schlitz 198 austreten. Auf der Rückseite des Substrats 114 kann ein kleiner Abschnitt des Substrats 114 auf oder gerade über der Höhe des Spritzschutzes 134 sein. Dies verhindert, dass die gesamte Flüssigkeitsmenge bis auf eine sehr geringe Menge über die obere Kante des Spritzschutzes 134 geschleudert wird. Gleitflächendichtungen umgeben die Sonde 122 und den Trocknungskopf 128, um diese geringe Menge an Flüssigkeit zurückzuhalten. Ebenso ist die Unterseite des Spritzschutzes 134 auf einer Höhe unter der Unterseite des Schlitzes 198.
Bezug nehmend auf 11C können schließlich die Träger 136, 138 in Bewegung gesetzt werden, um den beweglichen Spritzschutz 134 in eine Trockenbearbeitungsposition zu bewegen, in der der Trocknungskopf 128 über die obere Oberfläche des Substrats 114 ausgefahren ist. In dieser Position wird der Spritzschutz 134 in eine im Allgemeinen horizontale Position gebracht, d. h. der senkrechte Abstand vom Substrat 114 zu der Ebene der Oberseite des Spritzschutzes 134 ist ein konstanter Wert. In der Trockenbearbeitungsposition ist die Oberseite des Spritzschutzes 134 auf einer Höhe über dem Schlitz 198, und die Unterseite des Spritzschutzes 134 ist auf einer Höhe unter der Unterseite des Schlitzes 198. Dies verhindert, dass Flüssigkeit, die vom Substrat abgeschleudert wird, aus der Vorrichtung 100 in das umgebende Gebiet austritt. Der Spritzschutz 134 lenkt auch Prozessflüssigkeiten von den Substratoberflächen weg, wodurch Zurückspritzen auf die Oberfläche der Substrate verhindert wird.
Bezug nehmend auf 12 umfasst der bewegliche Spritzschutz 134 ein zylindrisches Band 210 mit einer ringförmigen Oberfläche, das einen Durchmesser aufweist, der größer als der Durchmesser der Substrataufspannvorrichtung 110 ist, aber kleiner als der Durchmesser des Prozessbeckens 106 (siehe 1). Verbunden mit dem oberen Abschnitt des zylindrischen Bands 210 ist ein kegelstumpfförmiger Abschnitt 212, der unter einem Winkel α bezüglich der Ebene der Basis des Spritzschutzes 134 angeordnet ist. Der Innendurchmesser des konischen Abschnittes 212 ist größer als der Außendurchmesser der Substrataufspannvorrichtung 110. Die ringförmige Oberfläche des kegelstumpfförmigen Abschnitts 112, der auf das Substrat 114 zu zeigt, ist vorzugsweise glatt. Andere Oberflächen können jedoch auch wirksam sein, wie der Spritzschutz vom Drahtgittertyp, der nachstehend in Verbindung mit 14 beschrieben wird.
Wie in 12 zu sehen, wird die Flüssigkeit auf der Oberfläche des Substrats 114 vom Substrat 114 in Richtung der ringförmigen Oberfläche des konischen Abschnittes 212 des beweglichen Spritzschutzes 134 durch Zentrifugalkräfte abgeschleudert, die aus dem schnellen Drehen des Substrats 114 herrühren. Diese Flüssigkeit trifft unter dem Winkel α auf die ringförmige Oberfläche des konischen Abschnitts 212 und wird durch die ringförmige Oberfläche des konischen Abschnitts 212 des beweglichen Spritzschutzes 134 in eine Richtung abgelenkt, die im Allgemeinen nach unten, aber auch radial nach außen von der äußeren Kante des Substrats 114 zeigt. Der Winkel α liegt in einer Ausführungsform zwischen 10 Grad und 60 Grad. Der Winkel α liegt in einer anderen Ausführungsform zwischen 20 Grad und 50 Grad. Der Winkel α liegt in einer anderen Ausführungsform zwischen 30 Grad und 40 Grad. Die Glätte der ringförmigen Oberfläche des konischen Abschnittes 212 erhält in der Regel die Tröpfchen eher als dass sie bewirkt, dass sie verdampfen. Wie vorstehend erwähnt und ausführlicher in Verbindung mit 14 erläutert können auch andere Konfigurationen der Oberfläche des Spritzschutzes das Zurückspritzen auf das Substrat 114 verhindern.
13 veranschaulicht ferner die Bewegungskurve der Flüssigkeit, die durch die Zentrifugalkräfte, die auf die Flüssigkeit auf der Oberfläche des sich schnell drehenden Substrats 114 ausgeübt werden, von der Oberfläche des Substrats 114 weg transportiert wird. Die Bewegungskurve der transportierten Flüssigkeit verläuft im Allgemeinen in der Richtung der Drehung des Substrats 114. Wenn sich die Flüssigkeit vom Substrat weg bewegt, bewegt sie sich in Richtung der ringförmigen Oberfläche des konischen Abschnitts 212, trifft auf die ringförmige Oberfläche und wird unter einem Winkel von ihrem ursprünglichen Weg zwi schen dem Substrat 114 und der ringförmigen Oberfläche abgelenkt. Die Flüssigkeit wird auf eine solche Weise abgelenkt, dass verhindert wird, dass die Flüssigkeit auf das Substrat 114 zurückspritzt. Das Zurückspritzen der Flüssigkeit kann verhindert werden, indem die ringförmige Oberfläche unter einem Winkel angebracht wird, wie vorstehend beschrieben, so dass die Flüssigkeit relativ zur Höhe der Oberfläche des Substrats nach unten und radial nach außen vom Zentrum der Aufspannvorrichtung 110 abgelenkt wird. Wie vorstehend erwähnt funktioniert das Trocknungsverfahren durch Verdrängen der Reinigungsflüssigkeiten auf der Substratoberfläche durch Flüssigkeit, die die Oberflächenspannung verringert. Der bewegliche Spritzschutz 134 wird in Verbindung mit der Trocknungsbaueinheit 120 verwendet, um sicherzustellen, dass wenig oder kein Trocknen durch Verdampfen des Zurückgespritzten der Reinigungsflüssigkeit von der Substratoberfläche auftritt.
Jetzt Bezug nehmend auf 14 wird ein Spritzschutz vom Drahtgittertyp 230 gezeigt. Der Spritzschutz vom Drahtgittertyp 230 umfasst einen Rahmen 232 und einen Drahtgitterabschnitt 234. Der Drahtgitterabschnitt 234 umfasst vorzugsweise mehrere Stränge, die einander kreuzend (z. B. senkrecht kreuzend) angeordnet sind, wodurch sich ein Gitter mit rechteckigen Öffnungen bildet. Allgemeiner gesagt können zwei Sätze von Strängen jede vierseitige Gestalt bilden. Ebenso können mehr als zwei Sätze von Strängen verwendet werden, um das Drahtgitter mit Öffnungen von jeder polygonalen Gestalt zu bilden. Bei einer Variante weist das Drahtgitter eine Öffnung von 1 mm bei etwa 44 offener Fläche auf. Der Drahtgitterabschnitt 234 kann an dem Rahmen 232 befestigt sein, oder der Rahmen und das Drahtgitter können eine Einheit sein. Auch wenn der Spritzschutz vom Drahtgittertyp 230 als ein Zylinder gezeigt wird, kann er viele Gestalten aufweisen und kann beispielsweise als ein kegelstumpfförmiger Abschnitt geformt sein, wie der Spritzschutz 134.
Eine andere Variante umfasst einen Spritzschutz, der mindestens zwei Drahtgitterabschnitte aufweist. Bei dieser Anordnung wird ein zweiter Drahtgitterabschnitt im Allgemeinen konzentrisch um einen ersten Drahtgitterabschnitt herum angebracht. Im Allgemeinen weist der erste Drahtgitterabschnitt Öffnungen und offene Fläche auf, die gleich wie oder größer als die Öffnungen und offene Fläche des zweiten Drahtgitters sind. Das zweite Drahtgitter kann eine Öffnung von 1 mm bei etwa 44 % offener Fläche aufweisen. In einer anderen Variante kann das zweite Drahtgitter eine Öffnung von etwa 0,3 mm bei 36 % offener Fläche aufweisen. In noch einer anderen Variante kann der erste Drahtgitterabschnitt eine Öffnung von etwa 1 mm bei etwa 44 % offener Fläche aufweisen, und das zweite Drahtgitter kann eine Öffnung von etwa 0,3 mm bei etwa 36 % offener Fläche aufweisen. Noch eine andere Variante umfasst das Verwenden eines Drahtgitterabschnittes, der dem Drahtgitterabschnitt 234 ähnlich ist, in Verbindung mit einem ringförmigem Spritzschutz, der dem Schutz 134 ähnlich ist.
Wie beim Spritzschutz 134 kann der Spritzschutz 230 an den Trägern 136 und 138 befestigt sein, die vertikal in Bewegung zu setzen sind. Zusammen mit den Scharnieren 139 ermöglichen die Träger 136, 138, dass der Spritzschutz vom Drahtgittertyp 230 sich bewegt, wenn der Spritzschutz 134 bewegt wird, wie in den 11A bis 11C gezeigt. Wie der konische Abschnitt 212 fängt der Drahtgitterabschnitt 234 des Spritzschutzes vom Drahtgittertyp 230 die Flüssigkeit, die von einer oberen Oberfläche des Substrats 114 abgeschleudert wird, auf eine Weise ab, die verhindert, dass die Flüssigkeit auf die obere Oberfläche des Substrats 114 zurückspritzt.
Jetzt Bezug nehmend auf die 6, 15 und 16 umfasst die Reinigungs- und Trocknungsvorrichtung 100 ein Antriebsmodul für die Trocknungsbaueinheit 146. In der bevorzugten Ausführungsform umfasst das Antriebsmodul 146 einen Servomotor 250, ein lineares Lager 252, eine Kugelumlauf-Leitspindel 254 und einen Annäherungssensor 256, um eine Endposition und eine Anfangsposition abzutasten. Die Trocknungsbaueinheit 120, die den Trocknungskopf 128 und den Trägerarm für eine Baueinheit zur Substrattrocknung 130 einschließt, wird mit einem Halter 258 am Antriebsmodul 146 befestigt.
16 zeigt alle Komponenten des Antriebsmoduls 146, das in 15 gezeigt wird, und zeigt ferner das Gehäuse des Antriebsmechanismus 180 nur angedeutet, was die Synchronriemen- und Transmissionsscheibenantriebsbaueinheit 182 erkennen lässt. Auch wenn das Antriebsmodul für die Reinigungsbaueinheit 144 nicht im Detail gezeigt wird, ist sein Aufbau dem Aufbau des Antriebsmoduls 146 ähnlich, ausgenommen dass die Trocknungsbaueinheit 120 durch die Reinigungsbaueinheit 118 ersetzt ist.
Die Antriebsmodule 144, 146 werden von einer Steuerungseinheit 147 angetrieben, die die Sonde 122 oder den Trocknungskopf 128 radial bezüglich des Substrats 114 positioniert. Beispielsweise wird die Sonde 122 durch das Antriebsmodul 144 radial aus der Prozesskammer des Prozessbeckens 106 eingefahren oder zurückgezogen. Das Antriebsmodul 144 ist mit der Reinigungsbaueinheit 118 verbunden und bewegt sie radial bezüglich des Substrats 114 derart, dass die Sonde 122 sich in Richtung des Zentrums des Substrats 114 erstreckt oder davon zurückgezogen wird. Das Antriebsmodul 144 kann die Sonde 122 auch so zurückziehen, dass sie sich außerhalb des äußeren Durchmessers des Substrats 114 befindet. In ähnlicher Weise kann das Antriebsmodul 146 den Trocknungskopf 128 in eine Position auf einer Höhe über dem Substrat 114, aber innerhalb dessen Radius ausfahren und kann auch den Reinigungskopf 128 zurückziehen.
Die Steuerungseinheit 147, welche die Antriebsmodule 144, 146 betätigt, kann verwendet werden, um verschiedene Steuerstrategien zu implementieren, wodurch die Leistung der Reinigungsvorrichtung 100 maximiert wird. Unterschiedliche Steuerstrategien können in Abhängigkeit von vielen Faktoren gewählt werden, beispielsweise unter anderem der Größe des Substrats, der verwendeten Reinigungslösung, der Empfindlichkeit der Strukturen, die auf der Oberfläche des Substrats aufgebaut werden, und dem Grad der erforderlichen Reinlichkeit. Diese Steuerstrategien können graphisch, beispielsweise in einem zweidimensionalen Graphen, veranschaulicht werden.
Wie in 17 gezeigt kann die Position der Sonde 122 bezüglich des Substrats 114 im Verlauf der Zeit veranschaulicht werden. Eine Möglichkeit der Veranschaulichung ist es, die Position der Sonde bezüglich der Kante oder des Zentrums des Substrats 114 auf der y-Achse und die Zeit auf der x-Achse aufzutragen. Die Position der Kante des Substrats 114 und des Zentrums des Substrats 114 werden auf der y-Achse als gestrichelte Linien gezeigt. Die gestrichelte Linie, die näher an der x-Achse liegt, stellt die Kante des Substrats 114 dar, während die gestrichelte Linie, die am weitesten von der x-Achse entfernt liegt, das Zentrum des Substrats 114 darstellt. Die durchgezogene Linie in 17 stellt die Position der Sonde 122 im Verlauf der Zeit bezüglich des Substrats 114 dar. Der Servomotor 250 fährt die Sonde 122 in einer im Allgemeinen radialen Richtung bei einer konstanten linearen Geschwindigkeit bezüglich des Lagers 252 aus, bis die Sondenspitze sich beim oder gerade jenseits des Zentrums des Substrats 114 befindet. Dann stoppt in einer Ausführungsform die Steuerungseinheit 147 den Servomotor 250, was die lineare Geschwindigkeit der Sonde 122 während des Reinigungsvorgangs auf null setzt. In einer anderen Ausführungsform kann, wie vorstehend in Verbindung mit den 2 und 3 erläutert, Flüssigkeit auf die Sonde 122 angewendet werden, um die Sonde 122 zu laden, während die Sonde 122 aus der Abgabevorrichtung 109 ausgefahren wird. In diesem Fall kann das Reinigen stattfinden, während die Sonde 122 über dem Substrat 114 ausgefahren wird. Die Sonde 122 kann auch geladen werden, währende sie über dem Substrat 114 stationär ist, um Schäden an Strukturen des Substrats 114 zu vermindern, um die Sonde 122 abzustimmen oder aus anderen Gründen. Am Ende der Reinigung wird die Sonde 122 mit einer konstanten linearen Geschwindigkeit zurückgezogen, bis sie die Anfangsposition erreicht, die radial weiter weg vom Zentrum der Lagerkassette 162 liegt, als die äußere Kante oder der Umfang des Substrats 114 liegt. In einer anderen Variante kann Megaschallenergie auf die Sonde 122 angewendet werden, während sie zurückgezogen wird. In diesem Fall kann es notwendig sein, die Sonde 122 zu laden, damit die passende Menge an Megaschallenergie auf die Oberfläche des Substrats 114 angewendet wird, während die Sonde 122 zurückgezogen wird.
Ein anderes Beispiel für eine Steuerstrategie wird in 18 wiederum in x-y-Koordinaten veranschaulicht, die Zeit bzw. Position zeigen. Der Servomotor 250 fährt die Sonde 122 in einer im Allgemeinen radialen Richtung mit einer konstanten Geschwindigkeit aus, bis das Ende der Sonde 122 sich beim oder jenseits des Zentrums des Substrats 114 befindet. Dann weist die Steuerungseinheit 147 den Servomotor 250 an zu stoppen, so dass die Geschwindigkeit der Sonde null ist, und die Position der Sonde 122 wird während des Reinigungsvorgangs konstant gehalten. Als Nächstes weist die Steuerungseinheit 147 den Servomotor 250 an, die Sonde 122 mit sich ändernder Geschwindigkeit zurückzuziehen. Das heißt, die lineare Geschwindigkeit der Sonde 122 bezüglich des Lagers 252 ist am größten zu Beginn des Zurückziehens, und die lineare Zurückziehgeschwindigkeit wird kontinuierlich über die Strecke der Bewegung der Sonde 122 in Richtung auf die Kante des Substrats verringert.
Bezug nehmend auf 19 wird eine Steuerstrategie für das Antriebsmodul der Trocknungsbaueinheit 146 veranschaulicht. Bei dieser Strategie weist die Steuerungseinheit 147 den Servomotor an, den Trocknungskopf 128 mit einer konstanten Geschwindigkeit von der Kante des Substrats 114 bis gerade jenseits des Zentrums des Substrats 114 auszufahren. Dann weist die Steuerungseinheit 147 den Servomotor 250 an zu stoppen, was die Geschwindigkeit des Trocknungskopfs 128 auf null bringt und seine Position eine Zeit lang konstant hält. Als Nächstes weist die Steuerungseinheit 147 den Servomotor 250 an, den Trocknungskopf 128 mit sich ändernder Geschwindigkeit zurückzuziehen, wobei die Zurückziehgeschwindigkeit zu Beginn am größten ist und wobei die Geschwindigkeit abnimmt, während sich der Trocknungskopf 128 in Richtung auf die Kante des Substrats 114 bewegt. Als Nächstes weist die Steuerungseinheit 147 den Servomotor 250 an, das Zurückziehen des Trocknungskopfs 128 in der Nähe der Kante des Substrats 114 zu stoppen, was die Geschwindigkeit des Trocknungskopfs 128 auf null bringt und seine Position eine Zeit lang konstant hält. Schließlich weist die Steuerungseinheit 147 den Servomotor 250 an, den Trocknungskopf 128 mit einer konstanten Geschwindigkeit zurückzuziehen, wodurch der Trocknungskopf 128 in die Anfangsposition zurückkehrt.
Die vorstehend beschriebene Reinigungs- und Trocknungsvorrichtung 100 kann gesteuert werden, um einen zufrieden stellenden Reinigungs- und Trocknungsprozess bereitzustellen, wie durch eine bevorzugte Ausführungsform in 20 gezeigt. Der Prozess beginnt bei einem Startblock 300. Dann positioniert bei einem Prozessblock 302 das Antriebsmodul 144 die Sonde 122 dicht über einer oberen Oberfläche des Substrats 114, das in der und sich drehend mit der Aufspannvorrichtung 110 angeordnet ist. Als Nächstes wird bei einem Prozessblock 304 Fluid auf das Substrat 114 aufgebracht, wodurch ein Meniskus zwischen der Sonde 122 und dem Substrat 114 erzeugt wird. Dann wird in einem Prozessblock 306 Megaschallenergie auf die Sonde 122 angewendet, wodurch bewirkt wird, dass die Megaschallenergie durch den Meniskus auf das Substrat 114 übertragen wird. Die Megaschallenergie, die auf das Substrat 114 angewendet wird, löst Teilchen auf dem Substrat 114. Die Megaschallenergie ist im Bereich der Sonde 122 am stärksten. Deshalb wird es bevorzugt, dass sich das Substrat 114 unter der Sonde mit einer ersten Geschwindigkeit dreht, so dass die gesamte obere Oberfläche des Substrats 114 der Megaschallenergie ausgesetzt wird. In einer Variante können die Prozessschritte 304 und 306 kombiniert sein. In diesem Fall wird die Megaschallenergie auf die Sonde 122 angewendet, wenn die Sonde über das Substrat 114 ausgefahren wird. Diese Variante kann ferner das Anwenden von Flüssigkeit auf die Sonde 122 durch die Abgabevorrichtung 109 einschließen, während die Megaschallenergie auf die Sonde angewendet wird und während die Sonde über das Substrat 114 ausgefahren wird. Als Nächstes wird in einem Prozessblock 308 die Sonde 122 am oder nahe am Ende eines Reinigungsvorgangs zurückgezogen. In noch einer weiteren Variante können die Prozessblöcke 304, 306 und 308 alle kombiniert werden, so dass Megaschallenergie auf die Oberfläche des Substrats 114 durch die Sonde 122 angewendet wird, während die Sonde 122 ausgefahren wird, während sie stationär über der Substratoberfläche ist und während sie zurückgezogen wird. Bei jedem dieser Stadien kann es erwünscht sein, Ladeflüssigkeit auf die Sonde 122 durch die Abgabevorrichtung 109 anzuwenden, um die Leistung zu verringern, die auf die Oberfläche des Substrats 114 angewendet wird, um die Sonde 122 abzustimmen oder aus anderen Gründen. Dann wird in einem Prozessblock 310 das Substrat 114 mit einer geeigneten Flüssigkeit gespült. Eine bevorzugte Spülflüssigkeit ist deionisiertes Wasser. In einer anderen Variante kann der Prozessblock 310 eine chemische Behandlung einschließen, wie eine Behandlung mit Flusssäure.
Dann wird in einem Prozessblock 312 der Trägerarm für eine Baueinheit zur Substrattrocknung 130 in eine Position dicht über dem Substrat 114 bewegt. Der Prozessblock 312 wird vorzugsweise mindestens zum Teil gleichzeitig mit dem Prozessblock 308 durchgeführt.
Wie vorstehend beschrieben schließt die Trocknungsbaueinheit 120 einen Auslass zum Aufbringen von Flüssigkeit auf die obere Oberfläche des Substrats ein und schließt auch einen Auslass zum Aufbringen von trocknendem Dampf auf die obere Oberfläche des Substrats ein. Als Nächstes wird in einem Prozessblock 314 der Trägerarm für eine Baueinheit zur Substrattrocknung 130 so positioniert, dass sich der Auslass, aus dem die Flüssigkeit aufgebracht wird, der Trocknungsbaueinheit 120 ungefähr über dem Zentrum des Substrats 114 befindet. Jeder der Prozessblöcke 308 bis 320 kann das Erhöhen der Drehgeschwindigkeit des Substrats 114 auf eine zweite Geschwindigkeit einschließen. Die zweite Drehgeschwindigkeit des Substrats 114 ist vorzugsweise viel größer als die erste Drehgeschwindigkeit des Substrats 114. Bei höheren Drehgeschwindigkeiten wird Prozessflüssigkeit von den Substratoberflächen mit einer höheren Geschwindigkeit weg geschleudert. Dies erhöht die Wahrscheinlichkeit für Zurückspritzen. Wie vorstehend in Verbindung mit den 11B und 11C erwähnt, ist der Spritzschutz 134 konfiguriert, um dies zu minimieren. In der Position, die in 11B gezeigt ist, liegt das Meiste des Umfangs des Substrats 114 unter der oberen Kante des Spritzschutzes 134. wie in 11C gezeigt, liegt der gesamte Umfang des Substrats 114 unter dem Spritzschutz 134. Somit gibt es eine minimale Fläche, die nicht durch den Spritzschutz 134 gegen Zurückspritzen geschützt ist.
Dann wird in einem Prozessblock 316 Flüssigkeit auf das Substrat 114 durch den Auslass, aus dem die Flüssigkeit aufgebracht wird, des Trocknungskopfs 128 aufgebracht. In einer vorteilhaften Alternative wird der Prozessblock 316 mindestens zum Teil gleichzeitig mit dem Prozessblock 314 durchgeführt. Auf diese Weise wird die Flüssigkeit auf das Substrat 114 durch den Auslass, aus dem die Flüssigkeit aufgebracht wird, des Trocknungskopfs 128 aufgebracht, während sich der Trägerarm für eine Baueinheit zur Substrattrocknung 130 zum Zentrum des Substrats 114 bewegt. In einem Prozessblock 318 wird der Trägerarm für eine Baueinheit zur Substrattrocknung 130 auf eine Position zurückgezogen, wo der Trocknungsauslass des Trocknungskopfs 128 über dem Zentrum des Substrats 114 positioniert ist. In einem Prozessblock 320 wird der Dampf, der die Oberflächenspannung beeinflusst, auf das Substrat 114 aufgebracht, während sich das Substrat 114 dreht. Der Dampf, der beim Prozessblock 320 angewendet wird, trocknet das Zentrum des Substrats 114 auf Grund der Drehung und durch die Wirkung des Dampfes auf die Flüssigkeit auf der Oberfläche des Substrats 114. In einem Prozessblock 322 wird der Trägerarm für eine Baueinheit zur Substrattrocknung 130 radial nach außen mit einer regulierten Geschwindigkeit bis an den Umfang des Substrats 114 zurückgezogen. Wenn der Trägerarm für eine Baueinheit zur Substrattrocknung 130 zurückgenommen wird, wird Flüssigkeit auf das Substrat 114 durch den Flüssigkeitsauslass des Trocknungskopfs 128 aufgebracht. Die Steuerung des Zurückziehens wird nachstehend ausführlicher erläutert. Im Prozessblock 322 bringt der Trocknungskopf 128 Dampf, der die Oberflächenspannung beeinflusst, auf das Substrat 114 durch den Auslass, aus dem Dampf aufgebracht wird, nachfolgend auf das Aufbringen von Flüssigkeit auf. Dann wird in einem Prozessblock 324, wenn sich der Trocknungskopf 128 dem Umfang des Substrats nähert, das Aufbringen von Flüssigkeit auf die obere Oberfläche des Substrats 114 gestoppt. In einem Prozessblock 326 wird das Zurückziehen des Trägerarms für eine Baueinheit zur Substrattrocknung 130 in der Nähe des Umfangs des Substrats 114 gestoppt. Im Prozessschritt 326 wird auch die Drehgeschwindigkeit des Substrats 114 stark erhöht. Dies trocknet in der Regel eine untere Oberfläche des Substrats 114 durch Zentrifugalwirkung. Dann wird in einem Prozessblock 328 das Aufbringen von trocknendem Dampf auf das Substrat 114 gestoppt, bevor der Trocknungskopf 128 über den äußeren Umfang des Substrats 114 hinaus zurückgezogen wird. In einem Endblock 330 wird der Trocknungskopf 128 in die Anfangsposition zurückgezogen, die Drehung des Substrats 114 wird gestoppt, und der Prozess ist beendet.
Wie vorstehend erwähnt ist eine wichtige Überlegung, die auf eine Reinigungsvorrichtung für einzelne Wafer angewendet wird, der Durchsatz. Folglich kann der Prozess, der in den Prozessschritten 300 bis 330 dargestellt ist, optimiert werden, um die Reinigungs-, Spül- und Trocknungszeit zu minimieren. Es ist klar, dass zu diesem Zweck einige der vorstehenden Prozessblöcke mit dem Verfahren, das die Erfindung noch implementiert, kombiniert werden können. Beispielsweise werden in einer Variante des vorstehenden Verfahrens die Prozessblöcke 308, 310 und 312 mindestens zum Teil gleichzeitig durchgeführt. In einer anderen Variante des vorstehend beschriebenen Verfahrens können die Prozessblöcke 318 und 320 zum Teil gleichzeitig durchgeführt werden. Ebenso werden, auch wenn die vorstehend aufgeführten Prozessblöcke mit niedrigeren Nummern im Allgemeinen vor den Blöcken mit höheren Nummern beginnen, viele der Blöcke mindestens zum Teil gleichzeitig durchgeführt.
Das vorstehend beschriebene Verfahren kann in eine breite Vielzahl von Reinigungs- und Trocknungsvorschriften eingearbeitet werden. Beispielsweise beginnt eine Trocknungsvorschrift für ein 8-Inch- oder 200-Millimeter-Substrat, nachdem die Sonde 122 im Prozessblock 308 zurückgezogen wurde. Der Prozessblock 310 beginnt, indem sich das Substrat bei der zweiten Geschwindigkeit, z. B. 300 Upm, dreht (wobei die erste Drehgeschwindigkeit diejenige ist, die für die Reinigungsbaueinheit 118 erforderlich ist). Diese zweite Geschwindigkeit wird 29 Sekunden beibehalten.
Im Prozessblock 310 wird das Substrat 114 5 Sekunden gespült. Der Prozessblock 310 kann auch eine Behandlung mit Flusssäure einschließen.
Der Prozessblock 312, der den Trägerarm für eine Baueinheit zur Substrattrocknung 130 in Richtung auf eine Stelle über dem Zentrum des Substrats 114 bewegt, beginnt 4 Sekunden vor dem Ende von Prozessblock 310. Im Prozessblock 314 wird der Trägerarm für eine Baueinheit zur Substrattrocknung 130 so positioniert, dass sich der Auslass, aus dem die Flüssigkeit aufgebracht wird, des Trocknungskopfs 128 ungefähr über dem Zentrum des Substrats 114 befindet. Im Prozessblock 316 wird Flüssigkeit auf das Substrat 114 durch den Auslass, aus dem die Flüssigkeit aufgebracht wird, des Trocknungskopfs 128 aufgebracht. Dies setzt sich bis zum Prozessblock 324 fort. Beim Prozessblock 318 wird der Trägerarm für eine Baueinheit zur Substrattrocknung 130 zurückgezogen. Wenn der Prozessblock 318 beendet ist, ist der Trocknungsauslass des Trocknungskopfs 128 über dem Zentrum des Substrats 114 positioniert. Beim Prozessblock 320 wird der Dampf, der die Oberflächenspannung beeinflusst, auf das Substrat 114 aufgebracht. Als Nächstes wird beim Prozessblock 322 der Trägerarm für eine Baueinheit zur Substrattrocknung 130 radial nach außen zurückgezogen, während Flüssigkeit bzw. Dampf auf das Substrat 114 durch die Flüssigkeits- bzw. Dampfauslässe des Trocknungskopfs 128 aufgebracht werden. Als Nächstes wird beim Prozessblock 324 das Aufbringen von Flüssigkeit auf das Substrat 114 gestoppt. Das Zurückziehen des Trocknungskopfs 128 wird beim Prozessblock 326 gestoppt. Noch beim Prozessblock 326 wird die Drehgeschwindigkeit des Substrats 114 stark erhöht, um so eine untere Oberfläche des Substrats 114 zu trocknen. Diese erhöhte Geschwindigkeit beträgt vorzugsweise 1000 Umdrehungen pro Minute (Upm) oder mehr und beträgt stärker bevorzugt 1800 Upm. Schließlich wird beim Prozessblock 328 das Aufbringen von Dampf auf das Substrat 114 gestoppt, und der Trocknungskopf 128 wird über den äußeren Umfang des Substrats 114 hinaus zurückgezogen. Wie erwähnt, ist die vorstehende Vorschrift für ein 8-Inch- oder 200-Millimeter-Substrat. Es ist klar, dass die Zeiten für unterschiedliche Anwendungen, einschließlich unterschiedlicher Substratgrößen, variieren können.
Die Reinigungsvorrichtung, die hier offenbart wird, nutzt auch eine Beziehung zwischen der Drehgeschwindigkeit des Substrats 114 und der Geschwindigkeit aus, mit der das Antriebsmodul 146 den Trocknungskopf 128 zurückzieht. Im Allgemeinen gilt, dass je schneller die Drehung ist, desto schneller das Zurückziehen sein kann. In einigen Ausführungsformen ist es erwünscht, angemessene Trocknung in der kürzesten Zeit bereitzustellen. 21 stellt ein Beispiel für die Beziehung zwischen Drehgeschwindigkeit des Substrats und Zurückziehgeschwindigkeit der Trocknungsbaueinheit bereit, wo es erwünscht ist, eine einzige, konstante Zurückziehgeschwindigkeit zu verwenden. Wie in Verbindung mit den 22A bis 22B zu sehen, können unter einigen Bedingungen höhere Zurückziehgeschwindigkeiten bei derselben Drehgeschwindigkeit erzielt werden.
Jetzt Bezug nehmend auf 21 wird ein Beispiel für die Beziehung zwischen der Drehgeschwindigkeit und der Zurückziehgeschwindigkeit als ein zweidimensionales Verfahrensfenster veranschaulicht. Die x-Achse des Verfahrensfensters stellt einen Bereich von Geschwindigkeiten dar, mit denen der Trägerarm für eine Baueinheit zur Substrattrocknung 130 und der Trocknungskopf 128 der Trocknungsbaueinheit 120 zurückgezogen werden können. Die y-Achse stellt den Bereich der Umdrehungen pro Minute (Upm) dar, mit denen die Aufspannvorrichtung 110 das Substrat 114 drehen kann. Im Beispiel für die Beziehung, das in 21 gezeigt wird, kann sich das Substrat 114 während des Trocknungsvorgangs der oberen Oberfläche des Substrats in einem Bereich von etwa 200 Upm bis etwa 1.000 Upm drehen, während der Trägerarm für eine Baueinheit zur Substrattrocknung 130 in einem Bereich von etwa 4 mm pro Sekunde bis etwa 9 mm pro Sekunde zurückgezogen werden kann. In einer anderen Ausführungsform kann sich das Substrat 114 während des Trocknungsvorgangs der oberen Oberfläche des Substrats in einem Bereich von etwa 50 Upm bis etwa 1000 Upm drehen, während der Trägerarm für eine Baueinheit zur Substrattrocknung 130 in einem Bereich von etwa 1 mm pro Sekunde bis etwa 20 mm pro Sekunde zurückgezogen werden kann. Es ist klar, dass höhere Drehgeschwindigkeiten des Substrats möglich sind und dass, wie in 21 gezeigt, solche höheren Drehgeschwindigkeiten das Zurückziehen der Trocknungsbaueinheit mit höheren Geschwindigkeiten als denjenigen, die in 21 gezeigt sind, ermöglichen.
Zwei vorteilhafte Verfahrensfenster, die die Zurückziehgeschwindigkeit des Trägerarms für eine Baueinheit zur Substrattrocknung 130 und die Drehgeschwindigkeit des Substrats 114 bestimmen, sind ferner in 21 veranschaulicht. Eine Linie 402 stellt ein Verfahrensfenster für ein Blankosubstrat dar, das eine bevorzugte Beziehung zwischen der Zurückziehgeschwindigkeit des Trägerarms für eine Baueinheit zur Substrattrocknung 130 und der Drehgeschwindigkeit eines Blankosubstrats ist. Ein Blankosubstrat ist eines, das eine einheitliche obere Oberfläche aufweist. Eine Linie 404 stellt ein Verfahrensfenster für ein gemustertes Substrat dar, das eine bevorzugte Beziehung zwischen der Zurückziehgeschwindigkeit der Trocknungsbaueinheit und der Drehgeschwindigkeit eines gemusterten Substrats ist. Ein gemustertes Substrat ist eines, das ein oder mehrere Merkmale aufweist, die auf der oberen Oberfläche erzeugt wurden. Die bevorzugte Zurückziehgeschwindigkeit des Trägerarms für eine Baueinheit zur Substrattrocknung 130 beträgt bei einem Blankosubstrat etwa 5 Millimeter pro Sekunde, wenn die Drehgeschwindigkeit des Substrats 114 etwa 300 Upm beträgt. Die bevorzugte Zurückziehgeschwindigkeit des Trägerarms für eine Baueinheit zur Substrattrocknung 130 beträgt bei einem gemusterten Substrat etwa 4 Millimeter pro Sekunde, wenn die Drehgeschwindigkeit des Substrats 114 etwa 300 Upm beträgt. Wie ersichtlich ist, kann die bevorzugte Zurückziehgeschwindigkeit um etwa 0,5 mm pro Sekunde für jede Zunahme um 100 Upm bei der Drehung des Substrats erhöht werden. Bei Blankosubstraten, die sich schneller als 900 Upm drehen, wird die bevorzugte Zurückziehgeschwindigkeit des Trägerarms für eine Baueinheit zur Substrattrocknung 130, wenn die Geschwindigkeit, mit der sich das Substrat 114 dreht, erhöht wird, um etwa 1,0 mm pro Sekunde für jede Zunahme um 100 Upm bei der Drehung des Substrats erhöht.
Die Verfahrensfenster für Blanko- und gemusterte Substrate, die in 21 gezeigt werden, veranschaulichen auch andere alternative Zurückziehgeschwindigkeiten, die ein zufrieden stellendes Trocknen bei einer gegebenen Drehgeschwindigkeit des Substrats durchführen. Beispielsweise kann bei Blankosubstraten die Zurückziehgeschwindigkeit des Trägerarms für eine Baueinheit zur Substrattrocknung 130 der Trocknungsbaueinheit 120 niedriger sein als die bevorzugte Geschwindigkeit, während immer noch ein zufrieden stellendes Trocknen durchgeführt wird. Diese niedrigeren Geschwindigkeiten sind die Zurückziehgeschwindigkeiten, die links von der Linie 402 stehen. Ebenso kann bei gemusterten Substraten der Trägerarm für eine Baueinheit zur Substrattrocknung 130 der Trocknungsbaueinheit 120 mit Geschwindigkeiten zurückgezogen werden, die niedriger als die bevorzugte Geschwindigkeit sind, während immer noch ein zufrieden stellendes Trocknen durchgeführt wird. Diese niedrigeren Zurückziehgeschwindigkeiten für gemusterte Substrate sind links der Linie 404. Ebenso kann die Drehgeschwindigkeit bei einer gegebenen Zurückziehgeschwindigkeit höher (d. h. weiter oben im Graphen) als die bevorzugte Geschwindigkeit sein, die durch die Linien 402, 404 veranschaulicht wird.
Es wurde gefunden, dass einige Gebiete oder Zonen im Substrat schneller als andere Gebiete oder Zonen trocknen. Die 22A bis 22B veranschaulichen, dass diese Beziehung ausgenutzt werden kann, um die Reinigungseffektivität und Reinigungszeiten (und deshalb den Durchsatz) zu verwalten. Mit anderen Worten, die Verfahrensfenster, die in 21 gezeigt sind, können auf die Zone der langsamsten Trocknung angewendet werden. Andere Verfahrensfenster, die schnellere Zurückziehgeschwindigkeiten der Trocknungsbaueinheit widerspiegeln, können in den Zonen der schnelleren Trocknung implementiert werden, wie nachstehend beschrieben.
Jetzt Bezug nehmend auf die 22A und 22B, kann der Trocknungskopf 128 mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten zurückgezogen werden, wenn er sich vom Zentrum des Substrats 114 zur Kante des Substrats 114 bewegt. In einer Ausführungsform, die in 22A veranschaulicht und bei Blankosubstraten bevorzugt wird, ist das Substrat 114 in eine Zone 502 in der Nähe des Zentrums des Substrats 114 und eine Zone 504 in der Nähe des Umfangs des Substrats 114 unterteilt. Der gestrichelte Pfeil veranschaulicht das Zurückziehen des Trägerarms für eine Baueinheit zur Substrattrocknung 130. Die Zurückziehgeschwindigkeit in der Nähe des Zentrums des Substrats 114 in der Zone 502 ist vorzugsweise schneller als die Zurückziehgeschwindigkeit in der Nähe des Umfangs des Substrats 114 in der Zone 504, da der Umfang des Substrats langsamer trocknen kann.
In einer anderen Ausführungsform kann bei gemusterten Substraten, wie in 22B veranschaulicht, das Substrat 114 in eine Zone 512 in der Nähe des Zentrums des Substrats, eine Zone 514 in der Nähe des Umfangs des Substrats 114 und eine Zone 516 zwischen den Zonen 512, 514 unterteilt werden. In einer Ausführungsform kann der Trägerarm für eine Baueinheit zur Substrattrocknung 130, während er in der Zone 516 ist, mit einer schnelleren Geschwindigkeit als derjenigen in Zone 512 in der Nähe des Zentrums des Substrats 114 (die Zurückziehgeschwindigkeit im Substratzentrum) und einer schnelleren als derjenigen in Zone 514 in der Nähe des Umfangs des Substrats 114 (die Zurückziehgeschwindigkeit am Substratumfang) zurückgezogen werden. Das heißt, das Zentrum des Substrats 114 kann langsamer trocknen als die benachbarte Zone, aber das Zentrum des Substrats 114 kann schneller trocknen als der Umfang des Substrats 114.
Dem Durchschnittsfachmann ist klar, dass die Erfindung auch in Steuerstrategien dargestellt werden kann, die andere Anzahlen von Zonen und andere Stellen auf dem Substrat 114 einsetzen. Es ist auch klar, dass die Zurückziehgeschwindigkeit des Trägerarms für eine Baueinheit zur Substrattrocknung 130 null mm pro Sekunde sein kann, d. h. der Arm kann eine Zeit lang in einer oder mehreren der Zonen still gehalten werden.
Jetzt Bezug nehmend auf die 6, 9A, 9B und 23 bis 25 ist die Vorrichtung 100, die hier beschrieben wird, in einzigartiger weise angeordnet, dass sie stapelbar ist und in ein Substratprozesssystem 700 eingebaut sein kann. Das Substratprozesssystem 700 umfasst einen ersten Substratreiniger 702, umfassend eine Vorderabschnitt 704. Der Vorderabschnitt 704 schließt einen drehbaren Substratträger oder Aufspannvorrichtung 110, eine Abgabevorrichtung 108 zum Aufbringen von Fluid auf ein Substrat 114 und eine Sonde 122 ein, die dicht über dem Substrat positioniert werden soll, um zu ermöglichen, dass sich ein Meniskus der Flüssigkeit zwischen der Sonde 122 und dem Substrat 114 bildet. Die Sonde 122 ist so konfiguriert, dass sie Teilchen auf dem Substrat als Reaktion auf die Megaschallenergie, die auf die Sonde 122 angewendet wird. löst.
Der Reiniger 702 schließt auch einen Hinterabschnitt 706 ein, der vertikal dicker als der Vorderabschnitt 704 ist.
Der Hinterabschnitt 706 schließt eine Vorrichtung zum Drehen des Trägers 110, wie der Servomotor 160, und eine oder mehrere Flüssigkeits- oder Gasversorgungsleitungen ein, um Fluid zu der Abgabevorrichtung 108 zu leiten. Der Hinterabschnitt 706 schließt sowohl auch ein Antriebsmodul 144 zum Bewegen der Sonde als auch Verbindungen zum Anwenden von Megaschallenergie auf die Sonde ein.
Das System 700 schließt einen zweiten Substratreiniger 722 ein. Wie der Substratreiniger 702 schließt der Reiniger 722 einen Vorderabschnitt 724 und einen Hinterabschnitt 726 ein, der vertikal dicker ist als der Vorderabschnitt 724. Im System 700 kann der zweite Reiniger 722 unter dem ersten Reiniger 702 gestapelt sein, wobei die Vorderabschnitte vertikal ausgerichtet sind und die Hinterabschnitte vertikal ausgerichtet sind. In dieser Position bildet sich ein Abstand 730 zwischen den Vorderabschnitten 704, 724, wodurch reichlicher Zufluss von Gas in den Abstand 730 zwischen den Vorderabschnitten der Reiniger ermöglicht wird. Das Stapeln des ersten Substratreinigers 702 und des zweiten Substratreinigers 722 verringert die Bodenfläche im Reinraum, die dem Reinigen und Trocknen vorbehalten sein muss.
Die vertikale Dicke des Beckengebiets wird durch mehrere verwandte Techniken minimiert. Das Einsetzen der Aufspannvorrichtung mit vertikal befestigten Trägern erleichtert dies, indem sie den Roboter für die Handhabung des Substrats für die notwendige vertikale Bewegung sorgen lässt, wenn ein Substrat transportiert wird. Ein Mechanismus zur vertikalen Bewegung der Aufspannvorrichtung erfordert mehr vertikalen Raum, der den Luftstrom zum Gebiet des Substrats beeinträchtigt. Der Schlitz 198 im Prozessbecken 106 ermöglicht die Verwendung des Roboters, ohne die Anforderungen an den Raum zu erhöhen, da der Raum unter dem Substrat für das Auftragen von Flüssigkeit auf die untere Oberfläche des Substrats erwünscht ist. Der bewegliche Spritzschutz 134 erlaubt die Verwendung des Schlitzes 198 für den Substrattransfer.
Wie in den 24 und 25 gezeigt, können die ersten und zweiten Substratreiniger 702, 722 in einem stapelbaren Regalsystem für Reiniger 800 montiert sein. Das System 800 umfasst einen Rahmen 802, der einen Gehäuseabschnitt für Reiniger 806 definiert, und einen Gehäuseabschnitt für einen Rohrleitungs- und Pneumatikträgerschrank 808.
Der Gehäuseabschnitt für Reiniger 806 stellt einen Raum 820 bereit, wo die Reiniger 702, 722 montiert sind. Jeder der Reiniger 702, 722 kann vorteilhafterweise an mindestens einer Schubladenschiene 822 montiert sein, umfassend ein Reinigerbefestigungselement 824, das an dem Reiniger 722 oder dem Reiniger 702 montiert ist, einen verschiebbaren Abschnitt 826 und ein Rahmenbefestigungselement 828, das am Rahmen 802 montiert ist. Die Befestigungselemente 824, 828 können konfiguriert sein, dass sie gleitend an den verschiebbaren Abschnitt 826 angekoppelt sind. Die Befestigungselemente 824, 828 sind vorzugsweise auch konfiguriert, um das Gewicht des Reinigers 722 zu tragen, wenn er innerhalb des Gehäuseabschnittes 806 ist und wenn er herausgezogen ist, wie in den 24 und 25 gezeigt. Auch wenn er im Gehäuseabschnitt 806 zurückgezogen gezeigt wird, kann der Reiniger 702 auch mit einer Schubladenschiene 822 am Rahmen 802 montiert sein. Die Reiniger 702, 722 sind also vertikal befestigt, aber konfiguriert, dass sie sich horizontal verschieben lassen, so dass sie für Inspektion, Testen, Wartung und Pflege heraus gezogen werden können. In einer Variante können die Reiniger 702, 722 auch so montiert sein, dass sie vertikal und horizontal befestigt sind, d. h. ohne die Schubladenschiene 822.
Der Gehäuseabschnitt für einen Rohrleitungs- und Pneumatikträgerschrank 808 stellt einen Raum 840 bereit, in dem ein Rohrleitungs- und Pneumatikträgerschrank 841 angebracht werden kann. Der Schrank 841 kann beispielsweise verschiedene Flüssigkeits- und Gasanschlussleitungen, Steuerleitungen und dergleichen einschließen. Mindestens ein externes Anschlussfeld 842 kann bereitgestellt werden, um Verbindung, Pflege und Austausch der verschiedenen Fluidleitungen zu vereinfachen. Ebenso kann ein Steuerfeld 844 bereitgestellt werden, um die Verbindung einer Steuerungseinheit und eines oder mehrerer Messgeräte zur Überwachung der Leistung der Reiniger 702, 722 zu verbessern.
Der Pneumatikträgerschrank 841 kann einen abschirmenden Abschnitt 860, ein oder mehrere Anlagendurchleitungsfelder 862 und ein Pneumatik-Steuersignal-Feld 864 einschließen. Der abschirmende Abschnitt 860 schirmt die Reiniger 702, 722 von den verschiedenen Komponenten ab, die innerhalb des Schranks 841 angebracht sind, und schützt auch die Komponenten im Schrank. Die Anlagendurchleitungsfelder 862 stellen ein oder mehrere günstige Anschlussöffnungen 866 bereit, um die verschiedenen Fluidversorgungsleitungen mit den Reinigern 702, 722 zu verbinden. Das Pneumatik-Steuersignal-Feld 864 stellt bequeme Pneumatiksteueranschlüsse für die Reiniger 702, 722 bereit.

Claims

Verfahren zum Reinigen und Trocknen eines im Allgemeinen ebenen Substrats (114), das auf einem drehbaren Träger (112) angebracht ist, umfassend die Schritte: dichtes Positionieren eines Messwandlers in der Gestalt einer stabförmigen Sonde (122) über einer oberen Oberfläche des Substrats; Aufbringen von Fluid auf das Substrat, wodurch ein Meniskus zwischen der Sonde und dem rotierenden Substrat erzeugt wird; Anwenden von Megaschallenergie auf die Sonde, wodurch bewirkt wird, dass sie Megaschallenergie durch den Meniskus auf das Substrat überträgt, so dass sich Teilchen auf dem Substrat lösen, während das Substrat mit einer ersten Geschwindigkeit rotiert; Zurückziehen der Sonde; dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner umfasst Bewegen eines Trägerarms für eine Baueinheit zur Substrattrocknung (130) einer Baueinheit zur Substrattrocknung (120) in eine Position dicht über dem Substrat, wobei die Baueinheit zur Substrattrocknung einen Auslass zum Aufbringen einer Flüssigkeit auf die obere Oberfläche des Substrats einschließt und einen Auslass zum Aufbringen von trocknendem Dampf auf die obere Oberfläche des Substrats einschließt; radial nach außen Zurückziehen des Trägerarms für eine Baueinheit zur Substrattrocknung (130) bis an die Peripherie des Substrats mit einer Zurückziehge schwindigkeit, während Flüssigkeit durch den Flüssigkeitsauslass auf das Substrat aufgebracht wird, und wobei darauf folgend der trocknende Dampf auf das Substrat aufgebracht wird, wodurch das Substrat getrocknet wird, und wobei: der Trägerarm für eine Baueinheit zur Substrattrocknung (130) an Ort und Stelle bewegt wird, wenn die Sonde (122) zurückgezogen wird, das Positionieren der Sonde (122) durch Ausfahren der Sonde in radialer Richtung stattfindet und das Zurückziehen der Sonde (122) durch Zurückziehen der Sonde in radialer Richtung stattfindet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Zurückziehens des Trägerarms für eine Baueinheit zur Substrattrocknung (130) das Zurückziehen mit einer Zurückziehgeschwindigkeit vom Substratzentrum in der Nähe des Zentrums des Substrats und einer Zurückziehgeschwindigkeit an der Substratperipherie in der Nähe der Peripherie des Substrats umfasst, wobei die Zurückziehgeschwindigkeit vom Substratzentrum größer als die Zurückziehgeschwindigkeit an der Substratperipherie ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei an einer Stelle zwischen dem Zentrum des Substrats und der Peripherie des Substrats die Zurückziehgeschwindigkeit des Trägerarms für eine Baueinheit zur Substrattrocknung (130) größer als die Zurückziehgeschwindigkeit in der Nähe des Zentrums des Substrats und größer als die Zurückziehgeschwindigkeit in der Nähe der Peripherie des Substrats ist.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Positionieren des Auslasses, aus dem die Flüssigkeit aufgebracht wird, ungefähr über dem Zentrum des Substrats; Aufbringen von Flüssigkeit auf dem Substrat durch den Auslass, aus dem die Flüssigkeit aufgebracht wird; Positionieren des Auslasses für den trocknenden Dampf ungefähr über dem Zentrum des Substrats; und Aufbringen von Dampf, der die Oberflächenspannung beeinflusst, auf das Substrat, wenn sich das Substrat dreht, wodurch das Zentrum des Substrats auf Grund der Drehung und durch die Einwirkung des Dampfes auf die Flüssigkeit getrocknet wird; wobei die Schritte Positionieren des Auslasses, aus dem die Flüssigkeit aufgebracht wird, Aufbringen von Flüssigkeit, Positionieren des Auslasses für den trocknenden Dampf und Aufbringen von Dampf, der die Oberflächenspannung beeinflusst, vor dem Schritt des Zurückziehens durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Substrat (114) sich in einem Bereich zwischen etwa 50 Upm und etwa 1.000 Upm dreht, während die Zurückziehgeschwindigkeit im Bereich zwischen etwa 1 mm pro Sekunde und etwa 20 mm pro Sekunde liegt.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei während des Trocknungsvorgangs der oberen Oberfläche des Substrats (114) sich das Substrat in einem Bereich zwischen etwa 200 Upm und etwa 1.000 Upm dreht, während die Zurückziehgeschwindigkeit im Bereich zwischen etwa 4 mm pro Sekunde und etwa 9 mm pro Sekunde liegt.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Schritt des Zurückziehens des Trägerarms für eine Baueinheit zur Substrattrocknung (130) das Benutzen eines Schrittmotors umfasst, um den Trägerarm für eine Baueinheit zur Substrattrocknung zurückzuziehen.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Zurückziehgeschwindigkeit einen Bereich von Geschwindigkeiten bis zu und einschließlich einer Maximalgeschwindigkeit umfasst und wobei die Maximalgeschwindigkeit um etwa 0,5 mm pro Sekunde für jede Zunahme um etwa 100 Umdrehungen pro Minute bei der Drehung des Substrats erhöht wird, wenn sich die Geschwindigkeit, mit der sich das Substrat dreht, erhöht.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Maximalgeschwindigkeit, mit der der Trocknungsarm zurückgezogen wird, etwa 5 mm/s beträgt, wenn die Drehgeschwindigkeit des Substrats etwa 300 Umdrehungen pro Minute beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Auswählen von mindestens einem aus einem Trocknungsverfahrensfenster für ein Blankosubstrat, wenn das Substrat einen Blankoabschnitt aufweist, oder einem Trocknungsverfahrensfenster für ein gemustertes Substrat, wenn das Substrat einen gemusterten Abschnitt aufweist; Bewegen des Trägerarms für eine Baueinheit zur Substrattrocknung (130) in eine Position dicht über dem Substrat, wobei die Baueinheit zur Substrattrocknung einen Auslass zum Aufbringen einer Flüssigkeit auf eine obere Oberfläche des Substrats einschließt und einen Auslass zum Aufbringen von trocknendem Dampf auf die obere Oberfläche des Substrats einschließt; Drehen des Substrats (114); radial nach außen Zurückziehen des Trägerarms für eine Baueinheit zur Substrattrocknung (130) gemäß dem gewählten Trocknungsverfahrensfenster bis an die Peripherie des Substrats, während Flüssigkeit durch den Auslass, aus dem die Flüssigkeit aufgebracht wird, auf das Substrat aufgebracht wird, und wobei darauf folgend der trocknende Dampf auf das Substrat aufgebracht wird, wodurch das Substrat getrocknet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend den Schritt: konstantes Halten der Position der Baueinheit zur Substrattrocknung im Zentrum des Substrats (114), während das Zentrum getrocknet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend die Schritte: Beenden des Aufbringens von Flüssigkeit auf die obere Oberfläche des Substrats (114) in der Nähe der Peripherie des Substrats und Beenden des Aufbringens von trocknendem Dampf auf das Substrat, nachdem das Aufbringen von Flüssigkeit auf das Substrat beendet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend den Schritt: starkes Erhöhen der Drehgeschwindigkeit des Substrats (114) am Ende der Trocknung der oberen Oberfläche des Substrats, so dass die untere Oberfläche des Substrats durch Zentrifugalwirkung getrocknet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend die Schritte: Beenden des Zurückziehens des Trägerarms für eine Baueinheit zur Substrattrocknung (130) in der Nähe der Peripherie, Beenden des Aufbringens von Flüssigkeit auf die obere Oberfläche des Substrats in der Nähe der Peripherie des Substrats und Beenden des Aufbringens von trocknendem Dampf auf das Substrat, nachdem das Aufbringen von Flüssigkeit auf das Substrat beendet ist.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Schritt Aufbringen von trocknendem Dampf auf das Substrat (114) beendet wird, bevor die Baueinheit zur Substrattrocknung über die äußere Peripherie des Substrats hinaus zurückgezogen ist.
Vorrichtung zum Reinigen und Trocknen eines im Allgemeinen ebenen Substrats (114), umfassend: einen Substratträger (112), der innerhalb eines Prozessbeckens (106) positioniert ist; einen Messwandler in der Gestalt einer stabförmigen Sonde (122), die so konfiguriert ist, dass sie über dem Substrat liegt, wobei die Sonde so konfiguriert ist, dass sie Megaschallenergie überträgt; einen Fluidabgabevorrichtung (108) zum Aufbringen von Fluid auf eine Oberfläche des Substrats; dadurch gekennzeichnet, dass: die Sonde (122) konfiguriert ist, dass sie sich in einer radialen Richtung in das und aus dem Prozessbecken (106) ausfahren lässt, und ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner umfasst: eine Baueinheit zur Substrattrocknung (120), die so konfiguriert ist, dass sie über dem Substrat liegt, wobei die Baueinheit zur Substrattrocknung einen Auslass zum Aufbringen einer Flüssigkeit auf eine obere Oberfläche des Substrats und einen Auslass zum Aufbringen von trocknendem Dampf auf die obere Oberfläche des Substrats einschließt, wobei die Baueinheit zur Substrattrocknung so konfiguriert ist, dass sie sich in das und aus dem Prozessbecken ausfahren lässt; und eine Steuerungseinheit (147), die so konfiguriert ist, dass sie bewirkt, dass die Sonde und die Baueinheit zur Substrattrocknung vom Rand des Prozessbeckens in eine Position über der Oberfläche des Substrats ausgefahren wird, und dass sie bewirkt, dass die Sonde aus dem Prozessbecken zurückgezogen wird, wenn die Baueinheit zur Substrattrocknung ausgefahren wird.
Vorrichtung nach Anspruch 16, umfassend einen drehbaren Träger zum Tragen des Substrats, und wobei die Steuerungseinheit (147) so konfiguriert ist, dass sich das Substrat (114) in einem Geschwindigkeitsbereich zwischen etwa 50 Umdrehungen pro Minute und etwa 1.000 Umdrehungen pro Minute während des Trocknens der oberen Oberfläche des Substrats dreht und dass die Baueinheit zur Substrattrocknung in einem Geschwindigkeitsbereich zwischen etwa 1 mm pro Sekunde und etwa 20 mm pro Sekunde zurückgezogen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 16, umfassend einen drehbaren Träger zum Tragen des Substrats, und wobei die Steuerungseinheit (147) so konfiguriert ist, dass sich das Substrat (114) in einem Geschwindigkeitsbereich zwischen etwa 200 Umdrehungen pro Minute und etwa 1.000 Umdrehungen pro Minute während des Trocknens der oberen Oberfläche des Substrats dreht und dass die Baueinheit zur Substrattrocknung in einem Geschwindig keitsbereich zwischen etwa 4 mm pro Sekunde und etwa 9 mm pro Sekunde zurückgezogen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 16, umfassend einen drehbaren Träger zum Tragen des Substrats und ferner umfassend einen Schrittmotor, um zu bewirken, dass die Baueinheit zur Substrattrocknung zurückgezogen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 16, umfassend einen drehbaren Träger zum Tragen des Substrats, und wobei die Steuerungseinheit (147) so konfiguriert ist, dass sie bewirkt, dass die Baueinheit zur Substrattrocknung über der Oberfläche des Substrats mit einem Bereich von Geschwindigkeiten bis zu und einschließlich einer Maximalgeschwindigkeit zurückgezogen wird, wobei die Maximalgeschwindigkeit um etwa 0,5 mm pro Sekunde für jede Zunahme um etwa 100 Umdrehungen pro Minute bei der Drehung des Substrats erhöht wird, wenn sich die Geschwindigkeit, mit der sich das Substrat dreht, erhöht, wobei die Steuerungseinheit auch so konfiguriert ist, dass sie bewirkt, dass der drehbare Träger die Drehgeschwindigkeit ändert, während die Baueinheit zur Substrattrocknung über dem Substrat ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, umfassend einen drehbaren Träger zum Tragen des Substrats, und wobei die Steuerungseinheit (147) so konfiguriert ist, dass sie den Trocknungsarm (130) mit bis zu etwa 5 mm pro Sek. Zurückzieht, wenn sich das Substrat mit etwa 300 Umdrehungen pro Minute dreht.
Vorrichtung nach Anspruch 16, umfassend einen drehbaren Träger zum Tragen des Substrats, und wobei die Steuerungseinheit (147) so konfiguriert ist, dass sie mindestens eines aus einem Verfahrensfenster für ein gemustertes Substrat oder einem Verfahrensfenster für ein Blankosubstrat anwendet, wodurch bewirkt wird, dass die Baueinheit zur Substrattrocknung (120) über die Oberfläche des Substrats zurückgezogen wird, und bewirkt wird, dass der drehbare Träger die Drehgeschwindigkeit des Substrats ändert, während die Baueinheit zur Substrattrocknung über dem Substrat ist.
Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei das Verfahrensfenster für ein Blankosubstrat einen Bereich von Zurückziehgeschwindigkeiten umfasst, und wobei die Maximalgeschwindigkeit um etwa 0,5 mm pro Sekunde für jede Zunahme um etwa 100 Umdrehungen pro Minute bei der Drehung des Substrats erhöht wird, wenn sich die Geschwindigkeit, mit der sich das Substrat dreht, erhöht, und wobei die Maximalgeschwindigkeit, mit der der Trocknungsarm zurückgezogen wird, etwa 5 mm pro Sek. beträgt, wenn die Drehgeschwindigkeit des Substrats etwa 300 Umdrehungen pro Minute beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei das Verfahrensfenster für ein gemustertes Substrat den Bereich von Zurückziehgeschwindigkeiten bis zu und einschließlich einer Maximalgeschwindigkeit umfasst, und wobei die Maximalgeschwindigkeit um etwa 0,5 mm pro Sekunde für jede Zunahme um etwa 100 Umdrehungen pro Minute bei der Drehung des Substrats erhöht wird, wenn sich die Geschwindigkeit, mit der sich das Substrat dreht, erhöht, und wobei die Maximalgeschwindigkeit, mit der der Trocknungsarm zurückgezogen wird, etwa 4 mm/s beträgt, wenn die Drehgeschwindigkeit des Substrats etwa 300 Umdrehungen pro Minute beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 16, umfassend einen drehbaren Träger zum Tragen des Substrats, und wobei die Steuerungseinheit (147) so konfiguriert ist, dass sie bewirkt, dass der Trägerarm für eine Baueinheit zur Substrattrocknung (130) über die Oberfläche des Substrats in der Nähe des Zentrums des Substrats mit einer höheren Geschwindigkeit zurückgezogen wird als in der Nähe der Peripherie des Substrats.
Vorrichtung nach Anspruch 16, umfassend einen drehbaren Träger zum Tragen des Substrats, und wobei die Steuerungseinheit (147) so konfiguriert ist, das sie die Baueinheit zur Substrattrocknung (120) an einer Stelle zwischen dem Zentrum des Substrats und der Peripherie des Substrats schneller als in der Nähe des Zentrums des Substrats und schneller als in der Nähe der Peripherie des Substrats zurückzieht.
Vorrichtung aus Anspruch 26, wobei die Steuerungseinheit (147) so konfiguriert ist, dass sie die Position der Baueinheit zur Substrattrocknung im Zentrum des Substrats konstant hält, während das Zentrum getrocknet wird.
Vorrichtung aus Anspruch 26, wobei die Steuerungseinheit (147) so konfiguriert ist, dass sie das Aufbringen von Flüssigkeit auf die obere Oberfläche des Substrats in der Nähe der Peripherie des Substrats beendet, und so konfiguriert ist, dass sie das Aufbringen von trocknendem Dampf auf das Substrat beendet, nachdem das Aufbringen von Flüssigkeit auf das Substrat beendet ist.
Vorrichtung aus Anspruch 26, wobei die Steuerungseinheit (147) so konfiguriert ist, dass sie das Zurückziehen des Trägerarms für eine Baueinheit zur Substrattrocknung in der Nähe der Peripherie des Substrats beendet, so konfiguriert ist, dass sie das Aufbringen von Flüssigkeit auf die obere Oberfläche des Substrats in der Nähe des Substrats beendet, und so konfiguriert ist, dass sie das Aufbringen von trocknendem Dampf auf das Substrat beendet, nachdem das Aufbringen von Flüssigkeit auf das Substrat beendet ist.
Vorrichtung aus Anspruch 26, wobei die Steuerungseinheit (147) so konfiguriert ist, dass sie das Aufbringen von trocknendem Dampf auf das Substrat beendet, bevor die Baueinheit zur Substrattrocknung über die äußere Peripherie des Substrats hinaus zurückgezogen ist.
Vorrichtung aus Anspruch 26, wobei die Steuerungseinheit (147) so konfiguriert ist, dass sie die Drehgeschwindigkeit des Substrats stark erhöht, wenn die Baueinheit zur Substrattrocknung an die Peripherie des Substrats zurückgezogen wurde.
Trocknungsvorrichtung aus Anspruch 26, ferner umfassend ein Linearmodul für eine Baueinheit zur Trocknung, das so konfiguriert ist, dass es Eingaben aus der Steuerungseinheit (147) empfängt und die Baueinheit zur Substrattrocknung (120) in Reaktion auf diese Eingaben positioniert.
Vorrichtung nach Anspruch 16, umfassend einen drehbaren Träger zum Tragen des Substrats (114), wobei der drehbare Träger so konfiguriert ist, dass er mit einer ersten Geschwindigkeit und einer zweiten Geschwindigkeit gedreht werden kann, wobei die zweite Geschwindigkeit viel höher ist als die erste Geschwindigkeit, eine Spritzschutz (134, 230), der so konfiguriert ist, dass er Zurückspritzen auf das Substrat verhindert, wenn sich der drehbare Träger mit der zweiten Geschwindigkeit dreht.