DE68903078T2

DE68903078T2 - Elektrostatischer staubsammler zur verwendung in vakuumsystemen.

Info

Publication number: DE68903078T2
Application number: DE8989113192T
Authority: DE
Inventors: Junji Ikeda; Hajime Ishimaru; Hiroshi Saeki
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: ISHIMARU, HAJIME, TSUKUBA, IBARAKI, JP; Panasonic Corp
Priority date: 1988-08-01
Filing date: 1989-07-19
Publication date: 1993-02-18
Anticipated expiration: 2009-07-20
Also published as: EP0356684B1; EP0356684A3; EP0356684A2; DE68903078D1; JP2656080B2; JPH0243980A; US4941224A; KR900002847A; KR910004447B1

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen elektrostatischen Staubsammler zur Benutzung in einem Vakuumsystem, der geeignet ist, Staubteilchen in einer Vakuumkammer mit Hochspannungselektroden zu entfernen, z.B. in einer Vorrichtung zur Herstellung elektronischer Bauelemente wie Halbleiter auf dem Wege der Bildung von dünnen Filmen in einer Vakuum- oder Hochfrequenz- Beschleunigungskammer eines Teilchenbeschleunigers.
Elektrostatische Staubsammler für die Benutzung unter atmosphärischen Bedingungen sind in einer Vielzahl von technischen Gebieten in großem Umfange benutzt worden. Es wurde jedoch bisher noch keine Vorrichtung zum Entfernen von Staubteilchen unter Vakuumbedingungen vorgeschlagen. Sollte ein Gas usw. in eine Vakuum-Umgebung eingeführt werden, so wurde meist ein Filter benutzt, um das Eindringen von Staubteilchen in die Vakuum-Umgebung zu minimieren. In einem solchen Fall kann ein Filter verhältnismäßig gute Staubsammelwirkungen erzeugen. Ein solches Filter kann jedoch keine Staubteilchen entfernen, die von einer Evakuierungspumpe unter Vakuumbedingungen erzeugt werden, wie z.B. von einer Ionenpumpe, einer Titan-Sublimationspumpe usw., außerdem kann dünnschichtiger Staub, der an einer Wand einer Vakuumkammer haftet, nicht entfernt werden. Aus diesem Grunde sind Wafer von Halbleitern, Vorrichtungen zur Herstellung solcher Wafer usw. mit Staub bedeckt, der in einer Vakuumumgebung erzeugt wird. Aus dem vorliegenden Grunde verschlechtert sich die Ausbeute von Wafern usw., und darüber hinaus verschlechtern sich auch die Eigenschaften der Evakuierungspumpe. Gleichzeitig sammelt sich Staub in einer Hochfrequenz-Beschleunigungskammer eines Teilchenbeschleunigers. Sobald Staub an Hochdruck-Komponenten eines solchen Teilchenbeschleunigers haften, finden abnormale elektrische Entladungen statt, so daß die Teilchen nur ungenügend beschleunigt werden.
In den bisher bekannten elektrostatischen Staubsammlern für die Benutzung unter athmosphärischen Bedingungen wird Luft oder ein Gas zwischen Sammelelektroden hindurch geführt, so daß die in der Luft oder im Gas befindlichen Staubteilchen sich auf den Sammelelektroden niederschlagen. Aus diesem Grunde können solche bekannten elektrostatischen Staubsammler nicht benutzt werden, um an einer Wand einer Vakuumkammer oder auf Wafern haftende Staubteilchen zu entfernen. Auch wenn erreicht wird, daß Staubteilchen an den Sammelelektroden kleben, so kann es passieren, daß die Staubteilchen von diesen abfallen, wenn die elektrische Ladung der Staubteilchen abnimmt. Aus diesem Grunde kann eine Reinigung unter Vakuumbedingungen mit den bisher bekannten elektrostatischen Staubsammlern nicht erfolgen.

Zusammenfassung der Erfindung

Dementsprechend ist es eine wichtige Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen elektrostatischen Staubsammler vorzuschlagen, der in der Lage ist, eine Reinigung durch Entfernen von Staub durchzuführen, der insbesondere an einer Wand einer Vakuumkammer oder auf Wafern haftet, um auf diese Weise eine Verschmutzung der Wafer oder einer Einrichtung zur Herstellung solcher Wafer zu vermeiden, um nicht nur die Ausbeute an Wafern zu verbessern, sondern auch eine Verschlechterung der Eigenschaften einer Evakuierungspumpe zu vermeiden. Der elektrostatische Staubsammler soll auch verhindern, daß sich abnormale elektrische Entladungen gegenüber Hochdruck-Komponenten eines Teilchenbeschleunigers ergeben, damit sich die Beschleunigungseigenschaften eines solchen Teilchenbeschleunigers nicht verschlechtern.
Ein weiterer, wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen elektrostatischen Staubsammler vorzuschlagen, bei dem Staubteilchen aufgrund ihrer dauernden Haftungseigenschaften entfernt und auf einfache Weise aus der Wand einer Vakuumkammer herausgenommen werden können.
Zur Lösung dieser Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird ein elektrostatischer Staubsammler in einer allgemeinen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, und zwar mit einer Wand, die eine Vakuumkammer umschließt, in der eine Targetfläche angeordnet ist, von der Staubteilchen entfernt werden sollen; mit einer Elektronenstrahlquelle zum Aussenden von Elektronenstrahlen auf Staubteilchen, die sich auf der Targetfläche befinden, um die Staubteilchen negativ aufzuladen; mit einem Isolierelement, das in der Vakuumkammer angeordnet ist und eine Sammelfläche aufweist, die der Targetfläche gegenüberliegt; und mit Mitteln zum Zuführen positiven Potentials an die Sammelfläche, derart, daß die negativ aufgeladenen Staubteilchen von der Sammelfläche angezogen werden.
Eine vorteilhafte Ausführungsform des elektrostatischen Staubsammlers ist dadurch gekennzeichnet, daß das Isolierelement in der Form eines Bandes ausgebildet ist, daß eine Kassette vorgesehen ist, die das Isolierelement aufnimmt und eine erste und zweite Spule sowie eine Elektrode zum Zuführen positiven Potentials an die Sammelfläche aufweist; daß das Isolierelement auf den Spulen angeordnet ist und von der ersten Spule zur zweiten Spule transportiert wird; daß die Elektrode an einer Position angeordnet ist, an der sie beim Transport des Isolierelementes von der ersten Spule zur zweiten Spule, der Targetfläche gegenüberliegt; und daß Antriebsmittel zum Antrieb der zweiten Spule vorgesehen sind, um das Isolierelement zu transportieren.
Bei der vor stehend beschriebenen Anordnung eines elektrostatischen Staubsammlers gemäß der vorliegenden Erfindung werden Elektronenstrahlen auf die Targetfläche in der Wand der Vakuumkammer ausgesandt, und zwar durch eine Elektronenstrahlquelle. Hierdurch werden die Staubteilchen auf der Targetfläche negativ aufgeladen, während die Sammelfläche durch eine entsprechende Spannungsquelle auf positivem Potential gehalten wird, so daß die negativ aufgeladenen Staubteilchen durch die Sammelfläche mit positivem Potential angezogen werden.
Für den Fall, daß das Isolierelement bandförmig ausgebildet und in einer Kassette angeordnet ist, wobei es von der ersten Spule zu der zweiten Spule gefördert wird, und gleichzeitig positives Potential an die Sammelfläche gegenüber der Targetfläche angelegt wird, werden die negativ geladenen Staubteilchen von der Sammelfläche mit positivem Potential angezogen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Aufgaben und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen hervor. Es zeigen:
Fig. 1 eine Ausschnittszeichnung aus einem elektrostatischen Staubsammler gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; und
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines elektrostatischen Staubsammlers gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

In Fig. 1 ist ein elektrostatischer Staubsammler K1 für die Benutzung in einem Vakuumsystem gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu sehen. Der elektrostatische Staubsammler K1 enthält eine Wand 1 einer Vakuumkammer C sowie eine Elektronenkanone 2, die an der Wand 1 montiert ist. Die Elektronenkanone 2 weist einen Heizdraht 3 und eine Mehrzahl von, im vorliegenden Beispiel zwei, herausgeführten Elektroden 4 und 5 auf, und zwar in der Weise, daß der Heizdraht 3 und die herausgeführten Elektroden 4 und 5 hermetisch durch die Wand 1 geführt sind. Der elektrostatische Staubsammmler K1 enthält darüber hinaus eine Spannungsquelle 6 zur Versorgung des Heizdrahtes sowie eine Hochspannungsquelle 7 zur Versorgung der herausgeführten Elektroden 4 und 5. Die Elektronenkanone 2 sendet ein Elektronenstrahlbündel 8 auf eine Targetfläche 9a eines Substrats 9, wie z.B. einem Wafer, der in der Vakuumkammer C innerhalb der Wand 1 angeordnet ist. Die Targetfläche 9a soll von Staub befreit werden. Innerhalb der Wand 1 ist ein Isolierelement 10 angeordnet und besteht aus einem Material mit hoher Dielektrizitätskonstante, z.B. Epoxy- Harz, Glas usw. Um nicht das auf die Targetfläche 9a des Substrats 9 ausgesandte Elektronenstrahlbündel 8 zu stören, ist das Isolierelement 10 so angeordnet, daß es der Targetfläche 9a schräg gegenüberliegt. Auf der Rückseite des Isoliergliedes 10 ist eine Elektrode 11 aus Kupfer vorgesehen. Ein Ende der Elektrode 11 ist hermetisch durch die Wand 1 geführt und an eine Hochspannungsquelle 12 angeschlossen.
Nachfolgend soll die Funktionsweise des elektrostatischen Staubsammlers K1 beschrieben werden. Anfangs wird die Elektronenkanone 2 durch die beiden Spannungsquellen 6 und 7 in Tätigkeit gesetzt, so daß ein Elektronenstrahlbündel 8 auf die Targetfläche 9a des Substrats ausgesandt wird. Die sich auf der Targetfläche 9a befindlichen Staubteilchen 13 werden durch das Elektronenstrahlbündel 8 negativ aufgeladen. Wird andererseits positives elektrisches Potential durch die Spannungsquelle 12 an die Elektrode 11 gelegt, so hat eine Fläche des Isolierelementes 10, nämlich eine auf der entfernten Seite der Elektrode 11 liegende Sammelfläche 10a, die der Targetfläche 9a des Substrats 9 gegenüberliegt positives Potential. Die negativ aufgeladenen Staubteilchen 13 werden also durch das positives Potential führende Isolierelement angezogen. Auch wenn das Isolierelement 10 positives Potential führt, fließt im vorliegenden Fall kein elektrischer Strom, im Gegensatz zu Elektroden die aus Kupfer usw. bestehen. Dementsprechend werden die an dem Isolierelement 10 haftenden Staubteilchen 13 nicht positiv aufgeladen, so daß sie in diesem Haftzustand auf dem Isolierelement 10 verbleiben. Auf diese Weise kann also die Targetfläche 9a des Substrats 9 durch Staubentfernung gereinigt werden.
In Fig. 2 ist nun eine zweite Ausführungsform eines elektrostatischen Staubsammlers K2 zur Benutzung in einem Vakuumsystem gezeigt. In diesem elektrostatischen Staubsammler K2 wird ein Isolierelement 10 in Bandform benutzt und ist in einer Kassette 14 aufwickelbar angeordnet. In einem Gehäuse 15 ist das bandförmige Isolierelement 10 auf einer Spule 16 aufgewickelt und wird von dieser auf eine Spule 17 gefördert. Während des Transportes des Isolierelementes 10 von der Spule 16 zur Spule 17 wird das Isolierelement 10 durch eine drehbare zylindrische Elektrode 11a und eine plattenförmige Elektrode 11b geführt. Am äußeren Umfang der Elektrode 11a liegt das Isolierelement 10 der Targetfläche 9a des Substrats schräg gegenüber. Die Spule 17 wird durch einen Motor angetrieben, so daß das bandförmige Isolierelement 10 von der Spule 16 abgezogen, entlang der Elektroden 11a und 11b gefördert und dann auf die Spule 17 aufgewickelt wird. Da andere Konstruktionen von elektrostatischen Staubsammlern K2 ähnlich denen des elektrostatischen Staubsammlers K1 sind, werden sie aus Raumgründen nicht beschrieben.
Nachfolgend soll die Funktion des elektrostatischen Staubsammlers K2 beschrieben werden. In der gleichen Weise wie bei dem elektrostatischen Staubsammler K1 sendet die Elektronenkanone 2 ein Elektronenstrahlbündel 8 auf die Targetfläche 9a des Substrats 9. Gleichzeitig wird positives Potential an die Elektroden 11a und 11b durch die Spannungsquelle 12 angelegt, so daß positives Potential an der Sammelfläche 10a liegt, die der Targetfläche 9a des Substrats 9 gegenüberliegt. Die negativ aufgeladenen Staubteilchen 13 werden also durch das Isolierelement 10 mit positivem Potential angezogen und haften auf diesem. Ist das Isolierelement 10 teilweise durch anhaftende Staubteilchen 13 verschmutzt, so wird die Spule 17 durch den Motor 20 in Drehung versetzt und wickelt ein kurzes Stück des bandförmigen Isolierelementes 10 auf, so daß ein neuer, sauberer Abschnitt der Sammelfläche 10a wieder der Targetfläche 9a des Substrats 9 gegenüberliegt. Auf diese Weise können saubere Abschnitte der Sammelfläche 10a des Isolierelementes 10 kontinuierlich zugeführt werden. Sobald das Isolierelement 10 über seine gesamte Länge durch anhaftende Staubteilchen 13 verschmutzt ist, kann das Isolierelement 10 zusammen mit der Kassette 14 aus der Wand 1 herausgenommen und fortgeworfen werden.
Sind die Elektronenkanone 9 und das Isolierelement 10 so angeordnet, daß sie der Innenfläche der Wand 1 gegenüber liegen, so kann auch auf der Innenfläche der Wand 1 haftender Staub entfernt werden. Zu diesem Zwecke ist die Elektronenkanone 2 schwenkbar angeordnet und das Isolierelement 10 ist durch einen Manipulator versetztbar.
Aus der vorher gehenden Beschreibung wird klar, daß in dem elektrostatischen Staubsammler gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung Elektronenstrahlen von der Elektronenstrahlquelle auf die Targetfläche in der Wand der Vakuumkammer ausgesandt werden und die Staubteilchen auf der Targetfläche negativ aufladen, während die Sammelfläche des Isolierelementes, die der Targetfläche gegenüberliegt, auf positivem Potential gehalten wird.
Die negativ geladenen Staubteilchen werden von der Sammelfläche mit positivem Potential angezogen, so daß eine Reinigung erfolgt. Da auf diese Weise gemäß der vorliegenden Erfindung Verschmutzungen von Wafern, von Vorrichtungen zur Herstellung solcher Wafer usw. vermieden werden können, wird die Ausbeute an Wafern usw. verbessert. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird auch eine Verschlechterung der Eigenschaften von Evakuierungspumpen vermieden, und die Beschleunigungseigenschaften eines Teilchenbeschleunigers können dadurch verbessert werden, daß abnormale elektrische Entladungen von Hochdruck-Komponenten des Teilchenbeschleunigers vermieden werden.
Bei dem elektrostatischen Staubsammler gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Isolierelement in Bandform ausgebildet und befindet sich in einer Kassette, in der es von einer Spule auf eine andere Spule gefördert werden kann. Auf diese Weise kann die Sammelfläche des Isolierelementes, die der Targetfläche gegenüberliegt, auf positivem Potential gehalten werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die negativ aufgeladenen Staubteilchen von der Sammelfläche mit positivem Potential derart angezogen, daß in der gleichen Weise wie bei der ersten Ausführungsform ein Reinigungsvorgang stattfindet. Dementsprechend werden Staubteilchen kontinuierlich durch das Isolierelement angezogen und entfernt, und können auf diese Weise von der Wand der Vakuumkammer leicht entfernt werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung vollständig in Form eines Beispiels unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläutert wurde, ist es klar, daß der Fachmann eine Vielzahl von Änderungen und Modifikationen hieran vornehmen kann.

Claims

1. Elektrostatischer Staubsammler (K1, K2) mit einer Wand (1), die eine Vakuumkammer (C) umschließt, in der eine Targetfläche (9a) angeordnet ist, von der Staubteilchen entfernt werden sollen;

mit einer Elektronenstrahlquelle (2) zum Aussenden von Elektronenstrahlen auf Staubteilchen (13), die sich auf der Targetfläche (9a) befinden, um die Staubteilchen (13) negativ aufzuladen;

mit einem Isolierelement (10), das in der Vakuumkammer (C) angeordnet ist und eine Sammelfläche (10a) aufweist, die der Targetfläche (9a) gegenüberliegt; und

mit Mitteln (11, 12) zum Zuführen positiven Potentials an die Sammelfläche (10a), derart, daß die negativ aufgeladenen Staubteilchen (13) von der Sammelfläche (10a) angezogen werden.

2. Elektrostatische Staubsammler (K2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Isolierelement (10) in der Form eines Bandes ausgebildet ist, daß eine Kassette (14) vorgesehen ist, die das Isolierelement (10) aufnimmt und eine erste und zweite Spule (16, 17) sowie eine Elektrode (11a, 11b) zum Zuführen positiven Potentials an die Samelfläche (10a) aufweist; daß das Isolierelement (10) auf den Spulen (16, 17) angeordnet ist und von der ersten Spule (16) zur zweiten Spule (17) transportiert wird;

daß die Elektrode (11a, 11b) an einer Position angeordnet ist, an der sie beim Transport des Isolierelementes (10) von der ersten Spule (16) zur zweiten Spule (17), der Targetfläche (9a) gegenüberliegt; und

daß Antriebsmittel (20) zum Antrieb der zweiten Spule (17) vorgesehen sind, um das Isolierelement (10) zu transportieren.