DE69724083T2

DE69724083T2 - REINIGUNGSGERäT FüR HALBLEITERSCHEIBEN

Info

Publication number: DE69724083T2
Application number: DE69724083T
Authority: DE
Inventors: Herman Itzkowitz
Original assignee: Solid State Equipment Corp
Current assignee: Solid State Equipment Corp
Priority date: 1996-06-14
Filing date: 1997-02-28
Publication date: 2004-06-17
Anticipated expiration: 2017-03-01
Also published as: KR19990036434A; EP0847311B1; DE69724083D1; AU1982397A; USRE36767E; ATE246969T1; CA2223488A1; JPH10510473A; KR100278425B1; WO1997047406A1; JP3065106B2; EP0847311A1; US5675856A; DE847311T1; EP0847311A4

Description

Erfindungsgebiet
Die Erfindung betrifft allgemein Geräte zum Reinigen dünner Scheiben, wie etwa Halbleiterwafer, Glassubstrate, Fotomasken, CDs und dergleichen. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Reinigungsgerät, das eine Doppelbürstenanordnung einsetzt, wobei eine Bürstenrotation eine Rotation der zu reinigenden Scheibe bewirkt und wobei ein Geschwindigkeitsdifferential, das zwischen einer konstanten Rotationsgeschwindigkeit der Bürsten und einer variablen Rotationsgeschwindigkeit der Scheibe aufgrund der relativen Position der Bürsten auf der Scheibe existiert, die Reinigung beider Seiten der Scheibe und der Kante der Platte verursacht.
Allgemeiner Stand der Technik
Die Wafer, die als die Substrate für Halbleiterelemente dienen, werden von länglichen Materialkristallen (Stäben), in der Regel Silizium, Germanium oder Galliumarsenid, geschnitten. Die Wafer erhält man durch Sägen der Kristalle in sehr dünne Scheiben (etwa einen halben Millimeter dick) Diese Scheiben werden dann geläppt und poliert.
Restfilme von beim Abtrennen verwendeten Schmiermittel sowie von der Luft mitgetragene Teilchen und durch Läppen und Polieren entfernte Teilchen des Halbleitermaterials neigen dazu, an den Oberflächen der Wafer zu haften. Dieser Detritus muss vor der weiteren Bearbeitung der Wafer (zum Beispiel Maskieren und Ätzen) entfernt werden, um die für diese weitere Bearbeitung erforderlichen ultrasauberen Bedingungen aufrecht zu erhalten.
In JP6014363A wird ein Reinigungsgerät zum Reinigen einer dünnen Scheibe beschrieben, und es umfasst einen Scheibenhalter, mindestens einen Bürstenmechanismus, der ein Paar Bürsten, Mittel zum Rotieren jeder der Bürsten bei einer konstanten Geschwindigkeit und Mittel zum Verfahren der Bürsten hin und her über die Oberflächen der Scheibe aufweist. Die Rotation der Bürsten bewirkt eine variable Rotation der Scheibe, und das Differential verursacht eine reibende Reinigung der Oberflächen und der Kante der Scheiben.
Auf dem Gebiet der Halbleiterherstellung ist dementsprechend der Bereitstellung von Einrichtungen viel Aufmerksamkeit gewidmet worden, die in der Lage sind, beide Oberflächen eines Halbleiterwafers gründlich zu reinigen.
Kurze Darstellung der Erfindung
Die Erfindung zieht ein Reinigungsgerät zum Reinigen einer dünnen Scheibe in Betracht, umfassend: einen Scheibenhalter, mindestens einen Bürstenmechanismus, wobei jeder Bürstenmechanismus ein Paar Bürsten, Mittel zum Rotieren jeder der Bürsten bei einer konstanten Geschwindigkeit und Mittel zum Verfahren der Bürsten hin und her radial über die Oberflächen der Scheibe aufweist und die Rotation der Bürsten eine variable Rotation der Scheibe bewirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Bürsten in entgegengesetzte Richtungen zur Rotation gebracht werden, Mittel zum Festklemmen und Entklemmen der Bürsten mit der dazwischen angeordneten Scheibe vorgesehen sind und die Radialbewegung der Bürsten ein Geschwindigkeitsdifferential zwischen der konstanten Rotationsgeschwindigkeit der Bürsten und der variablen Rotationsgeschwindigkeit der Scheibe aufgrund der relativen Position der Bürsten auf der Scheibe verursacht, wobei das Differential eine reibende Reinigung der Oberflächen und der Kante der Scheibe verursacht.
Ein einzelner Antriebsmechanismus ist an den drehbaren Wellen jeder Bürste befestigt und dreht die Bürsten in entgegengesetzte Richtungen. Der Bürstenmechanismus enthält weiterhin Mittel zum Verfahren der Bürsten über beide Oberflächen eines Wafers, der auf einem feststehenden Drehspannfutter getragen wird. Der Wafer ruht auf Vakuum-/Druckauflagen, die auf Trägern angeordnet sind, die entlang der Peripherie der Drehplatte auf dem Drehspannfutter vorgesehen sind. Die Auflagen erlauben es, eine Menge an Druckluft ausströmen zu lassen, um ein Luftpolster zu schaffen, auf dem die Scheibe schwimmen kann. Auf den Trägern neben den Auflagen montierte Walzen dienen dazu, eine unerwünschte seitliche Bewegung des Wafers zu verhindern.
Bei Betrieb wird der Bürstenmechanismus bezüglich des Wafers radial verfahren, so dass der zu reinigende Wafer zwischen den beabstandeten rotierenden Bürsten positioniert ist. Die rotierenden Bürsten werden zusammengeklemmt und somit in Kontakt mit dem Wafer gebracht.
Die Rotation der Bürsten bewirkt, dass sich der Wafer auf dem durch die Vakuum-/Druckauflagen bereitgestellten Luftpolster dreht. Außerdem wird bewirkt, dass sich die Bürsten radial über die Waferoberflächen hin- und herbewegen. Die Bürsten rotieren mit einer konstanten Geschwindigkeit, während die Rotationsgeschwindigkeit des Wafers gemäß der radialen Position der Bürsten relativ zur Mitte des Wafers variiert. Dieses Geschwindigkeitsdifferential zwischen den Bürsten und dem Wafer bewirkt die gewünschte Reinigungswirkung.
Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung wird ein zweiter Bürstenmechanismus bereitgestellt. Der erste Bürstenmechanismus führt eine Vorreinigung und der zweite eine Endreinigung durch. Durch diese Anordnung wird die Lebensdauer jeder der von beiden Bürstenmechanismen verwendeten Bürsten verlängert.
Alle Funktionselemente des Waferreinigungsgeräts sind für eine Computersteuerung ausgelegt.
Beschreibung der Zeichnungen
Um die Erfindung zu veranschaulichen, wird in den Zeichnungen eine Form gezeigt, die gegenwärtig bevorzugt wird; es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Erfindung nicht durch die gezeigten präzisen Anordnungen und Instrumentarien begrenzt ist.
1 ist eine Seitenansicht eines Waferreinigungsgeräts gemäß der Erfindung.
2 ist eine Seitenansicht eines Drehspannfutters, die einen darauf angeordneten Wafer zeigt.
3 ist eine Draufsicht auf das Drehspannfutter und zeigt (in Umrissen) einen darauf angeordneten Wafer.
4 ist eine Teilseitenansicht eines Waferreinigungsgeräts gemäß der Erfindung.
5 ist eine Teildraufsicht eines Waferreinigungsgeräts gemäß der Erfindung.
6 ist eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Wafenotationsgeschwindigkeit und der Bürstenposition.
7 ist eine Draufsicht auf eine alternative Ausführungsform der Erfindung, die zwei Bürstenmechanismen enthält.
Beschreibung der Erfindung
Nunmehr unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen gleiche Zahlen gleiche Elemente bezeichnen, ist in 1 ein Waferreinigungsgerät 10 gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das Waferreinigungsgerät 10 ist bevorzugt in einem einzigen Gehäuse 12 enthalten. Das Reinigungsgerät 10 umfasst ein Drehspannfutter 14 zum Tragen eines zu reinigenden Wafers W. Das Gerät 10 umfasst außerdem einen Bürstenmechanismus 16, der ein Paar Bürsten 18 zum Reinigen des Wafers W enthält. Der Bürstenmechanismus 16 enthält außerdem einen Antriebsmechanismus 20 zum Rotieren der Bürsten, einen Klemmmechanismus 22 zum Festklemmen und Entklemmen der Bürsten und einen Motor 24 zum radialen Antreiben der Bürsten über die Oberflächen des Wafers W.
Wieder unter Bezugnahme auf 1 weist das Drehspannfutter 14 eine austauschbare Drehplatte 26 (ebenfalls in 3 gezeigt) auf, die an einer Drehspannfutterwelle 28 befestigt ist. Sowohl die Welle 28 als auch die Drehplatte 26 sind dafür ausgelegt, von einem nicht gezeigten Drehmotor gedreht zu werden. Mehrere Stützarme 30 erstrecken sich radial von der Drehplatte 26. Wie am besten in 2 gezeigt ist, erstreckt sich ein Stützglied 32 von dem Ende jedes der radialen Stützarme 30. Eine Vakuum-/Druckauflage 34 ist an dem Ende jedes der Stützglieder 32 vorgesehen. Die Auflagen 34 stützen den Wafer W auf dem Drehspannfutter 14 und stellen die einzigen Kontaktpunkte zwischen dem Spannfutter und dem Wafer dar. Die Auflagen 34 können den Wafer W durch Vakuumsaugung fest in Position halten, wenn sich das Spannfutter 14 dreht (d. h. während der Waferbearbeitungsschritte außer beim Waferreinigen). Außerdem erlauben die Auflagen 34, eine Menge an Druckluft ausströmen zu lassen, um ein Luftpolster zu schaffen, auf dem der Wafer W schwimmen kann. Es ist offensichtlich, dass das Luftpolster die freie Rotation des Wafers während des unten beschriebenen Reinigungsprozesses erleichtert. Walzen 36 sind neben den Auflagen 34 angeordnet und liegen auf Plattformen 38, die an den Enden der Stützglieder 32 befestigt sind und die sich von dort aus nach außen erstrecken. Durch diese Anordnung sind die Walzen 36 entlang dem Rand des Wafers W positioniert, um eine seitliche Bewegung des Wafers zu verhindern und gleichzeitig dem Wafer die Freiheit zu geben, sich während des Reinigungsprozesses in situ zu drehen. Es ist anzumerken, dass, weil die Drehplatte austauschbar ist, das Drehspannfutter so konfiguriert sein kann, dass es Wafer verschiedener Durchmesser sowie Wafer mit einem Flat aufnehmen kann, indem lediglich eine Drehplatte mit den jeweiligen entsprechenden Abmessungen bereitgestellt wird (die aus einem Satz austauschbarer Drehplatten verschiedener Proportionen gewählt wird).
Wie in den 1, 4 und 5 gezeigt, enthält der Bürstenmechanismus 16 ein Paar von sich in Längsrichtung erstreckenden Bürsten 18. Obwohl die Bürsten so dargestellt sind, als wenn sie eine zylindrische Form aufweisen, sollte es doch offensichtlich sein, dass jede der Bürsten 18 auch eine Kegelstumpfform oder eine andere Form aufweisen könnte. Außerdem kann jede der Bürsten 18 in verschiedenen Größen bereitgestellt werden, um eine Vielzahl von Wafergrößen zu berücksichtigen. Wünschenswerterweise lassen sich die Bürsten 18 leicht austauschen und bestehen aus Polyvinylacetat (PVA) oder einem anderen porösen oder schwammartigen Material. Die Bürsten können aber auch aus Nylonborsten oder dergleichen bestehen.
Jede der Bürsten 18 ist an einer drehbaren Welle 40 befestigt, wobei eine Bürste gegenüber der anderen auf beiden Seiten des Wafers W positioniert ist. Die drehbaren Wellen 40 können (um ihre jeweiligen Mittelachsen) in entgegengesetzte Richtungen und mit einer konstanten Geschwindigkeit gedreht werden, bevorzugt durch einen Antriebsmechanismus 20. Der Antriebsmechanismus 20 kann einen Schrittmotor oder Servomotor aufweisen, der mit einer nicht gezeigten Getriebe- und Bandkopplung zusammenwirkt.
Der Bürstenmechanismus 16 enthält außerdem einen Klemmmechanismus 22 zum Festklemmen und Entklemmen der Bürsten 18, um eine Lücke zwischen den Bürsten zu schließen oder zu öffnen. Der in 5 gezeigte Klemmmechanismus 22 enthält bevorzugt einen Klemmzylinder 42, der über ein bekanntes mechanisches Gestänge mit den Wellen 40 zusammenarbeitet, um die Bürsten 18 als Reaktion auf die Manipulation des Luftdrucks im Zylinder aufeinander zu und voneinander weg zu bewegen.
Der Bürstenmechanismus 16 enthält weiterhin einen Motor 24 zur Bereitstellung einer Längsbewegung (d. h. Bewegung entlang der Achsen der Wellen 40) der Bürsten 18 mit Hilfe eines Bandantriebs, einer Antriebsspindel, einem Kettenantrieb oder dergleichen.
Bevorzugt sind der Bürstenmechanismus 16 und das Drehspannfutter 14 an die Ausgangsseite einer Steuerung (nicht gezeigt) angeschlossen. Die Steuerung enthält erwünschtermaßen einen CPU, ROM und RAM und sendet Befehlssignale entsprechend einem vorbestimmten Programm zum Steuern aller Facetten des Betriebs des Waferreinigungsgeräts 10, insbesondere der Rotation, des Festklemmens und des Positionierens der Bürsten 18. Es ist zu verstehen, dass der Aufbau der Steuerung und ihre Anpassung, die von ihr geforderten Funktionen auszuüben, bezüglich des Geräts 10 durchaus in den Bereich des Durchschnittsfachwissens fallen. Bei Betrieb des Waferreinigungsgeräts 10 der Erfindung wird der Wafer W entweder von Hand oder bevorzugt mit Hilfe eines automatisierten Waferhandhabungsgeräts wie etwa einem Roboterarm (nicht gezeigt) auf die Vakuum-/Druckauflagen 34 des feststehenden Drehspannfutters 14 gelegt. Der Klemmmechanismus 22 öffnet eine Lücke zwischen den Bürsten 18, und die Bürsten werden radial verfahren, so dass der zu reinigende Wafer W dazwischen positioniert wird (wobei die Stützglieder 32 umgangen werden). Die distalen Enden 19 der Bürsten 18 werden wünschenswerterweise nicht über etwa ¾ des Durchmessers des Wafers W verfahren, und zwar aus Gründen, die unten in Bezug auf 6 erörtert werden. Die Bürsten 18 werden dann von dem Antriebsmechanismus 20 so angetrieben, dass sie sich in entgegengesetzte Richtungen und mit einer konstanten Geschwindigkeit drehen. Der Klemmmechanismus 22 bewirkt, dass sich die Bürsten 18 den Oberflächen des Wafers W annähern, wodurch bewirkt wird, dass sich der Wafer auf dem Luftpolster dreht, das durch die am feststehenden Drehspannfutter 14 angeordneten Vakuum-/Druckauflagen 34 eingeleitet wird. Jede der Bürsten 18 übt wünschenswerterweise einen gleichmäßigen und gleichgroßen Druck auf die Waferoberflächen aus. Es wird deshalb bevorzugt, dass die Größe des Drucks, der durch die Bürsten 18 gegen die Waferoberflächen ausgeübt wird, durch die Steuerung gesteuert wird (wobei zu verstehen ist, dass die Anwendung der Steuerung für diesen Zweck durchaus im Bereich des Durchschnittsfachwissens liegt). Dann werden die Bürsten 18 durch den Motor 24 radial über die Waferoberflächen hin- und herbewegt, wodurch man erreicht, dass die Bürsten den gesamten Flächeninhalt sowohl der Waferoberflächen als auch des Rands abdecken.
Die Reinigungswirkung ergibt sich aus dem Geschwindigkeitsdifferential zwischen der Rotationsgeschwindigkeit der Bürsten 18, die konstant gehalten wird und der Rotationsgeschwindigkeit der Waferoberflächen, die entsprechend der radialen Entfernung der distalen Enden 19 der Bürsten von der Mitte des Wafers W variiert. 6 stellt die Beziehung zwischen Bürstenposition und Waferrotationsgeschwindigkeit graphisch dar. Wenn gemäß 6 Bürsten, die sich mit konstanten 60 Umdrehungen pro Minute drehen, über einen Wafer mit einem Durchmesser von 200 mm (Position„-100 mm") vollständig verfahren werden, bewirken sie keine Waferrotation und somit keine reibende Reinigung des ganzen Flächeninhalts beider Waferoberflächen. Wenn jedoch die distalen Enden der Bürsten zu der Mitte des Wafers (Position „0") verfahren werden, bewirken sie eine maximale Rotation der Waferoberflächen, wobei die Bürsten den ganzen Flächeninhalt sowohl der Waferoberflächen als auch des Rands abdecken.
4 zeigt die Bürsten 18 die so positioniert sind, dass sie eine typische reibende Reinigung liefern. In 4 beschreibt „X" die radiale Entfernung zwischen der Mitte des Wafers W und einem Punkt, der etwa ¼ des Wegs über dem Durchmesser des Wafers liegt. Genau diese Entfernung definiert den bevorzugten Bewegungsbereich der Bürsten 18 (bei Messung ab ihrer distalen Enden 19) bezüglich der Waferoberflächen. Es ist anzumerken, dass eine gewisse Variation von „X" wünschenswert ist, damit man optimale Ergebnisse erhält.
Während des Reinigungsprozesses ist es wünschenswert, Wasserströme oder Ströme einer Reinigungslösung auf beide Oberflächen des sich drehenden Wafers zu lenken, um Teilchen abzuwaschen. Wie in den 1 und 2 gezeigt, wird dies durch die Bereitstellung von Sprühdüsen 44 bewerkstelligt, die über und unter dem Wafer W positioniert sind. Die Sprühdüsen 44 sind bevorzugt über Versorgungsröhren 46 mit einer Quelle reinen Wassers oder Reinigungslösung verbunden. Die Fließrate des Wassers oder der Reinigungslösung kann durch eine nicht gezeigte Pumpen-Ventil-Anordnung gesteuert werden, die wiederum durch die Steuerung gesteuert wird (wobei sich versteht, dass die Anwendung der Steuerung zu diesem Zweck durchaus im Bereich des Durchschnittsfachwissens liegt).
Wenn der Reinigungsprozess beendet ist, geben die Sprühdüsen 44 kein Wasser oder kein Reinigungsfluid mehr ab und überschüssiges Wasser oder Fluid wird durch herkömmliche Mittel abgeleitet. Die Bürsten 18 rotieren nicht weiter und werden entklemmt und eingezogen. Die Vakuum-/Druckauflagen 34 geben keine Druckluft mehr ab und leiten stattdessen eine Vakuumsaugung ein, um den Wafer W als Vorbereitung für eine fakultative zweite Spülung des Wafers und als Vorbereitung zum Trockenschleudem des Wafers auf dem Drehspannfutter 14 festzuhalten. Bei dem Trockenschleudern wird das Drehspannfutter 14 mit darauf festgehaltenem Wafer W über einen Zeitraum schnell gedreht, der ausreicht, um die Waferoberflächen zu trocknen. Es ist offensichtlich, dass sich die fakultative zweite Spülung erübrigen kann, wenn die Sprühdüsen kontinuierlich betrieben werden, bis die Trockschleuderphase beginnt.
Eine in 7 dargestellte alternative Ausführungsform der Erfindung enthält zwei Bürstenmechanismen 48 und 50, die jeweils dem Bürstenmechanismus 16 gleichen. Obwohl die Bürstenmechanismem 48 und 50 so gezeigt sind, dass sie um etwa 90° voneinander angeordnet sind, ist offensichtlich, dass die Bürstenmechanismen in einer beliebigen anderen relativen Winkelposition angeordnet sein können (zum Beispiel 180° beabstandet). Indem zwei Bürstenmechanismen 48 und 50 bereitgestellt werden, kann das alternative Waferreinigungsgerät eine Vorreinigung und eine Endreinigung bereitstellen. Dies dient dazu, die Lebensdauer der von jedem Bürstenmechanismus 48 und 50 verwendeten Bürsten zu verlängern.
Es ist anzumerken, dass Verunreinigungen in Form von Drehwerkzeugfußabdrücken und Spannfuttermarkierungen durch das Waferreinigungsgerät 10 der Erfindung eliminiert werden.
Die vorliegende Erfindung kann in weiteren spezifischen Formen verkörpert werden, ohne von ihren wesentlichen Attributen abzuweichen, weshalb statt auf die vorausgegangene Beschreibung auf die beigefügten Ansprüche Bezug genommen werden sollte, um den Schutzbereich der Erfindung anzuzeigen.

Claims

Reinigungsgerät für eine dünne Scheibe (w) umfassend: – einen Scheibenhalter (14); – mindestens einen Bürstenmechanismus (16), wobei jeder Bürstenmechanismus ein Paar Bürsten (18), Mittel (20) zum Rotieren jeder der Bürsten bei einer konstanten Geschwindigkeit und Mittel (24) zum Verfahren der Bürsten hin und her radial über die Oberflächen der Scheibe aufweist und die Rotation der Bürsten eine variable Rotation der Scheibe bewirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Bürsten in entgegengesetzte Richtungen zur Rotation gebracht werden, Mittel (22) zum Festklemmen und Entklemmen der Bürsten mit der dazwischen angeordneten Scheibe vorgesehen sind und die Radialbewegung der Bürsten ein Geschwindigkeitsdifferential zwischen der konstanten Rotationsgeschwindigkeit der Bürsten und der variablen Rotationsgeschwindigkeit der Scheibe aufgrund der relativen Position der Bürsten auf der Scheibe verursacht, wobei das Differential eine reibende Reinigung der Oberflächen und des Kante der Scheibe verursacht.
Reinigungsgerät nach Anspruch 1 umfassend eine Mehrzahl von Bürstenmechanismen.
Reinigungsgerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bürsten auswechselbar sind.
Reinigungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Scheibenhalter ein Drehspannfutter (14) ist.
Reinigungsgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehspannfutter (14) eine austauschbare Drehplatte (26) aufweist.
Reinigungsgerät nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehspannfutter (14) Vakuum-/Druckauflagen (34) aufweist, die es erlauben, sowohl eine Menge an komprimierter Luft ausströmen zu lassen, um ein Luftpolster zu schaffen, auf dem die Scheibe schwimmen kann und um die Scheibe in einer festen Position durch eine Vakuumsaugung zu halten.
Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsmittel einen Schrittmotor zum Antreiben der rotierbaren Wellen, auf denen die Bürsten befestigt sind, aufweisen.
Reinigungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsmittel einen Servomotor zum Antreiben der rotierbaren Wellen, auf welchen die Bürsten befestigt sind, aufweisen.
Reinigungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmittel einen Klemmzylinder (42) aufweisen.
Reinigungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Verfahren einen Motor aufweisen.
Reinigungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das weiterhin Sprühdüsen (44) aufweist, um einen Flüssigkeitsstrahl auf die Oberflächen der Scheibe zu richten.
Reinigungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das weiterhin eine Steuervorrichtung umfasst, um den Betrieb des Scheibenhalters, der Rotationsmittel, der Klemmittel sowie der Mittel zum Verfahren zu steuern.