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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft
die Bearbeitung von Halbleiter-Wafern; insbesondere betrifft die
vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Verwendung beim Schwabbeln
und Reinigen von Halbleiter-Wafern.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Chemisch-mechanisches Polieren (CMP) wird
in der Halbleiter-Industrie typischerweise eingesetzt, um die Oberfläche einer
dielektrischen Schicht zu planarisieren oder um eine überschüssige Materialschicht
zu entfernen, die auf einem Substrat oder einer vorherigen Schicht
abgelagert worden ist. Um die Planarisierung durchzuführen, wird
ein relativ hartes Polierkissen-Material wie Polyurethan mit speziellem
Füllstoffmaterial
verwendet. Um für
globale Planarisierung (innerhalb des Wafers) zu sorgen, wird im
Allgemeinen eine weichere Unterlage verwendet. Die Wirksamkeit eines
Planarisierungsverfahrens hängt
wesentlich von der Härte
des Polierkissens ab, das die erhöhten Stellen einer dielektrischen Schicht
in Gegenwart eines Poliermittels entfernt. Daher werden, da die
Planarisierung ein primäres Ziel
der Durchführung
von CMP ist, im Allgemeinen harte Polierkissen verwendet. Dieser
Planarisierungsschritt wird als primärer oder erster Polierschritt bezeichnet.
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Unglücklicherweise ist ein hartes
Polierkissen nicht günstig,
um geringe Defekte an der Polieroberfläche zu erreichen. Daher wird
eine zweite Auflageplatte (ein Poliertisch) mit einem weicheren
Polierkissen verwendet, um entweder nach dem primären Polierschritt
geringe Materialmengen zu entfernen oder die Oberfläche des
Wafers einfach vor dem Reinigungssystem zu "reinigen". Bei diesem "Reinigungs"-Schritt
auf dem eigenen Poliertisch wird DI-Wasser verwendet, und es wird
oft als Schwabbeln bezeichnet. Der separate Poliertisch auf der
Poliermaschine erhöht
deren Komplexität,
verringert den Durchsatz und erhöht
die Standfläche
des Polierwerkzeugs. Es ist wünschenswert,
alle Reinigungsvorgänge
mit Wasser außerhalb
der Poliervorrichtung durchzuführen,
um diese Nachteile zu vermeiden.
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Herkömmliche Wafer-Reinigungssysteme können erfolgreich
lose Poliermaterialteilchen von der Oberfläche des Wafers entfernen, und
einige Reinigungssysteme können
Metallverunreinigungen von der Wafer-Oberfläche entfernen. Mit herkömmlichen Reinigungsvorrichtungen
ist es nicht wirksam möglich,
kleine Poliermittelteilchen zu entfernen, die oft im Film eingebettet
sind. Normalerweise wird durch Schwabbeln auf dem weichen Polierkissen
der Großteil
derartiger Defekte entfernt, und die polierte Oberfläche bleibt
ausreichend sauber und zum mechanischen Reinigen bereit zurück.
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Es ist daher wünschenswert, die Leistung der
Reinigungsvorrichtung zu erhöhen
und Wafer nach dem primären
CMP-Schritt zu reinigen, um das gleiche Defekt-Niveau wie beim zweistufigen CMP-Verfahren,
genauer gesagt primärem
Polier-Schritt plus Schwabbel-Schritt, zu erreichen.
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Die Wafer-Reinigungssysteme nach
dem Stand der Technik sind für
Schwabbel-Arbeiten
nicht ausgebildet, da der Druck und die Geschwindigkeit des Reinigungsmediums
deutlich niedriger waren als zum Schwabbeln erforderlich. Manche
der Reinigungssysteme können
nicht eingesetzt werden, um Schwabbeln durchzuführen, da der Wafer an der Kante
gehalten wird und der Wafer durch das Ausüben des für Schwabbeln typischen Drucks
brechen kann.
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US-Patent Nr. 5.555.177 offenbart
ein Verfahren zum Rücksetzen
eines Prozesses in einem Steuerungssystem, worin das Verfahren das
Identifizieren eines Prozesses für
einen Abschnitt einer Doppelseiten-Wafer-Reinigungsvorrichtung und
das anschließende
Rücksetzen
des Prozesses umfasst. US-Patent Nr. 5.704.987 beschreibt ein Verfahren zur
Reinigung der Oberfläche
eines Halbleiter-Wafers durch das Entfernen verbleibender Poliermittelteilchen,
die nach dem chemisch-mechanischen Polieren an der Wafer-Oberfäche haften.
EP-Patent Nr. 0.677.867 beschreibt ein Verfahren zum mechanischen
Reinigen von Substrat, welches den Schritt des mechanischen Reinigens
beider Flächen
des Substrats mit zylindrischen sich drehenden Bürsten umfasst.
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Das deutsche Patent
DE 199 17 064 offenbart ein Verfahren
zur Herstellung einer Laminatstruktur mit einer Unter- und einer
Decklage, zwischen denen in Sandwichanordnung eine Zwischenlage
angeordnet werden kann, zur Herstellung von Semiconductor-on-Insulator-
(SOI)-Scheiben.
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Die vorliegende Erfindung stellt
ein verbessertes Wafer-Reinigungssystem bereit, das spezifisch für die Durchführung eines
Schwabbelvorgangs konstruiert ist. Das System ermöglicht es,
Wafer mit einer mechanischen Reinigungsvorrichtung mit deutlich
erhöhten
Drücken
und Geschwindigkeiten zu bearbeiten, wodurch der Anwendungsbereich
erweitert wird. Die Vorrichtung ermöglicht auch die Steuerung und Änderung
von Verfahrensparametern, um Schwabbeln oder herkömmliches
mechanisches Reinigen in derselben oder eigenen Stationen unter
Anwendung geeigneter Chemikalien durchzuführen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es wird ein System zur Bearbeitung
von Halbleiter-Wafern beschrieben. Das System umfasst eine Schwabbel-Station
und eine an die Schwabbelstation gekoppelte Reinigungsstation, wie
in Anspruch 1 dargelegt.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die vorliegende Erfindung wird aufgrund
der nachstehend angeführten
detaillierten Beschreibung und der beiliegenden Zeichnungen verschiedener Ausführungsformen
der Erfindung besser verstanden werden, die jedoch nicht als Einschränkung der
Erfindung auf die spezifischen Ausführungsformen zu verstehen sind,
sondern nur zur Erklärung
und zum Verstehen bestimmt sind.
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1 veranschaulicht
ein exemplarisches Reinigungssystem.
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2 zeigt
eine Seitenansicht einer Ausführungsform
eines Bürstenkastens
und eines Abschnitts der Bürstenkastenbehältervorrichtung.
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3A zeigt
eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der oberen Bürstenanordnung gemäß vorliegender
Erfindung.
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3B zeigt
eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der unteren Bürstenanordnung gemäß vorliegender
Erfindung.
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3C zeigt
eine Ausführungsform
eines Rotationsarms und seine Kopplung zum Anschließen an einem
Antrieb.
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Die 4A–4D zeigen Draufsichten von Ausführungsformen
der oberen und der unteren Bürstenanordnungen
bzw. Schnittansichten der oberen und unteren Bürstenanordnungen.
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5 ist
ein Graph, der den Druck veranschaulicht, den die Bürste auf
den Wafer ausüben kann.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
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Es wird ein System zur Bearbeitung
von Halbleiter-Wafern beschrieben. In der folgenden Beschreibung
sind zahlreiche Details dargelegt, wie Komponenten-Materialien, Geschwindigkeiten,
Drücke
usw. Fachleuten auf dem Gebiet der Erfindung wird jedoch klar sein,
dass die vorliegende Erfindung ohne diese spezifischen Details in
die Praxis umgesetzt werden kann. In anderen Fällen werden allgemein bekannte
Strukturen und Vorrichtungen nicht im Detail, sondern in Form von
Blockdiagrammen gezeigt, um zu vermeiden, dass die vorliegende Erfindung
unklar wird.
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Überblick über die
vorliegende Erfindung
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Während
die Verfahrensabfolge für
das typische Poliersystem mit mehr als einer Auflageplatte aus einem
oder zwei primären
Polierschritten auf einer Auflageplatte mit einem harten Polierkissen
und einem Schwabbelvorgang auf einer Auflageplatte mit einem weichen
Polierkissen besteht, werden bei der neuen vorgeschlagenen Verfahrensabfolge
gemäß vorliegender
Erfindung nur primäre
Polierschritte auf der Poliervorrichtung durchgeführt, und
der Schwabbelvorgang wird auf der Reinigungsvorrichtung mit erhöhter Leistung
durchgeführt.
Diese Verfahrensabfolge ermöglicht
es, den Durchsatz der Poliervorrichtung wesentlich zu erhöhen und
die Schwabbel-Auflageplatte zur Durchführung von primärem Polieren zu
verwenden.
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Bei den Poliersystemen mit einer
einzigen Auflageplatte ermöglicht
es diese Konfiguration der Reinigungsvorrichtung, Wafer mit höherer Qualität (weniger
Defekten) zu erzeugen, als dies bisher möglich ist.
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Eine solche Verbesserung verlagert
die Last des Reinigungsschritts von der Poliervorrichtung zum Reinigungssystem
(mechanische Reinigung; scrubber), wo es ganz normal ist, Reinigungsarbeiten durchzuführen. Weiters
eignet sich die Umgebung der Reinigungsvorrichtung aufgrund des
Einsatzes einer sauberen eingeschlossenen Verfahrenskammer und der
Möglichkeit
zur Handhabung verschiedener Chemikalien besser für die Durchführung von Reinigungsarbeiten
als eine Poliervorrichtung. Ein weiterer Vorteil der Durchführung des
Schwabbel-Schritts auf der Reinigungsvorrichtung besteht darin,
dass beide Seiten gleichzeitig geschwabbelt werden können, während auf
der Poliervorrichtung nur die Vorderseite geschwabbelt wird.
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Die vorliegende Erfindung stellt
ein System zur Bearbeitung von Halbleiter-Wafern bereit. Gemäß einer
Ausführungsform
umfasst das System eine Schwabbelstation und eine Reinigungsstation. Gemäß einer
Ausführungsform
schwabbelt die Schwabbelstation zwei (z. B. einander gegenüberliegende
usw.) Seiten eines Wafers gleichzeitig. Gemäß einer Ausführungsform
schwabbelt die Schwabbelstation einander gegenüberliegende Seiten eines Wafers
gleichzeitig, und die Reinigungsstation führt gleichzeitige Bürstenreinigung
der einander gegenüberliegenden
Seiten des Wafers durch, nachdem das Schwabbeln des Wafers abgeschlossen
worden ist.
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Gemäß einer Ausführungsform
umfasst die Schwabbelstation ein oder mehrere Schwabbelelemente,
von denen zumindest eines von einer ersten Anordnung in Position
gebracht wird. Auf ähnliche Weise
umfasst die Reinigungsstation ein oder mehrere Reinigungselemente,
von denen zumindest eines von einer zweiten Anordnung in Position
gebracht wird, wobei Abschnitte der ersten und der zweiten Anordnung
im Wesentlichen gleich sind. Die Schwabbel- und die mechanischen
Reinigungselemente sind Bearbeitungselemente, die Polierkissen und/oder
Bürsten
umfassen können.
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Gemäß einer Ausführungsform
ist die Schwabbelstation so konfigurierbar, dass sie eine weitere
Reinigungsstation ist, beispielsweise eine Bürstenreinigungsstation. Gemäß einer
Ausführungsform
umfasst die Schwabbelstation eine Anordnung, die so konfigurierbar
ist, dass ein Bearbeitungselement, das eine Bürste oder ein Polierkissen oder
ein anderes Schwabbelmedium sein kann, mit unterschiedlichen Drücken auf
einen Halbleiter-Wafer angewandt werden kann. Diese verschiedenen Drücke können einen
ersten Satz Drücke,
der ausreicht, um einen Halbleiter-Wafer zu reinigen, und einen
zweiten Satz Drücke
umfassen, der ausreicht, um den Halbleiter-Wafer zu schwabbeln.
Unabhängig
davon, ob auf derselben Station zu verschiedenen Zeiten mechanisches
Reinigen oder Schwabbeln durchgeführt wird, es müssen in
jedem Fall wo notwendig geeignete Chemikalien eingesetzt werden.
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Ein Schwabbelelement oder ein Schwabbelmedium
kann aus einer einzelnen Lage aus Polyvinylalkohol-(PVA-) Material
oder aus mehreren Lagen aus unterschiedlichen Materialien bestehen.
Gemäß einer
Ausführungsform
besteht das Schwabbel- (oder
Bearbeitungs-) Element aus einem harten chemisch resistenten Material
wie PET-Kunststoff mit einer PVA-Materiallage darauf und einem weichen
Poliertuch, das um die PVA-Lage herum gewickelt ist. Diese Konfiguration
ermöglicht
es, dass auf den Wafer während
eines Schwabbelvorgangs beträchtlicher Druck
ausgeübt
wird, sie weist eine relativ große Kontaktfläche zwischen
Polierkissen und Wafer auf und sorgt dafür, dass das Bearbeitungselement
weiterhin mit der Konfiguration der herkömmlichen Reinigungsvorrichtung
kompatibel ist. Das Bearbeitungselement, das sich mit der Hinterseite
des Wafers in Kontakt befindet, kann genau das gleiche sein oder
aus einem herkömmlichen
Kern und einer PVA-Bürste
bestehen, wie für
eine mechanische Reinigungsvorrichtung typisch.
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Das Ausüben des Drucks während des Schwabbel-Zyklus
wird erreicht, indem das obere Bearbeitungselement entlang der vertikalen
Achse in Bezug auf das stationäre
untere Bearbeitungselement bewegt wird. (Siehe 2 und die nachstehende Erörterung.)
Der Wafer wird zwischen Bearbeitungselementen angeordnet und kann
beträchtliche Belastungen
aushalten, ohne zu brechen.
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Die vorliegende Erfindung stellt
einen Bearbeitungskasten bereit, der eine Bürsten- oder Polierkissenanordnung und eine
Positionierungsanordnung umfasst. Die Bürsten/Polierkissen-Anordnung umfasst
ein Paar Polierkissen und/oder Bürsten
zum Schwabbeln und/oder Reinigen von Wafern sowie einen Mechanismus
zum Steuern und Antreiben der Bürsten
und/oder Kissen. Die Positionierungsanordnung gemäß vorliegender
Erfindung kann eingesetzt werden, um verschiedene Komponenten und
Vorrichtungen im Bearbeitungssystem zu positionieren. Gemäß einer
Ausführungsform
umfassen derartige Komponenten Wafer-Handhabungs- und Manipulationsvorrichtungen,
wie Walzen, Räder,
Führungen,
einen oder mehrere Roboter. Siehe beispielsweise die am 29. August
1996 eingereichte US-Patentanmeldung Seriennr. 08/705.115 mit dem
Titel "A Containment
Apparatus"; die
am 29. August 1996 eingereichte US-Patentanmeldung Seriennr. 08/705.162 mit
dem Titel "A Roller
Positioning Apparatus";
und die am 29. August 1996 eingereichte US-Patentanmeldung Seriennr.
08/705.161 mit dem Titel "A
Brush Assembly Apparatus",
die alle auf den Firmen-Zessionar der vorliegenden Erfindung übertragen
wurden.
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Der Bearbeitungskasten gemäß vorliegender
Erfindung kann in ein Wafer-Bearbeitungssystem mit mehreren Bearbeitungsstationen
eingebaut werden. Beispiels weise kann das Wafer-Bearbeitungssystem
eine oder mehrere Stationen für
das Schwabbeln und/oder Reinigung (z. B. mechanisches Reinigen)
von Substraten aufweisen. Es ist anzumerken, dass, obwohl die vorliegende
Erfindung in Bezug auf die Säuberung
durch die Durchführung
von Bürstenreinigung
von Wafern beschrieben werden kann, auch andere Wafer-Reinigungstechniken
als mechanisches Reinigen in einer oder mehreren Bearbeitungsstationen
eingesetzt werden können.
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Die vorliegende Erfindung wird zwar
im Zusammenhang mit dem Schwabbeln und mechanisches Reinigen eines
Wafers beschrieben, es versteht sich jedoch, dass mit der vorliegenden
Erfindung jedes ähnlich
geformte, d. h. allgemein aufgetragene Substrat, bearbeitet werden
kann. Weiters versteht es sich, dass die Bezugnahme auf einen Wafer
oder ein Substrat ein freiliegendes oder reines Halbleitersubstrat
mit oder ohne Dotierung, ein Halbleitersubstrat mit Epitaxialschichten,
ein Halbleitersubstrat, das in jedem Stadium der Bearbeitung eine oder
mehrere Vorrichtungslagen umfasst, oder andere Arten von Substraten
einschließen
kann, die eine oder mehrere Halbleiterlagen umfassen, wie Substrate
mit Semiconductor-on-Insulator(SOI-) Vorrichtungen oder Substrate
zur Bearbeitung anderer Geräte
und Vorrichtungen, wie Flachbildschirme, Festplatten, Multichip-Module
usw.
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Die vorliegende Erfindung stellt
eine Bürsten/Polierkissen-Anordnung
bereit, die fähig
ist, im Vergleich zum herkömmlichen
Reinigen mit hoher Energie (hohem Druck und hoher Geschwindigkeit) zu
arbeiten. Das System gemäß vorliegender
Erfindung arbeitet mit höheren
Drücken
als sie bei Reinigungsvorrichtungen nach dem Stand der Technik typischerweise
zum Einsatz kommen. Gemäß vorliegender
Erfindung arbeitet das System beim Schwabbeln mit einem abwärts gerichteten
Druck oder einer abwärts
gerichteten Kraft von 70,3 bis 2.012 kg/m2 (0,1–4 psi (etwa
0,2 bis 20 Ibs.)) und mit einer relativen Geschwindigkeit von etwa
12,2 bis 36,6 m/min (40 bis 120 Fuß pro Minute). Im Gegensatz
dazu arbeitet die herkömmliche
Reinigungsvorrichtung mit einem Druck von etwa 70,3 bis 351 kg/m2 (0,1 bis 0,5 psi (0,2 bis 1 Ibs.)) und
mit einer relativen Geschwindigkeit von 1,52 bis 6,1 m/min (5 bis
20 Fuß pro
Minute). Es ist anzumerken, dass die typischen Poliervorrichtungen
nach dem Stand der Technik mit einem abwärts gerichteten Druck von 1.406
bis 2.812 kg/m2 (2 bis 4 psi (100 Ibs.))
bei einer relativen Geschwindigkeit von 48,8 bis 76,2 m/min (160
bis 250 Fuß pro Minute9
arbeiten, um einem Schwabbelvorgang durchzuführen.
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Ein beispielhaftes
System
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1 zeigt
eine Konzeptansicht eines Doppelseiten-Wafer-Schwabbel- und Reinigungssystems
(scrubber system), wie es gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann. Das System umfasst
eine Anzahl von Stationen. Jede dieser Stationen stellt logisch
einen oder mehrere Schritte des Wafer-Schwabbel- und Reinigungsverfahrens
dar. Diese Stationen können auch
die Hardware und Software umfassen, die einen der Schritte im Verfahren
durchführt.
Das Verfahren umfasst die Schritte, die vom System an den Wafern
vorgenommen werden. Gemäß einer
Ausführungsform
kann das System mehrere Wafer gleichzeitig bearbeiten; in jeder
der Stationen werden zu einem bestimmten Zeitpunkt ein oder mehrere
Wafer bearbeitet.
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Gemäß einer Ausführungsform
stellt die vorliegende Erfindung ein saures (bei niedrigem pH durchgeführtes) Reinigungsverfahren
für Wafer
bereit. Das Reinigungsverfahren kann ein Fluorwasserstoff- (HF-)
Reinigungsverfahren sein. Um den korrodierenden Wirkungen der Säure standzuhalten,
können
Kunststoffkomponenten im System aus Materialien wie Polyethylenterephthalat
(PET), Polyacetal (POM, DELRIN®), Polytetrafluorethylen
(PTFE, TEFLON®,
Polypropylen (PP), Polyurethan (PU) usw. bestehen, und Metallkomponenten
können
aus Edelstahl, wie Hastelloy C27
6
® bestehen. Es ist anzumerken,
dass die vorliegende Erfindung auf andere Reinigungsverfahren und
-systeme angewandt werden kann.
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Es ist festzuhalten, dass die Bürstenanordnung
gemäß vorliegender
Erfindung an einem Bearbeitungskasten arbeitet, der die Verwendung
von deionisiertem (Dl-) Wasser im Verfahren erleichtern kann. Gemäß einer
Ausführungsform
kann der Bearbeitungskasten gemäß vorliegender
Erfindung uneingeschränkt
mit verschiedenen Chemikalien arbeiten. Beispielsweise kann Flußsäure (HF)
im Bear beitungskasten gemäß vorliegender
Erfindung verwendet werden. Es ist wichtig, dass die vorliegende
Erfindung die Möglichkeit
bietet, einen ähnlichen
Druck wie eine Poliervorrichtung auszuüben und dennoch alle Chemikalien
zur Reinigungen einzusetzen.
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Verunreinigte Wafer werden an einem
Ende der Reinigungsvorrichtung eingebracht; saubere Wafer werden
am anderen Ende der Reinigungsvorrichtung entnommen.
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In der Ladestation 110 (die
auch als Eingabestation bezeichnet wird) lädt eine Bedienperson eine Kassette 180 in
die Reinigungsvorrichtung. Die Kassette 180 enthält eine
Anzahl verunreinigter Wafer. Wafer werden auf ein Transportband 115 automatisch
von der Ladestation 110 zu einer Station 120 befördert. Das
Transportband 115 wird vom Gleichstrommotor 193 bewegt.
Wafer 101 ist ein verunreinigter Wafer, der automatisch
aus der Kassette 180 entnommen und auf Transportband 115 gelegt
wird.
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Die Station 120 kann als
Schwabbelvorrichtung konfiguriert sein, um Wafer als Teil eines Schwabbelverfahrens
zu schwabbeln, oder kann so konfiguriert sein, dass die Wafer als
Teil eines Reinigungsverfahrens gereinigt wird. Wenn sie als Schwabbelstation
(als Teil eines Schwabbelverfahrens) konfiguriert ist, schwabbelt
und bespritzt (mit nicht gezeigten Wasserstrahlen) Station 120 einen polierten
Wafer, um einige der Teilchen vom polierten Wafer 101a zu
entfernen. Polierkissen 121 schwabbeln beide Seiten des
polierten Wafers 101 gleichzeitig. Die Höhe der oberen
Bürste
wird von einem (nicht gezeigten) Schrittmotor gesteuert. Die Walze
dreht den geschwabbelten Wafer 101a.
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Bei einer Konfiguration als Bürstenstation (als
Teil eines Reinigungsverfahrens) in Station 120 wird ein
verunreinigter Wafer 101 gebürstet und (mit nicht gezeigten
Wasserstrahlen) bespritzt, um einige der Teilchen vom verunreinigten
Wafer 101 zu entfernen. Bürsten 121 reinigen
beide Seiten des verunreinigten Wafers 101. Die Position
der oberen Bürste wird
von einem (nicht gezeigten) Schrittmotor gesteuert. Die Walze dreht
den einmal gebürsteten
Wafer 101a. Gemäß einer
Ausführungs form
werden die Kanten- und Abschrägungsbereiche
eines Wafers unter Einsatz der Walze gereinigt. Verbesserte Reinigung
kann erzielt werden, wenn eine Relativgeschwindigkeitsdifferenz
zwischen der Walze und dem Wafer besteht.
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Die geschwabbelten und einmal gebürsteten Wafer 101a werden
dann automatisch zur Station 130 befördert. Das erfolgt durch Transportband 116, das
von einem zweiten (nicht gezeigten) Gleichstrommotor gesteuert wird.
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In Station 130 wird ein
geschwabbelter und einmal gebürsteter
Wafer 101a gebürstet
und (mit nicht gezeigten Wasserstrahlen) bespritzt, um weitere Teilchen
vom Wafer 101a zu entfernen. Bürsten 131 reinigen
beide Seiten des einmal gebürsteten Wafers 101a.
Die Position der oberen Bürste
der Bürsten 131 wird
durch einen Schrittmotor 191 gesteuert. Sobald das abgeschlossen
ist, werden dann die zweimal gebürsteten
Wafer 101b über
ein Transportband 117 automatisch zu einer Schleuder- & Trocknungsstation 140 befördert.
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Obwohl beim oben beschriebenen System angegeben
ist, dass die Station 120 entweder als Bürstenstation
zur Reinigung eines Wafers oder als Schwabbelstation zum Schwabbeln
eines Wafers konfiguriert sein kann, kann auch Station 130 entweder
als Bürstenstation
oder als Schwabbelstation konfiguriert sein.
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Die Schleuder- & Trocknungsstation 140 spült die Wafer,
schleudert sie und trocknet sie. Wafer 101c stellt einen
Wafer dar, der in der Schleuder- & Trocknungsstation 140 bearbeitet
wird. Zu diesem Zeitpunkt ist der Wafer bereits gereinigt. Es ist
anzumerken, dass der Wafer bei einem bestimmten Wafer-Typ während der
Ladestation 110, der Station 120 und der Station 130 feucht
gehalten werden muss. Erst nachdem er gebürstet und gespült worden
ist, kann dieser Wafer-Typ dann geschleudert und getrocknet werden.
Der geschleuderte und getrocknete Wafer 101c wird dann
zur Ausgabestation 150 befördert.
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In der Ausgabestation 150 wird
der saubere Wafer in eine Kassette 181 gelegt. Wafer 101d stellt einen
sauberen Wafer dar, der in Kassette 181 gelegt wird. Die Kassette 181 kann,
wenn sie mit sauberen Wafern voll ist, von der Bedienperson entnommen werden.
Dadurch wird das Reinigungsverfahren abgeschlossen.
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Im Steuersystemgehäuse 170 sind
eine Anzahl von Komponenten untergebracht, die das Herz des Steuersystems
für die
Reinigungsvorrichtung bilden. Das Steuersystemgehäuse 170 umfasst
einen Host-Käfig 171,
der ein Host-Board 172 aufweist. Das Host-Board 172 sorgt
für die
Gesamtsteuerung der Reinigungsvorrichtung. Das Host-Board 172 umfasst
typischerweise einen oder mehrere Host-Prozessoren, die in einer
oder mehreren physikalischen Baugruppen implementiert sind. Der
Host-Käfig 171 bietet
Halt für
das Host-Board 172 und andere Leiterplatten im Host-Käfig (z.
B. Sensoreingabe-Platten, eine Videokarte für die Bedienungsanzeige 160,
eine Leiterplatte, um Signale vom Host-Board 172 zum übrigen Steuersystem
zu senden).
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2 zeigt
eine Seitenansicht eines Bürstenkastens 105.
Es ist anzumerken, dass der Bürstenkasten 106 im
Wesentlichen ähnlich
ist. Auf 2 Bezug nehmend
wird gezeigt, dass der Bürstenkasten 105 eine
Bürstenanordnung 210,
die Reinigungsbürsten 211 und 212 zum
gleichzeitigen Reinigen beider Seiten eines Wafers umfasst, und
einen Bürstenantriebsmechanismus 214 mit
einem Bürstendrehpunkt 213 enthält, wie
nachstehend detaillierter beschrieben. Der Bürstenantriebsmechanismus 214 ist
zum Antrieb an die Bürste 211 gekoppelt
und nachstehend detaillierter beschrieben.
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Es ist anzumerken, dass der Bürstenkasten 105 auch
einen inneren Kammerabfluss 201 enthält. Ebenfalls gezeigt wird
ein äußerer Kammerabfluss 202,
der einem Abfluss im Basisbehälter 113 entspricht.
Bürstenkasten 105 umfasst
auch eine Abgasleitung 203 wie oben beschrieben. Alle Abflüsse umfassen
Dichtungen, die nach dem Stand der Technik allgemein bekannt sind.
Jede Dichtung kann eine Auslaufdetektionsvorrichtung umfassen. Gemäß einer
Ausführungsform
besteht der äußere Kammerabfluss 202 aus
Polypropylen (PP).
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Der Bürstenkasten 105 umfasst
auch einen Einlass 111. Einlass 111 ermöglicht es,
dass Wafer in sein Inneres gelangen. Es ist auch zu erkennen, dass Bürstenkasten
105 Sprühköpfe 205 und 206 umfasst, um
Reinigungslösungen
auf die Walzen, wie Walze 230, und auf Wafer zu spritzen,
wenn sie den Bürstenkasten 105 verlassen.
Gemäß einer
Ausführungsform
sind Sprühköpfe am Eingang
und Ausgang des Bürstenkastens 105 und
am Ausgang von Bürstenkasten 106 montiert.
Gemäß einer
alternativen Ausführungsform
können
Sprühköpfe am Eingang
von Bürstenkasten 106 montiert
sein. Die Verwendung von Sprühköpfen und
-strahlen ist nach dem Stand der Technik allgemein bekannt.
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Der Bürstenkasten 105 enthält auch
eine Walzenpositionierungsanordnung 220, die Walzen, wie
eine Walze 230, in Bezug auf den Wafer in Position bringt,
der zwischen den Bürsten 211 und 212 gereinigt
wird. Gemäß einer
der Ausführungsformen umfasst
jede der Bürsten 211 und 212 einen
Kunststoffkern und einem PVA-Abschnitt,
der mit Polierkissenmaterial bedeckt ist. Ausführungsformen der Walzenpositionierungsanordnung 220 werden
nachstehend im Detail erörtert.
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Es ist anzumerken, dass es, wie in 2 gezeigt, abgesehen von
der Abgasleitung und den Ableitungen keine Durchdringungen durch
den Boden der Kammer gibt. Die Durchdringungen durch die Kammer
befinden sich an den Seiten. Dadurch, dass nur seitliche Durchdringungen
vorhanden sind, sind weniger Dichtungen erforderlich, und die Wahrscheinlichkeit
von Leckage verringert sich, was insbesondere bei Systemen vorteilhaft
ist, bei denen stark saure Chemikalien eingesetzt werden.
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Bürstenanordnung
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3A und 3B zeigt perspektivische
Ansichten der oberen Bürstenanordnung
bzw. der unteren Bürstenanordnung
der Bürstenanordnung 210.
Die 4A bis 4D zeigen eine Draufsicht
der oberen und der unteren Bürstenanordnung
bzw. eine Schnittansicht der oberen und der unteren Bürstenanordnung. Es
ist anzumerken, dass die eigentlichen Bürsten selbst (abgesehen vom
Antriebsmechanismus) nach dem Stand der Technik allgemein bekannt
sind. Es ist anzumerken, dass die 3A und 3B sowie die 4A bis 4D in
Zusammenhang mit Bürsten
beschrieben sind, die Anordnungen jedoch auch für Polierkissen zum Schwabbeln,
mechani schen Reinigen und andere Bearbeitung konfiguriert sein können. Jede
Bürste
umfasst mehrere (nicht gezeigte) Vorsprünge, um das Reinigen von Wafern
zu erleichtern. Gemäß einer
Ausführungsform
sind die obere und die untere Bürste
alle so konfiguriert, dass sie den Kern der Büste mit Fluid versorgen, das
durch die Bürstenoberfläche zur
Außenseite
der Bürste
zu verteilen ist. Derartige Bürsten
und Fluidabgabesysteme werden hierin nicht im Detail beschrieben.
Beschreibungen beispielhafter Bürsten
und weitere Informationen bezüglich
des Systems zur Fluidabgabe durch die Bürste sind der am 13. Oktober
1995 eingereichten US-Patentanmeldung
Seriennr. 08/542.531 mit dem Titel "Method und Apparatus for Chemical Delivery
Through the Brush" zu
entnehmen, die auf den Firmen-Zessionar der vorliegenden Erfindung übertragen
wurde.
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In den 3A und 3B sowie den 4A und 4D kann
jeder der Bürstenkerne
durch eine Polierkissenwalzenanordnung oder ein anderes geeignetes Material
zum Schwabbeln des Wafers ersetzt werden. Auf diese Weise kann jede
der Bürstenanordnungen
als Schwabbelanordnung konfiguriert werden, um eine oder mehrere
Seiten des Wafers zu schwabbeln. Es ist anzumerken, dass in diesem
Fall die Schwabbelpolierkissenwalzenanordnung weitgehend wie die
Bürste
so konstruiert ist, dass sie Fluid aus ihrem Kern durch die Polierkissenoberfläche an die
Außenseite
des Polierkissens abgibt.
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Die für die Bürsten verwendeten Materialien können Material
vom PVA- oder Polyurethan-Typ umfassen. Die oberen und unteren Bürsten können aus den
gleichen oder unterschiedlichen Materialien bestehen. Gemäß einer
Ausführungsform
umfasst das Material eine Kombination aus Material vom PVA- oder
Polyurethan-Typ mit einem Polierkissen an der Oberseite. Die Gestalt
der Bürste
kann die Form eines runden Zylinders sein, und in einem solchen
Fall kann es sich um eine flache PVA-Bürste
handeln. Gemäß einer
anderen Ausführungsform
kann eine flache PVA-Bürste mit
einem weichen Poliertuch umwickelt sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform
einer Schwabbelstation kann eine Polierkissenanordnung, die ein
oder mehrere im Wesentlichen flache oder plattenartige sich drehende
Polierkissen umfasst, eingesetzt werden, um einen Wafer zu schwabbeln,
der auf einem flachen Träger
angeordnet ist. Diese Konstruktion kann aufgrund der größeren Drücke eingesetzt
werden, die mit einigen Schwabbelvorgängen verbunden sind. Gemäß einer
Ausführungsform
kann eine solche Polierkissenanordnung ein SubaIV- oder ein anderes
Polierkissen umfassen. Wenn ein flaches Polierkissen verwendet wird,
ist die untere Bürste
möglicherweise
nicht notwendig. In diesem Fall muss der Wafer trotzdem gedreht
werden. Bei dieser Konfiguration kann jedoch nur eine Seite eines
Wafers gleichzeitig bearbeitet werden.
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Gemäß einer Ausführungsform
reguliert die vorliegende Erfindung die Kontaktfläche, die
zwischen den Bürsten
und dem Wafer vorhanden ist, indem Materialien unterschiedlicher
Technologien ausgewählt
werden. Die Position des Bürstenkerns
und die Zusammenpressbarkeit des Materials bestimmen die Kontaktfläche und
den Druck, die zur Anwendung kommen. Daher kann die Kontaktfläche geändert werden,
indem eine Bürste
oder ein Polierkissen mit einer bestimmten Zusammenpressbarkeit
gewählt wird.
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Auf die 3A, 4A und 4C Bezug nehmend wird eine
Ausführungsform
der oberen Bürste
beschrieben. Die sich drehenden Arme 301 und 302 sind
an einen oberen Bürstenhebeantrieb
(einen auf jeder Seite des Bürstenkastens)
gekoppelt und sprechen auf ihn an, wodurch bewirkt wird, dass die
obere Bürstenanordnung 300 auf
den Wafer zu und von ihm weg geschwenkt wird. Der Drehpunkt, um
den sich der obere Bürstenkern 301 dreht,
ist auf der Rotationsachse von Antriebswelle 310 zentriert.
Das Schwenkausmaß auf
den Wafer zu beeinflusst das Ausmaß an Druck, das auf den Wafer
ausgeübt
wird und kann bei der Konstruktion auf Basis der Notwendigkeiten
des Reinigungsverfahrens gewählt
werden. Es ist anzumerken, dass diese Schwenkbewegung innerhalb
des Bürstenkastens
stattfindet. Während des
Schwenkvorgangs ist die untere Bürstenanordnung 350 (aufgrund
ihrer Befestigung am Bürstenkasten
und den Behältniswänden) stationär.
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Rotationsarm 331 ist durch
die Verwendung einer Sechskantwelle, wie der Sechskantwelle 304 und
eines Bindeglieds 305 an den oberen Bürstenkern 301 gekoppelt.
Rotationsarm 302 ist durch Bindeglied 306 an den
oberen Bürstenkern 301 gekoppelt.
Rotationsarm 302 dreht sich koaxial um die Antriebswelle,
so dass die Rotation der Antriebswelle 310 kein Schwenken
der oberen Bürste
verursacht. Wie gezeigt, ist der Rotationsarm 302 an eine
Antriebswellendurchführung 370 gekoppelt,
die selbst drehbar ist. Gemäß einer
Ausführungsform
umfasst jeder Hebeantrieb einen Schrittmotor (der nicht gezeigt
ist, um zu verhindern, dass die vorliegende Erfindung unklar wird)
und arbeitet, indem er am Ende der Rotationsarme 331 und 302 nach
oben drückt, wodurch
bewirkt wird, dass der obere Bürstenkern 301 während des
Reinigungsverfahrens nach unten auf die Oberseite eines Wafers schwenkt.
Wenn der jeweilige Antrieb nach unten zieht, bewirken die Rotationsarme 331 und 302,
dass der obere Bürstenkern
301 vom Wafer weg schwenkt. Gemäß einer
alternativen Ausführungsform
können
Auslösehebel eingesetzt
werden, um den oberen Bürstenkern 301 zur
Wafer-Oberfläche
und von ihr weg zu bewegen. Auch kann durch Koppeln des Schrittmotors
oberhalb der Rotationsarme das Schwenken der oberen Bürstenanordnung 300 durchgeführt werden,
außer wenn
Steuerung in die entgegengesetzte Richtung erfolgt.
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Die Bürsten-Positionierungsvorrichtung,
die bewirkt, dass der Bürstenkern 301 an
den Wafer angelegt wird, kann gesteuert werden, um den Bürstenkern 301 mit
unterschiedlichen Drücken
an den Wafer anzulegen. Mit anderen Worten, die Bürsten werden
physikalisch befestigt, so dass sie physikalisch bewegt (nach unten
gedrückt)
werden können,
im Gegensatz zu der auf Schwerkraft basierenden Bewegung nach dem
Stand der Technik. Durch Aufwärts-Drücken am
Ende der Rotationsarme 331 und 203 mit größerer Kraft
vom Schrittmotor wird der Bürstenkern 301 mit
erhöhtem
Druck an den Wafer angelegt. Die Druckzunahme ist auf die mechanischen
Verhältnisse
zurückzuführen. 5 ist ein Graph, der den
Druck veranschaulicht, mit dem ein Bürstenkern an einen Wafer mit
20,32 cm (8'') unter Verwendung
eines Schrittmotors angelegt wird,wenn ein Bürstenkern in einem System nach
dem Stand der Technik und einem System gemäß vorliegender Erfindung positioniert
wird. Die Mikroschritte der vorliegenden Erfindung ergeben eine
größere Bürstenbewegung
als nach dem Stand der Technik. Wie dargestellt, ist ein Druckausmaß, dass
ausgeübt
werden kann, größer als
nach dem Stand der Technik, sogar 4- bis 5mal größer. Der erhöhte Druck,
der gemäß vorliegender
Erfindung ausgeübt
wird, ermöglicht das
Entfernen eingebetteter Teilchen auf dem Wafer während des Reinigens. Der Einsatz
des Verfahrens auf HF-Basis in Verbindung mit dem erhöhten Druck sorgt
für ein
insgesamt besseres Reinigungsverfahren.
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Es ist anzumerken, dass, wenn die
Bürstenanordnung
zum mechanischen Reinigen (Reinigen) verwendet wird, sie so konfiguriert
sein kann, dass der Wafer oder eine Teilfläche geschwabbelt wird. Weiters
kann die vorliegende Erfindung dazu ausgebildet sein, für Schwabbeln
nur auf einer Seite des Substrats zu sorgen. Es ist jedoch anzumerken,
dass anders als nach dem Stand der Technik die vorliegende Erfindung
für gleichzeitiges
Schwabbeln auf beiden Seiten eines Substrats sorgt.
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Somit stellt die Bürstenanordnung
gemäß vorliegender
Erfindung einen Druck bereit, der sich für ein Schwabbelsystem eignet.
Daher ermöglicht
es die vorliegende Erfindung, dass ein Bearbeitungssystem ein duales
Schwabbel-/Reinigungssystem ist, bei dem der erste Satz "Bürsten"Kasten (einer oder mehrere) im Behälter zum
Schwabbeln verwendet wird bzw. werden und die nachfolgenden Bürstenkasten
(einer oder mehrere) zum Reinigen der Wafer verwendet wird bzw.
werden.
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3C zeigt
einen der Rotationsarme 331 und 302 und seine
Kupplung 320 an einen Schrittantrieb, der für den Betrieb
unterhalb des Rotationsarms angeordnet ist. Wenn sich die Kupplung 320 in der
obersten Position befindet, wird der Bürstenkern 301 an den
Wafer angelegt, während
in der tiefsten Position der Bürstenkern 301 vom
Wafer weg schwenkt. Wenn der Schrittmotor oberhalb des Rotationsarms
angeordnet ist, wird die Bewegung der Kupplung 320 umgekehrt,
um die gleiche Bürstenkernbewegung
zu erzielen.
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Sätze
von Durchführungsbuchsen 303 werden
verwendet, um die Position von Wellendurchführungen 370 und 372 sowie
der oberen Bürstenanordnung 300 in Bezug
auf den Bürstenbehälter 113 beizubehalten
und die obere Bürstenanordnung 300 an der
Seite des Bürstenkastens
zu befestigen. Auf diese Weise werden die Durchführungsbuchsen 303 als Teil
der Kupplung der oberen Bürstenanordnung 300 am
Bürstenkasten
und Bürstenbehälter 113 verwendet.
Weiters können
die Lagereinheiten in den Bürstenkasten
zur zusätzlichen
Stabilität
verwendet werden. Das heißt,
die Lagereinheiten müssen
die höheren
Belastungen und Geschwindigkeiten aushalten.
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Durchführungsbuchsen 303 fungieren
auch als Dichtungen zwischen dem inneren Hohlraum des Bürstenkastens
und der Außenseite
der Bürstenkastenbehältervorrichtung.
Der Einsatz von Durchführungsbuchsen
ist nach dem Stand der Technik allgemein bekannt. Gemäß einer
Ausführungsform
bestehen die Durchführungsbuchsen
aus T-500, hergestellt von IGUS, Inc., East Providence, RI.
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Eigene Bindeglieder 305 und 306 werden verwendet,
um den Antriebsabschnitt und die Rotationsarme der Bürstenanordnung 300 an
ihren Bürstenkern 301 zu
koppeln.
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Eine Anschlusskupplung 309 wird
verwendet, um eine Antriebswelle 310 an einen (nicht gezeigten)
Motor zu koppeln, der den oberen Bürstenkern 301 antreibt
und bewirkt, dass er sich dreht. Gemäß einer Ausführungsform
ist die Anschlusskupplung 309 über ein Wellenreduktionsstück aus Edelstahl
(oder einem anderen säurebeständigen Material)
an die Antriebswelle 310 gekoppelt.
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Die Rotationsbewegung, die der Motor
auf Antriebswelle 310 ausübt, wird durch einen Satz Zahnräder an den
Bürstenkern 301 angelegt.
(Es ist anzumerken, dass es Wellendurchführungen sowohl für die obere
Bürstenanordnung 300 als
auch die untere Bürstenanordnung
ermöglichen,
dass sich die Antriebswellen 310 und 360 als Reaktion
auf die Aktivierung ihrer Antriebsmotore frei drehen). Ein Mitläuferzahnrad 312 ist
an die Antriebswelle 310 gekoppelt. Ein Antriebszahnrad 311 ist
an den Bürstenkern 301 gekoppelt.
Das Mitläuferzahnrad 312 und das
Antriebszahnrad 311 berühren
einander durch ihre Zähne.
Wenn die Antriebswelle 310 gedreht wird, dreht sich das
Mitläuferzahnrad 312.
Die Rotationsbewegung von Mitläuferzahnrad 312 wird
dann auf eine nach dem Stand der Technik allgemeine Weise auf das
Antriebszahnrad 311 übertragen.
Es ist anzumerken, dass die Größe des Zahnrads
je nach Konstruktion gewählt
werden kann. Gemäß einer
Ausführungsform
haben das Mitläuferzahnrad 312 und
das Antriebszahnrad 311 jeweils 66 Zähne und weisen eine Teilung
von 24 und einen Durchmesser von 2,75 Zoll auf.
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Die Größe des Mitläuferzahnrads und des Antriebszahnrads
in Bezug aufeinander kann verändert
werden. Die Änderung
ihres Verhältnisses
kann vorteilhaft sein, um unterschiedliche Relativgeschwindigkeiten
zu ergeben. Derartige unterschiedliche Geschwindigkeiten können für Kantenreinigungszwecke
mit Rotationswalzen wichtig sein. Es ist auch anzumerken dass, obwohl
gezeigt wird, dass Zahnräder
die obere Bürstenanordnung 300 antreiben,
die Zahnräder
durch Riemen ersetzt werden können.
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Gemäß einer Ausführungsform
wird ein Zahnrad-Schutzkasten verwendet, um die Zahnräder abzudecken,
um zu verhindern, dass Teilchen aus dem Reinigungsverfahren in die
Zahnräder
gelangen, und zu verhindern, dass von den Zahnrädern erzeugte Teilchen die
Wafer verunreinigen.
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Ein Rückzugsstift 307 ist
nahe einem Ende des Bürstenkerns 301 an
einen Rückzugskern 308 gekoppelt.
Die vorliegende Erfindung sieht Rückzugsstifte 307 und
den Rückzugskern 308 vor,
um einfaches Entfernen des Bürstenkerns 301 zu
ermöglichen.
Auf diese Weise kann der Bürstenkern 301 zur
Wartung und Reparatur abgenommen werden. Wenn der Rückzugsstift 307 aus
seiner in 3A gezeigten
Position nach unten und nach links bewegt wird, wird der Rückzugskern 308,
der teilweise innerhalb des Bürstenkerns 301 angeordnet
ist, aus dem Bürstenkern 301 gezogen.
Das Ausmaß,
in dem der Rückzugskern 308 aus
dem Bürstenkern 301 gezogen
wird, ermöglicht
es, dass der Bürstenkern 301 vom
Bindeglied 305 befreit wird. Durch eine solche Bewegung
wird das andere Ende von Bürstenkern 301 vom
Bindeglied 306 weg bewegt, das sich teilweise in den Bürstenkern 301 erstreckt.
Sobald er sich in dieser Position befindet, kann der Bürstenkern 301 aus
dem Bürstenkasten
herausgezogen werden.
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Wieder auf die 3B, 4B und 4D Bezug nehmend ist die
untere Bürstenanordnung 350 der oberen
Bürstenanordnung 300 insofern ähnlich,
als sie einen Bürstenkern 351 und
eine Durchführungsbuchse 353 umfasst,
um die untere Bürstenanordnung 350 am
Bürstenkasten
und am Bürstenbehälter 113 zu
befestigen. Eine Anschlusskupplung 359 ist an eine Antriebswelle 360 gekoppelt.
Die Anschlusskupplung 359 koppelt einen Antriebsmotor an
die Antriebswelle 360, um den unteren Bürstenkern 351 anzutreiben.
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Die untere Bürstenanordnung 350 umfasst ebenfalls
einen Rückzugsstift 357,
der ähnlich
arbeitet wie der Rückzugsstift 307,
indem er einen Rückzugskern 358 zurückzieht,
der am Bürstenkern 351 angeordnet
war, wodurch der Bürstenkern 351 aus dem
Bürstenkasten
entfernt werden kann.
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Es ist anzumerken, dass, obwohl die
untere Bürstenanordnung 350 durch
die Anschlusskupplung 359 direkt von einem Motor angetrieben
wird, die untere Bürste
gemäß einer
alternativen Ausführungsform
unter Einsatz von Zahnrädern
vom selben Motor angetrieben werden kann, der die obere Bürste 300 antreibt.
Gemäß einer
Ausführungsform
werden vier Zahnräder
verwendet, um den unteren Bürstenkern mit
dem selben Motor anzutreiben, der den oberen Bürstenkern antreibt. Bei einer
solchen Ausführungsform
wird ein Antriebszahnrad, das an den Bürstenkern gekoppelt ist, von
einem Mitläuferzahnrad 312 und/oder
Antriebswelle 310 angetrieben. Durch den Einsatz nur eines
Motors wird die Anzahl an Durchdringungen in den Bürstenkasten
verringert, was bei stark sauren Reinigungsverfahren wie oben beschreiben
vorteilhaft ist.
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Während
Fachleuten auf dem Gebiet der Erfindung zweifellos viele Änderungen
und Modifikationen der vorliegenden Erfindung klar sein werden, nachdem
sie die obige Beschreibung gelesen haben, versteht es sich auch,
dass die verschiedenen zur Veranschaulichung gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen
keineswegs als einschränkend zu
betrachten sind. Daher sollen Bezugnahmen auf Details verschiedener
Ausführungsformen
den Schutzumfang der Ansprüche
nicht einschrän ken, wobei
diese selbst nur jene Merkmale anführen, die als wesentlich für die Erfindung
betrachtet werden.
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Somit ist eine Reinigungs/Schwabbel-Anordnungsvorichtung
beschrieben worden.