DE69935795T2

DE69935795T2 - Exzentrisch rotierendes bearbeitungsgerät für flache medien

Info

Publication number: DE69935795T2
Application number: DE69935795T
Authority: DE
Inventors: Daniel P. Kalispell BEXTEN
Original assignee: Semitool Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 1998-06-30
Filing date: 1999-06-21
Publication date: 2007-12-27
Anticipated expiration: 2019-06-22
Also published as: EP1115511A4; EP1115511B1; WO2000000301A1; ATE359132T1; EP1115511A1; JP2002519856A; US6125863A; DE69935795D1

Description

Technischer Bereich
Der technische Bereich dieser Erfindung ist ein zentrifugales Bearbeitungsgerät und Verfahren, die verwendet werden, Halbleiterwafer, Fotomasken, optische und gläserne Scheiben, magnetische Scheiben, Flachpanels, Linsen oder ähnliche flache Medien zu bearbeiten.
Hintergrund der Erfindung
Die Herstellung von Halbleiterwafern, Substraten und Photomaskenplatten, die bei der Herstellung von Halbleiterwafern verwendet werden, hat typischerweise Bearbeitungsausrüstung benutzt, in der verschiedene Arten von Bearbeitungsflüssigkeiten verwendet werden, um die Wafer zu behandeln. Ein Beispiel eines Halbleiterbearbeiters ist ein zentrifugaler Spültrockner (rinser dryer), der zum Ausspülen von Säuren, Beizmitteln, Ätzmitteln, und anderen Bearbeitungsflüssigkeiten, von Wafern, Photomasken und ähnlichen flachen Medien verwendet wird.
Die Spültrockner werden auch dazu verwendet, die gespülten Einheiten unter Verwendung eines erhitzten Gases, wie beispielsweise Stickstoff, welches nach dem Spülen mit der gewünschten Flüssigkeit durch die Bearbeitungskammer geleitet wird, zu trocknen. Die Wafer werden während des Bearbeitens schnell gedreht, um eine gleichmäßigere Verteilung der Bearbeitungsflüssigkeiten über die Waferoberflächen hin zu erhalten und um die Entfernung von Spülflüssigkeiten in Vorbereitung auf das Trocknen zu fördern.
Andere Arten von Halbleiterbearbeitern umfassen Säure-, Lösungsmittel-, und Ätzmittelbehandlungsmaschinen, welche sprühen oder auf eine andere Weise Säuren, Lösungsmittel und Ätzmittel auf die Wafer oder anderen flachen Medien aufbringen. Abstreif-Bearbeiter werden verwendet, Fotoresist von den Wafern zu entfernen. Eine andere spezielle Bearbeitung von Halbleitern kann andere Arten von Chemikalien erfordern. Viele dieser Prozesse werden in zentrifugalen Bearbeitungsmaschinen durchgeführt, um eine gleichmäßige Verteilung von Flüssigkeiten über den Wafer hin zu gewährleisten und um das Entfernen von Flüssigkeiten zu unterstützen.
Ein Hauptproblem bei der Herstellung von Halbleitern ist die Partikelkontamination. Kontaminationspartikel können die photographischen Prozesse beeinflussen, welche verwendet werden, die Chiplayouts auf die Wafer, die in Chips verarbeitet werden, zu bringen. Kontaminationsstoffe auf den Fotomasken können eine Verschlechterung des auf den Wafer übertragenen Bildes verursachen. Das direkte Bearbeiten der Wafer selbst ist sogar noch empfänglicher für Kontamination aufgrund der vielen involvierten Bearbeitungsschritte und dem Risiko bei jeder Stufe, dass Kontaminationspartikel auf der Oberfläche des Wafers haften bleiben können. Partikelkontamination bewirkt, dass eine große Anzahl von den Chips in einem Wafer defekt sind. Deshalb ist es sehr wichtig, die Kontamination zu reduzieren, um die Gewinne zu erhöhen.
Mit der nun durch neuere Halbleiterbearbeitungstechniken ermöglichten hohen Auflösung werden die Effekte der Kontaminationsstoffe sogar noch signifikanter und problematischer als in der Vergangenheit. Früher resultierten Partikel kleiner als 1 Mikrometer aufgrund der minimalen Strukturgröße von 2 Mikrometern, oder mehr, nicht in Defekten. Jedoch ist nun die in Strukturgröße in Chipgestaltungen hoher Dichte wesentlich geringer, zum Beispiel 0,18 Mikrometer. In Zukunft werden sogar Chips hoher Dichte mit noch kleineren Strukturgrößen erwartet. Der Schritt in Richtung kleinerer Strukturgrößen verstärkt das Kontaminationsproblem wegen der größeren Schwierigkeit, kleinere Partikel in der Umgebung zu beherrschen. Falls Kontaminationsstoffe vorhanden sind, dann kann sich eine wesentliche Anzahl der resultierenden Chips als Defekt und unbrauchbar erweisen, mit wesentlichen Kosten für den Hersteller.
Die Ursachen der Kontaminationspartikel auf Waferoberflächen kommen aus zahlreichen Quellen. Jede der verwendeten Bearbeitungsflüssigkeiten ist zwangsläufig zu einem kleinen Grad unrein. Das beim Bearbeiten verwendete Wasser ist entionisiert, um metallische Ionen und andere Verunreinigungen zu entfernen, jedoch enthalten auch solche Vorräte einige Verunreinigungen. Zentrifugales Bearbeiten ist vorteilhaft, weil ein schnelles Drehen des Wafers oder der anderen flachen Medien Flüssigkeitstropfen abwirft. Das hilft, Kontamination durch Fleckenbildung ("spotting") zu verhindern, die auftritt, wenn Flüssigkeitstropfen auf dem Wafer verdampfen. Es ist auch vorteilhaft, das verwendete Spülwasser oder die verwendete Spülflüssigkeit so schnell wie möglich aus der Bearbeitungskammer entfernen zu können, um Rekontamination zu verhindern.
Zentrifugale Bearbeitungsgeräte, wie beispielsweise Spühlösungs- und Sprühsäurebearbeitungsgeräte, und Schleuder-Spültrockner (spin rinser dryers), haben typischerweise einen Rotor, der sich innerhalb einer zylindrischen Bearbeitungskammer oder -wanne schnell dreht. Der zylindrische Rotor hält eine herausnehmbare Kassette oder nicht-herausnehmbare Kämme, welche die Wafer tragen. Die Wanne hat typischerweise einen von vorne nach hinten, nahe dem Boden der Wanne verlaufenden Drainagegraben oder -kanal, um Flüssigkeiten aus der Wanne abzulassen. Diese Typen von zentrifugalen Bearbeitungsgeräten wurden sehr erfolgreich in der Halbleiterherstellung verwendet.
Jedoch erzeugt bei diesen Typen von zentrifugalen Bearbeitungsgeräten der Schleuderrotor, der mittig in der Wanne angeordnet ist, eine schnelle, entgegen dem Uhrzeigersinn verlaufende Luftbewegung innerhalb der Wanne. Diese Luftbewegung behindert das Reinigungstrocknen oder einen anderen Bearbeitungsvorgang des zentrifugalen Bearbeitungsgeräts, da sie dazu tendiert, verwendete Flüssigkeitstropfen aus, beispielsweise, Wasser, Lösungsmittel oder Säure in der Wanne hoch und ringsherum zu ziehen, den Tropfen erlaubend, sich wieder auf die Wafer oder anderen flachen Medien abzusetzen. Die Luftbewegung tendiert auch dazu, Wassertropfen aus dem Drainagekanal weg zu ziehen, ihnen erlaubend, unvorteilhafterweise hoch und ringsherum in der Wanne rückgeführt zu werden.
Demgemäß bleibt in der Halbleiterherstellung ein Bedarf nach verbesserten zentrifugalen Bearbeitungsmaschinen.
US 0 471 541 A beschreibt eine Waschmaschine mit einem Unterteil, das mit zusammenlaufenden unteren Enden gebildet ist, n vertikal einstellbaren Zylindern innerhalb des Unterteils, und einer Abdeckung, eingerichtet, auf den zusammenlaufenden Enden zu ruhen, wenn sie in ihrer abgesenkten Position ist.
US 2 895 320 A beschreibt eine Waschmaschine, die ein Gehäuse und eine drehbare Wanne aufweist in einem Winkel in dem Gehäuse und mit einer schräggestellten Rotationsachse vorgesehen ist.
Die in US 3 388 410 A offenbarte Maschine zum Reinigen von Kleidung und dergleichen enthält eine drehbare Kammer, eingerichtet, zu reinigende Kleidung in einer Reinigungslösung zu empfangen, und Mittel zum Rotieren der Kammer um ihre Achse mit einer relativ hohen Geschwindigkeit.
Die in US 3 410 118 A offenbarte Trockenreinigungsvorrichtung mit geschlossenem Kreislauf enthält ein Gehäuse, einen drehbar in dem Gehäuse montierten offenen Korb, und Mittel zum wahlweisen drehen des Korbs.
US 4 1 53 551 A beschreibt eine Zentrifuge mit einer Trommel, die in eine Wackel- oder Taumelbewegung versetzt wird, um das zentrifugierte Material über den Rand einer Wand des perforierten Korbs auszustoßen. Das Wackeln oder Taumeln wird durch Neigen der Achse dieser Wand relativ zur Rotationsachse der Anordnung bewirkt.
Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein zentrifugales Halbleiterwafer-Sprühbearbeitungsgerät mit einem Rotor, der in einer Wanne enthalten ist, welche dazu gestaltet ist, Flüssigkeiten besser aus der Wanne zu leiten und zu spülen. Dadurch kann ein vollständigerer Ablauf mit weniger Risiko einer Kontaminierung aus verwendeter Flüssigkeit erreicht werden.
Die Erfindung schafft ein zentrifugales Halbleiterwafer-Sprühbearbeitungsgerät, wie es in dem unabhängigen Anspruch dargestellt ist. Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
In einem ersten gesonderten Aspekt der Erfindung enthält das zentrifugale Bearbeitungsgerät einen Rotor, der gegenüber der Mittelpunktsachse der Wanne versetzt ist. Der Versatz schafft einen Bereich geringer Flüssigkeitsgeschwindigkeiten. Daher wird die Separierung der mitgerissenen Flüssigkeitstropfen, von dem rotierenden Luft- oder Gasfluss, verbessert.
In einem zweiten gesonderten Aspekt der Erfindung enthält das zentrifugale Bearbeitungsgerät Abflussöffnungen in der Form von gestaffelten Schlitzen. Die Schlitze entfernen verwendete Flüssigkeit schnell aus der Wanne und verhindern ein wieder-Mitreißen der Flüssigkeit in den Luftfluss innerhalb der Wanne.
In einem dritten gesonderten Aspekt der Erfindung weisen die Schlitze des zweiten gesonderten Aspekts Umfänge auf, die nicht senkrecht zu dem Fluss sind. Mit einer solchen Konfiguration sammeln sich Flüssigkeitstropfen an und fallen leichter aus der Wanne.
In einem vierten gesonderten Aspekt der Erfindung wird in Erwägung gezogen, irgendeinen oder mehrere der vorangegangenen gesonderten Aspekte zu kombinieren, um das Entfernen von Flüssigkeitstropfen zu verbessern.
Demgemäß ist ein Ziel der Erfindung, ein verbessertes zentrifugales Bearbeitungsgerät zu schaffen, welches effektiver Flüssigkeiten aus der Wanne entfernt, wodurch die Möglichkeit einer Rekontamination der Siliziumwafer oder anderer flacher Medien reduziert wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen zentrifugalen Bearbeitungsgeräts;
2 ist eine perspektivische Ansicht einer Wanne einer Maschine des Standes der Technik;
3 ist eine perspektivische Ansicht der Wanne des vorliegenden, in 1 gezeigten zentrifugalen Bearbeitungsgeräts;
4 ist ein Aufriss der Wanne und des Rotors des in 1 gezeigten zentrifugalen Bearbeitungsgeräts;
5 ist eine Schnittansicht längs der Linie 5-5 in 4;
6 ist eine perspektivische Ansicht einer Wanne gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
7 ist eine Schnittansicht längs der Linie 7-7 in 6;
8 ist ein vergrößertes Detail der in den 6 und 7 gezeigten Öffnungen;
9 ist eine perspektivische Ansicht eines Kamm-Rotors mit Kämmen zum direkten Halten von Wafern oder anderen flachen Medien; und
10 ist eine perspektivische Ansicht einer Kassette, die Wafer hält, wobei die Kassette Rotor platzierbar ist, der in den in den 3 und 6 gezeigt ist.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Nun ausführlich auf die Zeichnungen Bezug nehmend, wie in 1 gezeigt ist, weist das vorliegende zentrifugale Bearbeitungsgerät 10 eine innerhalb eines Gehäuses 12 montierte zylindrische Trommel bzw. Wanne 14 auf. Bezugnehmend auf die 1, 4 und 5 ist ein zylindrischer Kassetten-Rotor 18 innerhalb der Wanne 14 drehbar montiert. Das rückwärtige Ende des Rotors 18 ist mit einem Antriebsmotor 16 gekoppelt, welcher den Rotor innerhalb der Wanne 14 schnell dreht. Die Werkstücke 22 werden innerhalb des Rotors 18 gehalten, in einer Waferkassette, die, wie in 10 gezeigt ist, innerhalb des Rotors 18 platziert ist. Alternativ kann ein Kammrotor 17 mit Kämmen 19 zum direkten Halten der Wafer 22, wie in 9 gezeigt, verwendet werden. Die Techniken zum Halten der Wafer in den Kämmen, oder zum Halten der Waferkassette, in einem Rotor, wie in den 9 und 10 gezeigt ist, sind im Stand der Technik wohlbekannt. Die Werkstücke 22 können Halbleiterwafer, Metall- oder Glasscheiben, Flachpanels, Linsen, oder andere flache Medien sein.
Einer oder mehrere Flüssigkeitssprühverteiler, wie beispielsweise die Verteiler 20 und 26, sind nahe dem oberen Bereich der Wanne 14 positioniert. Die Wafer 22, oder die Kassette 24, werden durch ein Schwenken der Tür 30 in den Rotor 18 geladen. Die Verteiler können Flüssigkeit aussprühen, wie beispielsweise Wasser, Lösungsmittel, oder Säuren, oder Gase, wie beispielsweise Stickstoff. In Abhängigkeit von dem Typ der durchgeführten zentrifugalen Bearbeitung kann auch ein Ionisator 28 vorgesehen sein.
Bezugnehmend auf die 4 und 5, worin die gezeigten Merkmale maßstabsgerecht gezeichnet sind, ist die horizontale Mittelachse oder Drehachse 52 nach oben und zu einer Seite der Mittelachse 50 der Wanne hin versetzt. Wie in 4 gezeigt ist, ist die Drehachse des Rotors von der Mittelachse 50 der Wanne weg diagonal versetzt, mit einem Abstand D und einem Winkel α von der Vertikalen.
In einem Ausführungsbeispiel mit einem Innendurchmesser der Wanne von ungefähr 35 cm beträgt D vorzugsweise ungefähr 1,3 cm und ist α ungefähr 45°. Dementsprechend beträgt der Abstand E zwischen der vertikalen Mittelachse 56 des Rotors und der vertikalen Mittelachse 54 der Wanne 14 ungefähr 0,9 cm.
Bezugnehmend auf 3 sind Abflussöffnungen 41 in einer Gruppe 40 nahe dem unteren Bereich der Wanne 14 vorgesehen. Die Öffnungen 41 treten durch die zylindrische Seitenwand der Wanne 14 durch. Die Öffnungen 41 sind in einer ersten Reihe 42, verschoben oder versetzt gegen eine zweite Reihe 44, angeordnet. Der Rotor 18 rotiert schnell entgegen dem Uhrzeigersinn in den 1, 3 und 4. Die Gruppe 40 der Abflussöffnungen 41 ist bei oder zwischen 5 Uhr (30° entgegen dem Uhrzeigersinn von der Mitte, unten, nach oben)- und 6 Uhr (Mitte, unten)-Positionen angeordnet.
In Gebrauch wird der Rotor 18 schnell von dem Motor 16 gedreht. Wie in 4 gezeigt ist, ist der Rotor 16 in eine Richtung weg von den Öffnungen 41 versetzt. Diese Versatzposition hilft, geringen Druck über den Öffnungen 41 zu vermeiden, welcher die Tendenz des sich schnell drehenden Rotors verringert, Flüssigkeitstropfen hoch und weg von den Öffnungen 41 zu ziehen. Außerdem, da der Drainageverlauf aus der Wanne 14 heraus, im Gegensatz zu dem in vorherigen Gestaltungen verwendeten kontinuierlichen Abflusskanal, aus individuellen Öffnungen 41 besteht, fließt verwendete Flüssig keit schneller aus der Wanne 14 ab. Auch erlaubt die Kombination des versetzt angeordneten Rotors und der Öffnungen 41 verwendeten Flüssigkeitstropfen, welche auf den Grund der Wanne fallen, die Wanne durch die Öffnungen aufgrund der Schwerkraft zu verlassen, anstatt auf die Wafer oder Werkstücke zurückzuspritzen und diese zu kontaminieren. Ein Drainagekanal unter den Öffnungen 41, ähnlich dem in 2 gezeigten Kanal, fängt die Tropfen und führt sie einem Abfluss zu.
Die 6 und 8 zeigen ein alternatives Ausführungsbeispiel mit einer Wanne 60, die alternative Paare von ausgerichteten Drainagelöchern 62 aufweist. Die Drainagelöcher sind elliptisch oder oval geformt. Die Hauptachse jedes Lochs erstreckt sich mit einem Winkel von ungefähr 30° zur Hauptachse der benachbarten Löcher in der benachbarten Reihe. Da der Schleuderrotor 18 eine Luftbewegung in der in 6 gezeigten Richtung A erzeugt, bewegen sich an einem Rand einer Öffnung 62 anhaftende Flüssigkeitstropfen zur windabgewandten Seite (rechte Seite in 6) der Öffnungen 62 und sammeln sich am windabgewandten Radius des Lochs. Da sich die Tropfen am Radius sammeln und sich Volumen der Flüssigkeit aufhäuft übersteigt die Gravitationskraft die Oberflächenspannungs-Adhäsionskräfte und aerodynamischen Kräfte. Dann fallen die Tropfen durch die Öffnung in ein Sammelrohr oder einen Sammelkanal an der Außenseite der Wanne 14.
Wie in den 7 und 8 gezeigt ist, sind in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel mit einer Wannentiefe R von ungefähr 280 mm drei Reihen von Öffnungen 62 vorgesehen, wobei jede Reihe 5 Öffnungen hat. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Winkel und Abmessungen S; T; U; V; W; und X 15°; 29; 44; 22; bzw. 57 mm, wobei die anderen Abmessungen im Verhältnis maßstabsgerecht gezeigt sind.

Claims

Zentrifugales Bearbeitungsgerät (10) mit einem Gehäuse (12), einer Wanne (14) innerhalb des Gehäuses (12), einem oder mehreren Sprühverteilern (20, 26) zum Sprühen von Flüssigkeiten oder Gasen in die Wanne (14), und einem Rotor (18), der innerhalb der Wanne (14) drehbar ist zum schnellen Drehen des Rotors (18) innerhalb der Wanne (14), dadurch gekennzeichnet: dass der Rotor (18) innerhalb der Wanne (14) um eine Achse drehbar ist, die gegenüber einer Mittelpunktsachse der Wanne (14) versetzt ist.
Bearbeitungsgerät (10) gemäß Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch mehrere Abflussöffnungen (41) in der Wanne (14).
Bearbeitungsgerät (10) gemäß Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch einen flachen Medienhalter (24) innerhalb des Rotors (18).
Bearbeitungsgerät (10) gemäß Anspruch 3, ferner gekennzeichnet durch ein flaches Medienwerkstück (22) in dem Flachmedienhalter (24), wobei das flache Medienwerkstück (22) ausgewählt wurde aus der Gruppe, die besteht aus einem Siliziumwafer oder einem Wafer anderen Halbleitermaterials, Metallscheiben oder Glasscheiben, Flachpanels, in der Kataraktchirugie verwendete Austauschlinsen, Fotomasken, optischen Scheiben, und magnetischen Scheiben.
Bearbeitungsgerät (10) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der flache Medienhalter (24) eine Kassette innerhalb eines Kassettenhalters innerhalb des Rotors (18) ist.