DE10017010C2 - Verfahren zum Be- und Entladen eines Behandlungsbeckens - Google Patents
Verfahren zum Be- und Entladen eines BehandlungsbeckensInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beladen eines Behand
lungsbeckens mit scheibenförmigen Substraten, insbesondere Halbleiterwa
fern, sowie ein Verfahren zum Entladen von scheibenförmigen Substraten,
insbesondere Halbleiterwafern aus einem Behandlungsbecken.
In der Halbleiterindustrie ist es bekannt, daß Halbleiterwafer unterschiedli
chen Behandlungsschritten unterzogen werden müssen, die zumindest teil
weise in Behandlungsbecken ablaufen. Während der Behandlung werden die
Halbleiterwafer üblicherweise in anhebbaren Waferhaltern aufgenommen, um
die Wafer in einer vorbestimmten Ausrichtung in dem Becken zu halten. Die
anhebbaren Waferhalter werden ebenfalls zum Be- und Entladen der Wafer
verwendet. Derartige Waferhalter besitzen jedoch unterschiedliche Nachteile,
wie z. B. ein großes Volumen, was zu großen Behandlungsbecken führt. Dar
über hinaus besteht die Gefahr, daß beim Herausheben des Waferhalters aus
dem Behandlungsbecken an den Kontaktstellen zwischen Wafer und Wafer
halter Flüssigkeit anhaftet, was die weitere Behandlung der Wafer beeinträch
tigt. Darüber hinaus stören derartige Waferhalter die Strömungsbedingungen
innerhalb des Behandlungsbeckens, was die Homogenität der Substratbe
handlung beeinträchtigen kann. Ein Beispiel für ein System, bei dem die
Halbleiterwafer mit einem Waferhalter in ein Behandlungsbecken eingebracht
und aus diesem herausgehoben werden ist in dem US-Patent Nr. 5,370,142
dargestellt.
Bei einer weiteren Art Behandlungsbecken sind in den Seitenwänden des
Beckens Führungsschlitze zur Aufnahme und Führung von Halbleiterwafern
vorgesehen. Um in Vertikalrichtung eine Unterstützung der Wafer vorzusehen
ist ein in der Regel mittig angeordnetes Hubelement in Form einer messerar
tigen Leiste vorgesehen, mit der die Wafer im Becken abgesenkt und angeho
ben werden. Zum Be- und Entladen eines derartigen Behandlungsbeckens ist
eine Transporthaube mit Führungsschlitzen vorgesehen, die den Führungs
schlitzen in dem Behandlungsbecken entsprechen. Ein Verriegelungsmechamechanismus
innerhalb der Haube ist in der Lage die Wafer in der Haube zu
fixieren. Beim Beladen des Behandlungsbeckens wird die zuvor mit Wafern
bestückte Haube über das Becken gefahren, und das Hubelement wird ange
hoben und in Kontakt mit den Wafern gebracht. Anschließend wird die Verrie
gelung gelöst und das Hubelement abgesenkt, wobei die Wafer zunächst
durch die Führungsschlitze in der Haube und anschließend durch die Füh
rungsschlitze in dem Becken geführt sind. Ein Beispiel für ein derartiges Sy
stem ist in der auf dieselbe Anmelderin zurückgehenden DE-A-196 52 526
dargestellt.
Bei diesem System ergibt sich der Nachteil, daß zunächst die Haube beladen
werden muß, um anschließend das Behandlungsbecken zu beladen. Ferner
muß die Haube nach dem Entladen des Behandlungsbeckens wiederum
selbst entladen werden, was den Handhabungsaufwand des Behandlungssy
stems erheblich erhöht. Der Aufbau der Haube ist ferner relativ groß und auf
wendig. Darüber hinaus ergibt sich bei der Haube das Problem, daß sich aus
dem Behandlungsbecken aufsteigende Gase in der Haube sammeln und an
den Seitenwänden der Haube niederschlagen. Eine im Behandlungsablauf
notwendige Handhabung von mit Behandlungsflüssigkeit benetzten Substra
ten ist mit der Haube nicht möglich, da die Behandlungsflüssigkeit dabei auch
die Haube selbst und die darin angebrachten Führungsschlitze benetzt. Durch
den Aufbau der Haube kann die Behandlungsflüssigkeit nicht aus der Haube
entfernt werden. Dies führt zu Verunreinigungen der Wafer und/oder nachfol
gender Behandlungsbereiche.
Die DE-A-196 37 875 zeigt eine Anlage zur Naßbehandlung von Substraten in
einem ein Behandlungsfluid enthaltenen Behälter. Bei dieser Anlage werden
die Substrate mit einem Substratträger in dem Behälter eingesetzt. Beim Her
ausfahren erfolgt eine Ausrichtung und Zentrierung der Substrate im Behälter
durch eine im Behälter vorgesehene Substrataufnahmevorrichtung. Beim Her
ausfahren werden die Substrate in eine über den Behälter gebrachte Haube
mit seitlichen Führungsschlitzen hinein bewegt, wobei die seitlichen Führungsschlitze
in der Haube mit Führungsvorrichtungen der Substrataufnahme
vorrichtung ausgerichtet sind.
Aus der JP-A-052 706 60 ist ferner eine Wafer-Reinigungsvorrichtung be
kannt, bei der die Wafer mit einem Wafergreifer in einen mit Behandlungsfluid
gefüllten Behälter eingesetzt werden. Der Waferhalter wird mit den Wafern in
den Behandlungsbehälter eingeführt und die Wafer werden an eine stationäre
im Behandlungsbehälter vorgesehene Aufnahme übergeben, indem der Grei
fer geöffnet wird. Während der Behandlung wird der Greifer aus dem Be
handlungsbecken heraus bewegt. Eine Entnahme der Wafer erfolgt in umge
kehrter Weise.
Ferner sei auf die JP 05 338 794 verwiesen, die einen Wafergreifer mit zwei
gegenüberliegenden Greifarmen mit Führungen zur Aufnahme der Wafer auf
weist. Die Führungen in den Greifarmen sind aus einem Material, das weicher
ist als das der Wafer, um zu verhindern, daß die Substrate durch eine Rei
bung zwischen den Führungen und den Substraten beschädigt werden.
Ausgehend von dem oben genannten Stand der Technik liegt der vorliegen
den Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Handhabung von Substraten, insbe
sondere das Be- und Entladen von scheibenförmigen Substraten in ein Be
handlungsbecken hinein bzw. aus dem Behandlungsbecken heraus zu ver
einfachen und die Gefahr von Verunreinigungen der Substrate zu verringern.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren zum Beladen eines
Behandlungsbeckens mit scheibenförmigen Substraten, insbesondere Halbleiterwafern,
mit folgenden Verfahrensschritten gelöst: Ergreifen der Substrate
mit einem Greifer der wenigstens zwei gegenüberliegende Greifelemente mit
zueinander weisenden Aufnahmeschützen aufweist; Positionieren der Sub
strate oberhalb des Behandlungsbeckens, derart, daß die Substrate zu Füh
rungsschlitzen innerhalb des Behandlungsbeckens ausgerichtet sind; Absen
ken des Greifers zum teilweisen Absenken der Substrate in das Behand
lungsbecken, bis die Substrate ein angehobenes Substrat-Hubelement im Be
handlungsbecken kontaktieren; teilweises Auseinanderbewegen der Greifele
mente in eine Stellung, in der die Substrate nicht mehr gehalten werden je
doch in den Aufnahmeschlitzen geführt sind; weiteres Absenken der Substrate
in das Behandlungsbecken durch Absenken des Hubelementes. Bei diesem
Verfahren kann auf einfache Weise ein Behandlungsbecken mit seitlichen
Führungsschlitzen direkt durch einen Substratgreifer beladen werden. Da die
Greifelemente des Substratgreifers so gesteuert werden, daß sie eine Füh
rung der Substrate beim Absenken in das Behandlungsbecken durch das Hu
belement vorsehen, wird die Gefahr eines Verkantens und einer Beschädi
gung der Substrate verhindert. Der Greifer kann einfach aufgebaut sein, und
dadurch, daß keine geschlossene Haube mit Seitenwänden vorgesehen ist,
wird die Gefahr einer Verunreinigung der Wafer stark reduziert.
Um eine möglichst lange Führung der Substrate durch den Greifer zu ge
währleisten, folgen die Greifelemente vorzugsweise der Kontur der Substrate.
Für einen möglichst nahtlosen Übergang zwischen der Führung durch die
Greifelemente und die Führung durch die Führungsschlitze innerhalb des
Beckens, werden die Greifelemente auf eine Oberkante des Beckens oder in
eine Position direkt oberhalb der Kante abgesenkt.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auch bei einem Verfahren zum Entladen
von scheibenförmigen Substraten, insbesondere Halbleiterwafern, aus einem
Behandlungsbecken mit einem Substrat-Hubelement und Führungsschlitzen
im Becken dadurch gelöst, daß ein Greifer, der wenigstens zwei gegenüber
liegende Greifelemente mit zueinander weisenden Aufnahmeschlitzen auf
weist, oberhalb des Behandlungsbeckens derart positioniert wird, daß die
Führungsschlitze im Becken und die Aufnahmeschlitze in den Greifelementen
zueinander ausgerichtet sind; die Substrate angehoben und in die Aufnahme
schlitze der Greifelemente eingeführt werden; die Greifelement zum Ergreifen
der Substrate aufeinander zu bewegt werden; und die Substrate anschließend
durch Anheben des Greifers aus dem Behandlungsbecken herausgehoben
werden. Bei diesem Entladeverfahren kann ein Greifer mit einer einfachen
Form verwendet werden, der wiederum keine großen Flächen aufweist, an
denen Verunreinigungen anhaften, die auf die Substrate übertragen werden
könnten.
Um eine möglichste frühe Führung der Substrate beim Anheben derselben
durch das Substrat-Hubelement vorzusehen, folgen die Greifelemente der
Kontur der Substrate. Vorzugsweise werden die Greifelemente während des
Anhebens der Substrate auf oder kurz oberhalb einer Oberkante des Be
handlungsbeckens positioniert. Für einen sicheren Halt der Substrate greift
der Greifer die Substrate vorzugsweise unterhalb ihrer Mittellinie.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbei
spiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Wafer-
Behandlungsvorrichtung, wobei zur Vereinfachung der Darstel
lung bestimmte Bauteile weggelassen sind;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Substratgreifers, der beim
Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird;
Fig. 3 eine schematische Darstellung von Schlitzen in Zahnstangen des
Substratgreifers;
Fig. 4, 5 und 6 unterschiedliche Verfahrensschritte beim Beladen eines
Halbleiterwafers in ein Behandlungsbecken.
Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum Behandeln von Halbleiterwafern. Die
Vorrichtung weist eine Waferhandhabungsvorrichtung 3 mit einem Greifer 5
auf, der am besten in Fig. 2 zu erkennen ist.
Der Greifer 5 wird durch zwei im wesentlichen horizontal angeordnete Zahn
stangen 7, 8 gebildet, die über jeweilige Arme 10, 11 an drehbaren Wellen,
13, 14 befestigt sind. Die Zahnstangen 7 weisen Aufnahmeschlitze 15 zur
Aufnahme und Führung von Halbleiterwafern 20 auf. Die Aufnahmeschlitze 15
der Zahnstangen 7 und 8 weisen zueinander und weisen einen Führungs- und
Zentrierbereich 16 sowie einen Haltebereich 17 auf, wie am besten in Fig. 3
zu erkennen ist. Der Führungs- und Zentrierbereich 16 weist schräge, aufein
ander zu laufende Oberflächen 18 auf, auf denen die Halbleiterwafer ent
langgleiten können, um eine Zentrierung bezüglich der Aufnahmeschlitze 15
zu erreichen. Der Haltebereich 17 schließt direkt an den Führungs- und Zen
trierbereich 16 an, und zwar an dem Punkt, wo die schrägen Oberflächen 18
am nächsten zueinander liegen. Der Haltebereich 17 weist ebenfalls schräge,
aufeinander zu laufende Oberflächen 19 auf. Die schrägen Oberflächen 19
laufen mit einem spitzeren Winkel aufeinander zu, wie die schrägen Flächen
18. Im Haltebereich der Aufnahmeschlitze wird eine enge und genaue Füh
rung sowie ein sicherer Halt der Wafer 20 sichergestellt. Über eine Drehung
der jeweiligen Wellen 13, 14 sind die Zahnstangen 7, 8 aufeinander zu und
voneinander weg bewegbar, wie nachfolgend noch näher beschrieben wird.
Zur Drehung der Wellen 13, 14 ist eine Antriebseinheit 22 vorgesehen, die am
besten in Fig. 1 zu erkennen ist. Der Greifer 5 ist ferner vertikal und hori
zontal bewegbar, und zwar über entsprechende Bewegungsmechanismen die
an einer vertikal verlaufenden Schiene 24 bzw. an einer horizontal verlaufen
den Führungsschiene 26 angeordnet sind. Die Vorrichtung 1 weist mehrere
Behandlungsbecken auf, die zur Vereinfachung der Darstellung in Fig. 1
nicht gezeigt sind.
Die Fig. 4 bis 6 zeigen jedoch schematisch Behandlungsbecken 28. Die
Behandlungsbecken sind über nicht dargestellte Leitungen mit einem Be
handlungsfluid befüllbar.
An gegenüberliegenden Innenwänden des Behandlungsbeckens 28 sind sich in
den Innenraum des Beckens erstreckende Führungsvorsprünge 30, 31 vorge
sehen, die dazwischen Führungsschlitze zur Aufnahme und Führung der
Halbleiterwafer bilden. Innerhalb des Beckens 28 befindet sich ferner ein Hu
belement 33 in der Form eines messerartigen Stegs, der in Vertikalrichtung
verschiebbar getragen ist. In Fig. 1 sind vertikale Führungsschienen 35 für
zwei, in unterschiedlichen Behandlungsbecken angeordnete Hubelemente 33
dargestellt.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung 1 weist eine über den nicht dargestell
ten Behandlungsbecken plazierbare Haube 36 auf, die über geeignete verti
kale und horizontale Führungsschienen der Vorrichtung beweglich ist. Die
Haube 36 wird eingesetzt, wenn die Wafer nach einer Behandlung in einem
der Becken gemäß dem Marangoni-Verfahren getrocknet wird.
Die Bewegung des Greifers 5 bzw. der Haube 36 erfolgt über geeignete An
triebseinheiten wie z. B. Servomotoren 37.
Anhand der Fig. 4 bis 6 wird nachfolgend das erfindungsgemäße Beladen
des Behandlungsbeckens 28 mit Halbleiterwafern 20 beschrieben.
Zunächst wird eine Vielzahl von Halbleiterwafern 20 durch den Greifer 5 er
griffen. Dabei sind die Wafer 20 in den Haltebereichen 17 der Aufnahme
schlitze 15 der Zahnstangen 7, 8 aufgenommen und seitlich geführt.
Anschließend wird der Greifer 5 so über das Behandlungsbecken 28 gefah
ren, das die Wafer 20 mit zwischen den Führungselementen 30, 31 ausgebil
deten Führungsschlitzen ausgerichtet sind. Anschließend wird der Greifer 5 in
die in Fig. 4 dargestellte Position abgesenkt, in der die Zahnstangen 7, 8
kurz oberhalb einer Oberkante des Behandlungsbeckens 28 angeordnet sind.
Dabei werden die Wafer 20 teilweise in das Behandlungsbecken 28 einge
führt. Das Hubelement 33 befindet sich in einer angehobenen Position und
kontaktiert die Wafer 20 an einem unteren Punkt.
Nun werden die Zahnstangen 7, 8 durch Drehen der jeweiligen Wellen 13, 14
voneinander weg bewegt, so daß sich die Wafer 20 aus den Haltebereichen
17 der Aufnahmeschlitze 15 heraus bewegen und somit nicht mehr durch den
Greifer 5 gehalten werden sondern mit ihrem gesamten Gewicht auf dem Hu
belement 3 aufliegen. Dabei werden die Zahnstangen 7, 8 jedoch nur soweit
auseinander bewegt, daß die Wafer 20 noch in den Führungs- und Zentrierbe
reichen 16 der Aufnahmeschlitze 15 aufgenommen und geführt sind.
Anschließend wird das Hubelement 33 abgesenkt, wodurch auch die Wafer 20
in das Behandlungsbecken 28 abgesenkt werden. Fig. 5 zeigt eine beispiel
hafte Zwischenposition des Hubelements 33 während des Absenkvorgangs.
Wie in Fig. 4 gut zu erkennen ist, sind die Wafer 20 noch immer durch die
Zahnstangen 7, 8 geführt. Gleichzeitig sind die Wafer 20 jedoch auch schon
durch die zwischen den Führungsvorsprüngen 30, 31 gebildeten Führungs
schlitze geführt.
Fig. 6 zeigt eine vollständig abgesenkte Position der Wafer 20, in der sie auf
dem Hubelement 33 aufliegen und nur durch die Führungsvorsprünge 30, 31
im Behandlungsbecken geführt sind.
Obwohl dies in den Figuren nicht dargestellt ist, kann der Greifer 5 sobald die
Wafer 20 durch die Führungsvorsprünge 30, 31 im Becken 28 geführt sind
noch weiter aufschwenken und aus dem Bereich des Behandlungsbeckens
weg bewegt werden, um beispielsweise ein weiteres Behandlungsbecken zu
beladen bzw. zu entladen.
Beim Absenken des Hubelements 33 ist es möglich, die Zahnstangen 7, 8
derart zu steuern, daß sie der Kontur der Wafer 20 folgen, d. h. daß die Zahn
stangen 7, 8 entsprechend der Waferkontur aufeinander zu oder voneinander
weg bewegt werden. Hierdurch wird eine besonders lange Führung beim Ab
senken der Wafer durch die Zahnstangen 7, 8 vorgesehen. Daher können die
Führungselemente 30, 31 innerhalb des Behandlungsbeckens 28 auf ein Minimum
reduziert werden, was die Strömungsverhältnisse im Becken verbes
sert.
Das Entladen des Behandlungsbeckens 28 erfolgt in umgekehrter Weise zum
Beladen. So wird zunächst der Greifer 5 in die in Fig. 6 gezeigte Position
oberhalb des Beckens 28 bewegt, wobei die Führungsbereiche 16 der Auf
nahmeschlitze 15 der Zahnstangen 7, 8 mit den Führungsschlitzen in dem Be
handlungsbecken ausgerichtet sind. Anschließend werden die Wafer über das
Hubelement 33 angehoben und in die Führungsbereiche 16 aufgenommen,
wobei aufgrund der konisch ausgestalteten Führungsflächen
eine Zentrierung der Wafer 20 zu den Aufnahmeschlitzen 15 der Zahnstangen
7, 8 erfolgt, wie in Fig. 4 dargestellt ist. Wenn die Wafer so weit angehoben
sind, daß die Zahnstangen 7, 8 in einer vorbestimmten Position, beispielswei
se unterhalb einer Mittellinie der Wafer 20 liegen, werden sie aufeinander zu
bewegt, um die Wafer 20 in die Haltebereiche 17 der Aufnahmeschlitze ein
zuführen und zu ergreifen, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Abschließend wird
der Greifer 5 angehoben um die Wafer 20 vollständig aus dem Becken 28
herauszuheben.
Die Erfindung wurde zuvor anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
beschrieben, ohne jedoch auf die speziell dargestellte Ausführungsform be
schränkt zu sein. Insbesondere kann die Form des Greifers 5 von der darge
stellten Form abweichen. Beispielsweise ist es nicht notwendig, daß die
Zahnstangen 7, 8 über die Wellen 13, 14 und die Verbindungsarme 10, 11
verschwenkt werden. Vielmehr ist es auch möglich, die Zahnstangen 7, 8 li
near aufeinander zu und voneinander weg zu bewegen.
Claims (9)
1. Verfahren zum Beladen eines Behandlungsbeckens mit scheibenförmi
gen Substraten, insbesondere Halbleiterwafern, mit folgenden Verfah
rensschritten:
- - Ergreifen der Substrate mit einem Greifer, der wenigstens zwei ge genüberliegende Greifelemente mit zueinander weisenden Aufnah meschlitzen aufweist;
- - Positionieren der Substrate oberhalb des Behandlungsbeckens, der art, daß die Substrate zu Führungsschlitzen innerhalb des Behand lungsbeckens ausgerichtet sind;
- - Absenken des Greifers zum teilweisen Absenken der Substrate in das Behandlungsbecken, bis die Substrate ein angehobenes Sub strat-Hubelement im Behandlungsbecken kontaktieren;
- - teilweises auseinander Bewegen der Greifelemente in eine Stellung in der die Substrate nicht mehr gehalten werden jedoch in den Auf nahmeschlitzen geführt sind;
- - weiteres Absenken der Substrate in das Behandlungsbecken durch Absenken des Hubelements.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim weite
ren Absenken der Substrate die Greifelemente der Kontur der Substrate
folgen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Greifelemente auf eine Oberkante des Beckens oder in eine Position di
rekt oberhalb der Oberkante abgesenkt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Substrate beim Greifen zu den Aufnahmeschlitzen zentriert
werden.
5. Verfahren zum Entladen von scheibenförmigen Substraten, insbesonde
re Halbleiterwafern, aus einem Behandlungsbecken mit einem Substrat-
Hubelement und Führungsschlitzen im Becken, wobei das Verfahren
die folgenden Verfahrensschritte aufweist:
- - Positionieren eines Greifers, der wenigstens zwei gegenüberliegende Greifelemente mit zueinander weisenden Aufnahmeschlitzen auf weist, oberhalb des Behandlungsbeckens, derart, daß die Führungs schlitze im Becken und die Aufnahmeschlitze in den Greifelementen zueinander ausgerichtet sind;
- - Anheben der Substrate durch das Substrat-Hubelement und Einfüh ren in die Aufnahmeschlitze der Greifelemente;
- - Bewegen der Greifelemente aufeinander zu, um die Substrate zu er greifen;
- - Herausheben der Substrate aus dem Behandlungsbecken durch An heben des Greifers.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Greife
lemente beim Anheben der Substrate durch das Substrat-Hubelement
der Kontur der Substrate folgen.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
Greifelemente während des Anhebens der Substrate auf oder kurz
oberhalb einer Oberkante des Behandlungsbeckens positioniert wer
den.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß der Greifer die Substrate unterhalb ihrer Mittellinie ergreift.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Substrate beim Einführen in die Aufnahmeschlitze zu den Auf
nahmeschlitzen zentriert werden.
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