DE102014207266A1

DE102014207266A1 - Verfahren zum Trocknen von scheibenförmigen Substraten undScheibenhalter zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102014207266A1
Application number: DE102014207266.2A
Authority: DE
Inventors: Albert Kühnstetter; Walter Edmaier; Georg-Friedrich Hohl
Original assignee: Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 2014-04-15
Filing date: 2014-04-15
Publication date: 2015-10-15
Also published as: US20150294883A1; TW201539563A; TWI547982B; KR20150118898A; JP2015204463A; CN105006422A; SG10201502914YA

Abstract

Verfahren zum Trocknen von scheibenförmigen Substraten, die in eine Flüssigkeit getaucht sind, und Scheibenhalter zur Durchführung des Verfahrens. Das Verfahren umfasst das Halten der Substrate auf einer keilförmigen Kante eines länglichen Scheibenhalters, wobei die Substrate auf dem Scheibenhalter stehen; das Überführen der Substrate und der keilförmigen Kante des Scheibenhalters aus der Flüssigkeit in einen Gasraum enthaltend einen Dampf, der auf den Substraten nicht kondensiert und die Oberflächenspannung von Flüssigkeitsresten herabsetzt, die an den Substraten haften, und ist gekennzeichnet durch das Entfernen von Flüssigkeitsresten zwischen den scheibenförmigen Substraten und dem Scheibenhalter durch einen Schlitz in der Mitte der keilförmigen Kante des Scheibenhalters.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Trocknen von scheibenförmigen Substraten, die in eine Flüssigkeit getaucht sind, und ein Scheibenhalter zur Durchführung des Verfahrens.
Zum Trocknen von scheibenförmigen Substraten, die in eine Flüssigkeit getaucht sind, bietet sich ein Verfahren an, in dessen Verlauf die Substrate aus der Flüssigkeit in einen Gasraum überführt werden, der Dampf enthält, der auf den Substraten nicht kondensiert und die Oberflächenspannung von Flüssigkeitsresten herabsetzt, die auf den Substraten haften.
Das Verfahren und der damit genutzte physikalische Effekt sind in der EP0385536 A1 beschrieben, ebenso wie eine Vorrichtung, die zur Durchführung des Verfahrens geeignet ist.
Ziel eines solchen Verfahrens ist das rückstandslose Trocknen der Substrate. Flüssigkeitsreste, die zunächst zwischen dem Scheibenhalter und einem Substrat haften, können sich auf den Seitenflächen des Substrats ausbreiten und nach dem Trocknen Partikel auf dem Substrat hinterlassen. Der Erfolg des Verfahrens kann deshalb überprüft werden, indem die Anzahl von Partikeln bestimmt wird, die auf einem getrockneten Substrat gefunden werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das genannte Verfahren zu verbessern, insbesondere aufzuzeigen, wie die Anzahl von Partikeln verringert werden kann, die auf den getrockneten Substraten gefunden werden.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Trocknen von scheibenförmigen Substraten, die in eine Flüssigkeit getaucht sind, umfassend
das Halten der Substrate auf einer keilförmigen Kante eines länglichen Scheibenhalters, wobei die Substrate auf dem Scheibenhalter stehen;
das Überführen der Substrate und der keilförmigen Kante des Scheibenhalters aus der Flüssigkeit in einen Gasraum enthaltend einen Dampf, der auf den Substraten nicht kondensiert und die Oberflächenspannung von Flüssigkeitsresten herabsetzt, die an den Substraten haften, gekennzeichnet durch
das Entfernen von Flüssigkeitsresten zwischen den scheibenförmigen Substraten und dem Scheibenhalter durch einen Schlitz in der Mitte der keilförmigen Kante des Scheibenhalters.
Die Aufgabe wird des Weiteren gelöst durch einen Scheibenhalter zum Trocknen von scheibenförmigen Substraten, umfassend einen länglichen Körper, der nach oben zu einer keilförmigen Kante verjüngt ist, wobei die keilförmige Kante zum Halten der scheibenförmigen Substrate vorgesehen ist. Der Scheibenhalter ist gekennzeichnet durch einen Schlitz in der Mitte der keilförmigen Kante.
Flüssigkeitsreste, die zwischen den Substraten und der keilförmigen Kante des Scheibenhalters gefangen zu werden und sich auf den Substraten auszubreiten drohen, werden durch den Schlitz entfernt. Der Schlitz hat vorzugsweise eine Breite von nicht weniger als 0,3 mm und nicht mehr als 1,2 mm. Der Schlitz erstreckt sich mindestens über die Länge der keilförmigen Kante, die zum Halten der Substrate verwendet wird. Dementsprechend entspricht die Länge des Schlitzes mindestens dem Abstand, der zwischen zwei endständig stehenden Substraten besteht.
Nach unten geht der Schlitz vorzugsweise in einen Kanal über, der bis zu einer Tiefe von nicht weniger als 0,5 mm in den Scheibenhalter führt. Der Kanal begrenzt einen Raum mit der Grundfläche des Schlitzes und der genannten Tiefe. Die Breite und die Länge des Kanals entsprechen in Tiefenrichtung vorzugsweise der Breite und der Länge des Schlitzes. Im unter dem Schlitz bereitgestellten Raum kann sich Flüssigkeit aufgrund der Wirkung von Kapillarkräften halten, nachdem die Substrate und die keilförmige Kante des Scheibenhalters in den Gasraum überführt worden sind.
Flüssigkeitsreste, die zwischen den Substraten und der keilförmigen Kante des Scheibenhalters gefangen zu werden drohen, neigen auf Grund ihres hydrophilen Charakters dazu, sich eher mit Flüssigkeit im Kanal zu verbinden, als auf den Substraten haften zu bleiben, wenn der Kontakt der Substrate zur keilförmigen Kante des Scheibenhalters aufgehoben wird.
Das aktive Absaugen von Flüssigkeitsresten durch den Schlitz ist nicht erforderlich und auch nicht vorgesehen. Damit entfällt der Aufwand zum Bereitstellen und Steuern einer Pumpe.
Die Oberfläche der keilförmigen Kante des Scheibenhalters ist glatt. Unebenheiten wie Rillen oder andere Vertiefungen zur Führung einzelner Substrate sind nicht vorgesehen, weil solche Strukturen dazu beitragen, dass das Volumen von Flüssigkeitsresten, die zwischen den Substraten und der keilförmigen Kante des Scheibenhalters gefangen werden, größer ist.
Das Überführen der Substrate und der keilförmigen Kante des Scheibenhalters aus der Flüssigkeit in den Gasraum erfolgt vorzugsweise durch Anheben des Scheibenhalters, weil dessen Bewegungen sehr genau kontrolliert werden können. Die Substrate können aber auch in den Gasraum überführt werden, indem der Flüssigkeitsspiegel abgesenkt wird.
Die keilförmige Kante des Scheibenhalters oder der gesamte Scheibenhalter besteht aus einem Material, das widerstandsfähig ist gegen chemische Veränderungen durch die Flüssigkeit. Geeignete Materialien sind beispielsweise Kunststoffe oder Glas. Besonders bevorzugt sind Fluorpolymere, Polyetheretherketon (PEEK) oder Quarzglas.
Bei den scheibenförmigen Substraten handelt es sich vorzugsweise um Halbleiterscheiben, insbesondere um Scheiben aus Silizium.
Bei der Flüssigkeit handelt es sich vorzugsweise um Wasser oder um eine wässerige Lösung, beispielsweise Wasser, das eine geringe Menge Chlorwasserstoff enthält.
Besonders bevorzugt ist es, die Erfindung analog zu einem Verfahren und in Kombination mit einer Vorrichtung zu anzuwenden, die in der WO95/28736 A1 beschrieben sind. Auf den Inhalt dieser Veröffentlichung wird auch als Ergänzung zum Verständnis der vorliegenden Erfindung ausdrücklich hingewiesen.
Eine bevorzugte Vorrichtung zum Trocknen von scheibenförmigen Substraten umfasst neben dem erfindungsgemäßen Scheibenhalter ein mit Flüssigkeit gefülltes Becken mit einer Aufnahmevorrichtung für Substrate. Der erfindungsgemäße Scheibenhalter ist zusammen mit der ihm benachbarten Auflagevorrichtungen Bestandteil der Aufnahmevorrichtung und wie die Auflagevorrichtungen vertikal beweglich ausgebildet. Er kann unabhängig von den Auflagevorrichtungen gehoben und abgesenkt werden. Über dem Becken ist eine Haube mit Führungen zur Aufnahme und zum Halten von aus dem Becken gehobenen Substraten vorgesehen. Vorzugsweise verfügt die bevorzugte Vorrichtung zum Trocknen von scheibenförmigen Substraten oberhalb des Beckens über bewegliche Halterungen, die die scheibenförmigen Substrate beim und nach dem Öffnen der Haube zur Entnahme der Substrate vorübergehend halten.
Die Substrate sind zunächst in der Flüssigkeit eingetaucht, mit der das Becken gefüllt ist. Sie werden dabei von der Aufnahmevorrichtung des Beckens gehalten. Die Auflagevorrichtungen und der dazwischen angeordnete erfindungsgemäße Scheibenhalter stellen dabei eine Stützfläche für die Substrate zur Verfügung. Der Trocknungsvorgang wird eingeleitet, indem die Substrate mit Hilfe der Aufnahmevorrichtung angehoben werden. Im Verlauf dieser Bewegung verlassen die Substrate und zumindest die keilförmige Kante des erfindungsgemäßen Scheibenhalters die Flüssigkeit, während die Auflagevorrichtungen in der Flüssigkeit zurückbleiben. In dieser Situation werden die Substrate von den Führungen der Haube und dem erfindungsgemäßen Scheibenhalter gehalten. Nachdem die beweglichen Halterungen zur Unterstützung der Substrate herangeführt wurden oder die Substrate in die Führungen der Haube geklemmt wurden, wird die Haube angehoben und damit die Trennung der Substrate vom Scheibenhalter herbeigeführt.
Flüssigkeitsreste, die zwischen den Substraten und der keilförmigen Kante des erfindungsgemäßen Scheibenhalters gefangen waren, neigen beim Trennen der Substrate vom Scheibenhalter aufgrund ihres hydrophilen Charakters eher dazu, durch den Schlitz in der keilförmigen Kante des Scheibenhalters zu laufen, als auf den Substraten haften zu bleiben.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die keilförmige Kante des Scheibenhalters aus der Horizontalen geneigt angeordnet. Der Neigungswinkel beträgt vorzugsweise mehr als 0° und nicht mehr als 3°. Durch ein solches Gefälle entlang der keilförmigen Kante des Scheibenhalters wird erreicht, dass Substrate, die in die Aufnahmevorrichtung des Beckens gestellt werden, eine Kippstellung einnehmen. In dieser Kippstellung liegt die Vertikale nicht mehr in der Substratebene und die Kipprichtung ist für alle Substrate dieselbe. Das hat zur Folge, dass die Substrate die Führungen in der Haube nur mit einer Seitenfläche berühren können. Diese Seitenfläche kann die Vorderseite oder die Rückseite der Substrate sein. Im Falle von Halbleiterscheiben als Substraten ist die Vorderseite diejenige Seitenfläche, auf der der Aufbau elektronischer Strukturen vorgesehen ist. Um die Vorderseite vor Beschädigungen durch den Kontakt mit den Führungen zu schützen, ist es daher besonders bevorzugt, die Substrate derart auf die Aufnahmevorrichtung zu stellen, dass Rückseite und Vorderseite benachbarter Substrate sich gegenüberliegen, und wegen der erzwungenen Kippstellung nur die Rückseiten der Substrate die Führungen in der Haube berühren können.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Zeichnungen beschrieben.
1 und 2 zeigen in schematischer Schnittdarstellung erfindungsgemäß geformte Scheibenhalter, wobei die Schnittrichtung senkrecht zum Schlitz verläuft.
3 zeigt in schematischer Schnittdarstellung eine erfindungsgemäße Anordnung von Substraten auf einem erfindungsgemäß geformten Scheibenhalter, wobei die Schnittrichtung durch die Mitte des Schlitzes verläuft.
4 und 5 zeigen Karten, die die Position gefundener Partikel angeben.
Der Scheibenhalter 1 zum Trocknen von scheibenförmigen Substraten gemäß 1 umfasst einen länglichen Körper 2, der nach oben zu einer keilförmigen Kante 3 verjüngt ist. In der Mitte der Kante ist ein Schlitz 4 vorgesehen, der sich mindestens über die Länge der keilförmigen Kante erstreckt, die zum Halten von scheibenförmigen Substraten vorgesehen ist. Unter dem Schlitz ist ein Kanal 5 vorhanden, der sich bis zur Tiefe T in den Scheibenhalter 1 erstreckt.
Der Scheibenhalter 1 gemäß 2 unterscheidet sich vom Scheibenhalter 1 gemäß 1 durch einen Kanal 5, der sich tiefer in den Scheibenhalter 1 erstreckt.
Entsprechend der Darstellung in 3 ist die keilförmige Kante 2 aus der Horizontalen geneigt angeordnet. Die scheibenförmigen Substrate 6 stehen in einer Kippstellung auf der keilförmigen Kante 2 des Scheibenhalters 1, wobei nur die Rückseiten 7 der scheibenförmigen Substrate mit Führungen 8 der Haube 9 in Berührung kommen.
Beispiel und Vergleichsbeispiel:
Zwei Gruppen von jeweils 25 polierten Halbleiterscheiben aus Silizium wurden auf die gleiche Weise getrocknet, indem die Halbleiterscheiben auf der keilförmigen Kante eines Scheibenhalters stehend aus einem mit Wasser gefüllten Becken in einen Gasraum mit Dampf aus 2-Propanol überführt wurden. Der Scheibenhalter für Gruppe A (Beispiel-Gruppe) war entsprechend 1 mit einem Schlitz versehen, während dem Scheibenhalter für Gruppe B (Vergleichsbeispiel-Gruppe) der Schlitz fehlte. Ansonsten unterschieden sich die Scheibenhalter nicht.
Die getrockneten Halbleiterscheiben wurden im Bereich der Kontaktstelle mit dem Scheibenhalter auf das Vorhandensein von Partikeln untersucht und die Position gefundener Partikel in einer Karte eingetragen.
Der Vergleich der das Beispiel repräsentierenden Karte (4) mit der das Vergleichsbeispiel repräsentierenden Karte (5) zeigt, dass die gemäß Beispiel vorgenommene Trocknung erheblich rückstandsärmer war.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0385536 A1 [0003]
WO 95/28736 A1 [0017]

Claims

Verfahren zum Trocknen von scheibenförmigen Substraten, die in eine Flüssigkeit getaucht sind, umfassend das Halten der Substrate auf einer keilförmigen Kante eines länglichen Scheibenhalters, wobei die Substrate auf dem Scheibenhalter stehen; das Überführen der Substrate und der keilförmigen Kante des Scheibenhalters aus der Flüssigkeit in einen Gasraum enthaltend einen Dampf, der auf den Substraten nicht kondensiert und die Oberflächenspannung von Flüssigkeitsresten herabsetzt, die an den Substraten haften, gekennzeichnet durch das Entfernen von Flüssigkeitsresten zwischen den scheibenförmigen Substraten und dem Scheibenhalter durch einen Schlitz in der Mitte der keilförmigen Kante des Scheibenhalters.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass darauf verzichtet wird, Flüssigkeitsreste durch den Schlitz aktiv abzusaugen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Substrate in einer Kippstellung auf die keilförmige Kante des Scheibenhalters gestellt werden, indem die keilförmige Kante des Scheibenhalters derart angeordnet wird, dass sie aus der Horizontalen geneigt ist.
Scheibenhalter zum Trocknen von scheibenförmigen Substraten, umfassend einen länglichen Körper, der nach oben zu einer keilförmigen Kante verjüngt ist, wobei die keilförmige Kante zum Halten der scheibenförmigen Substrate vorgesehen ist, gekennzeichnet durch einen Schlitz in der Mitte der keilförmigen Kante.
Scheibenhalter nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Kanal, der sich vom Schlitz bis zu einer Tiefe von nicht weniger als 0,5 mm in den Scheibenhalter erstreckt.