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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein
Verfahren zum Trocknen von Substraten nach einer Nassbehandlung
in einer Behandlungsflüssigkeit.
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Es
ist beispielsweise in der Halbleitertechnologie bekannt, dass die
Halbleiterwafer während
ihrer Herstellung mehreren Behandlungsschritten einschließlich Nassbehandlungen
ausgesetzt werden. Bei der Nassbehandlung kann es sich um einen
reinen Reinigungsschritt handeln, bei dem die Substrate in Wasser,
in der Regel DI-Wasser gespült
werden. Bei anderen Nassbehandlungen werden die Wafer beispielsweise
in einer verdünnten
Flusssäure
zunächst
geätzt
und anschließend
mit Wasser gespült. Am
Ende jeder Nassbehandlung ist es notwendig, die Wafer vollständig zu
trocknen, um Rückstände auf den
Wafern, die zu sogenannten Watermarks führen können, und die Funktionsfähigkeit
des Wafers beeinträchtigen
können,
zu vermeiden. Ein bekanntes Verfahren und eine Vorrichtung zum Trocknen
von Substraten ist beispielsweise aus der auf die Anmelderin zurückgehenden
DE 199 24 302 bekannt.
Bei dem dort beschriebenen Verfahren werden die Substrate beim Verlassen
einer Behandlungsflüssigkeit mit
einem, die Oberflächenspannung
der Behandlungsflüssigkeit
verringernden Fluids in Kontakt gebracht. Dabei wird das Fluid über Auslassdüsen auf die
Behandlungsflüssigkeit
geleitet, die seitlich bezüglich
der Wafer, d.h. derart angeordnet sind, dass sie sich außerhalb
des Bewegungspfades der Substrate befinden. Die Düsen sind
derart mit den Substraten ausgerichtet, dass sie speziell auf zwischen
den Substraten gebildete Zwischenräume gerichtet sind.
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Bei
einem bekannten Verfahren ist einerseits die Möglichkeit angesprochen, dass
die Oberflächenspannung
verringernde Fluid nur von einer Seite der Wafer her auf die Behandlungsflüssigkeit
aufgebracht wird. Dabei ergibt sich jedoch das Problem, dass insbesondere
bei Wafern mit großen
Durchmessern und geringen Abständen
zwischen den Wafern nicht sichergestellt werden kann, dass das Fluid über die
gesamte Breite des Wafers auf die Behandlungsflüssigkeit aufgebracht wird.
Dies ist jedoch notwendig, um über
die gesamte Breite des Wafers hinweg ein ordnungsgemäßes Ablaufen
der Behandlungsflüssigkeit
gemäß dem "Marangoni-Effekt" sicherzustellen.
Wenn überhaupt,
kann dies nur mit hinreichend hoher Strömungsgeschwindigkeit des die
Oberflächenspannung
der Behandlungsflüssigkeit
verringernden Fluids erreicht werden.
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Bei
einer alternativen Ausführungsform
gemäß dem oben
genannten Patent sind zueinander gerichtete Zuführeinrichtungen auf beiden
Seiten der Wafer vorgesehen, die von beiden Seiten das die Oberflächenspannung
reduzierende Fluid auf die Behandlungsflüssigkeit leiten. Hierdurch
kann mit geringeren Strömungen
gearbeitet werden, es ergibt sich jedoch das Problem, dass es in
dem Bereich in dem die gegenläufigen
Strömungen
aufeinander treffen, Verwirbelungen entstehen, die eine gleichmäßige Schicht
des die Oberflächenspannung
reduzierenden Fluids auf der Behandlungsflüssigkeit und somit die Trocknung
gemäß dem Marangoni-Effekt
beeinträchtigt.
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Ausgehend
von diesem bekannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung
die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Trocknen
von Substraten anzugeben, das auf einfache und kostengünstige Weise
die zuvor genannten Probleme des Standes der Technik überwindet
und insbesondere eine gute Trocknung von Substraten über deren
gesamte Breite ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Trocknen von Substraten
nach einer Behandlung in einer Behandlungsflüssigkeit gelöst, die
eine Vorrichtung zum Ausbringen der Substrate aus der Behandlungsflüssigkeit,
wenigstens zwei einander gegenüberliegende
und zueinander gerichtete Zuführeinrichtungen
zum Zuführen
eines die Oberflächenspannung
der Behandlungsflüssigkeit
verringernden Fluids auf die Behandlungsflüssigkeit, wobei die Zuführeinrichtungen
derart beabstandet sind, dass die Substrate zwischen ihnen hindurch
bewegbar sind, und eine Steuereinheit zum Steuern der Zu fuhr des
die Oberflächenspannung
der Behandlungsflüssigkeit
verringernden Fluids derart, dass die gegenüberliegenden Zuführeinrichtung
abwechselnd mit Behandlungsfluid beaufschlagt werden, aufweist. Durch
die gegenüberliegenden
Zuführeinrichtungen lässt sich
in bekannter Weise ein, die Oberflächenspannung der Behandlungsflüssigkeit
verringerndes Fluid, auf die Behandlungsflüssigkeit aufbringen. Dadurch,
dass von beiden Seiten der Substrate her das Fluid auf die Behandlungsflüssigkeit
aufgebracht wird, wird gewährleistet,
dass sich das Fluid im Wesentlichen über die gesamte Breite des
Substrats hinweg auf die Behandlungsflüssigkeit aufbringen lässt. Durch
Vorsehen der Steuereinheit, die sicherstellt, dass die gegenüberliegenden
Zuführeinrichtungen abwechselnd
mit Behandlungsfluid beaufschlagt werden, wird wiederum verhindert,
dass nicht gleichzeitig aufeinanderzulaufende Fluidströmungen auf die
Behandlungsflüssigkeit
aufgebracht werden, die beim Aufeinandertreffen Verwirbelungen erzeugen. Durch
die abwechselnde Beaufschlagung der Zuführeinrichtungen wird jeweils
Fluid nur von einer Seite zugeführt
und Verwirbelungen werden durch aufeinanderzulaufende Strömungen verhindert
oder zumindest wesentlich reduziert. Somit wird eine sich im Wesentlichen
ständig
erneuernde gleichmäßige Schicht
des die Oberflächenspannung
der Behandlungsflüssigkeit
verringernden Fluids auf der Behandlungsflüssigkeit über die gesamte Breite der Substrate
hinweg ausgebildet, was für
deren gleichmäßige Trocknung
von Bedeutung ist.
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Für einen
einfachen Aufbau der Vorrichtung weisen die Zuführeinrichtungen vorzugsweise
jeweils eine Zuleitung auf, die mit einer gemeinsamen Fluidquelle
verbunden sind. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind
die Zuleitungen mit einer Gemeinschaftsleitung verbunden, die zur
Fluidquelle führt
und an der Schnittstelle zwischen den Zuleitungen und der Gemeinschaftsleitung
ist ein Ventil vorgesehen, das die Gemeinschaftsleitung mit der
einen Zuleitung oder der anderen Zuleitung verbindet. Hierdurch
kann auf besondere einfache und kostengünstige Weise sichergestellt
werden, dass die Zuleitungen zu den Zuführeinrichtungen jeweils abwechselnd
und nicht gleichzeitig mit Fluid beaufschlagt werden.
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Um
eine im Wesentlichen gleichmäßige Schicht
des die Oberflächenspannung
der Behandlungsflüssigkeit
verringernden Fluids über
die Breite der Substrate hinweg vorzusehen, stellt die Steuereinheit
eine Strömung
des Fluids von jeder der Zuführeinheiten
so ein, dass sich die Strömung über wenigstens
50 % des Abstandes zwischen den Zuführeinheiten erstreckt. Dabei
ist die Strömung
des Fluids von jeder der Zuführeinheiten
vorzugsweise so eingestellt, dass sich die Strömung über 50 bis 60 %, vorzugsweise über 55 %
des Abstandes zwischen den Zuführeinheiten
erstreckt. Hierdurch ergibt sich eine leichte Überlappung der gegenläufigen Strömungen,
welche jedoch aufgrund der alternativen Beaufschlagung der Zuführeinheiten
keine wesentlichen Verwirbelungen erzeugen. Die geringe Überlappung
stellt jedoch sicher, dass das Fluid über die gesamte Breite der
Substrate in ausreichender Menge vorgesehen ist.
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Um
Verwirbelungen der Fluidströmung
an den Stirnflächen
der Substrate zu vermeiden, weist die Zuführeinheit vorzugsweise jeweils
eine Vielzahl von Düsen
auf, die mit Führungseinrichtungen
für die Substrate
derart ausgerichtet sind, dass die Düsen zwischen in den Führungseinrichtungen
aufgenommene Substrate gerichtet sind.
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Die
der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auch bei einem Verfahren
zum Trocknen von Substraten nach einer Behandlung in einer Behandlungsflüssigkeit
mit den folgenden Schritten gelöst: Ausbringen
der Substrate aus der Behandlungsflüssigkeit; Aufbringen eines
die Oberflächenspannung der
Behandlungsflüssigkeit
verringernden Fluids auf die Behandlungsflüssigkeit durch wenigstens zwei einander
gegenüberliegende
und zueinander gerichtete Zuführeinrichtungen
und Steuern der Zufuhr des die Oberflächenspannung der Behandlungsflüssigkeit
verringernden Fluids derart, dass die gegenüberliegenden Zuführeinrichtungen
abwechselnd mit dem Fluid beaufschlagt werden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren
lassen sich die schon oben genannten Vorteile, nämlich die Aufbringung des die
Oberflächenspannung
der Behandlungsflüssigkeit
verringernden Fluids über
die gesamte Breite der Substrate ohne Erzeugung von Verwirbelungen
erreichen.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung weisen die Zuführeinrichtungen
jeweils eine Zuleitung auf, die abwechselnd mit einer gemeinsamen
Fluidquelle verbunden werden. Dabei sind die Zuleitungen vorzugsweise
mit einer Gemeinschaftsleitung verbunden, die zur gemeinsamen Fluidquelle
führt und
ein an einer Schnittstelle zwischen den Zuleitungen und der Gemeinschaftsleitung
vorgesehenes Ventil wird derart betätigt, dass es die Gemeinschaftsleitung
mit der einen oder anderen Zuleitung verbindet.
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Vorzugsweise
wird die Strömung
des Fluids von jeder der Zuführeinheiten
so eingestellt, dass sich die Strömung über wenigstens 50 % des Abstandes
zwischen den Zuführeinheiten
erstreckt. Vorzugsweise erstreckt sich die Strömung über 50 bis 60 %, vorzugsweise über 55 %
des Abstandes zwischen den Zuführeinheiten.
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Die
zuvor beschriebene Vorrichtung und das zuvor beschriebene Verfahren
sind besonders für
die Trocknung von Halbleiterwafern geeignet, wobei jedoch auch die
Trocknung anderer, insbesondere scheibenförmiger Gegenstände, in
Betracht gezogen wird. Bei der Trocknung scheibenförmiger Gegenstände wird
das, die Oberflächenspannung
der Behandlungsflüssigkeit
verringerte Fluid vorzugsweise jeweils parallel zu den Hauptseiten
der scheibenförmigen
Substrate aufgebracht.
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Weitere
Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend
anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert; in den Zeichnungen zeigt:
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1 eine
schematische Schnittdarstellung durch eine Nassbehandlungsvorrichtung
für Substrate
mit einer Trocknungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß 1.
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1 zeigt
eine schematische Schnittansicht durch eine Nassbehandlungsvorrichtung 1 für eine Charge
aus Halbleiterwafern 2, welche in der Ansicht gemäß 1 parallel
zu der Zeichnungsebene hintereinander liegen.
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Die
Behandlungsvorrichtung 1 weist eine Behandlungsflüssigkeit 4 enthaltendes
Prozessbecken 5 auf, das einen Überlauf 7 aufweist.
Zum Ein- und Ausbringen der Substrate weist die Behandlungsvorrichtung 1 eine
Hubvorrichtung 9 in dem Prozessbecken 5 auf, das
als Messer bezeichnet wird. Einzelheiten des Hubmechanismus und
des Messers 9 sind beispielsweise in der EP-A-0385536 beschrieben, die
insofern zum Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemacht wird,
um Wiederholungen zu vermeiden.
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In
dem Prozessbecken 5 sind ferner eine Vielzahl von Führungsvorsprüngen 10 vorgesehen, die
in der Ansicht gemäß 1 an
den gegenüberliegenden
Seitenwänden
des Prozessbeckens 5 vorgesehen sind, und parallel zu der
Zeichnungsebene hintereinander liegen.
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Die
Anordnung der Führungselemente 10 sowie
die dazwischen aufgenommenen Halbleiterwafer 2 sind auch
schematisch in der Draufsicht gemäß 2 zu erkennen,
wobei zur Vereinfachung der Darstellung in 2 nur einige
der Führungsvorsprünge 10 und
der Substrate 2 in dem Prozessbecken 5 dargestellt
sind.
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In
einem unteren Bereich des Prozessbeckens 5 ist ferner eine
Diffusoreinheit 12 angedeutet, über die Behandlungsflüssigkeit
in das Prozessbecken 5 eingeleitet werden kann.
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Oberhalb
des Prozessbeckens 5 ist eine Haube 14 zur Aufnahme
der Charge aus Halbleiterwafern 2 vorgesehen. Die Haube 14 weist
Führungsvorsprünge 15 auf,
zwischen denen die Halbleiterwafer 2 aufgenommen werden
können,
und zwar in gleicher Weise wie die Wafer 2 zwischen den
Führungsvorsprüngen 10 in
dem Prozessbecken 5 aufgenommen sind.
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Oberhalb
des Prozessbeckens 5 sind zwei sich parallel zu den die
Führungsvorsprünge 10 tragenden
Seitenwänden
des Prozessbeckens erstreckende Fluid-Zuführeinheiten 17, 18 vorgesehen.
Die Fluid-Zuführeinheiten 17, 18 besitzen
im Wesentlichen denselben Aufbau und weisen jeweils eine Vielzahl
von Düsen
auf, die zu der anderen Fluid-Zuführeinheit 17, 18 gerichtet
sind, so dass bei gleichzeitiger Beaufschlagung der Fluid-Zuführeinheiten 17, 18 aufeinander
zulaufende Fluidströmungen
erzeugt würden,
wie durch die Pfeile 19, 20 angezeigt ist. Dabei
sind die Düsen
der Fluid-Zuführeinheiten 17, 18 derart
ausgerichtet, dass sie eine parallel zu den Seitenflächen der
Halbleiterwafer 2 gerichtete Fluidströmung erzeugen, die darüber hinaus
in die zwischen den Halbleiterwafern 2 gebildeten Zwischenräume eingeführt wird,
wie durch die Pfeile 22 in der Draufsicht gemäß 2 zu
erkennen ist.
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Die
Fluid-Zuführeinheiten 17, 18 weisen
jeweils eine Fluid-Zuleitung 24, 25 auf. Die Zuleitungen 24, 25 sind über ein
Dreiwegeventil mit einer Gemeinschaftszuleitung 26, die
mit einer Fluidversorgung 27 in Verbindung steht, verbindbar.
Dabei ist das Dreiwegeventil so schaltbar, dass es abwechselnd die
Zuleitung 24 und die Zuleitung 25 mit der Gemeinschaftszuleitung 26 verbinden
kann.
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Nachfolgend
wird der Betrieb der Vorrichtung 1 anhand 1 und 2 näher erläutert. Zunächst wird
eine Charge aus Wafern 2 in bekannter Art und Weise in
ein mit Behandlungsflüssigkeit 4 gefülltes Prozessbecken 5 eingebracht.
In dem Prozessbecken 5 wird es in bekannter Art und Weise
mit dem Behandlungsflüssigkeit 4 behandelt.
Dabei kann die Behandlung beispielsweise eine chemische Behandlung
und eine Spülbehandlung
in demselben Becken umfassen. Nach der Behandlung wird die Haube 10 in
die in 1 gezeigte Position gebracht, und über die
Fluid-Zuführeinrichtungen 17, 18 wird
ein die Oberflächenspannung
der Behandlungsflüssigkeit 4 verringerndes
Fluid, wie beispielsweise IPA auf die Oberfläche der Behandlungsflüssigkeit 4 geleitet. Dabei
werden die Fluid-Zuführeinheiten
jeweils abwechselnd mit dem Fluid beaufschlagt. Ferner wird die
aus den Fluid-Zuführeinheiten
austretende Fluidströmung
durch eine nicht näher
dargestellte Steuereinrichtung derart ge steuert, dass sich die Strömung über wenigstens
50 % des Abstands zwischen den Fluid-Zuführeinheiten erstreckt. Bei
der derzeit bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung erstreckt sich die aus den jeweiligen Fluid-Zuführeinheiten austretende
Fluidströmung
jeweils über
50 bis 60 %, insbesondere über
55 % des Abstands zwischen den Fluid-Zuführeinheiten.
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Die
abwechselnde Ansteuerung der Fluid-Zuführeinheiten erfolgt beispielsweise
im Sekundentakt, wodurch sich auf dem Behandlungsfluid eine sich
ständig
erneuernde Atmosphäre
des die Oberflächenspannung
der Behandlungsflüssigkeit 4 verringernden
Fluids aufbaut. Nach einer gewissen Vorlaufzeit werden nunmehr die
Wafer 2 über
das Messer 9 in dem Prozessbecken 5 angehoben
und aus der Behandlungsflüssigkeit 4 herausgehoben. Durch
die die Oberflächenspannung
der Behandlungsflüssigkeit 4 verringernde
Fluidschicht erfolgt beim Herausheben der Wafer 2 aus der
Behandlungsflüssigkeit
nun eine Trocknung gemäß dem Marangoni-Effekt.
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Während des
gesamten Heraushebvorgangs wird das die Oberflächenspannung reduzierende Fluid
abwechselnd durch die Fluid-Zuführeinheiten 17, 18 aufgebracht.
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Wenn
die Wafer 2 vollständig
aus der Behandlungsflüssigkeit 4 herausgehoben
sind, kann die Zufuhr des die Oberflächenspannung der Behandlungsflüssigkeit 4 reduzierenden
Fluids beendet werden. Statt eines Aushebens der Substrate aus dem Behandlungsfluid
ist es natürlich
auch möglich,
die Behandlungsflüssigkeit 4 aus
dem Prozessbecken 5 abzulassen, um die Substrate aus der
Flüssigkeit heraus
zu bringen, wie es beispielsweise aus der auf die selbe Anmelderin
zurückgehenden
DE-A-195 17 573 bekannt ist, die insofern zum Gegenstand der vorliegenden
Erfindung gemacht wird. Dabei können die
Fluid-Zuführeinheiten 17, 18 entsprechend
dem absinkenden Flüssigkeitspegel
bewegt werden.
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Obwohl
die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung
beschrieben wurde, ist sie nicht auf das konkret dargestellte Aus führungsbeispiel
begrenzt. So wurde beispielsweise das Prozessbecken als ein Becken
mit internen Führungen
beschrieben. Die Wafer 2 könnten jedoch auch mit einem
entsprechenden Träger
in das Prozessbecken 5 eingesetzt und aus diesem entnommen
werden. Darüber
hinaus wurde als das die Oberflächenspannung
der Behandlungsflüssigkeit reduzierende
Fluid speziell IPA genannt. Natürlich könnten auch
andere, die Oberflächenspannung
der Behandlungsflüssigkeit 4 reduzierende
Fluide, wie beispielsweise heißer
Dampf, eingesetzt werden. Statt der Haube 14 kann auch
eine andere Aufnahmevorrichtung für die Wafer 2 vorgesehen
sein. Ferner ist es auch nicht notwendig, dass die jeweiligen Zuleitungen 24, 25 der
Fluid-Zuführeinheiten 17, 18 mit
einer gemeinsamen Fluidversorgung 27 in Verbindung stehen.
Vielmehr könnte
für jede
Fluid-Zuführeinheit 17, 18 eine
eigene Fluidversorgung vorgesehen sein, die jeweils über eine
entsprechende Steuereinheit derart angesteuert wird, dass die Fluid-Zuführeinheiten 17, 18 jeweils
wechselseitig, d.h. alternierend mit Fluid beaufschlagt werden.