DE19613620C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Trocknen von Substraten - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Trocknen von Substraten

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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trocknen von Substraten.
Aus EP 0 385 536 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trocknen von Substraten nach einer Behandlung in ei­ ner Flüssigkeit bekannt. Bei dem aus dieser Druckschrift bekannten Verfahren werden Substrate für einige Zeit in einem Bad, das eine Flüssigkeit enthält, behandelt, und dann daraus entnommen, und zwar so langsam, daß praktisch die gesamte Flüssigkeit in dem Bad verbleibt. Dabei wer­ den die Substrate von der Flüssigkeit direkt in Kontakt mit einem Dampf gebracht. Der Dampf kondensiert nicht auf den Substraten und mischt sich mit der Flüssigkeit, wobei die Mischung eine geringere Oberflächenspannung als die Flüssigkeit besitzt. Dieses Verfahren ist jedoch in der Praxis sehr aufwendig, da Dampf erforderlich ist, dieser entsorgt werden muß und insbesondere Zuführleitungen und Auslaßdüsen für den Dampf bereitgestellt werden müssen.
Aus der US 4 722 752 ist eine Vorrichtung und ein Ver­ fahren zum Reinigen und Trocknen von scheibenförmigen Substraten, beispielsweise von Halbleiter-Wafern bekannt, bei der bzw. bei dem die im Substrat gespeicherte Rest­ wärme zur Einstellung eines Oberflächenspannungsgradien­ ten ausgenutzt wird. Eine Zufuhr von Wärme von außen zur Verbesserung oder Beschleunigung des Trocknungsvorgangs ist nicht vorgesehen.
Die US 4 902 350 zeigt und beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Reinigen und Trocknen von Substra­ ten, wobei an der Oberfläche der Flüssigkeit dem-Substrat beim Ausbringen Energie in Form von Ultraschall zugeführt wird. Die zugeführte Energie dient jedoch nicht der Trocknung sondern der Reinigung.
Das aus der US 5 368 649 bekannte Wasch- und Trocknungsverfahren für mechanische oder elektronische Bauteile sowie Linsen verwendet zur Verbesserung des Trocknungsverfahrens eine Flüssigkeit, die unter einem über dem Atmosphärendruck liegenden Druck gehalten wird. Die Waschflüssigkeit wird über den bei Atmosphärendruck bestehenden Siedepunkt erhitzt. Für den Trockenvorgang wird das Werkstück in eine Trocknungskammer gebracht, in der eine plötzliche Dekompression stattfindet, so daß die Waschflüssigkeit auf dem Werkstück schnell verdampft.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, bei dem die Substrate während des Herausfah­ rens aus dem Fluidbad schnell, mit geringem Aufwand, ohne Umweltbelastung und ohne Rückstände auf den Substraßen getrocknet werden können.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß beim Ausbrin­ gen des Substrate aus einer Flüssigkeit ein sich am Über­ gang zwischen der Substratoberfläche und der Flüssig­ keitsoberfläche ausbildender Meniskus der Flüssigkeit er­ hitzt wird.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Substrate ohne großen technischen Aufwand, sehr schnell, sehr gründlich und ohne mechanische Beanspruchung während des Heraus­ bringens aus dem Flüssigkeitsbad getrocknet werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird zur Erhitzung des Meniskus der Flüssigkeit elektro­ magnetische Strahlung verwendet. Diese besitzt den Vor­ teil, daß sie sehr leicht erzeugt werden kann, bestimmte Mate­ rialien, wie z. B. eine Haube über dem Flüssigkeitsbad, durchdringt, und sehr leicht auf den Meniskus der Flüs­ sigkeit gebündelt werden kann.
Vorzugsweise weist die elektromagnetische Strahlung Mi­ krowellen, Infrarotstrahlung und/oder sichtbare Strahlung auf.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Er­ findung werden beim Herausbringen der Substrate aus dem Flüssigkeitsbad die Substrate direkt mit einem Dampf in Kontakt gebracht, der nicht auf dem Substrat kondensiert und der eine Substanz aufweist, die mit der Flüssigkeit mischbar ist, und, wenn sie mit der Flüssigkeit gemischt wird, eine Mischung ergibt, die eine geringere Oberflä­ chenspannung als die Flüssigkeit besitzt. Durch die Kom­ bination des erfindungsgemäßen Verfahrens mit dem aus der eingangs genannten EP 0 385 536 A1 bekannten Verfahren er­ gibt sich für besondere Anwendungsfälle eine zusätzliche Verbesserung und Beschleunigung der Trocknung der Sub­ strate.
Vorteilhafterweise werden die Substrate durch eine mes­ serartige Aushubvorrichtung ausgehoben. Die messerartige Aushubvorrichtung trägt die Substrate, wenn sie aus der Flüssigkeit herausgehoben werden, und zwar an denjenigen Stellen der Substrate, die als letztes die Flüssigkeit verlassen. Tropfen der Flüssigkeit strömen dann über die messerartige Kante der messerartigen Aushubvorrichtung von dem Substrat ab, so daß auch beim Austritt des Sub­ strats aus dem Flüssigkeitsbad, wenn ein Meniskus nicht mehr definiert ist, das Trocknungsverfahren mit gleicher Effizienz fortgesetzt werden kann.
Die Erfindung sowie weitere Vorteile und Ausgestaltungen derselben wird bzw. werden nachfolgend unter Bezugnahme auf eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert.
Die Figur zeigt eine schematische Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Trocknungsverfahrens.
Ein Substrat 1, das vorzugsweise ein Halbleiter-Wafer ist, wird aus dem Flüssigkeitsbad 2 in Richtung des Pfei­ les A herausgehoben. Dazu kann beispielsweise eine (nicht dargestellte) messerartige Aushubvorrichtung vorgesehen sein. Eine Flüssigkeitsoberfläche 3 des Flüssigkeitsbads 2 weist einen Bereich 4 auf, in dem die Flüssigkeitsober­ fläche 3 eben ist. In einem Bereich 5 ist die Flüssig­ keitsoberfläche 3 gekrümmt, d. h. es entsteht ein Menis­ kus der Flüssigkeitsoberfläche 3, weil die Flüssigkeit am Halbleiter-Wafer 1 aufgrund von Adhäsionskräfte anhaftet. Denn die Flüssigkeit benetzt die Oberfläche des Substrats 1, da die von der Substratoberfläche auf die Flüssig­ keitsmoleküle wirkenden Anziehungskräfte größer sind als die der Flüssigkeitsmoleküle untereinander.
Eine schematisch dargestellte Energiequelle 6, die vor­ zugsweise ein Laser oder eine Vorrichtung zum Erzeugen von Mikrowellen, z. B. ein Klystron, ist, ist vorgesehen, um den Meniskus-Abschnitt 5 der Flüssigkeitsoberfläche 3 lokal mittels einer Fokussiereinrichtung 7, die z. B. eine Sammellinse ist, zu erhitzen. Durch eine örtliche Erhit­ zung im Bereich des Meniskus wird die Oberflächenspannung im an den Wafer 1 angrenzenden, gekrümmten Meniskusbe­ reich 5 gegenüber dem vom Substrat 1 entfernteren ebenen Bereich 4 der Flüssigkeitsoberfläche 3 verringert. Durch die unterschiedlichen Oberflächenspannungen entsteht ein Fluß bzw. eine Strömung von Flüssigkeit von dem Meniskus 5, zum Abschnitt 4 der Flüssigkeitsoberfläche 3 hin, d. h. von dem Substrat 1 weg. Die Flüssigkeit wird dadurch vollständig und schnell vom Substrat 1 abgezogen, wodurch das Substrat 1 ohne weitere Maßnahmen schnell und rück­ standsfrei getrocknet wird.
Die Erfindung wurde zuvor anhand eines bevorzugten Aus­ führungsbeispiels beschrieben. Dem Fachmann sind jedoch zahlreiche Abwandlungen und Ausgestaltungen möglich, ohne daß dadurch der der Erfindung zugrundeliegende Gedanke verlassen wird. Beispielsweise könnte anstelle der oben beschriebenen einseitig angeordneten Energiequelle 6 ent­ sprechende Energiequellen auf allen (vier) Seiten des Substrats 1 angeordnet sein, um die jeweiligen Menisken lokal zu erhitzen. Die in der Figur schematisch darge­ stellte Linse 7 stellt lediglich ein einfaches Symbol für eine Fokussiereinrichtung dar, und ist insbesondere ein flächig fokussierendes Element, wie z. B. eine Zylinder­ linse, um den gesamten Miniskusbereich zu erhitzen.

Claims (15)

1. Verfahren zum Trocknen von Substraten (1), insbeson­ dere von Halbleiter-Wafern, dadurch gekennzeichnet, daß beim Ausbringen der Substrate (1) aus einer Flüssigkeit (2) ein sich am Übergang zwischen der Substratoberfläche und der Flüssigkeitsoberfläche (4) ausbildender Meniskus (5) der Flüssigkeit (2) erhitzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meniskus (5) bestrahlt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Strahlung auf den Meniskus (5) fo­ kussiert wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung erfolgt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlung mit Mi­ krowellen erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlung mit In­ frarotstrahlung erfolgt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlung mit Licht, insbesondere im sichtbaren Wellenlängenbe­ reich, erfolgt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlung mit La­ serlicht erfolgt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor und/oder gleichzei­ tig mit dem Erhitzen des Meniskus (5) ein sich mit der Flüssigkeit (2) des Meniskus (5) mischender Dampf in Kontakt mit dem Meniskus (5) gebracht wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausbringen der Substrate (1) eine messerartige Aushubvorrichtung verwendet wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit (2) ein Spülfluid, insbesondere Wasser, ist.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1) ein Halbleiter-Wafer ist.
13. Vorrichtung zum Trocknen von Substraten (1), insbe­ sondere von Halbleiter-Wafern, gekennzeichnet durch eine Energiequelle (6) zum Erhitzen eines Meniskus (5), der sich beim Ausbringen der Substrate (1) aus einer Flüssigkeit (2) am Übergang zwischen der Substratoberfläche und der Flüssigkeitsoberfläche (4) ausbildet.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich­ net, daß die Energiequelle (6) eine elektromagneti­ sche Strahlenquelle, eine Mikrowellenquelle, eine Lichtquelle und/oder ein Laser ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, gekennzeichnet durch eine eine Strahlung auf den Meniskus (5) bün­ delnde Fokussierungseinrichtung (7).
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