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Dokumentenidentifikation DE102005026961A1 21.12.2006
Titel Vorrichtung zum Behandeln von Substraten
Anmelder Singulus Technologies AG, 63796 Kahl, DE
Erfinder Kempf, Stefan, 63755 Alzenau, DE;
Novak, Emmerich, 63179 Obertshausen, DE;
Wolfert, Manfred, 63743 Aschaffenburg, DE
Vertreter Vossius & Partner, 81675 München
DE-Anmeldedatum 10.06.2005
DE-Aktenzeichen 102005026961
Offenlegungstag 21.12.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 21.12.2006
IPC-Hauptklasse B65G 49/07(2006.01)A, F, I, 20060927, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H01L 21/67(2006.01)A, L, I, 20060927, B, H, DE   G11B 7/26(2006.01)A, L, I, 20060927, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Behandeln von Substratoberflächen, insbesondere zur Beschichtung durch Rotation bzw. Spincoating von Substraten, wie beispielsweise optischen Datenträgern oder Halbleiterwafern, mit einem viskosen Material. Die Vorrichtung behandelt das Substrat mittels eines um eine zur Oberfläche des Substrats im Wesentlichen senkrechten Achse schwenkbaren Behandlungsarms, dessen freies Ende durch die Schwenkbewegung über die Oberfläche des Substrats bewegbar ist. Die Vorrichtung weist weiter eine Transporteinrichtung mit mindestens einem um eine zur Oberfläche des Substrats senkrecht zur Achse schwenkbaren Transportarms mit einem Substrathalter am freien Ende zum Transportieren des Substrats von einer Übergabestation zur Behandlungsstation und von dieser zurück zur Übergabestation oder zu einer zweiten Übergabestation auf. Der Behandlungsarm und der Transportarm sind dabei um die gleiche Achse schwenkbar. Dadurch werden der Aufbau der Vorrichtung und die Steuerung von Behandlungs- und Transportarm vereinfacht; ferner werden die Herstellungs- und Wartungskosten reduziert.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Behandeln von Substratoberflächen, insbesondere zur Beschichtung durch Rotation bzw. Spincoating von Substraten, wie beispielsweise optischen Datenträgern oder Halbleiterwafern, mit einem viskosen Material, wie beispielsweise einem Farbstoff(Dye) oder einem Klebstoff zum Verkleben zweier Substrathälften.

Bei der Herstellung optischer Datenträger, wie beispielsweise CDs, CD-Rs, CD-RWs, DVDs oder Blu-Ray Discs, oder bei der Bearbeitung von Halbleiterwafern muss die Substratoberfläche beschichtet, beispielsweise lackiert, bzw. zum Verkleben zweier Substrate eine gleichförmig dicke Kleberschicht auf eines der Substrate aufgetragen werden. Dies geschieht üblicherweise durch Rotationsbeschichten. Eine Vorrichtung nach dem Stand der Technik ist in 1 dargestellt. Dabei wird das zu behandelnde Substrat 104 durch einen Transportarm 102, der um eine erste Achse B1 verschwenkbar ist, zu einer Behandlungsstation 108 befördert, dort abgelegt und in Rotation um die Achse B2 der Behandlungsstation 108 versetzt. Das aufzubringende Material wird nahe der Rotationsachse B2 des zu behandelnden Substrats 104 mittels einer am freien Ende eines schwenkbaren Behandlungsarms 101 befestigten Dosiernadel 105 aufgebracht. Der Behandlungsarm 101 dreht sich um eine Schwenkachse B3. Der Behandlungsarm 101 wird so positioniert, dass sich die Dosiernadel 105 an der gewünschten Stelle über dem Substrat 104 befindet und das viskose Material auf der Oberfläche des Substrats 104 aufgetragen werden kann. Durch die durch die Rotation des Substrats 104 um die Achse B2 hervorgerufene Zentrifugalkraft wird das auf das Substrat 104 aufgebrachte Material gleichmäßig auf der Substratoberfläche verteilt. Nach dem Auftrag des viskosen Materials auf das Substrat 104 wird der Arm 101 mit der Dosiernadel 105 von der Oberfläche des Substrats 104 weggeschwenkt, so dass mit Hilfe eines Transportarms 102 das beschichtete Substrats 104 gegen das nächste noch zu behandelnde Substrat 104 ausgetauscht werden kann.

Bei diesem bekannten Verfahren können im mechanischen oder elektronischen Fehlerfall der Transportarm 102 und der Behandlungsarm 101 kollidieren; ferner sind diese bekannten Vorrichtungen aufwendig in der Fertigung und Wartung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung, insbesondere Oberflächenbeschichtung und zum Transport eines Substrates zu einer Behandlungsstation bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, die Steuerung von Behandlungs- und Transportarm zu vereinfachen. Darüber hinaus sollen die Herstellungs- und Wartungskosten reduziert werden.

Diese Aufgaben werden insbesondere durch die in den Patentansprüchen enthaltenen Merkmale gelöst.

Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, den Behandlungsarm, an dem z.B. eine Dosiereinrichtung angebracht ist und die Transporteinrichtung, die ein Substrat von einer Übergabestation zu einer Behandlungsstation transportiert und umgekehrt, im Wesentlichen um die gleiche Achse zu verschwenken. Der Behandlungsarm ist dabei vorzugsweise in einem festen Winkelabstand zu dem Transportarm angeordnet. Dadurch kann eine Kollision von Transportarm und Behandlungsarm im Fehlerfall prinzipiell ausgeschlossen werden.

Im Falle einer festen Verbindung von Behandlungs- und Transportarm kann die Steuerung in vorteilhafter Weise durch einen gemeinsamen Antrieb ausgeführt und damit vereinfacht werden.

Nach dem Ablegen des Substrates auf der Behandlungsstation werden Transportarm und Behandlungsarm um die im Wesentlichen gleiche Achse (weiter) verschwenkt, um die z. B. am freien Ende des Behandlungsarms angeordnete Dosiereinrichtung über dem Substrat zu positionieren.

Der Materialauftrag auf dem Substrat kann (i) entweder punktuell, wenn während der Materialausgabe keine Relativbewegung zwischen Substrat und Dosiereinrichtung vorliegt, oder (ii) bei Relativbewegung zwischen Substrat und Dosiereinrichtung verteilt erfolgen. Im ersten Fall (i) sind Substrat, Dosiereinrichtung und Behandlungsarm in Ruhe während das aufzutragende Material auf das Substrat abgegeben wird. Im zweiten Fall (ii) führt die Relativbewegung zwischen Substrat und Dosiereinrichtung während des Materialauftrages zu einer Verteilung des Materials auf dem Substrat entsprechend der Relativbewegung.

Um eine Relativbewegung zwischen der Dosiereinrichtung und dem zu behandelnden Substrat zu erzeugen, wird z. B. das zu behandelnde Substrat auf der Behandlungsstation um die eigene Achse gedreht. Ist eine geeignete, relativ geringe Rotationsgeschwindigkeit erreicht, bringt die Dosiereinrichtung viskoses Material auf das Substrat auf; anschließend wird in üblicher Weise die Rotationsgeschwindigkeit erhöht, um durch die Zentrifugalkraft das aufgetragene viskose Material gleichmäßig auf der Oberfläche des Substrats zu verteilen.

Der Materialauftrag kann auch in einer Spiralform erfolgen, indem die Dosiereinrichtung während der Materialabgabe relativ zum rotierenden Substrat radial bewegt wird, z. B. durch Verschwenken des Behandlungsarms und/oder durch Verschieben der Dosiereinrichtung längs des Behandlungsarms. Die Materialabgabe wird dabei so gesteuert, dass sie zwischen einem maximalen und einem minimalen Radius auf dem Substrat erfolgt.

Spätestens nach Beendigung des Materialauftrags schwenkt der Behandlungsarm über der Oberfläche des behandelten Substrats weg; vorzugsweise wird gleichzeitig der Transportarm, der einen Substrathalter aufweist, über das Substrat geschwenkt. Mit diesem Transportarm wird das beschichtete Substrat aufgenommen und zu einer Übergabestation transportiert; gleichzeitig (mit Hilfe eines zweiten Transportarms) oder zeitversetzt wird ein zu beschichtendes Substrat von der gleichen oder einer anderen Übergabestation aufgenommen und zur Behandlungsstation transportiert.

Im Rahmen der Erfindung können auch mehrere Behandlungsarme und/oder Transportarme wie oben beschrieben angeordnet werden, um z. B. die gleichzeitige Behandlung und/oder Handhabung von Substraten zu ermöglichen.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht einer herkömmlichen Behandlungsvorrichtung,

2 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Behandlungsvorrichtung,

3 eine schematische Draufsicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Wechselposition und

4 eine schematische Draufsicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Material-Auftragsposition.

Die in 2 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist eine auf einer Grundplatte G angeordnete Behandlungsstation 8 auf, auf der ein Substrat 4 zur Behandlung, z. B. zum Materialauftrag und Abschleudern um eine Achse A2 (Spincoating), abgelegt werden kann. Ein Behandlungsarm 1 kann parallel zur Oberfläche des Substrats 4 um eine dazu im Wesentlichen senkrechten Achse A1 verschwenkt werden. Das Substrat 4 ist vorzugsweise im Wesentlichen scheibenförmig und/oder eignet sich zum rotativen Beschichten (Spincoating). Am freien Ende des Behandlungsarms 1 ist eine Dosiereinrichtung 5 zur Ausgabe von viskosem Material angeordnet, die vorzugsweise eine Dosiernadel 5' aufweist. Die Dosiernadel 5' ist durch die Schwenkbewegung des Behandlungsarms 1 parallel über die Oberfläche des Substrats 4 bewegbar (vgl. 4). Vorzugsweise ist die Dosiernadel 5' über einen flexiblen Schlauch 11 mit einem Versorgungsanschluss 12 verbunden.

Ein Transportarm 2 ist vorzugsweise in einem festen Winkelabstand zum Behandlungsarm 1 angeordnet, wobei Transportarm 2 und Behandlungsarm 1 in gleicher Axialposition sind oder axial zueinander versetzt sein können. In der in 2 gezeigten Ausführungsform bildet ein Behandlungsarm 1 die Winkelhalbierende zwischen zwei zueinander um 180° versetzten Transportarmen 2, 2'. Die Arme 1, 2 sind dabei so angeordnet, dass sie nicht mit einer Übergabe- und/oder Behandlungsstation 8 zusammenstoßen können. Transportarm 2 und Behandlungsarm 1 können auch an einem gemeinsamen Arm angeordnet sein, wobei ein solcher Arm einen Substrathalter 3 und eine Dosiereinrichtung 5 aufweist.

Behandlungsarm 1 und Transportarm 2 sind vorzugsweise an einer Kopfeinheit 6 angeordnet und werden so um die gleiche Achse A1 verschwenkt. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform werden Behandlungsarm 1 und Transportarm 2 durch einen gemeinsamen Antrieb 7 um die Achse A1 geschwenkt. Dieser Antrieb 7 ist vorzugsweise ein Servomotor, der durch eine frei programmierbare Steuerung sehr flexibel angesteuert werden kann. In einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform sind der Behandlungsarm 1 und der Transportarm 2 so ausgeführt, dass sie unabhängig voneinander um die gleiche Achse A1 verschwenkbar sind, wobei sie vorzugsweise axial zueinander versetzt sind. Dadurch wird eine Kollision verhindert.

Der Substrathalter 3 ist vorzugsweise am freien Ende eines Transportarmes 2, 2' angeordnet und kann das Substrat 4 mechanisch an einer mittigen Aussparung im Substrat 4 oder am Außenrand greifen, oder er kann das Substrat 4 zum Transport mittels einer Unterdruckeinrichtung in bekannter Weise ansaugen.

Behandlungsarm 1 und/oder Transportarm 2 sind ferner vorzugsweise parallel zur Achse A1 bewegbar. So kann sich beim Ablegen bzw. Aufnehmen des Substrats 4 von der nicht dargestellten Übergabestation Ü (rechts in 3 und 4) und/oder der Behandlungsstation 8 der Transportarm 2 dem Substrat 4 so nähern, dass er dies greifen bzw. ansaugen kann. Bei der Beschichtung ist dies auch vorteilhaft, da bei einer einstellbaren, evtl. geringeren Distanz zwischen der Dosiereinrichtung 5 und dem Substrat 4 die Materialpositionierung genauer vorgenommen werden kann. Durch die Möglichkeit der zur Achse A1 parallelen Bewegung eines Transportarms 2 kann die Funktionsfähigkeit der Vorrichtung auch optimal gewährleistet werden, wenn die Übergabestationen und/oder die Behandlungsstation 8 auf verschiedenen horizontalen Ebenen zueinander liegen.

Ein Transportarm 2 hebt ein Substrat 4 mit Hilfe des Substrathalters 3 von einer Übergabestation Ü an, schwenkt um die Achse A1 über die Behandlungsstation 8 und legt das Substrat 4 dort ab. Hier befindet sich vorzugsweise eine Zentriervorrichtung 9, um bei der folgenden Rotation um die Achse A2 des Substrats 4 eine gleichmäßige Drehung und damit eine gleichmäßige Beschichtung zu ermöglichen. Diese Achse A2 ist im Wesentlichen der Mittelpunkt bzw. Schwerpunkt des Substrats 4. Diese Rotation führt zu einer niedrigen Relativbewegung zwischen der Dosiereinrichtung 5 und dem Substrat 4, so dass das viskose Material gezielt aufgetragen werden kann. Dazu wird der Behandlungsarm 1 über das Substrat 4 geschwenkt, bis die Dosiernadel 5' an der gewünschten Stelle positioniert ist. Der Bewegungsarm 1 senkt sich, um den Abstand zwischen Dosiernadel 5' und Substrat 4 zu verringern, und es wird viskoses Material von der Dosiernadel 5' im Wesentlichen auf einer Kreisbahn oder einer Spirale auf das Substrat 4 aufgetragen; der spiralförmige Auftrag wird im Zusammenhang mit 4 näher erläutert. Nach diesem Materialauftrag kann der Behandlungsarm 1 angehoben werden und von der Substratoberfläche wegschwenken. Die Substratoberfläche wird bei hoher Rotationsgeschwindigkeit um die Achse A2 aufgrund der Zentrifugalkraft gleichmäßig mit dem aufgetragenen Material benetzt. Nach Abschluss dieser Behandlung wird das behandelte Substrat 4 gegen ein noch zu behandelndes Substrat 4 ausgetauscht. Vorzugsweise nehmen zwei im Wesentlichen gegenüberliegende Transportarme 2, 2' je ein behandeltes bzw. ein unbehandeltes Substrat 4 auf und tauschen sie durch eine 180° Schwenkbewegung um die Achse A1 gegeneinander aus.

3 zeigt in einer Draufsicht die Position der Transportarme 2 bei der Aufnahme bzw. Ablage eines Substrats 4 auf die Übergabestation Ü bzw. Behandlungsstation 8.

Abweichend von dieser Ausführungsform können mehrere Übergabestationen in verschiedenen Winkelpositionen vorhanden sein, und das Substrat 4 kann nach Behandlung auch auf eine andere Übergabestation gelegt werden als von der das unbehandelte Substrat 4 ursprünglich genommen wurde. In der dargestellten Ausführungsform ist der radiale Abstand R der Achse A2 der Zentriervorrichtung 9 des Substrathalters 3 und der Dosiereinrichtung 5 von der Achse A1 im Wesentlichen gleich groß, so dass sich die Dosiereinrichtung 5 mit der Dosiernadel 5' über die Achse A2 der Behandlungsstation 8 bewegt.

Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch nicht erforderlich, dass die beiden radialen Abstände gleich sind, d. h. der Bewegungsradius der Dosiernadel 5' kann größer oder kleiner als der Transportradius der Transportarme 2 sein. Der radiale Abstand der Dosiereinrichtung 5 von der Achse A1 ist mindestens so groß, dass er eine gedachte Kreislinie um die Achse A2 der Behandlungsstation 8 auf der Substratoberfläche des auf der Behandlungsstation 8 abgelegten Substrats 4 tangiert oder schneidet. Bezogen auf die Achse A2 radial außerhalb dieser Grenzlinie, d. h. am äußersten Rand des Substrats 4 oder radial außerhalb von diesem, ist eine Beschichtung nicht mehr möglich bzw. nicht gewünscht. Der radiale Abstand des Substrathalters 3 von der Achse A1 ist vorzugsweise so gewählt, dass er dem Abstand der beiden Achsen A1-A2 entspricht.

4 zeigt in einer Draufsicht eine Behandlungsposition, wobei der Behandlungsarm 1 eine Schwenkbewegung um die Achse A1 ausführt. Eine Schwenkbewegung zum Zweck des Transports kann im gleichen oder im entgegengesetzten Drehsinn wie bei der Behandlung sein. Vorzugsweise wird eine Transportschwenkbewegung im Gegenuhrzeigersinn ausgeführt und die Schwenkbewegung für die Positionierung des Behandlungsarms 1 zum Beschichten im Uhrzeigersinn. Nach dem Materialauftrag schwenkt der Behandlungsarm 1 vorzugsweise im Gegenuhrzeigersinn über dem Substrat 4 weg, so dass die vertikale Luftströmung zu einem nicht gezeigten Abschleudertopf nicht gestört ist.

Im Falle eines spiralförmigen Materialauftrags wird beim auf der Behandlungsstation 1 rotierenden Substrat 4 viskoses Material wie oben beschrieben aufgetragen, wobei jedoch der Behandlungsarm 1 während des Auftrags nicht ruht, sondern eine Schwenkbewegung ausführt. Dabei kann der Materialauftrag während der Schwenkbewegung des Behandlungsarms 1 zwischen einer Stelle S1 oder S3 etwas radial innerhalb der Substrataußenkante bis zum Punkt S2, nahe dem Mittelpunkt M des Substrats 4 oder von diesem Mittelpunkt M in Richtung zu einem der Punkte S1 oder S3 erfolgen. Der Punkt S2 kann sich in der Substratmitte M oder auch außerhalb der Substratmitte M, vorzugsweise auf einer gedachten Verbindungslinie der Achsen A1 und A2 befinden. Am Beispiel eines Materialauftrags vom Punkt S3 zum Punkt S2 beginnt der Materialauftrag frühestens beim Punkt S3 und endet spätestens beim Punkt S2. Die Spirale kann so entweder auf der ganzen Oberfläche des Substrats 4 aufgebracht werden oder auch nur auf einem oder mehreren Teilbereichen. Eine weitere nicht dargestellte Möglichkeit der Beschichtung des Substrats 4 in einer Spiralform bei z. B. ruhendem Behandlungsarm 1 ist eine radial bewegliche Anordnung der Dosiereinrichtung 5, wobei sich die Dosiereinrichtung 5 in der Längsachse des Behandlungsarms 1 oder quer dazu während des Materialauftrags bewegt.


Anspruch[de]
Vorrichtung zum Behandeln eines Substrats (4) mittels eines um eine zur Oberfläche des Substrats (4) im Wesentlichen senkrechten Achse schwenkbaren Behandlungsarms (1), dessen freies Ende durch die Schwenkbewegung über die Oberfläche des Substrats (4) bewegbar ist, mit einer Transporteinrichtung mit mindestens einem um eine zur Oberfläche des Substrats (4) im Wesentlichen senkrechten Achse schwenkbaren Transportarm (2) mit einem Substrathalter (3) am freien Ende zum Transportieren des Substrats (4) von einer Übergabestation zur Behandlungsstation (8) und von dieser zurück zur Übergabestation oder zu einer zweiten Übergabestation, dadurch gekennzeichnet, dass der Behandlungsarm (1) und der Transportarm (2) um die gleiche Schwenkachse A1 schwenkbar sind. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Behandlungsarm (1) und der Transportarm (2) im festen Winkelabstand miteinander verbunden sind. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Behandlungsarm (1) und der Transportarm (2) durch einen gemeinsamen Antrieb (7) um die Achse A1 verschwenkbar sind. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Antrieb (7) ein Servomotor ist, der durch eine programmierbare Steuerung ansteuerbar wird. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Transportarm (2) zum Aufnehmen und Ablegen und/oder der Behandlungsarm (1) zum Behandeln eines Substrats (4) parallel zur Achse A1 bewegbar sind. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Behandlungsarm (1) an seinem freien Ende eine Dosiereinrichtung (5) aufweist. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Dosiereinrichtung (5) eine Dosiernadel zum Auftragen von viskosem Material auf die Oberfläche des Substrats (4) ist. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Behandlungsarm (1) relativ zu dem Transportarm (2) axial versetzt oder versetzbar ist. Vorrichtung nach einem der obenstehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung zwei oder mehr Transportarme (2, 2') und einen Behandlungsarm (1) aufweist. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei der Behandlungsarm (1) im Wesentlichen mittig zwischen zwei im Winkelabstand vorgesehenen Transportarmen (2, 2') angeordnet ist. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Anzahl der Transportarme (2, 2') mindestens der Anzahl der Übergabestationen und Behandlungsstationen (8) entspricht. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zwei oder mehr Behandlungsarme (1) vorgesehen sind, die um die gleiche Schwenkachse A1 schwenkbar sind. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei der oder die Behandlungsarm(e) (1) sowie der bzw. die Transportarm(e) (2, 2') an einer um die Schwenkachse A1 schwenkbaren Kopfeinheit (6) angeordnet sind. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Substrat (4) im Wesentlichen scheibenförmig ist. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Substrat ein optischer Datenträger wie eine CD, DVD oder eine Blu-Ray Disc, oder ein Halbleiterwafer ist. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Behandlungsstation (8) einen Rotationsantrieb (10) zum Rotieren des Substrats (4) um eine Behandlungsachse A2 aufweist. Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Behandlungsachse A2 parallel zur Schwenkachse A1 angeordnet ist.






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