DE3804694A1

DE3804694A1 - Verfahren zur oberflaechenbearbeitung fuer halbleiter-wafer und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE3804694A1
Application number: DE3804694A
Authority: DE
Inventors: Masuo Tada; Takeki Hata; Takaaki Fukumoto; Toshiaki Ohmori
Original assignee: Taiyo Sanso Co Ltd; Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Taiyo Sanso Co Ltd; Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1987-06-23
Filing date: 1988-02-15
Publication date: 1989-01-05
Also published as: US5035750A; DE3844648C2; DE3804694C2; US5025597A; US4932168A; DE3844649C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Halbleiter-Wafern nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 33 sowie einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Insbesondere dreht es sich um Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen oder Gettern von Halbleiter-Wafern.

Bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen muß man die Halbleiter-Wafer reinigen. Diese Reinigung wird normalerweise über eine Reinigungsvorrichtung derart ausgeführt, die schematisch in Fig. 1 dargestellt ist. Wie in dieser Abbildung gezeigt, läßt man eine rotierende Bürste B über die Oberfläche eines Halbleiter-Wafers W in Richtung des Pfeiles T laufen und sich dabei in der mit dem Pfeil R gezeigten Richtung drehen. Gleichzeitig wird hochreines Wasser auf die Oberfläche des Wafers W über eine Düse N aufgesprüht.

Bei diesem herkömmlichen Verfahren besteht das Problem, daß man nur äußerst schwierig ultrafeine Kontaminations-Partikel entfernen kann, die einen Durchmesser in der Größenordnung von 10 µm oder darunter aufweisen. Weiterhin wird aufgrund der Reibung zwischen der Bürste B und dem Wafer W die Bürste B verschlissen und Partikel der Bürste B bleiben an der Ober fläche des Wafers W hängen. Dies bedeutet, daß die Bürste B selbst zur Kontaminationsquelle wird. Weiterhin generiert die Reibung zwischen der Bürste B und der Oberfläche des Wafers W statische Elektrizität, die dazu führen, daß Kontaminantien von der Waferoberfläche aufgenommen werden und die Reinigungs-Effektivität verringern. Aus diesem Grund besteht ein Bedürfnis für eine Reinigungsmethode, durch welche ultrafeine Kontraminations-Partikel entfernt werden können, ohne dabei eine weitere Kontamination oder statische Elektrizität zu erzeugen.

Die herkömmlichen Getter-Verfahren für Halbleiter-Wafer leiden unter ähnlichen Problemen. Von außen angreifendes Gettern eines Halbleiter-Wafers kann über eine Vielzahl von Verfahren durchgeführt werden. Gemäß einem Verfahren strahlt man Silizium-Partikel auf die Rückseite des Halbleiter-Wafers und bildet dadurch eine Verletzungsschicht, die Kristalldefekte enthält. Bei einer anderen Methode erzeugt man eine Verletzungs schicht unter Zuhilfenahme einer Quarzbürste. Bei der Strahl- Methode unter Verwendung von Silizium-Partikeln hängen sich die Partikel leicht an die Rückseite des Wafers und kontaminieren den Wafer während darauffolgender Bearbeitungsschritte. Bei der Methode unter Verwendung einer Quarzbürste werden Partikel der Bürste über den Kontakt mit dem Wafer abgetragen und neigen dazu, sich an den Wafer anzuhängen und ihn zu kontaminieren.

Ausgehend vom oben genannten Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung Verfahren und Vorrichtung dahin gehend weiterzubilden, daß die Oberfläche eines Wafers gereinigt werden kann, ohne zusätzliche Kontaminierungs-Partikel einzu führen.

Weiterhin dreht es sich bei der vorliegenden Erfindung um eine Vorrichtung für einen Halbleiter-Wafer, die feinere Kontaminations- Partikel von der Oberfläche eines Halbleiter-Wafers entfernen kann, als dies mit herkömmlichen Reinigungsanordnungen der Fall ist.

Es soll darüber hinaus eine Reinigungsvorrichtung für Halbleiter- Wafer aufgezeigt werden, welche die Oberfläche des Halbleiter- Wafers ohne Generierung statischer Elektrizität reinigt.

Die Vorrichtung soll einen Getter-Prozeß für Halbleiter-Wafer über Einführung von Gitterdefekten in die Rückseite des Halbleiter-Wafers durchführen, ohne Kontaminationen auf der Oberfläche des Wafers zurückzulassen und ohne statische Elektrizität zu generieren. Es soll also die Reinigung eines Halbleiter-Wafers und das Gettern effektiver als mit her kömmlichen Methoden durchgeführt werden, ohne dabei Kontaminations- Partikel auf der Oberfläche des Halbleiter-Wafers zurückzulassen und ohne statische Elektrizität zu generieren.

Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung nach Anspruch 1 bzw. das Verfahren nach Anspruch 33 gelöst.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Reinigen oder Gettern eines Halbleiter-Wafers durch Strahlen der Wafer-Oberfläche mit ultrafeinen gefrorenen Partikeln durchgeführt. Wenn man gefrorene Partikel mit sehr kleinem Durchmesser verwendet, so kann man Kontaminierungs-Partikel mit einem Durchmesser unterhalb von 10 µm leicht von der Oberfläche eines Wafers entfernen. Nachdem keine Bürste verwendet wird, ergibt sich keine Kontamination der Waferoberfläche durch Partikel, die von der Bürste abgetragen werden und die Erzeugung statischer Elektrizität ist reduziert.

Ein Reinigungs- und Getter-Verfahren für Halbleiter gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt das Strahlen gefrorener Partikel auf die Oberfläche des Halbleiter-Wafers.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfaßt Frier- Mittel, zur Bildung gefrorener Partikel und Strahl- bzw. Blas- Mittel zum Strahlen der gefrorenen Partikel auf die Oberfläche des Halbleiter-Wafers. Die Vorrichtung kann entweder als Reinigungsvorrichtung oder als Getter-Vorrichtung zur Einführung von Kristalldefekten in die Rückseite des Halbleiter-Wafers verwendet werden.

Es gibt keine Begrenzung auf ein bestimmtes Material, aus dem die gefrorenen Partikel gebildet werden. Vorzugsweise jedoch sind die gefrorenen Partikel Eispartikel aus Wasser. Hochreines Wasser, das Kohlendioxidgas enthält, kann vorteilhafterweise verwendet werden, um den spezifischen Widerstand des hochreinen Wassers zu verringern, wodurch statische Elektrizität noch effektiver entladen bzw. abgeleitet wird.

Wenn gefrorene Partikel zum Gettern verwendet werden, so können sie Schleif- oder Strahlmittel enthalten, die als Kerne für die gefrorenen Partikel dienen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfassen die Schleifmittel Partikel von Siliziumpulver.

Im Prinzip kann jede Art von Anordnung als Frier-Mittel ver wendet werden, die ultrafeine gefrorene Partikel erzeugt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfassen die Frier-Mittel eine Kammer, die teilweise mit flüssigem Stickstoff gefüllt ist. In das Oberteil der Kammer in Richtung auf den flüssigen Stickstoff wird Wasserstaub eingesprüht, so daß der Stickstoff den Staub unter Bildung von Eis-Partikeln friert.

Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfassen die Frier-Mittel eine Kammer mit kaltem Stickstoffgas. Wasserstaub bzw. -nebel wird in das Oberteil der Kammer einge sprüht. Wenn der Nebel nach unten wandert, so ergibt sich ein Wärmeaustausch mit dem kalten Stickstoffgas, so daß sich Eispartikel bilden.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfassen die Frier-Mittel eine Verdampfungskammer, in welcher Wasserdampf gebildet wird. Es ist eine Frierkammer vorgesehen, in welcher der Wasserdampf einem Wärmeaustausch mit einem Kühlmittel unterliegt, der den Wasserdampf in Eispartikel umbildet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Kühl mittel eine Zweiphasenmischung aus flüssigem Stickstoff und Stickstoffgas. Der Partikeldurchmesser der Eispartikel kann gesteuert werden, indem man die Rate steuert, mit der Wasser dampf in die Frierkammer eingeführt wird und die Rate, mit welcher der Wasserdampf durch das Kühlmittel gekühlt wird. Die Frier-Mittel können ultrafeine Eispartikel bilden, die einen gleichmäßigen Partikeldurchmesser unterhalb 1 µm aufweisen.

Bei bevorzugten Ausführungsformen umfassen die Strahlmittel eine Hochdruckejektorstrahldüse, welche die gefrorenen Partikel auf die Halbleiter-Wafer unter Verwendung von Stickstoffgas bläst. Die Strahldüse ist vorteilhafterweise bezüglich der Oberfläche des Halbleiter-Wafers derart geneigt, daß die gefrorenen Partikel nicht in den Weg der einfallenden Partikel zurückgeworfen werden.

Wenn die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung als Reinigungsvorrichtung verwendet werden, so ist sie vorteil hafterweise mit Aufwärmmitteln zum Heizen des Halbleiter-Wafers und der gefrorenen Partikel ausgestattet, wobei die Partikel auf ihrem Weg zwischen den Strahlmitteln und der Oberfläche des Halbleiter-Wafers angeheizt werden. Durch das Heizen werden die gefrorenen Partikel teilweise geschmolzen bzw. angeschmolzen und in ihrem Durchmesser herabgesetzt, so daß die gefrorenen Partikel noch kleinere Verunreinigungen ent fernen können. Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die Heizmittel einen Gebläseheizer, der warme Luft über den Halbleiter-Wafer und die gefrorenen Partikel bläst. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfassen die Heizmittel eine heiße Platte, die unterhalb des Halbleiter-Wafers ange bracht ist und diesen auf eine vorbestimmte Temperatur aufheizt.

Weitere erfindungswesentliche Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung, die im folgenden anhand von Abbildungen näher erläutert werden. Hierbei zeigt

Fig. 1 eine schematische, perspektivische Ansicht einer herkömmlichen Anordnung zum Reinigen eines Halbleiter-Wafers mittels einer rotierenden Bürste;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer ersten bevorzugten Ausführungsform einer Behandlungs vorrichtung für Wafer zum Reinigen eines Halbleiter-Wafers;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ebenfalls zum Reinigen eines Halbleiter- Wafers;

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zum Reinigen von Halbleiter-Wafern;

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer vierten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zum Gettern eines Halbleiter-Wafers;

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer fünften bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die sowohl zum Gettern als zum Reinigen eines Halbleiter-Wafers verwendet werden kann;

Fig. 7 eine schematische Darstellung von Eis-über zogenen Strahl-Partikeln, die bei der Aus führungsform nach Fig. 6 erzeugt werden;

Fig. 8 eine schematische Darstellung einer sechsten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zum Reinigen eines Halbleiter-Wafers;

Fig. 9 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen Durchmesser von gefrorenen Partikeln, die bei einer Anordnung nach Fig. 8 entstehen und der Temperatur innerhalb der Frierkammer;

Fig. 10 eine photomikroskopische Aufnahme von Eis partikeln, die mit einer Anordnung nach Fig. 2 hergestellt wurden; und

Fig. 11 eine photomikroskopische Aufnahme von Eis partikeln, die mit einer Vorrichtung nach Fig. 8 erzeugt wurden.

In den Abbildungen werden für entsprechende Teile dieselben Bezugsziffern verwendet.

Im folgenden wird eine erste bevorzugte Ausführungsform einer Bearbeitungsvorrichtung für Halbleiter-Wafer aufgezeigt, wobei Bezug auf Fig. 2 genommen wird, die eine schematische Darstellung dieser ersten bevorzugten Ausführungsform einer Reinigungsvor richtung für Halbleiter-Wafer zeigt. Wie in Fig. 2 dargestellt, ist eine Frierkammer 1 mit einem Reservoir 2 für flüssigen Stickstoff verbunden, die flüssigen Stickstoff 3 der Innenseite der Frierkammer 1 zuführt. Die Frierkammer 1 weist einen Quer schnitt von 400 mm × 400 mm und eine Höhe von 1200 mm auf. Der flüssige Stickstoff 3 füllt die Frierkammer 1 (teilweise) bis zu einer Höhe von 500 mm. Ein Diffusor 4, der im flüssigen Stickstoff 3 untergetaucht ist, ist mit dem Reservoir 2 für den flüssigen Stickstoff über einen Wärmetauscher 5 verbunden. Flüssiger Stickstoff, der durch den Wärmetauscher 5 fließt, verdampft und bildet Stickstoffgas, das aus dem Diffusor 4 mit einer Rate von etwa 300 Litern pro m² pro Minute ausgeblasen wird, so daß sich Wellen mit einer Höhe von wenigen Millimetern auf der Oberfläche des flüssigen Stickstoffes 3 bilden. Ein Vernebler 6 ist an der Oberseite der Frierkammer 1 montiert. Reines Wasser aus einem Reservoir 7 für reines Wasser wird dem Vernebler 6 mit einem Druck von 2 kg/cm² und einer Rate von 0,1 Liter pro Minute zugeführt und zwar zusammen mit Stickstoff gas, das im Wärmetauscher 5 aus dem flüssigen Stickstoff gebildet wurde, wobei das Gas einen Druck von 2 kg/cm² und eine Rate von 8 Nl pro Minute aufweist. Das reine Wasser aus dem Behälter 7 wird vom Vernebler 6 in Richtung auf den flüssigen Stickstoff 3 in Form eines Nebels ausgeblasen. Beim Eintritt in den flüssigen Stickstoff 3 friert der Nebel aus reinem Wasser unmittelbar und bildet ultrafeine Eispartikel 8. Unter den gegebenen Verneblerbedingungen weisen die Partikel 8 einen Durchmesser in der Größenordnung von 10 µm auf. Der Durchmesser der Eispartikel 8 kann durch Veränderung der Ver neblerbedingungen oder durch Veränderung der Verweildauer im flüssigen Stickstoff 3 variiert werden.

Der Boden der Frierkammer 1 ist mit einem Bunker 10 über einen Schneckenförderer 9 verbunden, der Eispartikel 8 aus der Frier mit einer Hochdruckgasejektor-Strahldüse 11 verbunden. Die Eispartikel 8 aus dem Bunker 10 werden der Strahldüse 11 zuge führt und aus der Düse 11 mit einer Rate von 0,3 Litern pro Minute 11 aus dem Behälter 2 für flüssigen Stickstoff über den Wärme tauscher 5 mit einem Gasdruck von 5 kg/cm² und einer Rate von 1 Nm³ pro Minute zugeführt wird. Die Strahldüse 11 ist über der Oberfläche eines Halbleiter-Wafers 12 derart befestigt, daß der Strahl von Eispartikeln 8 aus der Düse 11 die Ober fläche des Wafers 12 trifft.

Es gibt keine Beschränkungen bei der Positionierung der Strahldüse 11. Vorzugsweise ist diese jedoch so positioniert, daß die feinen Eispartikel 8 die Oberfläche des Halbleiter Wafers 12 bei einem Winkel von 30 bis 80° relativ zur Oberfläche des Wafers 12 treffen, so daß der Impuls der Eispartikel 8 gegenuber dem Wafer 12 vergrößert wird. Wenn die Strahldüse 11 rechtwinklig zur Oberfläche des Wafers 12 angeordnet ist, so ergibt sich eine Verminderung der Energie der Partikel 8. Dies rührt daher, daß nach dem Ausstrahlen der feinen Eis partikel 8 zusammen mit dem Stickstoffgas aus der Strahldüse 11 diese auf die Oberfläche des Wafers 12 auftreffen und in den Weg der einfallenden Partikel 8 zurückgeworfen werden. Wenn die Düse 11 jedoch bezüglich des Wafers 12 wie in Fig. 2 gezeigt geneigt angeordnet ist, so kommen die Eispartikel 8 und das Stickstoffgas, die von der Oberfläche des Wafers 12 zurückgeworfen werden, nicht in Kollision mit den einfallenden Eispartikeln 8, so daß die Energie der einfallenden Eispartikel 8 maximiert werden kann, wodurch wiederum der Reinigungseffekt der Eispartikel 8 gesteigert wird.

Feine Verunreinigungspartikel 8, die an der Oberfläche des Halbleiter-Wafers 12 hängen, werden durch den Impuls der feinen Eispartikel 8 fortgeblasen, die aus der Strahldüse 11 ausge blasen werden. Gleichzeitig schmelzen die Eispartikel 8 teil weise und bilden Wasser, das als Spülmittel für die Verunreini gungen auf der Oberfläche des Wafers 12 dient. Das Wasser lädt außerdem die statische Elektrizität von der Oberfläche des Wafers 12 ab und verhindert die Entstehung von Staub.

Da bei der erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung keine Reinigungsbürste Verwendung findet, wird der Halbleiter-Wafer 12 nicht durch Partikel kontaminiert, die von der Bürste abge tragen werden. Dadurch kann die Oberfläche des Wafers 12 effektiver als bisher gereinigt werden. Darüber hinaus ergibt sich keine statische Elektrizität durch eine Reibung zwischen dem Wafer 12 und einer Reinigungsbürste.

Bei dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Eispartikel 8 aus reinem Wasser hergestellt. Vorzugsweise bildet man jedoch die Eispartikel 8 aus ultrareinem Wasser, das Kohlendioxidgas (gelöst) enthält. Durch das Einführen von Kohlendioxidgas in das ultrareine Wasser sinkt der spezifische Widerstand der Eispartikel bis unter 1 Mohm-cm oder darunter. Wenn das Eis schmilzt, so weist das Wasser einen sehr niedrigen spezifischen Widerstand auf, was wiederum die Entstehung von statischer Elektrizität in noch effektiverer Weise verhindert. Darüber hinaus kann Wasser, das Kohlendioxid enthält, Mikro organismen abtöten, was insbesondere ein Zuwachsen der verschiedenen Vorrichtungsteile verhindert.

Fig. 3 zeigt schematisiert eine zweite bevorzugte Ausführungs form der Erfindung, die ebenfalls zur Reinigung von Halbleiter- Wafern dient. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der nach Fig. 2 darin, daß ein Gebläseheizer 14 a vorgesehen ist, der so angeordnet ist, daß er saubere, warme Luft 15 über den zu behandelnden Halbleiter-Wafer 12 und gegen die Eispartikel 8 bläst, wenn sich diese auf ihrem Weg von der Strahldüse 11 zur Oberfläche des Wafers 12 befinden. Die warme Luft 15 weist eine Temperatur von etwa 5 bis 80°C auf. Diese warme Luft 15 dient dazu, die Eispartikel 8 auf ihrem Weg in Richtung auf den Wafer 12 anzuschmelzen und in ihrem Durchmesser zu ver kleinern. Als Resultat des Schmelzprozesses kann der Durchmesser der Eispartikel 8 auf ein Zehntel bis ein Hundertstel des Durchmessers gebracht werden, den die Eispartikel beim Ver lassen der Strahldüse 11 aufweisen. Durch Kontrolle der Ge schwindigkeit und der Temperatur der warmen Luft 15 kann der Durchmesser der Partikel auf jede gewünschte Größe gebracht werden. Dadurch, daß man den Durchmesser der Eispartikel 8 reduziert, ist es möglich, ultrafeine Verunreinigungspartikel 18 von der Oberfläche des Wafers 12 zu entfernen, die einen Durchmesser unterhalb 1 µm aufweisen. Im übrigen entspricht die Wirkungsweise dieser bevorzugten Ausführungsform derjenigen nach Fig. 3.

Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die von derjenigen nach Fig. 3 sich dadurch unterscheidet, daß das Heizgebläse 14 a durch eine Wärmeplatte 14 b ersetzt ist, die unter dem zu reinigenden Halbleiter-Wafer 12 sitzt. Mittels der Heizplatte 14 b wird die Wafer-Temperatur so geregelt, daß sie zwischen Raum temperatur und etwa 200°C liegt. Durch die Einstellung der Wafer-Temperatur kann der Durchmesser der Eispartikel 8, welche die Oberfläche des Wafers 12 treffen, gesteuert werden. Durch eine geeignete Reduzierung des Durchmessers der Eis partikel 8 können ultrafeine Verunreinigungspartikel 18 vom Wafer 12 entfernt werden.

Bei den Ausführungsformen nach den Fig. 3 und 4 können die Eispartikel 8 aus ultrareinem Wasser hergestellt werden, das Kohlendioxid enthält, um den spezifischen Widerstand der Eispartikel 8 zu verringern. Solche Eispartikel 8 bieten die selben Vorteile, wie sie in Zusammenhang mit Fig. 2 bereits beschrieben wurden.

Fig. 5 zeigt eine schematisierte Darstellung einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wobei diese An ordnung zum Außen-Gettern eines Halbleiter-Wafers 12 dient. Die Struktur dieser Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform nach Fig. 2 lediglich darin, daß die Strahldüse 11 nunmehr feine Eispartikel 8 auf die Rückseite des Halbleiter-Wafers 12 strahlt anstatt auf die Vorderfläche. Wie bei der vorherigen Ausführungsform ist die Strahldüse 11 vorzugsweise in einem Winkel von 30 bis 80° zur Oberfläche des Wafers 12 geneigt. Der Durchmesser der Eispartikel 8 kann über die Vernebelungsbedingungen leicht gesteuert werden. Wenn man z. B. reines Wasser dem Vernebler mit einem Druck von 2 kg/cm² und einer Rate von 0,1 Liter pro Minute zusammen mit Stickstoffgas unter einem Druck von 1,2 kg/cm² und einer Rate von 4,5 Nl pro Minute zuführt, so entstehen Eispartikel 8 mit einem Durchmesser in der Größenordnung von 70 bis 80 µm. Wenn solche Eispartikel 8 aus der Strahldüse 11 auf die Rückseite des Wafers 12 gestrahlt werden und auf den Wafer 12 auftreffen, so entsteht eine Verletzungsschicht 12 a mit Gitterdefekten auf der Rückseite des Wafers 12 und der Getter- Prozeß kann sehr effektiv durchgeführt werden.

Bei dieser Ausführungsform werden Eispartikel 8 anstelle von Siliziumpartikeln oder einer Quarzbürste zur Herstellung von Gitterdefekten auf der Rückseite des Wafers 12 verwendet. Aus diesem Grund ergeben sich beim Gettern keine Verunreinigungs partikel, die den nachfolgenden Bearbeitungsprozeß stören könnten.

Wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen ist es von Vorteil, wenn man die Eispartikel 8 aus hochreinem Wasser herstellt, das Kohlendioxid enthält und einen spezifischen Widerstand von höchstens 1 Mohm-cm aufweist.

Jede der zuvor gezeigten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann entweder zum Reinigen oder zum Gettern eines Halbleiter-Wafers dienen. Fig. 6 ist eine schematische Dar stellung einer fünften bevorzugten Ausführungsform der vor liegenden Erfindung, wobei diese Anordnung zur Durchführung beider Prozesse dient. Wie in der Abbildung gezeigt, ist die Frierkammer 20 durch eine Vertikaltrennung 20 e in eine erste Eismaschine 21 und eine zweite Eismaschine 22 unterteilt, die beide 400 mm × 400 mm im Querschnitt aufweisen und eine Höhe von 1500 mm haben. Die erste Eismaschine 21 ist weiterhin in zwei Kammern 20 a und 20 b über ein Sieb 27 a geteilt, das sich von den Wänden der Kammer 20 a in Richtung auf deren Zentren neigt. Die erste Eismaschine 21 bildet Eispartikel 28, die Schleifpartikel 33 als Kerne aufweisen. Diese Eispartikel 33 werden im folgenden als Eis-überzogene Strahlpartikel bezeichnet.

Die zweite Eismaschine 22 ist ähnlich in zwei Kammern 20 c und 20 d durch ein weiteres Gitter 27 b unterteilt. Die Kammer 20 e weist eine Auslaßöffnung 37 auf, die sich aus der Frierkammer 20 erstreckt. Die zweite Eismaschine 22 bildet ultrareine Eis partikel 29 aus ultrareinem Wasser 34.

Ein Luftfilter 38 ist am oberen Abschnitt der Trennwand 20 e vorgesehen, so daß Gas aus der ersten Eismaschine 21 in die zweite Eismaschine 22 strömen kann. Ein erster Vernebler 23 ist am Oberende der Kammer 20 e der ersten Eismaschine 21 angebracht, ein zweiter Vernebler 24 ist an der Oberseite der Kammer 20 c der zweiten Eismaschine 22 angebracht. Eine Einlaß öffnung des ersten Verneblers 23 ist mit einem Druckgefäß 4 verbunden, das eine unter Druck befindliche Mischung von Wasser 46 und Schleifpartikeln 33, wie z. B. Siliziumpulver enthält. Ein Einlaß des zweiten Verneblers 24 ist mit einem Druckgefäß 26 verbunden, das unter Druck stehendes ultrareines Wasser 34 enthält. Die Innenseite der Druckgefäße 25 und 26 sind mit Stickstoffgas unter Druck gesetzt, das von einer nicht gezeigten Quelle zugeführt wird. Das Druckgefäß 25 für die Mischung aus Wasser und Schleifpartikeln umfaßt einen Diffusor 32 unter der Oberfläche der Mischung. Stickstoffgas wird in den Diffusor 32 von der Stickstoffgasquelle eingeführt. Ein Auslaßventil 45, das mit der Innenseite und der Außenseite des Druckgefäßes 25 in Verbindung steht, ist auf der Oberseite des Gefäßes angebracht, und zwar oberhalb des Oberflächenpegels der Mischung.

Der Bodenabschnitt der Kammer 20 b der ersten Eismaschine 21 ist dort, wo sich die Eis-überzogenen Strahlpartikel 28 ansammeln, mit einer ersten Strahldüse 35 verbunden, um dieser Eis-überzogene Strahlpartikel 28 zuzuführen. Der Bodenabschnitt der Kammer 20 c der zweiten Eismaschine 22 ist mit einer zweiten Strahldüse 36 verbunden, um dieser ultrareine Eispartikel 29 zuzuführen. Die Strahldüsen 35 und 36 sind Hochdruckgasstrahl düsen, die mit einer nicht gezeigten Stickstoffgasquelle ver bunden sind. Ein Transportband 44 zum Transportieren von Halb leiterwafern 39 und zu deren Positionierung unterhalb der Strahldüsen 35 und 36 ist unter der Frierkammer 20 angebracht. In der Abbildung sind zwar die zwei Strahldüsen 35 und 36 vertikal angeordnet, jedoch sind sie vorzugsweise in einem Winkel von 30 bis 80° bezüglich der Ebene der Halbleiter-Wafer 39 geneigt und zwar aus den Gründen, die bereits oben näher erläutert wurden.

Die Kammer 20 a der ersten Eismaschine 21 umschließt ein Reservoir 30 für flüssigen Stickstoff. Das Reservoir 30 ist mit flüssigem Stickstoff 31 gefüllt, der von einer nicht darge stellten Quelle zugeführt wird. Ein Diffusor 32 ist im flüssigen Stickstoff 31 untergetaucht und mit einer nicht gezeigten Quelle für Stickstoffgas verbunden.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung wird im folgenden beschrieben. Stickstoffgas wird aus dem Diffusor 32 ausgeblasen in den flüssigen Stickstoff 31 des Reservoirs 30 für flüssigen Stickstoff. Ein Teil des flüssigen Stickstoffs 31 wird auf diese Weise verdampft und bildet kaltes Stickstoffgas. Das kalte Stickstoffgas dringt durch das Sieb 27 a und tritt in die Kammer 20 b der ersten Eismaschine 21 ein.

Gleichzeitig wird im Druckgefäß 25 die Mischung aus Wasser 46 und Schleifpartikel 33 ständig gerührt, so daß die Schleif partikel durch das Stickstoffgas, das aus dem Diffusor 32 hochperlt, suspendiert bleiben. Die Perl-Rate des Stickstoffs wird durch das Ausblasventil 34 gesteuert bzw. geregelt. Die wässrige Mischung wird dem ersten Vernebler 33 unter einem Gasdruck von beispielsweise 4 kg/cm² und mit einer Rate von 0,2 Liter pro Minute zugeführt. Gleichzeitig wird Stickstoff gas dem ersten Vernebler 23 mit einem Gasdruck von 4 kg/cm² und einer Rate von 20 Litern pro Minute zugeführt. Als Resultat wird eine Mischung von Wasser 46 und Schleifpartikeln 33 aus dem ersten Vernebler 23 in die Kammer 20 b als feiner Nebel eingesprüht. Der Nebel unterliegt einem Wärmeaustausch mit dem kalten Stickstoffgas, das in der Kammer 20 a erzeugt wurde und friert zu Eis-beschichteten Strahlpartikeln 28, die sich auf dem Sieb 27 a sammeln.

Unter diesen Vernebelungsbedingungen weisen die Eis-überzogenen Strahlpartikel 28 einen Partikeldurchmesser von etwa 70 µm auf. Die Anzahl von Schleifpartikeln 33 in jedem der Eis- überzogenen Schleifpartikel 28 hängt von der Größe der Schleif partikel 33 ab, jedoch sind im allgemeinen mehrere Schleif partikel 33 darin enthalten. Die Anzahl von Schleifpartikeln 33 in jedem Eis-überzogenen Schleifpartikel 28 kann durch Ein stellung des Verhältnisses von Wasser 46 zu Schleifpartikeln 33 im Druckgefäß 25 eingestellt werden. Weiterhin kann der Partikeldurchmesser der Eis-überzogenen Schleifpartikel 28 durch Steuerung der Rate eingestellt werden, mit welcher die wässrige Mischung und Stickstoffgas dem ersten Vernebler 23 zugeführt werden. Die Fig. 7 zeigt schematisch einen Eis überzogenen Schleifpartikel 28, der von der ersten Eismaschine 21 erzeugt wird.

Das kalte Stickstoffgas, das zur Bildung der Eis-überzogenen Schleifpartikel 28 verwendet wurde, gelangt dann durch das Luftfilter 38 in die Kammer 20 c der zweiten Eismaschine 22. Gleichzeitig wird ultrareines Wasser 34 aus dem Druckgefäß 46 dem zweiten Vernebler 24 unter einem Flüssigkeitsdruck von 4 kg/cm² mit einer Rate von 0,1 Liter pro Minute zugeführt. Stickstoffgas wird weiterhin unter einem Gasdruck von 4 kg/cm² mit einer Rate von 40 Litern pro Minute zugeführt. Ein Nebel von ultrareinem Wasser wird dadurch vom zweiten Vernebler 24 in die Kammer 20 c eingeblasen. Der Nebel von ultrareinem Wasser unterliegt einem Wärmeaustausch mit dem kalten Stick stoffgas und friert zu ultrareinen Eispartikeln 29, die sich auf dem Sieb 27 b am Boden der Kammer 20 c ansammeln. Das kalte Stickstoffgas, das zur Bildung der Partikel verwendet wurde, gelangt durch das Netz 27 b und wird von der Kammer 20 d über die Auslaßöffnung 37 abgezogen. Unter den gegebenen Sprüh bedingungen weisen die gebildeten ultrareinen Eispartikel 29 einen Durchmesser von etwa 40 µm auf. Der Partikeldurchmesser kann durch Variation der Rate eingestellt werden, mit welcher ultrareines Wasser 34 und Stickstoffgas dem zweiten Vernebler 24 zugeführt werden.

Das Gettern und Reinigen des Halbleiter-Wafers mittels der gezeigten Vorrichtung läuft wie folgt ab. Eine Anzahl von Halbleiter-Wafern 39 wird auf dem Transportband 44 positioniert und zwar mit ihrer Rückseite nach oben. Das Transportband 44 transportiert jenen Wafer 39 in eine vorbestimmte Position in der Nähe der ersten Strahldüse 35 und Eis-überzogene Strahl partikel 28, die sich auf dem Sieb 27 a gesammelt haben, werden von der ersten Strahldüse 35 auf die Rückseite der Wafer 39 über Stickstoffgas gestrahlt. Stickstoffgas wird der ersten Strahldüse 35 unter einem Gasdruck von 5 kg/cm² mit einer Rate von 1 m³ pro Minute zugeführt und Eis-überzogene Strahlpartikel 28 werden mit einer Rate von 0,3 Litern pro Minute ausgestoßen. Die Partikel 28 schlagen auf die Rückseite der Wafer 39 auf und führen den Getter-Prozeß aus, indem sie eine Störschicht 47 mit Kristalldefekten erzeugen.

Nach dem Gettern kann eine geringe Menge von Fragmenten 43 der Schleifpartikel 33 auf der Rückseite der Halbleiter-Wafer 39 haften. Dementsprechend werden die gerade dem Getter-Prozeß unterworfenen Halbleiter-Wafer 39 vom Transportband 44 in Pfeilrichtung verfahren und zwar in vorgeschriebene Positionen in der Nähe der zweiten Strahldüse 36. In dieser Position werden ultrareine Eispartikel 29 auf die Rückseite der Wafer 39 über die zweite Strahldüse 36 aufgestrahlt und alle Ver unreinigungen werden so vom Wafer 39 abgewaschen.

Durch eine entsprechende Trennung zwischen der ersten Strahl düse 35 und der zweiten Strahldüse 36 oder durch eine Trenn wand oder einen Luftvorhang 47 zwischen den Düsen kann man gleichzeitig den Getter- und den Reinigungsprozeß an zwei verschiedenen Halbleiter-Wafern 37 durchführen, ohne daß Eis-überzogene Strahlpartikel 28 aus der ersten Strahldüse 35 auf einen Wafer 39 fallen, der gerade von der zweiten Strahl düse 36 gereinigt wird.

Die Eis-überzogenen Strahlpartikel 28, die bei dieser Aus führungsform der Erfindung zur Einbringung von Gitterdefekten verwendet werden, wirken wesentlich vorteilhafter als Schleif partikel alleine, da sie zwar dieselben Auftreffimpulskräfte erzeugen wie Schleifpartikel, die Beschichtung mit Eis über den Schleifpartikeln aber ein Eindringen in die Oberfläche der Wafer 39 verhindern, so daß die nachfolgende Reinigung der Waferoberfläche leichter wird. Weiterhin bricht dann, wenn die Eis-überzogenen Strahlpartikel 28 auf die Oberfläche des Wafers 39 treffen, die Eisbeschichtung und die daraus ent stehenden Eisfragmente unterstützen das Abwaschen der Partikel 33 von der Oberfläche des Wafers 39. Wenn die Eisfragmente schmelzen, so wirken sie als Spülmittel für die Verunreinigungen und unterdrücken zusätzlich die Bildung von Staub. Die ultra reinen Eispartikel 29, die zum Reinigen der Oberfläche des Wafers 39 verwendet werden, bieten dieselben Effekte wie bei den vorbeschriebenen Ausführungsformen der Erfindung.

Bei dieser Ausführungsform der Erfindung kann anstelle von ultrareinem Wasser 34 und Wasser 46 zur Bildung von ultrareinen Eispartikeln 28 und Eis-überzogenen Strahlpartikeln 29 ultra reines Wasser verwendet werden, das Kohlendioxid enthält und das einen spezifischen Widerstand von höchstens 1 Mohm-cm aufweist, wobei dieselben Vorteile wie oben beschrieben erzielt werden.

Bei den Ausführungsformen nach den Fig. 2 bis 5 werden Eis partikel gebildet, indem man einen Wassernebel in flüssigen Stickstoff sprüht. Bei der so beschriebenen Methode zur Her stellung von Eispartikeln besteht eine praktische Grenze des erreichbaren Minimalpartikeldurchmessers. Es ist hier sehr schwer, den Partikeldurchmesser bis unter 20 µm zu senken. Um jedoch ultrafeine Verunreinigungspartikel mit einem Partikeldurchmesser im Bereich von unter 1 µm zu entfernen, zum Entgraten und zum Behandeln empfindlicher Teile, die präzis bearbeitet werden müssen oder von Teilen, die geringst fügige Oberflächenunregelmäßigkeiten aufweisen, muß man Partikel verwenden, die einen Durchmesser von höchstens einigen Mikrometern aufweisen.

Weiterhin weisen die mit den in den Fig. 2 bis 5 beschriebenen Vorrichtungen erzeugten Partikel eine große Streubreite hinsichtlich des Partikeldurchmessers auf, so daß diese Streubreite beim Reinigen und beim Gettern wieder zum Vor schein tritt. Insbesondere dann, wenn empfindliche Teile behandelt werden, besteht die Gefahr einer Verletzung der behandelten Oberfläche durch Partikel mit größerem Durchmesser.

Fig. 8 zeigt eine sechste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zum Reinigen eines Halbleiter-Wafers, die ultrafeine Eispartikel mit extrem uniformen Partikeldurchmesser unterhalb 1 µm herstellen kann. Wie in dieser Figur gezeigt, ist eine abgedichtete Verdampfungskammer 50 teilweise mit einer Flüssigkeit gefüllt, die in gefrorene Partikel überführt werden soll, in diesem Fall mit Wasser 51. Eine Heizanordnung 54 zum Verdampfen des Wassers 51 ist unter dem Boden der Verdampfungskammer 50 angeordnet. Ein Thermometer 52 und ein Druckmeßfühler 53 zum Messen von Temperatur bzw. Druck des Dampfes in der Kammer 50 sind außerhalb der Verdampfungskammer 50 angeordnet mit ihren Fühlabschnitten im Inneren der Ver dampfungskammer 50 über dem Oberflächenpegel des Wassers 51. Die Menge von gesättigtem Wasserdampf in der Verdampfungskammer 50 hängt von der Temperatur und dem Druck in der Verdampfungs kammer 50 ab. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird die Menge von gesättigtem Wasserdampf über eine Einstellung der Wärmeleistung des Heizers 54 in Übereinstimmung mit der Temperatur und dem Druck eingestellt, die über das Thermometer 52 bzw. den Druckfühler 53 gemessen werden.

Der obere Abschnitt der Verdampfungskammer 50 ist mit einer Frierkammer 55 über ein Steuerventil 56 verbunden. Die Frierkammer 55 weist im wesentlichen die Form eines stumpfen Kegels auf. Wasserdampf aus der Verdampfungskammer 50, der durch das Fluß-Steuerventil 56 gelangt, tritt in die Frier kammer 55 über ein Reduzierstück 57 ein, das an seinem einen Ende mit der Kammer 55, am anderen Ende mit der Auslaßseite des Ventils 56 verbunden ist. Der Innendurchmesser des Reduzier stücks 57 nimmt progressiv von dem Ende, an dem es mit dem Fluß-Steuerventil 56 verbunden ist, in Richtung auf das Ende ab, das mit der Frierkammer 55 verbunden ist, so daß ein Druckgefälle zwischen der Verdampfungskammer 50 und der Frierkammer 55 entsteht. Ein Heizer 59 ist in der Nähe des Steuerventils 56 und des Reduzierstücks 57 angeordnet, so daß er den dort durchfließenden Dampf aufheizen kann. Das ent gegengesetzte Ende der Frierkammer 55 ist mit einer Strahldüse 61 verbunden. Eine Zweiphasen-Kühlmischung umfassend flüssigen Stickstoff und Stickstoffgas wird der Innenseite der Frier kammer 55 über eine Kühlmittelzuführung 58 zugeführt. Der Innendruck der Kühlkammer 55 wird über einen Druckfühler 60 überwacht, der mit der Frierkammer 55 verbunden ist.

Das Fluß-Steuerventil 56 und der Heizer 59 bilden zusammen Mittel zum Steuern des Druckes des Wasserdampfes, der in die Frierkammer 55 eintritt. Der Druck des Wasserdampfes kann entweder durch die Einstellung der Flußrate von Wasser dampf eingestellt werden, indem man die Öffnung des Fluß- Steuerventils 56 verändert, oder aber durch Einstellung der Temperatur des Wasserdampfes mittels des Heizers 59. Der Heizer 59 verhindert außerdem eine Kondensation des Wasser dampfes, wenn dieser durch das Fluß-Steuerventil 56 und das Reduzierstück 57 strömt. Nachdem sowohl das Fluß-Steuerventil 56 als auch der Heizer 59 den Dampfdruck kontrollieren können, kann man - falls gewünscht - eines der beiden Elemente fort lassen.

Ein Halbleiter-Wafer 62 wird in der Nähe der Strahldüse 61 positioniert, so daß ultrafeine Eispartikel, die aus der Strahldüse 61 ausgeworfen werden, die Oberfläche des Wafers 62 treffen. Wenn bei dieser Ausführungsform die Strahldüse 61 auch relativ zum Wafer 62 rechtwinklig angeordnet ist, so ist es doch von Vorteil, wenn - wie bei den zuvor gezeigten Ausführungsformen der Erfindung - die Strahldüse 61 in einem Winkel von 30 bis 70° bezüglich der Oberfläche des Wafers 62 geneigt ist.

Die Wirkungsweise bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist wie folgt. Anfänglich ist das Fluß-Steuerventil 56 geschlossen und Wasser 51 wird über den Heizer 54 aufgeheizt, so daß Wasserdampf entsteht. Beim Aufheizen werden Temperatur und Druck in der Verdampfungskammer 50 über das Thermometer 52 und den Druckfühler 53 überwacht. Wenn der Dampfdruck in der Verdampfungskammer 50 einen geeigneten Wert erreicht, der über das Thermometer 52 und den Druckfühler 53 überwacht wird, so wird das Fluß-Steuerventil 56 geöffnet. Gleichzeitig wird der Heizer 59 angeschaltet, so daß das Fluß-Steuerventil 56 und das Reduzierstück 57 auf eine geeignete Temperatur aufge heizt werden. Wenn das Fluß-Steuerventil 56 geöffnet wird, so tritt in der Verdampfungskammer 50 erzeugter Dampf in die Frierkammer 55 über das Fluß-Steuerventil 56 und das Reduzier stück 57. Gleichzeitig wird die Kühlmischung aus flüssigem Stickstoff und Stickstoffgas in die Frierkammer 55 über die Kühlmittelzuführung 58 eingelassen. Der Wasserdampf, der in die Frierkammer 55 eintritt, wird äußerst schnell über die Kühlmischung gekühlt und gefriert zu ultrafeinen Eispartikeln. Der Partikeldurchmesser der dabei entstehenden Eispartikel hängt von der Kühlrate des Wasserdampfes innerhalb der Kühl kammer 55 ab. Je höher die Kühlrate, desto geringer ist der Partikeldurchmesser. Wenn man somit eine hohe Kühlrate ver wendet, so kann man ultrafeine Eispartikel erzeugen.

Mit der in Fig. 8 gezeigten Ausführungsform der Erfindung wurden Experimente durchgeführt, wobei das Kühlmittel eine Mischung aus flüssigem Stickstoff und Stickstoffgas war, um die Beziehung zwischen Partikeldurchmesser der in der Frierkammer 55 gebildeten Eispartikel und der Kühlrate festzu stellen. Wenn alle übrigen Bedingungen konstant bleiben, so nimmt der Partikeldurchmesser mit abnehmender Temperatur logarithmisch ab. Durch Steuerung der Kühlgeschwindigkeit kann der Partikeldurchmesser der Eispartikel leicht zwischen 0,1 und 10 µm eingestellt werden. Der Partikeldurchmesser ist weiterhin eine Funktion der Geschwindigkeit, der Flußrate und des Druckes des Wasserdampfes, der in die Frierkammer 55 eintritt. Aus diesem Grund kann man den Partikeldurchmesser durch eine geeignete Einstellung folgender Elemente (einzeln oder zusammen) bestimmen: Fluß-Steuerventil 56; Wärmeleistung des Heizers 54 für die Verdampfungskammer 50; Wärmeleistung des Heizers 59 für das Fluß-Steuerventil 56.

Die ultrafeinen Eispartikel, die in der Frierkammer 55 gebildet werden, werden aus der Strahldüse 61 zusammen mit der Kühl mischung auf die Oberfläche des Halbleiter-Wafers 62 ausge blasen und reinigen dabei die Oberfläche des Wafers 62 ebenso wie oben bereits beschrieben. Die Rate, mit welcher ultrafeine Eispartikel auf die Wafer 62 gestrahlt werden, wird durch die Öffnung der Strahldüse 61 und die Rate bestimmt, mit der die Gaskomponente der Kühlmischung (z. B. Stickstoffgas) zugeführt wird. Da die Zuführung von Wasserdampf aus der Verdampfungskammer 50 zur Frierkammer 55 durch die Druck differenz zwischen den zwei Kammern bestimmt ist, muß man bei einem Ansteigen des Strahldruckes aus der Strahldüse 61 entsprechend den Innendruck der Verdampfungskammer 50 anheben. Der Innendruck der Verdampfungskammer 50 ist gleich dem Dampf druck des Wassers 51 in der Verdampfungskammer 50. Wenn das Fluß-Steuerventil 56 geschlossen ist, so beträgt der Dampfdruck von Wasserdampf, der innerhalb der Verdampfungskammer 50 erzeugt wird, etwa 13 kg/cm² bei 190°C. Aus diesem Grund kann der Druck, bei dem Eispartikel aus der Frierkammer 55 ausgeblasen werden, d. h. also der Druck in der Kammer 55, leicht bei einem Pegel von 5 bis 8 kg/cm² gehalten werden.

Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird Wasser 51 als Flüssigkeit verwendet, die in gefrorene Partikel überführt wird. Es können aber auch andere Flüssigkeiten verwendet werden. Wenn man jedoch eine Flüssigkeit mit einem niedrigen Dampfdruck verwendet und die Öffnung des Fluß-Steuerventils 56 oder der Innendurchmesser der Auslaßöffnung des Reduzierventils 57 gering sind, so nimmt der Druck in der Verdampfungskammer 50 signifikant ab, so daß der Strahldruck auf einen unakzeptabel niedrigen Pegel fällt. Der Dampfdruck in der Frierkammer 55 kann selbstverständlich angehoben werden, indem man die Öffnung des Fluß-Steuerventils 56 oder den Minimal-Innendurch messer des Reduzierstücks 57 verringert. Die Menge von der Frierkammer 55 zugeführten Dampf wird dann aber abnehmen und man erhält keine hinreichende Menge von gefrorenen Partikeln mehr, so daß in diesem Fall ebenfalls der Strahldruck der Strahldüse 61 ungeeignet wird.

Wenn also die zu frierende Flüssigkeit einen niedrigen Dampf druck aufweist, so ist es von Vorteil, wenn man mehrere Ver dampfungskammern 50 vorsieht, die mit einer einzigen Frier kammer 55 parallel über entsprechende Fluß-Steuerventile 56 und Reduzierstücke 57 verbunden sind. Mit einer solchen Anordnung können die Öffnungen des Fluß-Steuerventils 56 und der minimale Innendurchmesser des Reduzierstücks 57 so gewählt werden, daß ein hinreichender Druck in jeder der Verdampfungskammern 50 vorliegt. Auch wenn die Flußrate von Dampf aus jeder einzelnen Verdampfungskammer 50 in die Frierkammer 55 gering ist, so ist doch die Gesamtflußrate aus allen Verdampfungskammern 50 groß genug, um eine hin reichende Menge von gefrorenen Partikeln zu erzeugen und einen zufriedenstellenden Strahldruck sicherzustellen.

Wenn Wasser als zu frierende Flüssigkeit verwendet wird und die Temperatur in der Frierkammer 55 auf -100°C gesetzt wird, so entstehen bei Verwendung der Vorrichtung nach Fig. 8 ultrafeine Eispartikel mit einem gleichmäßigen Partikeldurch messer von etwa 1 bis 2 µm. Fig. 10 ist eine mikroskopische Aufnahme von Eispartikeln, die mit einer Vorrichtung erzeugt wurden, welche in Fig. 2 beschrieben ist, bei der ein Nebel in flüssigen Stickstoff eingeblasen wird. Fig. 11 zeigt eine mikroskopische Aufnahme von Eispartikeln unter Verwendung einer Vorrichtung nach Fig. 8. Die Eispartikel nach Fig. 10 weisen einen mittleren Partikeldurchmesser in der Größenordnung von 100 µm auf, wobei die Partikel sehr unregelmäßig hinsichtlich ihrer Größen sind. Im Gegensatz dazu sind die Eispartikel in Fig. 6 wesentlich uniformer und weisen sehr viel geringere Partikeldurchmesser auf.

unter Verwendung dieser Ausführungsform der Erfindung kann man somit Verunreinigungspartikel mit Größen unterhalb von 1 µm von der Oberfläche eines Halbleiter-Wafers entfernen. Weiterhin kann man auch sehr empfindliche Teile bearbeiten, die einer Präzisionsbearbeitung bedürfen.

Da weiterhin die Kühlmischung, die zum Frieren des Wasser dampfes verwendet wird, gleichzeitig als Träger für die Eispartikel verwendet wird, wenn diese aus der Strahldüse 61 ausgeblasen werden, ergibt sich nur ein geringer Kühlmittel verlust. Nachdem weiterhin die Eispartikel und das Trägergas zusammen der Strahldüse 61 zugeführt werden, kann die Struktur der Vorrichtung als wesentlich vereinfacht und kleiner bauend ausgeführt werden.

Bei dem soeben beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde ultra reines Wasser als zu frierende Flüssigkeit verwendet. Es ist selbstverständlich auch möglich, ultrareines Wasser zu verwenden, das Kohlendioxidgas enthält und einen spezifischen Widerstand von höchsten 1 Mohm-cm aufweist, wobei man dann die gleichen Vorteile erzielt wie zuvor beschrieben.

Weiterhin können die Partikel nicht nur - wie soeben beschrieben - zum Reinigen von Wafern sondern auch zum Gettern verwendet werden.

Claims

1. Vorrichtung zur Oberflächenbearbeitung von Halbleiter- Wafern (12), gekennzeichnet durch
Frier-Einrichtungen (1, 20, 55), zum Bilden von gefrorenen Partikeln (8, 28, 29);
Strahlmittel (11, 35, 36) zum Strahlen der gefrorenen Partikel (8, 28, 29) auf die Oberfläche des Halbleiter- Wafers (12), wobei vorzugsweise weiterhin Heizungsmittel (14 a, 14 b) vorgesehen sind, um den Halbleiter-Wafer (12) und/oder die gefrorenen Partikel (8, 28, 29) (teilweise) anzuschmelzen, wenn sie sich auf ihrem Weg von den Strahl mitteln (11, 35, 36) auf die Oberfläche des Halbleiter- Wafers (12) befinden, um ihren Durchmesser zu verringern.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlmittel (11, 35, 36) Mittel umfassen, um die gefrorenen Partikel (8, 28, 29) zusammen mit einem Gas auszu blasen.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlmittel (11, 35, 36) Hochdruck-Gasejektorstrahl düsen umfassen sowie Mittel zum Zuführen von gefrorenen Partikeln und Gas unter hohem Druck zur Düse.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas Stickstoff ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gefrorenen Partikel (8, 28, 29) aus Wasser erzeugte Eispartikel sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser ultrareines Wasser ist, das Kohlendioxidgas enthält.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das ultrareine Wasser mit Kohlendioxid einen spezifischen Widerstand von höchstens 1 Mohm-cm aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlmittel (11, 35, 36) so relativ zum Halbleiter- Wafer (12) positioniert sind, daß die gefrorenen Partikel (8, 28, 29) auf den Halbleiter-Wafer in einem Winkel von 30 bis 80° zur Oberfläche auftreffen.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizmittel eine Vorrichtung (14 a) umfassen, um warme Luft über die Halbleiter-Wafer (12) und die gefrorenen Partikel (8, 28, 29) zu blasen, wenn diese sich auf ihrem Weg in Richtung auf den Halbleiter-Wafer (12) befinden.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft auf 5 bis 80°C aufgewärmt ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizmittel eine Anordnung (14 b) umfassen, um den Wafer (12) auf eine vorbestimmte Temperatur von seiner Unter seite her aufzuheizen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgeschriebene Temperatur zwischen Raumtemperatur und 200°C liegt.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizmittel eine Heizplatte (14 e) umfassen, die unter dem Halbleiter-Wafer (12) angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Friermittel eine Frierkammer (1, 20) umfassen, die kaltes Gas enthält, und daß Mittel (6, 23, 24) vorgesehen sind, um eine Flüssigkeit, die in gefrorene Partikel umge formt werden soll, zu vernebeln und die Flüssigkeit in die Frierkammer (6, 23, 24) so einzusprühen, daß sie dort mit dem kalten Gas einem Wärmeaustausch unterzogen wird und friert.

15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit, die in gefrorene Partikel umgeformt werden soll, eine Mischung aus einer Flüssigkeit (46) und Schleifpartikeln (33) umfaßt.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die zu frierende Flüssigkeit eine Mischung aus Wasser und Partikeln von Siliziumpuder umfaßt.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Friermittel Dampferzeugungsmittel (50, 54) umfassen, um Dampf aus einer Flüssigkeit zu bilden, die in gefrorene Partikel überführt werden soll, und daß Friermittel (55) vorgesehen sind, um den Dampf zu frieren und gefrorene Partikel durch einen Wärmeaustausch mit einem Kühlmittel zu erzeugen.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampferzeugungsmittel eine Verdampfungskammer (50) umfassen, die eine zu frierende Flüssigkeit (51) enthält, sowie Heizmittel (54), um die Flüssigkeit (51) aufzuheizen und zu verdampfen, und daß die Friermittel eine Frierkammer (55) umfassen, die einen Einlaß aufweist, der mit der Ver dampfungskammer (50) so verbunden ist, daß Dampf in die Frier kammer (55) aus der Verdampfungskammer (50) gelangen kann, wobei ein Auslaß vorgesehen ist, der mit den Strahlmitteln (61) verbunden ist und wobei Mittel vorgesehen sind, um ein Kühlmittel in die Frierkammer (55) einzuführen.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel eine Zwei-Phasenmischung aus einer flüssigen und einer Gasphase umfaßt.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel eine Mischung aus flüssigem Stickstoff und Stickstoffgas ist.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin Druck-Steuer-/Regelmittel (56, 57) vorgesehen sind, um den Druck des Dampfes einzustellen, der in die Frierkammer (55) eintritt.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Druck-Steuermittel ein einstellbares Fluß-Steuer ventil (56) umfassen, das zwischen der Verdampfungskammer (50) und dem Einlaß der Frierkammer (55) angebracht ist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Druck-Steuermittel Mittel (59) umfassen, um die Temperatur des Dampfes einzustellen, der zwischen der Verdampfungskammer (50) und dem Einlaß der Frierkammer (55) strömt.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Druck-Steuermittel einen Heizer (59) umfassen, der zwischen der Verdampfungskammer (50) und der Frierkammer (55) angeordnet ist.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Druck-Steuermittel ein einstellbares Druck-Steuerventil (56) umfassen, das zwischen der Verdampfungskammer (50) und dem Einlaß der Frierkammer (55) vorgesehen ist, sowie Mittel (59) zum Steuern der Temperatur des Dampfes, wenn dieser durch das Fluß-Steuerventil (56) strömt.

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Einlaß der Frierkammer (55) und dem Auslaß des Fluß-Steuerventils (56) ein Reduzierstück (57) vorgesehen ist.

27. Vorrichtung zur Oberflächenbearbeitung von Halbleiter- Wafern (12), gekennzeichnet durch erste Friermittel (21) zum Herstellen von gefrorenen Partikeln (28), die eine gefrorene Flüssigkeit (46) und Schleifpartikel (33) als Kerne umfassen, zweite Friermittel (22) zum Bilden von ge frorenen Partikeln (29), zum Säubern, die die gefrorene Flüssigkeit umfassen, erste Strahlmittel (35), zum Strahlen der gefrorenen Partikel (28) zum Gettern der Rückseite eines Halbleiter-Wafers (22), und durch zweite Strahlmittel (36) zum Strahlen der gefrorenen Partikel (29), um die Rückseite des Halbleiter-Wafers (22) nach dem Strahlen mit den gefrorenen Partikeln (28) zum Gettern zu reinigen.

28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Friermittel (21) eine erste Frierkammer (20 e) umfassen, die erstes kaltes Gas enthält, daß ein erster Vernebler (23) vorgesehen ist, um eine Mischung aus einer ersten Flüssigkeit und Schleifpartikeln (33) zu zerstäuben und die Mischung in die erste Frierkammer (20 b) so einzu sprühen, daß sie dort einem Wärmeaustausch mit dem ersten kalten Gas unterliegt und dabei friert, und daß die zweiten Friermittel (22) eine zweite Frierkammer (20 c) umfassen, die ein zweites kaltes Gas enthält, und daß ein zweiter Vernebler (24) vorgesehen ist, um eine zweite Flüssigkeit zu vernebeln und die zweite Flüssigkeit in die zweite Frierkammer (20 c) so einzusprühen, daß sie dort einem Wärmeaustausch mit dem zweiten Gas unterliegt und friert.

29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Flüssigkeit Wasser und die zweite Flüssigkeit ultrareines Wasser sind, und daß die Schleifpartikel (33) Partikel von Siliziumpulver umfassen.

30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Gas Stickstoff sind.

31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 28 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Frierkammer (20 b, 20 c) miteinander kommunizieren und daß das zweite Gas das erste Gas ist, das in die zweite Kammer (20 c) eingetreten ist, nachdem es im Wärmeaustausch mit der ersten flüssigen Mischung gestanden hat.

32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin Transportmittel (44) vorgesehen sind, um einen Halbleiter-Wafer (42) in eine erste Position zu bringen, in welcher die Rückseite des Wafers (42) mit gefrorenen Partikeln zum Gettern über die ersten Strahlmittel (35) bestrahlt werden kann und zum Weitertransportieren des Halbleiter-Wafers (42) in eine zweite Position, in welcher dessen Rückseite mit gefrorenen Partikeln (29) zum Reinigen durch die Strahlmittel (36) bestrahlt werden kann.

33. Verfahren zum Reinigen eines Halbleiter-Wafers, dadurch gekennzeichnet, daß man gefrorene Partikel auf die Oberfläche des Halbleiter- Wafers strahlt und vorzugsweise den Halbleiter-Wafer und/oder die gefrorenen Partikel auf ihrem Weg auf die Oberfläche des Halbleiter-Wafers so ausheizt, daß sie teilweise schmelzen und in ihrem Durchmesser reduziert werden.

34. Verfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß die gefrorenen Partikel aus Wasser gebildetes Eis umfassen.

35. Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser ultrareines Wasser ist, das Kohlendioxidgas enthält.

36. Verfahren nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß ultrareines Wasser enthaltend Kohlendioxid verwendet wird, dessen Widerstand höchstens 1 Mohm-cm beträgt.

37. Verfahren nach einem der Ansprüche 33 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel auf die Oberfläche des Halbleiter-Wafers in einem Winkel von 30 bis 80° bezüglich der Oberfläche des Halbleiters gestrahlt werden.

38. Verfahren nach einem der Ansprüche 33 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß der Partikeldurchmesser der gefrorenen Partikel zwischem 1 µm und 100 µm liegt.

39. Verfahren nach einem der Ansprüche 33 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß die gefrorenen Partikel auf die Oberfläche des Halbleiter- Wafers über Gas gestrahlt werden.

40. Verfahren nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas Stickstoff ist.

41. Verfahren nach einem der Ansprüche 33 bis 40, dadurch gekennzeichnet, daß zum Heizen warme Luft über dem Halbleiter-Wafer und die gefrorenen Partikel geblasen wird, wenn sich diese auf die Oberfläche des Halbleiter-Wafers zu bewegen.

42. Verfahren nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der warmen Luft etwa zwischen 5 und 80°C beträgt.

43. Verfahren nach einem der Ansprüche 33 bis 42, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter-Wafer von unten her aufgeheizt wird.

44. Verfahren nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß man den Halbleiter-Wafer über eine Heizplatte aufheizt.

45. Verfahren nach einem der Ansprüche 43 oder 44, dadurch gekennzeichnet, daß man den Halbleiter-Wafer auf eine Temperatur etwa zwischen Raumtemperatur und 200°C aufheizt.

46. Verfahren zum Gettern eines Halbleiter-Wafers, dadurch gekennzeichnet, daß man gefrorene Partikel auf die Rückseite des Halbleiter- Wafers strahlt, wobei die gefrorenen Partikel Eispartikel aus Wasser umfassen, in denen Schleif-Partikel als Kerne eingebettet sind.

47. Verfahren nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifpartikel Siliziumpulver-Partikel umfassen.

48. Verfahren nach einem der Ansprüche 46 oder 47, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser ultrareines Wasser umfaßt, das Kohlendioxidgas (gelöst) enthält.

49. Verfahren nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet, daß der spezifische Widerstand des ultrareinen Wassers mit Kohlendioxid bei höchstens 1 Mohm-cm liegt.

50. Verfahren nach einem der Ansprüche 46 bis 49, dadurch gekennzeichnet, daß die gefrorenen Partikel auf die Oberfläche des Halbleiter- Wafers in einem Winkel von 30 bis 80° bezüglich der Oberfläche des Halbleiters gestrahlt werden.

51. Verfahren nach einem der Ansprüche 46 bis 50, dadurch gekennzeichnet, daß die gefrorenen Partikel auf der Oberfläche des Halbleiter- Wafers über Gas gestrahlt werden.

52. Verfahren nach Anspruch 51, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas Stickstoff ist.

53. Verfahren nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, daß man weiterhin die Rückseite des Halbleiter-Wafers nach dem Gettern durch Strahlen mit Eispartikeln reinigt, die aus ultrareinem Wasser hergestellt sind.