DE3804694C2

DE3804694C2 -

Info

Publication number: DE3804694C2
Application number: DE3804694A
Authority: DE
Inventors: Masuo Yao Osaka Jp Tada; Takeki Kobe Hyogo Jp Hata; Takaaki Fukumoto; Toshiaki Itami Hyogo Jp 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: 1992-02-27
Also published as: US4932168A; DE3804694A1; DE3844649C2; US5035750A; US5025597A; DE3844648C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen eines Halbleiter-Wafers nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 13.

Bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen muß man die Halbleiter-Wafer reinigen. Diese Reinigung wird normalerweise über eine Reinigungsvorrichtung derart ausgeführt, die schematisch in Fig. 7 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.

Ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist aus der US 36 76 963 bekannt, wobei eine Anwendung auf die Rei nigung von Halbleiter-Wafern dort nicht explizit erwähnt ist. In der Druckschrift wird erwähnt, man solle die Eispartikel in möglichst kaltem Zustand auf die zu behandelnden Oberflächen prallen lassen, damit eine möglichst hohe Wirkung erzielt wird. Nach der Behandlung werden dann die behandelten Gegenstände ge trocknet, indem man sie entweder sich auf Raumtemperatur erwär men läßt oder aber einen warmen Luftstrom verwendet.

Ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 ist auch aus der US 46 31 250 bekannt, wobei zur Reinigung der Oberflächen von Halbleiter- Wafern gefrorene Partikel aus CO₂ verwendet werden.

Ein wesentliches Problem bei der Reinigung von Halbleiter- Wafern besteht - wie eingangs angedeutet - darin, daß ultra-feine Kontaminationspartikel entfernt werden müssen. Dies kann nur mit der Behandlung durch gefrorene Partikel mit sehr kleinem Durchmesser bewerkstelligt werden. Die Herstellung von Parti keln mit sehr kleinem Durchmesser ist aber sehr schwierig, da ein Mindestdurchmesser durch physikalische Gegebenheiten der Tröpfchenbildung (vor dem Frieren) und zwangsläufige Agglomera tion vorgegeben ist. Ein weiteres Problem besteht darin, daß sehr kleine Eispartikel schwerer fluidisierbar sind als grö ßere, so daß der Strahlvorgang, also die Beschleunigung der Eispartikel in einem Gasstrom, erschwert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß ultra- feine Kontaminationen entfernbar sind.

Diese Aufgabe wird verfahrensmäßig durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 und vorrichtungsmäßig durch die im Kennzeichen des Anspruches 13 angegebenen Merkmale gelöst.

Dadurch, daß die endgültige Größenbestimmung durch Abschmelzen der Eispartikel auf dem Weg von der Strahldüse auf die Halblei teroberfläche geschieht, können einfachere Vorrichtungen zur Herstellung von gröberen Eispartikeln und zur Strahlung dieser größeren Eispartikel verwendet werden. Andererseits kann durch eine entsprechende Temperaturgebung im wesentlichen jede Parti kelgröße eingestellt werden, so daß auch allerfeinste Kontami nationen entfernbar sind.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im folgenden werden Beispiele bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung anhand von Abbildungen näher erläutert. Hierbei zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ebenfalls zum Reinigen eines Halbleiter- Wafers;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zum Reinigen von Halbleiter-Wafern;

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

Fig. 4 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen Durchmesser von gefrorenen Partikeln, die bei einer Anordnung nach Fig. 4 entstehen und der Temperatur innerhalb der Frierkammer;

Fig. 5 eine photomikroskopische Aufnahme von Eis partikeln, die mit einer Anordnung nach Fig. 2 hergestellt wurden;

Fig. 6 eine photomikroskopische Aufnahme von Eis partikeln, die mit einer Vorrichtung nach Fig. 4 erzeugt wurden, und

Fig. 7 eine schematische, perspektivische Ansicht einer herkömmlichen Anordnung zum Reinigen eines Halbleiter-Wafers mittels einer rotierenden Bürste.

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. 1 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 0,196 MPa (2 kp/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 0,196 MPa (2 kp/cm²) und eine Rate von 8 l pro Minute bei 0,981 bar (8 "Normalliter") 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 kammer 1 in den Bunker 10 fördert. Der Bunker 10 ist weiterhin 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 über Hochdruckstickstoffgas ausgestrahlt, das der Düse 11 aus dem Behälter 2 für flüssigen Stickstoff über den Wärme tauscher 5 mit einem Gasdruck von 0,49 MPa (5 kp/cm²) und einer Rate von 1 m³ pro Minute bei 0,981 bar ("Normalkubikmeter") 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 unter einem Winkel von 30 bis 80° relativ zur Oberfläche des Wafers 12 treffen, so daß der Impuls der Eispartikel 8 gegenüber 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 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.

Weiterhin ist ein Gebläseheizer 14a vorgesehen, 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.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die von derjenigen nach Fig. 1 sich dadurch unterscheidet, daß das Heizgebläse 14a durch eine Wärmeplatte 14b ersetzt ist, die unter dem zu reinigenden Halbleiter-Wafer 12 sitzt. Mittels der Heizplatte 14b 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. 1 und 2 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. 1 bereits beschrieben wurden.

Bei den Ausführungsformen nach den Fig. 1 und 2 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. 1 und 2 beschriebenen Vorrichtungen erzeugten Partikel eine große Streubreite hinsichtlich des Partikeldurchmessers auf, so daß diese Streubreite beim Reinigen 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. 3 zeigt eine dritte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zum Reinigen eines Halbleiter-Wafers, die ultrafeine Eispartikel mit extrem uniformen Partikeldurchmesser unterhalb 1 µm herstellen kann; die Heizmittel zum Anschmelzen der gefrorenen Partikel sind in der Fig. 3 weggelassen worden. 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. 3 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, vgl. dazu Fig. 4. 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 1,275 MPa (13 kp/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 0,49 bis 0,789 MPa (5 bis 8 kp/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. 3 ultrafeine Eispartikel mit einem gleichmäßigen Partikeldurch messer von etwa 1 bis 2 µm. Fig. 5 ist eine mikroskopische Aufnahme von Eispartikeln, die mit einer Vorrichtung erzeugt wurden, welche in Fig. 1 beschrieben ist, bei der ein Nebel in flüssigen Stickstoff eingeblasen wird. Fig. 6 zeigt eine mikroskopische Aufnahme von Eispartikeln unter Verwendung einer Vorrichtung nach Fig. 3. Die Eispartikel nach Fig. 5 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 gefrorenen Partikel nicht nur - wie soeben beschrieben - zum Reinigen von Wafern sondern auch zum Gettern verwendet werden.

Claims

1. Verfahren zum Reinigen eines Halbleiter-Wafers, bei dem gefrorene Partikel zusammen mit einem Gasstrom auf die zu behandelnde Oberfläche geblasen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die gefrorenen Partikel vor dem Auftreffen auf die zu reinigende Oberfläche mittels direkter Wärmeübertragung durch warme Luft und/oder mittels Strahlungswärme durch Aufheizen des Wafers gezielt angeschmolzen und auf einen definierten Durchmesser reduziert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gefrorenen Partikel aus Wasser gebildete Eispartikel umfassen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser ultrareines Wasser ist, das gelöstes Kohlendioxidgas enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der spezifische Widerstand des ultrareinen, gelöstes Kohlendioxid enthaltenden Wassers höchstens 1 MOhm·cm beträgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gefrorenen Partikel unter einem Winkel von 30° bis 80° bezüglich der Oberfläche des Halbleiter-Wafers auf die Oberfläche geblasen werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Partikeldurchmesser der gefrorenen Partikel zwischen 1 µm und 100 µm liegt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas Stickstoff ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zum Anschmelzen der gefrorenen Partikel warme Luft über den Halbleiter-Wafer und die gefrorenen Partikel geblasen wird, wenn sich diese auf die Oberfläche des Halbleiter-Wafers zu bewegen.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der warmen Luft etwa zwischen 5° und 80° Celsius liegt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter-Wafer von unten her aufgeheizt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter-Wafer über eine Heizplatte aufgeheizt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter-Wafer etwa auf eine Temperatur zwischen Raumtemperatur und 200° Celsius aufgeheizt wird.

13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit Frier-Einrichtungen (1, 55) zum Bilden von gefrorenen Partikeln (8); Strahlmitteln (11) zum Strahlen der gefrorenen Partikel (8) auf die Oberfläche des Halbleiter-Wafers (12) und mit Heizmitteln (14a, 14b), um warme Luft über den Halbleiter- Wafer (12) und die gefrorenen Partikel (8) zu blasen und/oder um den Wafer (12) aufzuheizen, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizmittel (14a, 14b) dazu verwendet werden, die gefrorenen Partikel gezielt anzuschmelzen, wenn sie sich auf ihrem Weg von den Strahlmitteln (11) auf die Oberfläche des Halbleiter-Wafers (12) befinden, um ihren Durchmesser zu verringern.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlmittel (11) Hochdruck-Gasejektorstrahldüsen umfassen sowie Mittel zum Zuführen von gefrorenen Partikeln und Gas unter hohem Druck zur Düse.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas Stickstoff ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die gefrorenen Partikel (8) aus Wasser erzeugte Eispartikel sind.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser ultrareines Wasser ist, das gelöstes Kohlendioxidgas enthält.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das ultrareine Wasser mit dem gelösten Kohlendioxid einen spezifischen Widerstand von höchstens 1 MOhm·cm aufweist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlmittel (11) relativ zum Halbleiter-Wafer (12) so positioniert sind, daß die gefrorenen Partikel (8) unter einem Winkel von 30° bis 80° bezüglich der Oberfläche des Halbleiter-Wafers auf der Oberfläche auftreffen.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft auf 5° bis 80° Celsius aufgewärmt ist.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter-Wafer (12) auf eine vorgeschriebene Temperatur zwischen Raumtemperatur und 200° Celsius aufgeheizt wird.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizmittel eine Heizplatte (14e) umfassen, die unter dem Halbleiter-Wafer (12) angeordnet ist.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Friermittel eine Frierkammer (1) umfassen, die kaltes Gas enthält, und daß Mittel (6) vorgesehen sind, um eine Flüssigkeit, die in gefrorene Partikel umgeformt werden soll, zu vernebeln und die Flüssigkeit in die Frierkammer (6) so einzusprühen, daß sie dort mit dem kalten Gas einem Wärmeaustausch unterzogen wird und friert.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit, die in gefrorene Partikel umgeformt werden soll, eine Mischung aus einer Flüssigkeit (46) und Schleifpartikeln (33) umfaßt.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die zu frierende Flüssigkeit eine Mischung aus Wasser und Partikeln von Siliziumpuder umfaßt.

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 22, 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 26, 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 Verdampfungskammer (50) so verbunden ist, daß Dampf in die Frierkammer (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.

28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel eine Zweiphasenmischung aus einer flüssigen und einer Gasphase umfaßt.

29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel eine Mischung aus flüssigem Stickstoff und Stickstoffgas ist.

30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin Druck/Steuer-Regelmittel (56, 57) vorgesehen sind, um den Druck des Dampfes einzustellen, der in die Frierkammer (55) eintritt.

31. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Druck/Steuermittel ein einstellbares Flußsteuerventil (56) umfassen, das zwischen der Verdampfungskammer (50) und dem Einlaß der Frierkammer (55) angebracht ist.

32. Vorrichtung nach Anspruch 30 oder 31, 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.

33. Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Druck/Steuermittel einen Heizer (59) umfassen, der zwischen der Verdampfungskammer (50) und der Frierkammer (55) angeordnet ist.

34. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 30 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Druck/Steuermittel ein einstellbares Drucksteuerventil (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 Flußsteuerventil (56) strömt.

35. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Einlaß der Frierkammer (55) und dem Auslaß des Flußsteuerventils (56) ein Reduzierstück (57) vorgesehen ist.