DE4139465A1 - Verfahren und vorrichtung zur reinigung von halbleiterplaettchen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vor­ richtung zur Reinigung von Substraten, wie Glas- oder Schei­ bensubstraten, und zwar insbesondere zur Reinigung von Halb­ leiterplättchen.

Zum Stand der Technik zeigt die beigefügte Fig. 5 eine schema­ tische Schnittdarstellung einer herkömmlichen Vorrichtung zur Reinigung von Halbleiterplättchen (Wafern). Bei dieser Vorrichtung wird eine Eiserzeugungsanlage 1 zur Herstellung von gefrorenen Mikroteilchen 4 mit einem Kältemittel, wie flüssigem Stickstoff 2, gespeist, und an diese Anlage ist eine Sprühdüse 3 angeschlossen, die ultrareines Wasser in Mikropartikeln einsprüht. Die Eiserzeugungsanlage 1 ist mit einer (nicht dargestellten) Wärmeisolierung abgedeckt. In einer Reinigungskammer 10, in der ein Wafer od. dgl gerei­ nigt wird, wird dieses Wafer 7 mittels eines Wafer-Haltearms 6 getragen. Das von dem Arm 6 getragene Wafer 7 kann mittels einer Transporteinrichtung 8 bewegt werden. Die in der Eis­ erzeugungsanlage 1 hergestellten gefrorenen Mikroteilchen werden durch eine innenseitig der Reinigungskammer 10 vor­ gesehene Einspritzdüse 5 injiziert. Ferner ist innerhalb der Reinigungskammer 10 auch eine Antriebseinrichtung 10 unterge­ bracht, um die Orte und die Winkel der Einspritzdüse 5 ein­ zuregeln. Am Bodenbereich der Reinigungskammer 10 ist ein Absaugegebläse 9, um die Kammer 10 zu entleeren, angeordnet.

Bei der herkömmlichen Reinigungsvorrichtung mit dem vorste­ hend beschriebenen Aufbau wird das Innere der Eiserzeugungs­ anlage 1 durch Verdampfen des in diese eingespeisten flüssi­ gen Stickstoffs 2 abgekühlt. Nach ausreichender Abkühlung wird ultrareines Wasser durch die Sprühdüse 3 in die Anlage 1 eingesprüht, was gefrorene Mikroteilchen 4 zum Ergebnis hat, die zusammen mit dem Stickstoffgas durch einen Emis­ sionseffekt der Einspritzdüse 5 zugeführt werden. Diese Ein­ spritzdüse 5 injiziert ein Mischfluid aus Eispartikeln und Stickstoffgas zu dem durch den Haltearm 6 getragenen Wafer 7 hin, wodurch dessen beide Flächen gereinigt werden.

Da die gefrorenen Mikroteilchen 4 zusammen mit dem Stickstoff­ gas als Trägergas eingespritzt werden, prallt der Düsenstrahl der auf die Innenwand der Reinigungskammer 10 trifft, nach oben zurück. Um dieses aufwärts gerichtete Rückprallen zu verhindern, wird eine Abwärtsströmung durch die Luft erzeugt, die vom oberen Teil der Reinigungskammer angesaugt wird, da diese Kammer durch das Absaugegebläse 9 von ihrem Bodenteil her entleert oder abgesaugt wird.

Bei einer derartigen Vorrichtung muß die Reinigungskammer 10 ziemlich groß ausgebildet werden, da sie zur Aufnahme der Einspritzdüse 5 und deren Antriebseinrichtung 13 vorge­ sehen ist. Auch muß das Absaugegebläse 9 eine große Förder­ leistung haben, weil die Strahlströmung von der Einspritzdü­ se 5 gänzlich und vollkommen in einen (nicht dargestellten) Absaugekanal eingesaugt werden muß. Deshalb wird die Vorrich­ tung unvermeidbar groß und erfordert erhebliche Betriebs­ kosten. Wenn die Förderleistung des Absaugegebläses 9 ver­ mindert wird, so wird die Strahlströmung nicht in ausrei­ chendem Maß in den Absaugekanal gesogen und trifft auf die Innenwand der Reinigungskammer 10, was in dem aufwärts gerich­ teten Rückprallen resultiert. In der Turbulenzströmung mit­ geführter Staub kann sich insofern leicht auf den bereits gereinigten Flächen des Wafers 7 niederlassen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben herausge­ stellten Probleme zu lösen, indem ein Verfahren und eine Vor­ richtung zur Reinigung von Halbleiterplättchen aufgezeigt werden, wonach die Reinigungskammer derart ausgestaltet ist, daß das Zurückprallen des Eispartikel-Strahlstroms verhindert wird oder, wenn ein solches Zurückprallen doch auftreten soll­ te, verhindert wird, daß die zurückprallenden Partikel das Halbleiterplättchen erreichen sowie dadurch die im Strahl­ strom mitgeführten Staub- oder Schmutzteilchen vom Halblei­ terplättchen festgehalten werden, und wobei die Reinigungskam­ mer kleiner, d. h. mit geringerem Volumen, ausgebildet ist, so daß ein Absaugegebläse mit geringerer Förderleistung für das einwandfreie Reinigen der Halbleiterplättchen ausreichend ist.

Um die obige Aufgabe zu lösen wird gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung eine Vorrichtung zur Reinigung von Halbleiter­ plättchen geschaffen, die umfaßt: eine Eiserzeugungsanlage zur Herstellung von gefrorenen Mikroteilchen im wesentlichen aus ultrareinem Wasser, eine Reinigungskammer, die an ihrem Boden mit einem Hauptauslaß versehen ist, eine das Halblei­ terplättchen in der Reinigungskammer haltende Halteeinrich­ tung, eine die gefrorenen Mikroteilchen in die Reinigungskam­ mer zum Halbleiterplättchen hin injizierende Einspritzdüse, einen Absaugekanal, der einen Hilfsauslaß besitzt sowie mit der Reinigungskammer in Verbindung steht, und ein Absauge­ gebläse, das sowohl mit dem Hauptauslaß als auch mit dem Hilfsauslaß verbunden ist.

Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Verfahren zur Reinigung eines Halbleiterplättchens angege­ ben, das die Schritte umfaßt: Halten des Halbleiterplättchens innerhalb einer Reinigungskammer, die in einem Bodenbereich einen Hauptauslaß besitzt, auf einem höhergelegenen Niveau, Bestrahlen des Halbleiterplättchens mit aus im wesentlichen ultrareinem Wasser durch Gefrieren hergestellten gefrorenen Mikroteilchen und Verhindern eines aufwärts gerichteten Rück­ pralls des durch das Injizieren der gefrorenen Mikroteilchen erzeugten Strahlstroms und des Absetzens des im Strahlstrom mitgeführten Staubes oder der dergleichen durch Herabsetzen der Geschwindigkeit des Strahlstroms in einer mit einem Hilfsauslaß ausgestatteten Absaugekammer.

Der Erfindungsgegenstand wird unter Bezugnahme auf die beige­ fügten Zeichnungen anhand einer Ausführungsform gemäß der Erfindung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung einer Vorrich­ tung zur Reinigung von Wafern in einer erfindungsge­ mäßen Ausführungsform;

Fig. 2 den schematischen Schnitt nach der Linie A-A in der Fig. 1;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer Strömungsleit­ platte;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer Trennplatte;

Fig. 5 eine schematische Schnittdarstellung einer her­ kömmlichen Vorrichtung zur Reinigung von Wafern.

Gemäß Fig. 1 hat eine Reinigungskammer 10A einen breiten, rechteckigen Querschnitt, um ein zu reinigendes Objekt, z. B. ein Wafer 7, aufzunehmen.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die meisten Teile der Einspritzdüse 5, ausgenommen deren Mundstück, außerhalb der Reinigungskammer an deren längerer Seite angeordnet. Ferner befindet sich außenseitig der Reinigungskammer 10A eine Antriebseinrichtung 13 für die Einspritzdüse 5, welche durch eine mit einer Abströmöffnung 14a versehene Haube 20 abgedeckt ist. An ihrem oberen Ende ist die Kammer 10A mit einer glockenförmig ausgestalteten Öffnung 16 versehen, die ein Abbrechen von an der Fläche des oberen Endabschnitts der Kammer 10A gebildetem Eis verhindert.

In der Reinigungskammer 10A ist eine Strömungsleitplatte 15 aufgenommen, die einen aufwärtigen Rückprall des Strahlstroms von der Einspritzdüse 5 verhindert. Wie die Fig. 3 zeigt, sind abwärts gerichtete Teile der Strömungsleitplatte 15 gekrümmt und nach unten konvergierend zum Zentrum der Kammer 10A hin ausgestaltet, wobei die Leitplatte 15 in ihrem Boden­ teil mit einer Durchtrittsöffnung 15a versehen ist. Den Fig. 1 und 2 ist zu entnehmen, daß die Seitenwände der Reinigungs­ kammer 10A mit Auslässen 14 versehen sind, die in der Strö­ mungsleitplatte 15 nicht vorhanden sind. Ferner sind in der Kammer 10A, wie die Fig. 2 zeigt, Leitplatten 12 unterhalb der Auslässe 14 angeordnet, um den Strahlstrom zum Hauptauslaß hin zu lenken.

Ein unterer Teil der Reinigungskammer 10A ist mit einer Ab­ saugekammer 11 ausgestattet, die den durch das Injizieren der gefrorenen Mikroteilchen (Eispartikel) 4 hervorgerufe­ nen Strahlstrom verlangsamt. Am oberen Bereich der Absauge­ kammer 11 ist ein Hilfsauslaß 19 angeschlossen. Die Reini­ gungskammer 10A ist von der Absaugekammer 11 durch eine Trennplatte 17 (s. Fig. 4) abgeteilt, die einen Durchtritt 21 in ihrem mittigen Teil besitzt, so daß zwischen den bei­ den Kammern 10A und 11 eine Verbindung besteht. Am Boden der Reinigungskammer 10A ist ein Hauptauslaß 18 mit einem Drosselorgan 22 angeschlossen. Der Haupt- und der Hilfsauslaß 18 sowie 19 sind mit dem Absaugegebläse 9 verbunden.

In einer Vorrichtung mit dem oben beschriebenen Aufbau wer­ den in der Eiserzeugungsanlage 1 gefrorene Mikroteilchen 4 produziert und beide Flächen des Wafers 7 durch Schleudern oder Strahlen der gefrorenen Mikroteilchen 4 von der Einspritz­ düse 5 aus auf das Wafer 7 gereinigt.

Da die Einspritzdüse 5 und die Antriebseinrichtungen 13 zu deren Einstellung außerhalb der Reinigungskammer 10A angeord­ net sind, kann diese in ihren Größenabmessungen vermindert werden. Dadurch kann auch ein kleineres Absaugegebläse zur Anwendung kommen, wodurch die Betriebskosten gesenkt werden. Weil darüber hinaus die Einspritzdüse 5 mit der eine Ab­ strömöffnung 14a besitzenden Haube 20 abgedeckt ist, bleibt Staub von der Antriebseinrichtung 13, der in die Haube 20 durch die zwischen diesen Bauteilen bestehende mechanische Verbindung eintreten kann, nicht in der Haube 20 stehen, son­ dern wird durch die Abströmöffnung 14a nach außen abgeführt. Insofern kann Staub von der Antriebseinrichtung kaum in die Reinigungskammer 10A eintreten und sich auf dem Wafer 7 ab­ setzen.

Ferner verhindert die glockenförmig ausgestaltete Öffnung 16 am oberen Ende der Reinigungskammer 10A ein Abbrechen von an diesem oberen Kantenbereich gebildetem Eis und trägt dazu bei, eine ungehinderte, glatte Abwärtsströmung hervorzuru­ fen. Insofern trägt diese Öffnung dazu bei, Turbulenzen des Strahlstroms, z. B. den aufwärts gerichteten Rückprall, die bei herkömmlichen Vorrichtungen mit hoher Wahrscheinlichkeit durch das Einsprühen oder Injizieren der Eispartikel auf­ treten, zu unterbinden. Deshalb werden Staub oder ähnliche Schmutzteilchen nicht in der Reinigungskammer 10A verblei­ ben, noch auf dem gereinigten Halbleiterplättchen 7 sich absetzen oder niederschlagen.

Die Strömungsleitplatte 15 lenkt ferner den erzeugten Strahl­ strom stetig und gleichförmig abwärts zu einem unteren Bereich der Reinigungskammer 10A. Diese Strömungsleitplatte 15 verhin­ dert aber auch eine weitere Aufwärtsbewegung des aufwärts gerichteten Rückpralls und bringt diese Rückprallströmung zu einem Austreten durch die Auslässe 14 hindurch. Die bei­ den im unteren Bereich der Kammer 10A vorgesehenen Haupt- und Hilfsauslässe 18, 19 führen zu einem Entleeren oder Ab­ saugen der Kammer 10A. Somit wird der aufwärts gerichtete Rückprall, der dann auftritt, wenn der Strahlstrom von der Einspritzdüse 5 auf einen unteren Teil der Kammer 10A trifft oder schlägt, verhindert oder blockiert. Insofern besteht kaum die Möglichkeit, daß durch die aufwärtige Rückprallströ­ mung des Strahlstroms mitgeführter Staub od. dgl. das gerei­ nigte Wafer 7 erreichen wird.

Des weiteren lenken eine Mehrzahl von Leitplatten 12, die im unteren Teil der Reinigungskammer 10A vorhanden sind, den aus dem Einspritzen rührenden Strahlstrom ruhig und glatt zum Hauptauslaß 18, ohne ein Zurückwerfen oder Abreißen des Strahlstroms herbeizuführen. Da die mit dem Hilfsauslaß 19 versehene Absaugekammer 11 seitlich der Leitplatten 12 vor­ gesehen und von diesen durch die einen Durchtritt 21 besitzen­ de Trennplatte 17 abgeteilt ist, wird ein Teil des Strahl­ stroms langsam durch den Durchtritt 21 in die Absaugekammer 11 zum Austreten gebracht, so daß der Strahlstrom verlang­ samt wird, um durch den Hauptauslaß 18 mit Hilfe des Ab­ saugegebläses 9 wirksam abgezogen zu werden. Durch vorheri­ ges Einstellen der Durchströmungsmenge des Hauptauslasses 18 mit Hilfe des Drosselorgans 22 können in gut ausgegliche­ ner Weise sowohl eine Reduzierungs- oder Verlangsamungsfunk­ tion des Hilfsauslasses 19 wie auch ein Abzug vom Hauptaus­ laß 18 bewirkt werden. Die Trennplatte 17 hält die in der Absaugekammer 11 stehende Strömung an einem Zurückströmen zur Reinigungskammer 10A fest. Das Absaugen durch den Hilfsauslaß 19 trägt auch dazu bei, den aufwärtigen Rückprall zu verhindern, weil die Saugkraft rechtwinklig zum aufwärti­ gen Rückprall, der längs der Innenwand der Reinigungskammer 10A aufsteigt, wirkt. An dem Durchtritt 21 tritt ein aufwär­ tiger Rückprall längs der Innenwand nicht auf.

Wie vorstehend beschrieben wurde, ist eine Vorrichtung zur Reinigung von Wafern gemäß der Erfindung so ausgebildet, daß durch die gesamte Reinigungskammer 10A hindurch eine Abwärtsströmung und durch den Haupt- sowie den Hilfsauslaß 18, 19 hindurch eine wirksame Absaugung erzeugt werden, wo­ durch ein aufwärtiger Rückprall des aus dem Einspritzen oder Injizieren hervorgerufenen Strahlstroms an einem Erreichen des Wafers 7 gehindert ist. Die Reinigungskammer 10A kann klein bemessen werden, so daß selbst eine geringe Absaug- Förderleistung in zufriedenstellender und ausreichender Weise das aufwärts gerichtete Rückprallen, wodurch leicht Staub mitgeführt wird, und ein Erreichen des Halbleiterplättchens 7 durch den Rückprall bzw. den Staub unterbunden werden. In­ sofern können Wafer durch die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren gründlicher als im rele­ vanten Stand der Technik gereinigt werden.

Wenngleich bei der beschriebenen Ausführungsform die Haube 20 eine Abströmöffnung 14a hat, so kann diese Haube auch durch eine gelochte, durch Stanzen hergestellte Platte gebildet werden. Eine derartige Haube kann auch noch durch eine Abwärtsströmung in einem Clean-Raum od. dgl. abgesaugt werden, wodurch dieselbe Wirkung wie bei der beschriebenen Ausführungsform erlangt wird.

Gemäß der Erfindung können, mit kurzen Worten ausgedrückt, Halbleiterplättchen noch sauberer als in der einschlägigen Technik gereinigt werden. Das ist darauf zurückzuführen, daß die mit dem Hilfsauslaß ausgestattete Absaugekammer neben einem unteren Teil der Reinigungskammer vorhanden ist, wo­ bei eine Verbindung zwischen den beiden Kammern besteht, so daß der durch das Injizieren der gefrorenen Mikroteilchen erzeugte Strahlstrom verlangsamt werden kann und dadurch nicht in aufwärtiger Richtung zurückprallt oder, falls das doch geschieht, nicht das Wafer erreichen wird. Durch die klein bemessene Reinigungskammer und die geringe Förderlei­ stung des Absaugegebläses werden der von der Vorrichtung ein­ genommene Raum und die Investitions- sowie Betriebskosten vermindert.

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reinigung von Halbleiterplättchen offenbart. Eine mit einem Hilfsauslaß ausgestattete Absaugekammer verlangsamt den durch das Inji­ zieren von gefroreren Mikroteilchen erzeugten Strahlstrom und verhindert somit ein aufwärts gerichtetes Rückprallen des Strahlstroms. Im Strahlstrom mitgeführte Staub- und Schmutzpartikel werden somit von einem gereinigten Halblei­ terplättchen ferngehalten, so daß die Halbleiterplättchen gründlicher, als es nach dem Stand der Technik möglich ist, mit einfachen Mitteln gereinigt werden.

Claims (12)

1. Vorrichtung zur Reinigung von Halbleiterplättchen, die umfaßt:

• - eine Eiserzeugungsanlage (1) zur Herstellung von gefro­ renen Mikroteilchen (4) im wesentlichen aus ultrareinem Wasser,
• - eine Reinigungskammer (10A), die an ihrem Boden mit einem Hauptauslaß (18) versehen ist,
• - eine das Halbleiterplättchen (7) in der Reinigungskam­ mer (10A) haltende Halteeinrichtung (6),
• - eine die gefrorenen Mikroteilchen (4) in die Reinigungs­ kammer (10A) zum Halbleiterplättchen (7) hin injizierende Einspritzdüse (5),
• - einen Absaugekanal, der einen Hilfsauslaß (19) besitzt sowie mit der Reinigungskammer (10A) in Verbindung steht, und
• - ein Absaugegebläse (9), das sowohl mit dem Hauptauslaß (18) als auch mit dem Hilfsauslaß (19) verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Einspritzdüse (5) betätigende Antriebseinrich­ tung (13) ein Teil der Vorrichtung bildet und die Ein­ spritzdüse sowie die Antriebseinrichtung mit Ausnahme des Mundstücks der Einspritzdüse außerhalb der Reinigungskammer (10A) angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüse (5) von einer Haube (20) abgedeckt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Haube (20) mit einer Abströmöffnung (14a) ausgestat­ tet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Haube aus einer gelochten Metallplatte besteht.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigungskammer (10A) eine Strö­ mungsleitplatte (15) enthält, deren unterer Teil zum Zen­ trum der Reinigungskammer hin gekrümmt ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Strömungsleitplatte (15) ein Auslaß (14) aus der Reinigungskammer (10A) vorhanden ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Endabschnitt der Reinigungs­ kammer (10A) als glockenförmig ausgekelchte Öffnung (16) ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptauslaß (18) mit einem Drossel­ organ (22) ausgestattet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigungskammer (10A) in ihrem unteren Teil eine Leitplatte (12) enthält, die gefrorene Mikroteilchen (4) zum Hauptauslaß (18) hin leitet.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Absaugekammer (11) und die Reini­ gungskammer (10A) durch eine Trennplatte (17) mit einem Durchtritt (21) gegeneinander abgeteilt sind.

12. Verfahren zur Reinigung eines Halbleiterplättchens, das die Schritte umfaßt:

• - Halten des Halbleiterplättchens innerhalb einer Reini­ gungskammer, die in einem Bodenbereich einen Hauptauslaß besitzt, auf einem höhergelegenen Niveau,
• - Bestrahlen des Halbleiterplättchens mit aus im wesentli­ chen ultrareinem Wasser durch Gefrieren hergestellten ge­ frorenen Mikroteilchen und
• - Verhindern eines aufwärts gerichteten Rückpralls des durch das Injizieren der gefrorenen Mikroteilchen erzeug­ ten Strahlstroms und des Absetzens des im Strahlstrom mit­ geführten Staubes oder dergleichen durch Herabsetzen der Geschwindigkeit des Strahlstroms in einer mit einem Hilfsauslaß ausgestatteten Absaugekammer.