DE69631258T2

DE69631258T2 - Verfahren zum Entfernen von Verunreinigungen durch Bürsten

Info

Publication number: DE69631258T2
Application number: DE1996631258
Authority: DE
Inventors: John M. Palo Alto Delarios; G. Douglas Milpitas Gardner; Mikhail Sunnyvale Ravkin
Original assignee: Lam Research Corp
Current assignee: Lam Research Corp
Priority date: 1995-10-13
Filing date: 1996-10-11
Publication date: 2004-11-18
Anticipated expiration: 2016-10-12
Also published as: KR19990064221A; DE69631258D1; EP0914216A1; US6324715B1; EP1046433A1; DE69620037T2; US5858109A; US6145148A; WO1997013590A1; AU7264596A; US5868863A; US5806126A; EP1046433B1; EP0914216A4; DE69620037D1; KR100392828B1; EP0914216B1

Description

Diese Erfindung betrifft Verfahren zur Bearbeitung eines Substrates und insbesondere ein Verfahren zur Zuführung von chemischen Lösungen während des Reinigungsprozesses, beispielsweise von Halbleiter-Wafern.
Bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen muss die Oberfläche von Halbleiterscheiben von Verunreinigungen gereinigt werden. Wenn diese nicht entfernt werden, können sich die Verunreinigungen der Wafer auf die Leistungseigenschaften des Bauelements auswirken und verursachen, dass ein Ausfall des Bauelements in größerem Umfange eintritt als üblich.
Um die Verunreinigungen von Wafern zu entfernen, kann ein Bürstenreiniger eingesetzt werden, mit dem der Wafer an einer oder an beiden Seiten geschrubbt wird. Die Art der Reinigungslösung (Lösung), die in dem Bürstenreiniger verwendet wird, kann von der Art der zu entfernenden Verunreinigungen, der speziellen Art des zu schrubbenden Wafers und/oder von dem vom Hersteller bevorzugten Reinigungsverfahren abhängig sein. Beispielsweise fordern einige Hersteller ein niedriges Niveau der Verunreinigungen und können hierzu eine chemische Lösung zum Schrubben einsetzen, während andere Hersteller ein höheres Niveau der Verunreinigungen tolerieren (d. h., es muss eine geringere Menge der Verunreinigungen entfernt werden) und hierzu Wasser beim Schrubben einsetzen.
Da die Art der Lösung von den Anforderungen bei der Herstellung abhängig ist, können das Verfahren und die Vorrichtung, die zur Zuführung dieser Lösung eingesetzt werden, in gleicher Weise von den Anforderungen des Herstellers und der Art der angewendeten Lösung abhängen. Beispiele für Verfahren, die zur Zuführung der Lösung zum Schrubben angewendet werden, sind das Eintauchen des Wafers in die Lösung, das Sprühen der Lösung auf den Wafer und das Auftropfen der Lösung auf den Wafer oder auf die Bürste. Das System der Zuführung durch Auftropfen ist beschrieben im US-Patent 5,723,019 mit der Bezeichnung „Drip Chemical Delivery Method and Apparatus" („Verfahren und Vorrichtung zur Zuführung von Chemikalien durch Auftropfen"), das am 15. Juli 1994 eingereicht, und dem Rechtsnachfolger hierin erteilt wurde. Jedes dieser Verfahren hat seine Vor- und Nachteile.
Für das Eintauchen des Wafers in die Lösung werden große Volumina von chemischen Lösungen benötigt. Einige der Lösungen, beispielsweise NH₄OH, können teuer und bei der Anwendung gefährlich sein. Daher ist es wünschenswert, das Lösungsvolumen zu reduzieren.
Beim Besprühen des Wafers werden ebenfalls große Volumina der Lösungen eingesetzt. Ein anderer Nachteil beim Besprühen besteht darin, dass eine Überwachung der chemischen Zusammensetzung an der Oberfläche des Wafers nur in geringem Umfange gegeben ist. Beispielsweise können einige Systeme und Verfahren von relativ schneller Anströmung mit Lösungen mit hohem pH-Wert Gebrauch machen, so dass sich das pH-Profil an den Oberflächen schnell ändern und nicht einfach kontrolliert werden kann. Wenn das pH-Profil an der Oberfläche nicht kontrolliert wird, kann der Wafer beschädigt werden.
Beim Auftropfen der Lösung auf den Wafer oder auf die Bürste werden geringere Volumina der Lösung benötigt. Jedoch kann diese Verfahrensweise zu einer ungleichmäßigen Zuführung der Lösung führen. Somit können nur diejenigen Bereiche des Wafers gereinigt werden, auf die die Lösung aufgetropft wird. Je nach der Reaktivität der Lösung kann deren Auftropfen den Wafer außerdem beschädigen. Einige Lösungen können reagieren, sobald sie die Waferoberfläche erreichen, und dadurch „Furchen" oder "Löcher" an den Stellen bilden, an denen Lösung auf den Wafer aufgetropft wird. Andere Lösungen, beispielsweise NH₄OH, reagieren nicht so schnell und schädigen den Wafer nicht.
In SEMICON KOREA 95, PROCESS TECHNOLOGY, 19. Januar 1995, S. 29 bis 36; Atsuro Eitoku: "Post CMP Cleaning Technology" („Reinigungstechnologie nach dem chemisch-mechanischen Polieren") ist ein Verfahren zur Entfernung von Verunreinigungsstoffen von einem Substrat offenbart, das die Durchführung eines ersten Schrubbarbeitsganges auf dem Substrat in einer ersten Bürstenstation und anschließend eines zweiten Schrubbarbeitsganges in einer zweiten Bürstenstation und danach eine Spülung des Substrates umfasst. In JP-A-59086226 ist eine Bürstenstation offenbart, die Bürsten mit dem Merkmal der Durchführung für die Waschflüssigkeit verbindet. In US-A-4,811,443 ist eine Vorrichtung zum Waschen und Abreiben beider Oberflächen eines Substrates offenbart, in der zwei nebeneinander angeordnete Reinigungsscheiben mit einem scheibenförmigen Wischelement auf jeder Scheibe eingesetzt werden.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren bereit zum Anwenden von Reinigungslösungen in der Weise, dass eine gleichmäßige Verteilung der Lösung und eine bessere Kontrolle über das pH-Profil ermöglicht wird, mit dem aber keine großen Mengen von Chemikalien eingesetzt werden.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren bereit zum Entfernen von Verunreinigungsstoffen von einem Substrat in einem Reinigungsvorgang für Substrate durch Einsatz eines Bearbeitungssystems für Substrate nach Anspruch 1.
Zusätzliche Ausführungsformen und Vorteile der vorliegenden Erfindung erschließen sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung, den Figuren und Ansprüchen.
Die vorliegende Erfindung wird beispielhaft und ohne Beschränkung in den anliegenden Figuren veranschaulicht. Im Einzelnen zeigen:
1: eine Querschnittsdarstellung einer DSS-200^TM Anlage;
2: eine derzeit bevorzugte Ausführungsform eines chemischen Zuführungssystems mit hoher Konzentration;
3: eine derzeit bevorzugte Ausführungsform eines chemischen Zuführungssystems mit niedriger Konzentration.
Es wird ein Verfahren zur Zuführung von Chemikalien durch die Bürste offenbart. In der nachfolgenden Beschreibung werden zahlreiche spezifische Details dargelegt, wie spezifische Materialien, Verfahrensschritte, Verfahrensparameter, Lösungen usw., um ein gründliches Verständnis der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen. Für einen Fachmann ist es jedoch nahe liegend zu erkennen, dass diese spezifischen Details nicht angewendet zu werden brauchen, um die vorliegende Erfindung auszuführen. In anderen Fällen sind bekannte Materialien und Methoden nicht im Detail beschrieben, um zu vermeiden, dass die vorliegende Erfindung unnötigerweise nicht klar zutage tritt.
Die vorliegende Erfindung kann zur Durchführung einer Anzahl von Reinigungsverfahren für Substrate angewendet werden. Obwohl die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit der Reinigung eines Wafers beschrieben wird, ist ersichtlich, dass ein beliebiges, ähnlich geformtes, d. h. im Allgemeinen flaches Substrat mit dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt werden kann. Außerdem ist ersichtlich, das jeder Hinweis auf einen Wafer oder ein Substrat auch ein nacktes oder reines Halbleitersubstrat mit oder ohne Dotierung, ein Halbleitersubstrat mit epitaktischen Lagen, ein Halbleitersubstrat, in das eine oder mehrere Bauelementschichten in einer beliebigen Herstellstufe einbezogen sind, andere Arten von Substraten, die eine oder mehrere Halbleiterlagen aufweisen, wie Substrate, die einen Halbleiter auf einem Isolator (SOI ≡ semiconductor on isolator) enthalten, oder Substrate zum Herstellen anderer Vorrichtungen und Bauelemente wie Flachbildschirme, Multichip-Bausteine usw., einschließt. Um die Erfindung klar herauszuarbeiten, bezieht sich die nachfolgende Beschreibung jedoch auf das Reinigen von Wafern im Allgemeinen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Anwendung der vorliegenden Erfindung beispielhaft in einem Reinigungsverfahren erläutert.
Überblick über das Reinigungsverfahren
Ohne die vorliegende Erfindung zu beschränken, wird diese im Zusammenhang mit einem Reinigungsverfahren und insbesondere mit einem Reinigungsverfahren, bei dem beide Seiten des Wafers geschrubbt werden, beispielhaft beschrieben. Die Bürstmaschine umfasst mehrere Stationen. Jede dieser Stationen stellt eine oder mehrere Stufen im Reinigungsverfahren für Substrate dar. Kontaminierte Substrate werden an einem Ende des Systems aufgegeben, und gereinigte und getrocknete Substrate werden am anderen Ende des Systems wieder entnommen. Ein Beispiel eines derartigen Systems ist die Bürstmaschine DSS-200^TM von OnTrak Systems, Inc., Milpitas, Kalifornien, USA.
In 1 ist eine Querschnittsdarstellung der DSS-200^TM Anlage (Reinigungssystem) gezeigt. Üblicherweise werden die kontaminierten Substrate dem Reinigungssystem nach dem chemisch-mechanischen Polieren (CMP) von einem Nassarbeitsplatz oder von anderen Prozessen kommend, in denen sie kontaminiert werden, zugeführt. Zu Beginn des Reinigungsprozesses werden kontaminierte Substrate in eine Waferkassette 180 (Kassette) geladen. Die Kassette 180 wird dann in die Nassladestation 110 verbracht. Nachdem die Kassette 180 in die Nassladestation 110 gestellt worden ist, werden die Substrate aus der Kassette 180 automatisch entladen und nacheinander in die äußere Bürstenstation 120 gestellt.
In der äußeren Bürstenstation 120 wird ein Substrat mittels eines ersten Schrubbschrittes behandelt. In einer derzeit bevorzugten Ausführungsform wird das Substrat während des ersten Schrubbschrittes mit Ammoniumhydroxid-Lösung (NH₄OH) behandelt. Das Substrat wird über die Bürsten 121 mit der NH₄OH-Lösung in Kontakt gebracht. Die Zuführung der chemischen NH₄OH-Lösung durch die Bürsten wird weiter unten nach dem Überblick über den Schrubbprozess detailliert dargelegt.
Das geschrubbte Substrat wird dann von der äußeren Bürstenstation 120 automatisch entfernt und in die innere Bürstenstation 130 überführt. In der inneren Bürstenstation 130 wird das Substrat mit einer zweiten Bürste behandelt. In der derzeit bevorzugten Ausführungsform wird das Substrat während des zweiten Schrubbschrittes mit Fluorwasserstoff-Lösung (HF) behandelt. Wie im ersten Schrubbschritt wird die HF-Lösung über Bürsten 131 zu dem Substrat geleitet. Die Zuführung der chemischen HF-Lösung über die Bürsten wird ebenso nachfolgend nach dem Überblick über den Schrubbprozess detailliert beschrieben.
Nach dem zweiten Schrubbschritt wird das Substrat dann aus der inneren Bürstenstation 130 automatisch entfernt und in die Spül-, Spin- und Trockenstation 140 überführt. In der Spül-, Spin- und Trockenstation 140 wird das Substrat gespült, rotiert und getrocknet. Zu diesem Zeitpunkt ist der Wafer gereinigt.
Sobald die Spül-, Spin- und Trockenschritte abgeschlossen sind, wird das Substrat dann von der Spül-, Spin- und Trockenstation 140 zur Entladestation 150 geführt, in der das Substrat in die Kassette 181 gestellt wird. Der Transport wird üblicherweise mittels eines Roboterarmes ausgeführt, der das Substrat an seinen Rändern aus der Spül-, Spin- und Trockenstation 140 heraushebt und in die Kassette 181 stellt. Die Kassette wird dann zur Lagerstation oder zu einer anderen Reinigungs- oder Behandlungsstation geführt.
Für einen Fachmann ist es klar, dass einige der Schritte in dem vorstehend beschriebenen Reinigungssystem in einer anderen Reihenfolge oder mit anderen Lösungen als mit den beschriebenen ausgeführt werden können. Beispielsweise können die verwendeten Lösungen von Ammoniumhydroxid und Fluorwasserstoff in den Bürstenstationen 120 bzw. 130 vertauscht werden. Gemäß einem weiteren Beispiel können andere Lösungen wie Wasser, Citronensäure und Ammoniumcitrat anstelle von Ammoniumhydroxid- oder Fluorwasserstoff-Lösungen eingesetzt werden.
Es sollte berücksichtigt werden, dass die vorliegende Erfindung auch in anderen Reinigungssystemen und -verfahren eingesetzt werden kann, während die nachstehende Beschreibung die Anwendung der vorliegenden Erfindung in einem Reinigungssystem, bei dem beide Seiten des Substrates geschrubbt werden, veranschaulicht. Beispielsweise kann ein Reinigungssystem eingesetzt werden, bei dem nur eine einzige Seite des Substrates geschrubbt wird.
Zuführungssysteme für chemische Lösungen
Bezug nehmend auf die obigen Ausführungen zu den Bürstenstationen kann ein Zuführungssystem für Chemikalien eingesetzt werden, mit dem die chemische Lösung über die Bürsten auf das Substrat aufgebracht wird. Das spezielle eingesetzte Zuführungssystem kann von der Art der verwendeten chemischen Lösung und der gewünschten Konzentration der Lösung abhängig sein. Zwei Typen derartiger Systeme werden nachfolgend beschrieben: eines, bei dem die Chemikalie in einer hohen Konzentration an die Bürsten abgegeben und dann verdünnt wird, und ein anderes, bei dem eine Chemikalie in einer geringeren Konzentration (d. h. eine bereits verdünnte chemische Lösung) an die Bürsten abgegeben wird.
Das erste zu beschreibende System ist ein chemisches Zuführungssystem über eine Bürste, bei dem ein chemisches Produkt der Bürste in einer hohen Konzentration direkt zugeführt und dann durch Zugabe von Wasser verdünnt wird (Zuführungssystem für Chemikalien in hoher Konzentration). Eine derzeit bevorzugte Ausführungsform des chemischen Zuführungssystems mit hoher Konzentration ist in 2 gezeigt. Beispielsweise wird das chemische Zuführungssystem mit hoher Konzentration weiter unten im Zusammenhang mit der Zuführung von Ammoniumhydroxid (NH₄OH) beschrieben. Für einen Fachmann ist es nahe liegend zu erkennen, dass auch andere Chemikalien im Zusammenhang mit dem beschriebenen System eingesetzt werden können.
NH₄OH wird verwendet, um das Zeta-Potenzial zwischen der Substratoberfläche und den Verunreinigungen zu verändern. Das Zeta-Potenzial steht mit der Oberflächenenergie oder der „Ladung" an der Substratoberfläche und den Verunreinigungsstoffen in Beziehung. NH₄OH ändert das Zeta-Potenzial in der Weise, dass die Verunreinigungsstoffe und die Substratoberfläche Potenziale mit ähnlicher Ladung aufweisen und somit einander abstoßen.
In einer derzeit bevorzugten Ausführungsform des chemischen Zuführungssystems 200 mit hoher Konzentration sind zwei getrennte Zuführungsrohre vorge sehen: ein Rohr zur Zuführung einer Chemikalie, zum Beispiel NH₄OH, (d. h. das Zuführungsrohr 210), und ein anderes Rohr zur Zuführung von Wasser, beispielsweise von deionisiertem Wasser (d. h. das Zuführungsrohr 220). Indem getrennte Zuführungsrohre für die Chemikalie, das NH₄OH, und das Wasser vorgesehen werden, kann die Durchflussrate von NH₄OH unabhängig von der Durchflussrate von deionisiertem Wasser kontrolliert werden. In einer derzeit bevorzugten Ausführungsform liegt die Durchflussrate von deionisiertem Wasser im Bereich von etwa 0,5 bis 1 Liter pro Minute und die Durchflussrate von NH₄OH im Bereich von etwa 50 bis 500 Milliliter pro Minute bei Konzentrationen im Bereich von ungefähr 0,5 bis 29 Prozent. Da die beiden Zuführungsrohre getrennt sind, kann das deionisierte Wasser während des Schrubbens gleichmäßig durch die Bürste fließen. Dann kann das NH₄OH je nach Bedarf angestellt oder abgestellt werden, um das Zeta-Potenzial des Substrates zu kontrollieren. Es sollte jedoch berücksichtigt werden, und für einen Fachmann ist es nahe liegend zu erkennen, dass jedes Zuführungsrohr zu jedem beliebigen Zeitpunkt zu- oder abgeschaltet werden kann und dass auch andere Durchflussraten und Konzentrationen je nach Bedarf durch einen speziellen Anwender eingestellt werden können.
Wie aus 2 zu entnehmen ist, ist das Zuführungsrohr 210 innerhalb des Zuführungsrohrs 220 angeordnet. Für einen Fachmann ist es nahe liegend zu erkennen, dass andere Anordnungen für den Aufbau der Zuführungsrohre eingesetzt werden können. Beispielsweise können die Rohre nebeneinander und nicht das eine innerhalb des anderen angeordnet sein. In einer weiteren Ausführungsform des Zuführungssystems 200 ist am Ende des Zuführungsrohrs 210 eine Ablenkfläche angeordnet, so dass das NH₄OH aus dem Zuführungsrohr nicht in einem Schwall austreten kann. Es sollte berücksichtigt werden, dass es für einen Fachmann nahe liegend ist, dass die Größe der Zuführungsrohre je nach den gewünschten Konzentrationen, Volumina und Durchflussraten für das spezielle Reinigungsverfahren variieren kann.
Wie in 2 gezeigt ist, werden das NH₄OH und das deionisierte Wasser dem Zuführungssystem 200 jeweils über die Zuführungsrohre 210 und 220 in den hohlen Innenraum (Kern) 230 der Bürste 240 zugeführt. Das NH₄OH und das deionisierte Wasser werden im hohlen Innenraum 230 sorgfältig vermischt, so dass die chemische Lösung in gleichmäßiger Konzentration auf die Bürste verteilt werden kann. Für einen Fachmann ist es nahe liegend zu erkennen, dass der hohle Innenraum 230 durch einen einfachen Raum, Rohre, Kanäle, Taschen usw. gebildet werden kann.
Die Bürste 240 kann im Allgemeinen aus zwei Arten von Bürsten ausgewählt werden: Borstenbürsten und Schwammbürsten. Gemäß einer derzeit bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden PVA-Schwammbürsten eingesetzt. Die chemische Lösung (NH₄OH-Lösung) wird auf die Bürsten derart verteilt, dass diese mit der NH₄OH-Lösung gleichmäßig durchtränkt (oder gesättigt) werden. Gemäß der in 2 gezeigten, derzeit bevorzugten Ausführungsform werden die Bürsten mit der NH₄OH-Lösung gesättigt, indem die Lösung durch die Schlitze (oder Löcher) 250 im äußeren Rand des hohlen Innenraums 230 hindurch treten. Für einen Fachmann ist es nahe liegend zu erkennen, dass andere Ausführungsformen und Vorrichtungen, beispielsweise Ablenkflächen oder Kanäle eingesetzt werden können, um die Bürsten gleichmäßig zu durchtränken.
Sobald die Bürste 240 mit der NH₄OH-Lösung gesättigt ist, wird sie über die Rotationseinrichtung 260 in Rotation versetzt. Die Rotationseinrichtung 260 versetzt die Bürste 240 in eine Drehung im Uhrzeigersinn (oder entgegen dem Uhrzeigersinn), wobei die NH₄OH-Lösung auf das Substrat aufgebracht wird, während das Substrat zur Entfernung von Verunreinigungsstoffen geschrubbt wird. Da die Bürste 240 mit der NH₄OH-Lösung gesättigt ist, wird letztere auf das Substrat gleichmäßig aufgebracht. Die gleichmäßige Verteilung einer chemischen Lösung ist wichtig, um den pH-Wert auf der Substratoberfläche zu kontrollieren. Eine ungleichmäßige Verteilung der chemischen Lösung kann in lokalen Bereichen auf der Substratoberfläche zu einer verschlechterten oder verringerten Entfernung der Verunreinigungen führen.
Nachdem das Substrat geschrubbt worden ist, kann es anschließend mit Wasser gespült werden. In einer derzeit bevorzugten Ausführungsform wird das Substrat durch Abschalten des Zuführungsrohres 210 gespült, so dass der Durchfluss von NH₄OH unterbrochen ist und nur noch deionisiertes Wasser in den hohlen Innenraum 230 zugeführt wird. Nachdem das Zuführungsrohr 210 abgeschaltet ist, wird die NH₄OH-Lösung abgeführt, so dass der pH-Wert an der Oberfläche des Substrates während des Schrubbvorgangs allmählich absinkt. Somit wird die chemische Lösung von dem chemischen Zuführungssystem 200 nicht nur gleichmäßig zugeführt, sondern die Kontrolle des pH-Wertes auf dem Substrat durch das Zuführungssystem 200 auch aufrechterhalten. Es sollte berücksichtigt werden, dass das Substrat auch durch Sprühen gespült werden kann, jedoch wird das Substrat durch Spülen mit dem deionisierten Wasser durch die Bürsten nicht nur gespült, sondern die zurückbleibende NH₄OH-Lösung aus der Bürste 240 auch herausgespült. Je nach Typ der verwendeten Chemikalie kann das Spülen der Bürste 240 deren Lebensdauer verlängern und kann auch nützlich sein, das Bürstensystem so vorzubereiten, dass andere Chemikalien anstelle von NH₄OH eingesetzt werden können.
Wie zuvor angegeben, kann das spezielle verwendete Zuführungssystem von der Art der eingesetzten chemischen Lösung und der gewünschten Konzentration dieser Lösung abhängig sein. Das zweite zu beschreibende System ist ein chemisches Zuführungssystem über eine Bürste, bei dem eine Chemikalie einer Bürste in einer niedrigen Konzentration zugeführt wird (Zuführungssystem von Chemikalien in niedriger Konzentration). Eine derzeit bevorzugte Ausführungsform für ein chemisches Zuführungssystem mit niedriger Konzentration ist in 3 gezeigt. Weiter unten ist ein chemisches Zuführungssystem mit niedriger Konzentration im Zusammenhang mit der Zuführung von Fluorwasserstoff (HF) beispielhaft beschrieben. Für einen Fachmann ist es nahe liegend zu erkennen, dass andere Chemikalien in Verbindung mit dem beschriebenen System eingesetzt werden können.
HF wird verwendet, um eine dünne Oxidschicht von der Substratoberfläche zu entfernen. Während des chemisch-mechanischen Polierens eines Substrates können sich Mikrorisse in einer Oxidschicht bilden. In diesen Mikrorissen reichern sich geringe Materialablagerungen, beispielsweise von Kalium und Natrium, an. Um diese Mikrorisse (und mit diesen die Materialablagerungen, die sich darin angereichert haben) zu entfernen, wird ein kurzer Ätzschritt durchge führt, um eine dünne Lage der Oxidschicht zu entfernen. Eine Methode zur Durchführung eines derartigen Ätzschrittes besteht darin, das Substrat mit einer HF-Lösung zu schrubben. Das Substrat wird in einer HF-Lösung geschrubbt, bis ungefähr 25 Å bis ungefähr 250 Å der Oxidschicht entfernt worden sind, so dass die in den Mikrorissen abgelagerten Materialien entfernt werden. In einer derzeit bevorzugten Ausführungsform wird das Substrat in einer HF-Lösung geschrubbt, bis ungefähr 100 Å der Oxidschicht entfernt worden sind.
Da HF mit der Substratoberfläche sehr schnell reagiert, wird die Verwendung einer HF-Lösung mit einer niedrigeren Konzentration, jedoch in höheren Volumina vorgezogen. Eine HF-Lösung mit einer Konzentration im Bereich von etwa 0,25 Prozent bis etwa 2 Prozent kann auf das Substrat angewendet werden. In einer derzeit bevorzugten Ausführungsform wird eine HF-Lösung mit einer Konzentration von H₂O : HF von ungefähr 100 : 1 eingesetzt.
In einer derzeit bevorzugten Ausführungsform des chemischen Zuführungssystems 300 mit niedriger Konzentration werden die vorgemischte HF-Lösung und Wasser nacheinander durch die Versorgungsleitungen 310 bzw. 320 zugeführt. Gemäß der weiter oben beschriebenen, derzeit bevorzugten Ausführungsform werden die benötigten Mengen an Wasser, beispielsweise an deionisiertem Wasser, der Bürste über die Versorgungsleitung 320 zugeführt, um die Bürste und das Substrat während des Schrubbvorgangs feucht zu halten. Falls es gewünscht ist, den Ätzprozess durchzuführen, wird die Wasser liefernde Zuführungsleitung 320 abgeschaltet und die HF-Lösung liefernde Versorgungsleitung 310 zugeschaltet. Nach einem vorbestimmten Zeitablauf oder nachdem ein zufrieden stellender Ätzschritt durchgeführt worden ist, werden die HF-Versorgungsleitung 310 abgeschaltet und die Wasserleitung 320 wieder angeschaltet.
Die Versorgungsleitungen 310 und 320 führen in das Zuführungsrohr 370. Das Zuführungsrohr 370 führt dann die HF-Lösung oder das deionisierte Wasser mit einer vorbestimmten Durchflussrate in den hohlen Innenraum (Kern) 330 der Bürste 340. Die Durchflussrate von HF kann im Bereich von ungefähr 0,2 bis ungefähr 0,7 Liter pro Minute liegen, und die Durchflussrate von deionisiertem Wasser kann im Bereich von ungefähr 0,5 bis ungefähr 1 Liter pro Minute lie gen. Für einen Fachmann ist es nahe liegend zu erkennen, dass andere Anordnungen eingesetzt werden können, um die HF-Lösung und das deionisierte Wasser zuzuführen, beispielsweise die Zuführungsrohre 210 und 220, die weiter oben im Zusammenhang mit dem chemischen Zuführungssystem mit hoher Konzentration beschrieben worden sind, vorausgesetzt, dass die spezifischen Durchflussraten jeder Chemikalie oder Lösung in geeigneter Weise eingestellt werden usw.
Wie im Hinblick auf das chemische Zuführungssystem mit hoher Konzentration beschrieben worden ist, kann die Bürste 340 des chemischen Zuführungssystems mit niedriger Konzentration im Allgemeinen ausgewählt werden aus zwei Arten von Bürsten: Borstenbürsten und Schwammbürsten. In einer derzeit bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden PVA-Schwammbürsten eingesetzt. Während des Ätzprozesses wird die chemische Lösung (HF-Lösung) auf die Bürsten derart verteilt, dass die Bürsten mit der HF-Lösung gleichmäßig durchtränkt (oder gesättigt) werden. In der derzeit bevorzugten Ausführungsform, die in 3 dargestellt ist, werden die Bürsten mit der HF-Lösung gesättigt, indem die Lösung durch die Schlitze (oder Löcher) 350 im äußeren Rand des hohlen Innenraums 330 hindurch tritt. Für einen Fachmann ist es nahe liegend zu erkennen, dass andere Ausführungsformen und Vorrichtungen eingesetzt werden können, um die Bürsten gleichmäßig zu durchtränken, beispielsweise Ablenkbleche oder Kanäle.
Sobald die Bürste 340 mit der HF-Lösung gesättigt ist, wird diese mittels einer Rotationseinrichtung 360 in Rotation versetzt. Die Rotationseinrichtung 360 dreht die Bürste 340 im Uhrzeigersinn (oder entgegen dem Uhrzeigersinn), wobei die HF-Lösung dem Substrat zugeführt wird. Da die Bürste 340 mit der HF-Lösung gesättigt ist, wird die Lösung dem Substrat gleichmäßig zugeführt. Somit wird das Substrat gleichmäßig geätzt, um die die Mikrorisse der Oxidschicht ausfüllenden Verunreinigungen zu entfernen.
Die HF-Lösung wird nur angewendet, bis die Oxidschicht in gewünschtem Umfange entfernt worden ist, beispielsweise bis etwa 100 Å bei der zuvor erwähnten bevorzugten Ausführungsform entfernt worden sind. Sobald der gewünschte Ätzgrad erreicht ist, muss der Ätzprozess gestoppt werden. Um den Ätzprozess zu stoppen, wird die HF-Versorgungsleitung 310 abgeschaltet und die Wasserversorgungsleitung 320 wieder angeschaltet. Nachdem die Versorgungsleitung 310 abgeschaltet ist, verschwindet die HF-Lösung, und die Bürste und das Substrat werden nur mit deionisiertem Wasser gewaschen, so dass der Ätzprozess angehalten wird.
Es sollte berücksichtigt werden, und für einen Fachmann ist es nahe liegend zu erkennen, dass andere Verfahren zum Spülen der Bürste und des Substrates ebenfalls einsetzbar sind, beispielsweise Sprühen mit deionisiertem Wasser. Obwohl die vorliegende Erfindung im Hinblick auf die Verwendung von NH₄OH- und HF-Lösungen beschrieben worden ist, sollte ebenfalls berücksichtigt werden, dass die vorliegende Erfindung auch mit anderen chemischen Lösungen ausgeführt werden kann, beispielsweise Citronensäure, Ammoniumcitrat, Chlorwasserstoff, Chelatbildnern, oberflächenaktiven Stoffen, chemischen Mischungen usw. Außerdem ist es für einen Fachmann nahe liegend zu erkennen, dass die Zuführungssysteme mit niedriger Konzentration und mit hoher Konzentration entweder in der ersten Bürstenstation oder der zweiten Bürstenstation eingesetzt werden können, oder dass das gleiche Zuführungssystem in beiden Bürstenstationen eingesetzt werden kann.
Die zuvor beschriebenen chemischen Zuführungssysteme (d. h. die chemische Zuführung durch die Bürste) bringen chemische Lösungen gleichmäßig auf das Halbleitersubstrat auf, führen zu reduzierten Volumina von chemischen Lösungen, die beim Schrubbvorgang verbraucht werden und helfen, das pH-Profil an einem Substrat während des Schrubbens zu kontrollieren.
Somit ist ein Verfahren zur Zuführung von Chemikalien durch eine Bürste beschrieben. Obwohl bestimmte Ausführungsformen, einschließlich bestimmter Ausrüstungen, Verfahrensschritte, Prozessparameter, Materialien, Lösungen usw. beschrieben worden sind, werden diverse Änderungen der offenbarten Ausführungsformen für einen Fachmann selbstverständlich, der diese Ausführungen liest. Daher versteht es sich von selbst, dass derartige Ausführungsformen lediglich veranschaulichenden Charakter haben und die Breite der Erfin dung nicht schmälern, und dass diese Erfindung nicht auf die speziellen dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist.

Claims

Verfahren zum Entfernen von Verunreinigungen von einem Substrat bei einem Substratreinigungsvorgang unter Verwendung eines Substratverarbeitungssystems, umfassend: – Einführen des Substrates in eine erste Bürstenstation (120), – Zuführen einer ersten Mischung aus einer ersten Lösung und deionisiertem Wasser (DIW) durch Bürsten (240) der ersten Bürstenstation (120) und Schrubben des Substrates mit der ersten Mischung, – Unterbrechen des Zuführens der ersten Lösung, um die erste Mischung in eine hauptsächlich das deionisierte Wasser enthaltende Mischung zu überführen, und Fortsetzen des Schrubbens des Substrates, – Unterbrechen des Schrubbens in der ersten Bürstenstation (120) und Transportieren des Substrates in eine zweite Bürstenstation (130), – Zuführen einer zweiten Mischung aus einer zweiten Lösung und deionisiertem Wasser durch die Bürsten (340) der zweiten Bürstenstation (130) und Schrubben des Substrates mit der zweiten Mischung, – Unterbrechen des Zuführens der zweiten Lösung, um die zweite Mischung in eine hauptsächlich das deionisierte Wasser enthaltende Mischung zu überführen und – Entfernen des Substrates von der zweiten Bürstenstation (130).
Verfahren zum Entfernen von Verunreinigungen von einem Substrat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lösung eine hochkonzentrierte Lösung ist, welche das Zeta-Potenzial zwischen einer Oberfläche des Substrates und den Verunreinigungen in der Weise ändert, dass sich die Verunreinigungen und die Oberfläche des Substrates von einander abstoßen.
Verfahren zum Entfernen von Verunreinigungen von einem Substrat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Lösung eine gering konzentrierte Lösung ist, welche die Substratoberfläche ätzt.
Verfahren zum Entfernen von Verunreinigungen von einem Substrat nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lösung NH₄OH ist.
Verfahren zum Entfernen von Verunreinigungen von einem Substrat nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Lösung HF ist.