DE4030434A1 - Verfahren zum reinigen der oberflaeche eines festen koerpers - Google Patents
Verfahren zum reinigen der oberflaeche eines festen koerpersInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen der Ober
fläche eines festen Körpers, insbesondere ein Verfahren zum
Reinigen einer derartigen Oberfläche, bei dem feine gefrorene
Teilchen erzeugt und diese Teilchen gegen die Oberfläche des
festen Körpers gesprüht werden, beispielsweise eines Halblei
terwafers oder einer gedruckten Schaltung oder dergleichen,
um Verunreinigungen zu entfernen, die sich auf der Oberfläche
des festen Körpers abgesetzt haben.
Die Fig. 4 und 5 zeigen schematische Darstellungen zur Erläu
terung dieser herkömmlichen Art eines Reinigungsverfahrens,
das für eine allgemeine Entfettungsreinigung oder Reinigung
allgemeiner Art verwendet wird, und zwar als Ersatz für eine
Trichlorethylen-Reinigung oder Flon-Reinigung oder derglei
chen. Um Verunreinigungen zu entfernen, die sich auf der
Oberfläche eines festen Körpers, beispielsweise eines Halb
leiterwafers abgesetzt haben, wird superreines Wasser aus
einer Sprühdüse 1 mit einem hohen Druck von 30 kg cm2×G
oder mehr in Form eines Strahles gegen die Oberfläche eines
festen Körpers 2 gespritzt, wie es in Fig. 4 angedeutet ist.
Somit wird eine Verunreinigung 3 von der Oberfläche des
festen Körpers 2 entfernt.
Wie aus Fig. 5 ersichtlich, werden solche Verunreinigungen 3
manchmal auch so von der Oberfläche des festen Körpers 2
entfernt, daß man superreines Wasser verwendet, welches auf
die zu reinigende Oberfläche 2 aus der Sprühdüse 1 aufge
sprüht wird, und zur gleichen Zeit rotiert eine zylindrische
Bürste 5 mit einer Drehachse 4 als Achse in Richtung eines
Pfeiles A und gleitet dabei in Richtung eines Pfeiles B auf
der Oberfläche des festen Körpers 2 in Kontakt mit diesem
entlang.
Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, werden die
herkömmlichen Verfahren zum Reinigen einer Oberfläche eines
festen Körpers durchgeführt, indem man den Druck einer
Flüssigkeit, beispielsweise von strahlförmig aufgebrachtem
superreinen Wasser, und Reibungskraft einer Bürste verwendet.
Bei den herkömmlichen Verfahren treten jedoch die nachstehen
den Probleme auf. Wenn die Verunreinigungen sehr fein werden
und eine Teilchengröße von 10 µm oder weniger haben, nimmt
die Klebkraft oder Haltekraft der Verunreinigungen an der
Oberfläche des festen Körpers zu, und die Kraft bei einem
üblichen Bestrahlen mit einer Flüssigkeit zum Entfernen von
solchen feinen Verunreinigungen ist zu schwach, so daß die
Reinigungswirkung bzw. die Wirkung zum Entfernen solcher
Verunreinigungen nicht ausreichend ist.
Wenn der Druck zum Aufstrahlen der Flüssigkeit erhöht wird,
beispielsweise auf Werte von 100 kg/cm2×G oder mehr, so
wird ein Teil der Innenseite der Sprühdüse verschlissen und
weggerieben, und zwar durch die mechanische Reibung, die von
der Flüssigkeit ausgeht. Diese abgeriebenen Teilchen werden
zusammen mit der Flüssigkeit aufgestrahlt und bewirken, daß
die Oberfläche eines festen Körpers verunreinigt wird. Wenn
eine Bürste verwendet wird, besteht die Gefahr, daß die zu
reinigende Oberfläche durch den Abrieb der Bürste verunrei
nigt wird und daß Verunreinigungen, die an der Bürste haften
und von der Oberfläche entfernt worden sind, erneut auf die
Oberfläche des zu reinigenden festen Körpers aufgebracht
werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren zum Reinigen einer Oberfläche eines festen Körpers
anzugeben, das in der Lage ist, in wirksamer Weise Fremdkör
per zu entfernen, die mit einer starken Adhäsionskraft an der
Oberfläche des festen Körpers haften, beispielsweise Verun
reinigungen in Form von feinen Teilchen oder eine Ölschicht
oder dergleichen.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung in zufriedenstellender
Weise gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt das Auf
sprühen von feinen gefrorenen Teilchen, die durch Gefrieren
einer Flüssigkeit gebildet werden, auf die Oberfläche eines
zu reinigenden festen Körpers, um die Reinigung durchzufüh
ren, und das Verändern der Härte der feinen gefrorenen Teil
chen, um Beschädigungen der Oberfläche des festen Körpers zu
vermeiden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Reinigen einer Ober
fläche eines festen Körpers, um Fremdkörper zu entfernen,
also Verunreinigungen in Form von feinen Teilchen oder eines
Ölfilmes oder dergleichen, die auf der Oberfläche eines
festen Körpers abgelagert sind, werden feine gefrorene Teil
chen mit einer Teilchengröße von 0,01 µm bis 5 mm verwendet.
Die feinen gefrorenen Teilchen werden gegen die Oberfläche
des festen Körpers gestrahlt, und zwar zusammen mit stick
stoffgekühlter Luft unter Verwendung des Trägergasdruckes,
wobei als Trägergas Stickstoffgas oder N2-Gas verwendet wird.
Diese feinen gefrorenen Teilchen werden hergestellt durch
Gefrieren einer Flüssigkeit, wie z. B. von Wasser, von
superreinem Wasser oder von Alkohol. Die Härte dieser Teil
chen wird eingestellt, indem man die Art der Flüssigkeit und
die Temperaturen zur Eisherstellung und zum Aufstrahlen
ändert, so daß die Einwirkungen auf die Oberfläche des festen
Körpers eingestellt und Beschädigungen vermieden werden.
Gemäß einem speziellen Merkmal des erfindungsgemäßen Verfah
rens ist vorgesehen, daß eine Reinigung bei tiefen Temperatu
ren von -150°C bis 0°C erfolgt, wobei feine gefrorene Teil
chen und stickstoffgekühlte Luft aufgesprüht bzw. aufge
strahlt werden.
Gemäß der Erfindung werden die Verunreinigungen entfernt
durch die Bewegungsenergie, wenn die feinen gefrorenen Teil
chen aufgestrahlt werden und mit der Oberfläche des festen
Körpers kollidieren. Wenn die Verunreinigung eine Ölfilm
oder Ölschichtverunreinigung ist, wird die Tieftemperaturrei
nigung so durchgeführt, daß die Verunreinigungen zuerst
verfestigt und dann entfernt werden. Insbesondere im Falle
von organischen Filmen oder Schichten wird durch die Tempera
turänderung eine Kontraktionswirkung erzielt, und die
Adhäsion zwischen der Verunreinigung einerseits und der Ober
fläche eines festen Körpers andererseits wird verringert.
Dadurch lassen sich organische Filme oder Schichten leicht
entfernen.
Wenn die Härte der feinen gefrorenen Teilchen so eingestellt
wird, daß sie geringer oder weicher ist als die der Oberflä
che eines zu reinigenden festen Körpers, so werden diese
feinen gefrorenen Teilchen fein zertrümmert, wenn die feinen
gefrorenen Teilchen mit der Oberfläche des zu reinigenden
festen Körpers kollidieren. Dadurch ergeben sich die Vor
teile, daß solche zertrümmerten feinen gefrorenen Teilchen
die Verunreinigungen in Form von Teilchen auf der zu reini
genden Oberfläche aufnehmen und entfernen und daß diese
gefrorenen Teilchen sich auf der zu reinigenden Oberfläche
bewegen, ohne auf die Oberfläche selbst aufzuprallen, so daß
sie die Verunreinigungen von der Oberfläche des festen
Körpers abreiben und sie entfernen.
Die Erfindung wird nachstehend, auch hinsichtlich weiterer
Merkmale und Vorteile, anhand der Beschreibung von Ausfüh
rungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in
Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung
einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens zum Reinigen einer Oberfläche eines
festen Körpers;
Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung
einer anderen Ausführungsform des erfindungsge
mäßen Verfahrens;
Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung des Zusammenhanges
zwischen der Härte von gefrorenem reinen Wasser
und den Temperaturen zur Herstellung von Eis;
und in
Fig. 4 und 5 schematische Darstellungen zur Erläuterung
eines herkömmlichen Verfahrens zum Reinigen
einer Oberfläche eines festen Körpers.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung
einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Reinigen einer Oberfläche eines festen Körpers. Bei dem
erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Flüssigkeit, z. B.
Wasser, insbesondere superreines Wasser, oder Alkohol
gefroren, um feine gefrorene Teilchen 7 zu bilden, die eine
Teilchengröße von 0,01 µm bis 5 mm haben. Diese Teilchen
werden gegen die zu reinigende Oberfläche 2 eines festen Kör
pers gesprüht, und zwar mit dem Druck von 1 bis 10 kg/cm2×G
eines Trägergases, beispielsweise von Stickstoffgas aus einer
Sprühdüse 6.
Hinsichtlich eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur
Erzeugung von feinen gefrorenen Teilchen können ein Verfahren
und eine Vorrichtung gemäß der JP-OS 63-29 515 verwendet
werden, so daß eine nähere Erläuterung entbehrlich erscheint.
Wenn diese feinen gefrorenen Teilchen 7 aufgestrahlt werden,
so wird die Härte der feinen gefrorenen Teilchen 7 so einge
stellt, daß sie gleich der oder kleiner als die Härte der
Oberfläche 2 des festen Körpers ist, so daß diese Oberfläche
2 nicht beschädigt wird. Die Härte der feinen gefrorenen
Teilchen 7 wird eingestellt, indem man die Art der zu gefrie
renden Flüssigkeit verändert. Beispiele hierfür sind in der
nachstehenden Tabelle 1 zusammengestellt.
Lösungsmittel | |
Mohs-Härte des gefrorenen Materials | |
Wasser + Methanol|1 bis 2 | |
Methanol | 1 bis 2 |
Glycerin | 2 |
Flon 113 | 2 |
Wasser | 4 |
Die Härte der feinen gefrorenen Teilchen kann auch variiert
werden, indem man die Eisherstellungstemperatur oder die
Sprühtemperatur der feinen gefrorenen Teilchen verändert. Der
Zusammenhang zwischen der Härte von gefrorenem reinen Wasser
und der Eisbildungstemperatur ist in Fig. 3 dargestellt.
Der Mechanismus zum Reinigen und Entfernen von Verunreinigun
gen in Form von feinen Teilchen gemäß dem erfindungsgemäßen
Verfahren wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 1 näher
erläutert. Die feinen gefrorenen Teilchen 7 werden in noch
kleinere feine gefrorene Teilchen 11 zertrümmert, und zwar
wegen der Differenz der Härte, wenn sie mit der zu reinigen
den Oberfläche des festen Körpers 2 kollidieren. Diese
zertrümmerten feinen gefrorenen Teilchen 11 kollidieren mit
den Verunreinigungen in Form von feinen Teilchen 9, und ein
Teil dieser Teilchen absorbiert und entfernt die
Verunreinigungen in der Form von feinen Teilchen 9. Dies ist
schematisch in Fig. 1(c) dargestellt.
Fig. 2 zeigt den Mechanismus bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren beim Entfernen eines organischen Filmes oder einer
organischen Schicht von Öl oder dergleichen. Zunächst einmal
kollidieren die feinen gefrorenen Teilchen 7 mit einer orga
nischen Schicht 10. Da die Härte der organischen Schicht 10
im Vergleich mit der der feinen gefrorenen Teilchen 7 niedri
ger ist, da also die organische Schicht 10 weicher ist,
treten Unregelmäßigkeit in der Oberfläche der organischen
Schicht 10 auf. Wenn die Kollision der feinen gefrorenen
Teilchen 7 sich mehrere Male wiederholt, werden die Unregel
mäßigkeiten auf der Oberfläche der organischen Schicht 10
größer, so daß ein Teil der zu reinigenden Oberfläche des
festen Körpers 2 freigelegt wird.
Die feinen gefrorenen Teilchen 7, die mit der Oberfläche des
festen Körpers 2 kollidiert haben, werden in noch feinere
gefrorene Teilchen 11 auf dieser Oberfläche zertrümmert, da
die Teilchen 7 nicht so hart sind wie der feste Körper 2. Die
feinen gefrorenen Teilchen 7 werden in Form der noch feineren
Bruchstücke oder Teilchen 11 in der Weise verteilt, daß sie
die Oberfläche des festen Körpers 2 abreiben, ohne gegen die
Oberfläche des festen Körpers 2 unmittelbar zu prallen, wobei
sie mit der Seitenwand der organischen Schicht 10
kollidieren, wie es beispielsweise in den Fig. 2(d) und 2(e)
schematisch angedeutet ist.
Wenn Stickstoffgas, das nicht besonders dargestellt ist, zum
Aufstrahlen der feinen gefrorenen Teilchen 7 zusammen mit den
gefrorenen Teilchen 7 aufgestrahlt wird, so daß die Kollision
mit der organischen Schicht 10 erfolgt, so wird diese organi
sche Schicht 10 abgekühlt, verfestigt und kontrahiert. Somit
wird die Adhäsion zwischen der organischen Schicht 10 und der
Oberfläche des festen Körpers 2 verringert. Der Tieftempera
tureffekt, daß die organische Schicht 10 gekühlt und die
Adhäsion zwischen der organischen Schicht 10 und der Oberflä
che des festen Körpers 2 verringert wird, in Zusammenwirkung
mit dem Effekt, daß die feinen gefrorenen Teilchen 11 die
Oberfläche des festen Körpers 2 abreiben, ermöglicht es, daß
die organische Schicht 10 in effizienter Weise entfernt
werden kann.
Wenn die feinen gefrorenen Teilchen auf einen zu reinigenden
festen Körper treffen, wird ein Teil der Oberfläche der
aufgetroffenen Teilchen verflüssigt, wobei momentan eine
Oberflächenspannung auftritt und die Oberfläche der Teilchen
sich wieder verfestigt. Zu diesem Zeitpunkt werden Partikel
von Verunreinigungen oder Öl auf der Oberfläche des festen
Körpers teilweise in den Teilchen absorbiert, woraufhin die
feinen gefrorenen Teilchen weggewaschen und entfernt werden.
Der oben beschriebene Reinigungsmechanismus wirkt in einer
kombinierten Form in Abhängigkeit von den Eigenschaften des
zu reinigenden festen Körpers. Die Tabelle 2 zeigt einen
Vergleich zwischen dem erfindungsgemäßen Verfahren und einem
herkömmlichen Verfahren zum Reinigen der Oberfläche eines
festen Körpers im Hinblick auf die Wirkung zum Entfernen von
Polystyrol-Latex-Teilchen, die eine Teilchengröße von
0,322 µm haben.
Gemäß der Erfindung werden somit Verunreinigungen in Form von
feinen Partikeln oder organischen Schichten, die sich auf der
Oberfläche eines festen Körpers abgelagert haben, in beson
ders effizienter Weise entfernt, wobei die feinen gefrorenen
Teilchen aufgestrahlt werden und die Härte dieser feinen
gefrorenen Teilchen in Abhängigkeit von der Härte der Ober
fläche des festen Körpers eingestellt werden. Damit kann eine
wesentlich verbesserte Reinigungswirkung erzielt werden.
Claims (8)
1. Verfahren zum Reinigen einer Oberfläche eines festen
Körpers,
dadurch gekennzeichnet,
daß feine gefrorene Teilchen einer Flüssigkeit durch Gefrie ren der Flüssigkeit erzeugt werden,
daß die Teilchen gegen die zu reinigende Oberfläche des festen Körpers gestrahlt werden,
und daß die Härte der feinen gefrorenen Teilchen eingestellt wird, so daß Beschädigungen der zu reinigenden Oberfläche des festen Körpers vermieden werden.
daß feine gefrorene Teilchen einer Flüssigkeit durch Gefrie ren der Flüssigkeit erzeugt werden,
daß die Teilchen gegen die zu reinigende Oberfläche des festen Körpers gestrahlt werden,
und daß die Härte der feinen gefrorenen Teilchen eingestellt wird, so daß Beschädigungen der zu reinigenden Oberfläche des festen Körpers vermieden werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Härte der feinen gefrorenen Teilchen so eingestellt
wird, daß sie gleich der oder kleiner als die Härte der zu
reinigenden Oberfläche des festen Körpers ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Art der zu gefrierenden Flüssigkeit geändert wird, um
die Härte der feinen gefrorenen Teilchen zu variieren.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß Stickstoffgas verwendet wird, um die Flüssigkeit zu
gefrieren und die feinen gefrorenen Teilchen aufzustrahlen,
und daß die zu gefrierende Flüssigkeit aus den Flüssigkeiten
gewählt wird, die einen Verfestigungspunkt haben, der höher
ist als die Temperatur des Stickstoffgases.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Eisbildungstemperatur, bei der die Flüssigkeit gefro
ren wird, und die Strahltemperatur der feinen gefrorenen
Teilchen verändert werden, um die Härte der feinen gefrorenen
Teilchen einzustellen.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Flüssigkeit aus den Flüssigkeiten gewählt wird, die
Methanol, Glycerin, Flon 113 als Lösungsmittel, Wasser und
reines Wasser umfassen, um die Härte der feinen gefrorenen
Teilchen in Abhängigkeit von der erforderlichen Härte einzu
stellen.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die feinen gefrorenen Teilchen zusammen mit der mit
Stickstoffgas gekühlten Luft gegen die zu reinigende Oberflä
che des festen Körpers gestrahlt werden, um die Tieftempera
turreinigung durchzuführen.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Verfahren zum Reinigen einer Oberfläche eines festen
Körpers verwendet wird, der mit einer schichtenförmigen oder
filmförmigen Verunreinigung überzogen ist.
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