DE69419942T2

DE69419942T2 - Verfahren und vorrichtung zur behandlung einer halbleiterscheibe in einer flüssigkeit

Info

Publication number: DE69419942T2
Application number: DE69419942T
Authority: DE
Inventors: Robert Matthews
Original assignee: Legacy Systems Inc
Current assignee: Legacy Systems Inc
Priority date: 1993-09-22
Filing date: 1994-09-22
Publication date: 2000-04-20
Anticipated expiration: 2014-09-23
Also published as: AU7923894A; WO1995008406A1; KR100354953B1; JPH09503099A; CN1134123A; DE69419942D1; EP0739252A4; DE69419942T3; EP0739252B2; EP0739252A1; CN1071153C; EP0739252B1; KR960704645A

Description

Die Erfindung betrifft die Halbleiterherstellung. Insbesondere betrifft die Erfindung ein verbessertes Verfahren zur Entfernung von organischen Materialien von Scheiben während der Naßätz/Reinigungsschritte der Scheibenherstellung. Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens und anderer Verfahren im Zusammenhang mit der Scheibenbehandlung mit einem Fluid, die während der Halbleiterherstellung erfolgt.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Lösungsmitteltrocknung von Oberflächen von Objekten, z. B. Halbleiterscheiben, nach einer Naßbehandlung. Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Bei der Herstellung von Halbleiterscheiben erfordern verschiedene Verfahrensschritte eine Berührung der Scheiben mit Fluiden. Beispiele solcher Verfahrensschritte sind Ätzen, Photoresistentfernung und Vordiffusionsreinigung. Häufig sind die Chemikalien, die in diesen Schritten verwendet werden, sehr insofern gefährlich, als sie starke Säuren, Laugen oder flüchtige Lösungsmittel aufweisen.
Die Ausrüstung, die herkömmlicherweise für eine Berührung von Halbleiterscheiben mit einem Prozeßfluid verwendet werden, besteht aus einer Serie von Tanks oder Becken, in die mit Halbleiterscheiben gefüllte Kassetten eingetaucht werden. Eine solche herkömmliche Naßbehandlungsausrüstung hat verschiedene Schwierigkeiten.
Erstens kann die Umsetzung der Scheiben von Tank zu Tank zur Kontamination führen, wobei die Kontamination für mikroskopische Schaltungen, die in dem Herstellungsverfahren hergestellt werden, besonders schädlich ist. Zweitens müssen die gefährlichen Chemikalien und das deionisierte Wasser, die verwendet werden, durch neue Lösungen ersetzt werden, die normalerweise durch Ausgießen von Flaschen, durch chemische Verteilung oder aus baulichen Vorrichtungen im Falle von deionisiertem Wasser eingefüllt werden. Die Chemikalien werden im allgemeinen von chemischen Firmen hergestellt und an das Halbleiterherstellungswerk geliefert. Die chemische Reinheit ist somit durch die Qualität des Wassers, das von den chemischen Herstellerfirmen verwendet wird, durch die Behälter, die für den Transport und die Lagerung der Chemikalien verwendet werden, und durch den Umgang mit der Chemikalie begrenzt.
Während Chemikalien altern, können sie außerdem durch Verunreinigungen aus der Luft und von den Scheiben kontaminiert werden. Die Behandlung der letzten Charge von Scheiben vor einer Fluidverjüngung kann nicht so effektiv sein wie die Behandlung der ersten Charge von Scheiben in einer neuen Lösung. Eine ungleichmäßige Behandlung ist ein großes Problem bei der Halbleiterherstellung.
Einige der Fluidberührungsschritte der Halbleiterherstellung sind die Entfernung von organischen Materialien und Verunreinigungen von der Scheibenoberfläche. Beispielsweise ist es bei der Herstellung von integrierten Schaltungen üblich, eine Photoresistbeschichtung auf einer Siliciumscheibe als Teil des Herstellungsverfahrens aushärten zu lassen. Diese Beschichtung aus Photoresist oder organischem Material muß nach der Behandlung wieder entfernt werden.
US 4 902 350 offenbart ein Verfahren zur Reinigung, Spülung und Trocknung dünner Scheiben, z. B. Siliciumscheiben oder anderer scheibenähnlicher Substrate oder Elemente, wobei die Scheiben in einem warmen Wasserbad gespült werden, während sie in einem herkömmlichen mit Schlitzen versehenen Träger bzw. Halter gehalten werden. Die Scheiben werden gereinigt und gespült, während sie durch einen planaren Schallenergiestrahl in einem Wasserbad bewegt werden. Die Trocknung der Scheiben wird durch langsames Herausheben der Scheiben aus dem Wasserbad erreicht, so daß die Wasseroberflächenspannung an der Oberfläche des Wasserbades das Wasser von den zu spülenden Oberflächen der Scheiben gleichmäßig und effektiv abzieht. US 4 967 777 betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung eines Objekts mit einer wäßrigen Flüssigkeit, bei der das Objekt in die Flüssigkeit in einem Tank eingetaucht wird, der Überlaufsteuerteile hat, die über den Seitenflächen des Tanks mit einem vorbestimmten Raum in einem Überlaufbereich der Flüssigkeit versehen sind, wobei der Raum so strukturiert ist, daß der Überlauf der Flüssigkeit durch Kapillarwirkung abgeführt wird.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Trocknung von Oberflächen von Objekten, z. B. Halbleiterscheiben, in dem gleichen Tank bereitzustellen, in dem die anderen Behandlungsschritte durchgeführt werden.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Trocknung von Oberflächen von Objekten, z. B. Halbleiterscheiben, bereitzustellen, bei dem Streifen- oder Punktbildung auf der Scheibenoberfläche minimiert wird, wodurch eine höhere Ausbeute möglich wird.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Trocknungsverfahren für die Oberflächen von Objekten, z. B. Halbleiterscheiben, bereitzustellen, bei dem eine minimale mechanische Belastung auf die Scheibe ausgeübt wird, eine minimale Kontamination der Scheibe erfolgt und die Scheibe während der Trocknung keine statische Ladung empfängt.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Trocknungsverfahren für die Oberflächen von Objekten, z. B. Halbleiterscheiben, bereitzustellen, das keine Erzeugung, Behandlung und Rückgewinnung von großen organischem Dampfmengen erfordert.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Trocknungsverfahren für die Oberfläche von Objekten, z. B. Halbleiterscheiben, mit reduzierter Verfahrenszeit und reduzierter Scheibenhandhabung bereitzustellen.
Die Aufgaben werden durch die Merkmale der Ansprüche gelöst.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Schnittes einer Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Behandlung von Halbleiterscheiben mit einem Fluid.
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines Schnittes einer Vorderansicht des erfindungsgemäßen Tanks.
Fig. 3 ist eine auseinandergezogene dreidimensionale schematische Darstellung einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform des Gasdiffusors.
Fig. 4 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Lösungsmitteltrocknung einer Halbleiterscheibe.
Bei dem Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist es nicht mehr notwendig, bei der Entfernung von organischen Materialien von Halbleiterscheiben während des Herstellungsverfahrens gefährliche Chemikalien zu verwenden. Obwohl Ozon bei Raumtemperatur oder höheren Temperaturen eine geringe Löslichkeit in deionisiertem Wässer hat, hat der Anmelder überraschend festgestellt, daß Ozon, das durch eine subambiente deionisierte Wasserlösung diffundiert wird, organische Materialien, z. B. Photoresist, ohne Verwendung anderer Chemikalien schnell und effektiv von Scheiben entfernt. Man geht davon aus, daß, anders als erwartet, die Herabsetzung der Temperatur der Lösung eine ausreichend hohe Ozonkonzentration in der Lösung ermöglicht, um eine Oxidation des im wesentlichen gesamten organischen Materials auf der Scheibe zu unlöslichen Gasen zu ermöglichen.
Bei der Photoresistentfernung führt das erfindungsgemäße Verfahren zur Oxidation der organischen Materialien, die in unlöslichen Gasen, z. B. COx und NOx, vorhanden sind. Diese Gase perlen aus der Lösung aus und werden aus dem System abgeführt, normalerweise in einem Abzug oder einer anderen Absaugvorrichtung.
Um eine hinreichend hohe Ozonkonzentration im deionisierten Wasser zu erreichen, wird das Bad normalerweise bei etwa 1 bis etwa 15ºC gehalten. Unter etwa 1ºC kann sich Eis im Tank bilden. Da diese Halbleiterprozeßtanks normalerweise aus Quarz sind, kann das Eis bewirken, daß das Quarz bricht und die Bewegung der Halbleiterscheiben in und aus dem Prozeßbehälter verhindert wird. Außerdem funktioniert das System nicht, da das Wasser seinen physikalischen Zustand von flüssig in fest geändert hat und Gase nicht gleichmäßig absorbieren kann. Über 15ºC kann keine ausreichende Ozonmenge in das deionisierte Wasser absorbiert werden, um das organische Material auf den Halbleiterscheiben in einer angemessenen Zeit zu entfernen. In einer bevorzugten Ausführungsform hat das Bad eine Temperatur von etwa 5ºC bis etwa 9ºC.
Die geeignete Temperatur kann durch jegliche Mittel, die dem Fachmann bekannt sind, gehalten werden, einschließlich einer Kühlung des Bades selbst oder vorzugsweise durch kontinuierliches Versorgen des Bades mit frischem, subambientem, deionisiertem Wasser. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Wasser als Prozeßchemikalie verwendet, und das gesamte oder ein Teil des Wassers wird vor dem Eintritt in die Behandlungszone durch einen Kühlapparat geleitet.
Die Scheiben können direkt in den Tank eingebracht werden, der das gekühlte ozonierte Wasser enthält, oder die Scheiben werden vorzugsweise in einen Tank aus deionisiertem Wasser eingebracht, und Ozon wird in den Tank diffundiert. Vorzugsweise wird das Ozon für eine Zeit, die ausreicht, um alle organischen Materialien auf den Scheiben im wesentlichen zu oxidieren, in die subambiente Wasserlösung diffundiert. Die Zeitdauer, die zur Diffusion des Ozons in das Wasser benötigt wird, hängt von der Art des zu entfernenden organischen Materials und der Menge dieses Materials ab. Die spezifische Temperatur des Wasserbades beeinflußt auch die Zeit für die Diffusion des Ozons, da die Menge des in das Wasser zu absorbierenden Ozons von der Temperatur abhängt und die Oxidationsstärke der Wasserlösung von der Menge des absorbierten Ozons abhängt.
Im allgemeinen wird das Ozon für etwa 1 bis etwa 15 min in das deionisierte Wasser diffundiert. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Ozon für etwa 5 bis etwa 10 min in das deionisierte Wasser diffundiert.
In einer alternativen Ausführungsform wird das Ozon in die Wasserlösung diffundiert und einer ultravioletten Strahlung von einer ultravioletten Lichtquelle ausgesetzt, um sauerstofffreie Radikale und Sauerstoffmoleküle zu erzeugen, die das organische Material oder den Photoresist auf den Scheiben oxidieren.
Nachdem das Ozon in der Wasserlösung das organische Material ausreichend oxidiert hat, werden die Scheiben mit frischem deionisiertem Wasser für etwa 1 bis etwa 5 min gespült. Der Spülschritt erfolgt im allgemeinen bei Umgebungstemperatur. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Scheiben ein zweites Mal mit deionisiertem Wasser gespült, das von etwa 65ºC auf etwa 85ºC erwärmt worden ist, um wasserlösliche Metalle, z. B. Natrium und Kalium, von der Oberfläche der Scheiben zu entfernen. Die Alkali- und Alkalierdmetalle stammen aus Kontaminationen im Photoresist.
Die Entfernung des organischen Materials nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann in jeder Art von Wasserbad oder Wasserreinigungsvorrichtung erfolgen. Das erfindungsgemäße Ozonwasserverfahren arbeitet derartig, daß der Photoresist oder andere organische Materialien bei Ozonkontakt mit jeder Scheibe in der Lösung oxidieren. Daher muß das Ozon im Tank so dispergiert sein, daß jede Scheibe mit dem Ozon in Berührung kommt.
Anders als beim Schwefelsäureverfahren, wo der Resist von der Scheibe abgelöst und in der Chemikalie aufgeschlossen (oxidiert) wird, löst das erfindungsgemäße Ozonwasserverfahren den Resist nicht von der Scheibe ab, sondern oxidiert den Photoresist nur bei Ozonkontakt mit der Scheibe. Wenn das Ozon im Tank nicht richtig dispergiert ist oder die Scheiben durch die Scheibenbehälter abgeschirmt sind, wird der Resist nicht entfernt. Daher wird bevorzugt, daß das Ozon im Tank so vorhanden ist, daß es hinreichend in das Wasser absorbiert wird und mit der Oberfläche jeder Scheibe in der Behandlungszone gleichmäßig in Berührung kommt. Bei diesem Verfahren erfolgt eine direkte Oxidation des organischen Photoresist zu unlöslichen Gasen, wodurch das Problem der Partikelausbildung im Bad gelöst und keine Filtrierausrüstung mehr nötig ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Verfahren in der Vorrichtung gemäß Fig. 1 durchgeführt. Die Behandlung erfolgt in einer mit einem Abzug versehenen Absaugnaßstation, wobei eine richtige Ozonüberwachungs- und katalytische Abbauausrüstung an Ort und Stelle vorhanden ist. Resistbehaftete Scheiben oder andere Scheiben, von denen organische Materialien zu entfernen sind, werden in den Prozeßtank 13 eingebracht, der mit subambientem delonisiertem Wasser (1 bis 15ºC) gefüllt ist. Der Tank arbeitet in einem Kaskadenmodus mit niedrigem Durchfluß (etwa 0,5 g/min), wobei eine Wasserzufuhrleitung 7 während der Behandlung durch einen Kühlapparat 8 führt, um einen kontinuierlichen deionisierten Kühlwasserstrom zuzuführen. Ozon vom Ozongenerator 6 wird durch eine Leitung 5 über einen vor Ort befindlichen Diffusor 4 in den Tank diffundiert. Die Resistentfernung ist zeitlich festgelegt, woraufhin das Ozon abgeschaltet wird und die Scheiben mit der kontinuierlichen hohen Durchflußmenge (etwa 10 bis 15 g/min) des deionisierten Wassers gespült werden. Die Abführleitung 12 wird zu einer Rückgewinnung 10 für deionisiertes Wasser umgeleitet, und frisches deionisiertes Wasser wird zum Spülen aktiviert. Nach einer zeitlich festgelegten ambienten deionisierten Wasserspülung können die Scheiben wahlweise zusätzlich mit warmem deionisiertem Wasser gespült werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Verfahren im Tank gemäß Fig. 2, der den Gasdiffusor gemäß Fig. 3 enthält. Obwohl die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß Fig. 1, der Tank gemäß Fig. 2 und der Gasdiffusor gemäß Fig. 3 zur Verwendung mit dem ozonierten Wasserverfahren besonders bevorzugt werden, können sie aber auch zur Durchführung jeder Fluidbehandlung von Halbleiterscheiben verwendet werden. Insbesondere können die bisher bekannten Verfahren zur Entfernung von organischen Materialien von Scheiben in der erfindungsgemäßen Vorrichtung und Tank verwendet werden. Der Anmelder hat festgestellt, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet werden kann, um bisher bekannte Verfahren effektiv durchzuführen, ohne daß mehrere Tanks notwendig sind. Außerdem hat die erfindungsgemäße Vorrichtung die Fähigkeit, Chemikalien vor Ort zu erzeugen, wodurch das Problem der Alterung von Chemikalien und des Transports von gefährlichen Chemikalien von entfernten Orten vermieden wird.
Die bevorzugte Vorrichtung zur Behandlung von Halbleiterscheiben mit einem Fluid weist einen Tank zur Verwendung in einer mit einem Abzug versehenen Absaugnaßstation auf. Der Tank hat im allgemeinen eine Einrichtung, die mit dem Tank verbunden ist, zur Zuführung von Fluid in den Tank, eine Einrichtung zum Halten mindestens einer Scheibe im Tank in Berührung mit dem Fluid, eine Einrichtung, die mit dem Tank verbunden ist, zum Einströmen von Gas in den Tank und eine Einrichtung zur Diffundierung des Gases in den Tank, so daß das Gas in das Fluid absorbiert wird und mit der Oberfläche jeder Scheibe, die im Tank angeordnet ist, in Berührung kommt.
Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Der Tank 13 enthält das zur Behandlung von Halbleiterscheiben zu verwendende Fluid.
Die Einrichtung zum Einleiten eines Fluids in einen Tank 13 ist im allgemeinen eine Leitung, die mit dem Tank verbunden ist, es kann jedoch jede Vorrichtung oder jedes Gerät, das dem Fachmann bekannt ist, zum Einleiten eines Fluidstromes in einen Tank verwendet werden. Fluid kann beispielsweise dem Tank durch Perfluoralkoxylvinylether(PFA)-Schläuche oder -Röhren, Polytetrafluorethylen(PTFE)-Schläuche oder -Röhren, Polyvinylidenfluorid(PVDF)-Schläuche oder -Röhren oder Quarzröhren zugeführt werden. Vorzugsweise werden PFA-Schläuche oder -röhren verwendet. In einer bevorzugten Ausführungsform sind PFA-Rohre mit dem Tank durch eine konisch erweiterte Formstückverbindung verbunden.
In der in Fig. 1 gezeigten bevorzugten Ausführungsform ist die Einrichtung zum Einleiten eines Fluids eine Zuführleitung 7 am Boden des Tanks, wobei das Fluid in Richtung nach oben in den Tank 13 strömt. Im allgemeinen wird der Tank so betrieben, daß er ständig überläuft, so daß das Fluid aus der Einrichtung zum Einleiten des Fluids nach oben strömt und das obere Ende des Tanks erreicht, das Fluid dann über den Tank hinaus in ein Überlaufwehr 1 fließt, so daß frisches Fluid am Boden des Tanks eingeleitet werden kann. Dieses Verfahren des Einleitens und Abführens von Fluid aus einem Behandlungstank ist in der Halbleiterherstellungstechnik bekannt.
Vom Überlaufwehr 1 wird das Fluid in eine Rückleitung 12 eingespeist. Ein Dreiwegeventil 11 führt das Fluid über eine Leitung 9 in den Kreislauf zurückgeführt oder über eine Abführleitung 10 abgeführt wird.
Die Einrichtung zum Einströmen eines Gases in den Tank kann jegliche Einrichtung sein, die dem Fachmann bekannt ist, zum Einleiten eines Gases in einen Tank zur Behandlung von Halbleiterscheiben. Das Gas kann entweder über einen PFA- Schlauch oder eine PTFE-Röhre oder -Schlauch zum Diffusor geführt beispielsweise werden. Vorzugsweise werden PFA-Schläuche mit einem konisch erweiterten Formstück verwendet, um das Gas in den Tank einströmen zu lassen.
Fig. 1 zeigt die mit 5 bezeichnete Einrichtung zum Einströmen eines Gases in den Tank, die mit dem Tank am Boden des Tanks verbunden ist, und zwar unter der Einrichtung zum Diffundieren des Gases in den Tank. Die Leitung 5 führt das Gas direkt dem Diffusor 4 zu, um einen gleichmäßigen Gasstrom zum Tank bereitzustellen.
Die Einrichtung zum Halten mindestens einer Scheibe im Tank in Berührung mit dem Fluid (in Fig. 2 gezeigt), kann jegliche Einrichtung sein, die dem Fachmann bekannt ist, zum Inberührungbringen einer Scheibe mit einer Behandlungslösung. Scheibenschiffchen und -kassetten, die für diesen Zweck geeignet sind, sind bekannt.
Wenn das erfindungsgemäße Ozonwasserverfahren im Tank auszuführen ist, dann erlaubt das Schiffchen oder die Kassette vorzugsweise einen gleichmäßigen Fluidstrom über jede Scheibe im Tank. In einer bevorzugten Ausführungsform wird zur Gewährung der größtmöglichen Freiheit des Fluidstroms über die Scheiben ein kassettenloses System der Lagerung der Scheiben im Tank verwendet. Ein bevorzugtes Lagerungssystem verwendet einen Vierstab-Endeffektor 15 (Fig. 2), der es ermöglicht, daß die Scheibe an nur zwei Punkten von der Haltevorrichtung berührt wird. Fig. 2 zeigt eine Endansicht der vier Schienen der Haltevorrichtung, die an einer Endplatte befestigt sind. Die Berührungspunkte sind in den Stellungen eines Uhrzeigers für 5 und 7 Uhr, und die Tiefe der Scheibenrille ist nicht größer als etwa 2 mm. In der besonders bevorzugten Ausführungsform hält das Scheibenhaltesystem die Siliciumscheiben in einem leichten Winkel mit einem geringfügigen Abstand zwischen den Scheiben.
Die Einrichtung zum Diffundieren eines Gases kann jegliche Einrichtung sein, die dem Tank feine Ozon- oder andere Gasblasen zuführt und das Gas im gesamten Tank gleichmäßig verteilt, wobei sichergestellt wird, daß jede Scheibe mit dem Gas, das in das Fluid absorbiert wird, in Berührung kommt. Vorzugsweise haben die Blasen, die vom Diffusor zugeführt werden, anfangs einen Durchmesser von etwa 25 bis etwa 40 um.
Die Einrichtung zum Diffundieren eines Gases kann verwendet werden, um irgendein Gas in den bei einer Fluidbehandlung zu verwendenden Tank abzugeben, z. B. Chlorwasserstoffgas, Ammoniak, Fluorwasserstoffgas, Chlorgas oder Brom. Diese Gase können durch die Diffundiereinrichtung entweder einzeln oder in Kombination mit oder ohne Ozon weitergeleitet werden, um verschiedene chemische Vorgänge im Prozeßtank zu bewirken.
Vorzugsweise weist die Einrichtung zum Diffundieren eines Gases ein zusammengesetztes Element mit einem durchlässigen Teil und einem undurchlässigen Teil auf. Das durchlässige Teil hat einen oberen Abschnitt und einen unteren Abschnitt, eine Einrichtung, die einen offenen Raum in einem Mittelabschnitt des durchlässigen Teils bildet, und eine Einrichtung, die einen Einschnitt bildet, der am oberen Abschnitt des durchlässigen Teils zwischen dem Außenumfang des durchlässigen Teils und der Einrichtung, die einen offenen Raum bildet, positioniert ist. Das undurchlässige Teil hat eine Einrichtung, die einen offenen Raum in einem Mittelabschnitt des undurchlässigen Teils bildet, der der Einrichtung entspricht, die einen offenen Raum in einem Mittelabschnitt des durchlässigen Teils bildet. Das durchlässige Teil und das undurchlässige Teil sind so verbunden, daß der Einschnitt am oberen Abschnitt des durchlässigen Teils zwischen dem durchlässigen Teil und dem undurchlässigen Teil positioniert ist. Das zusammengesetzte Element ist vorzugsweise positioniert, wenn der untere Abschnitt des durchlässigen Teils mit dem Boden des Tanks verbunden ist. Der durchlässige Abschnitt des zusammengesetzten Elements ist zum Boden des Tanks hin gewandt, und der undurchlässige Abschnitt des zusammengesetzten Elements ist zum oberen Ende des Tanks gewandt. Der offene Abschnitt des Ein schnitts ist zwischen den beiden Teilen auf der Innenseite des zusammengesetzten Elements.
Der erfindungsgemäße Gasdiffusor 4 läßt das Gas, das in den Diffusor aufgenommen wird, durch die Poren des durchlässigen Teils in die Fluidlösung diffundieren. Das Gas strömt zuerst in den Einschnittabschnitt des durchlässigen Teils, da dieser Bereich dem Gasstrom den geringsten Widerstand bietet. Wenn der Gasdruck zunimmt, diffundiert das Gas, das in den Einschnitt geströmt ist, durch die Poren des durchlässigen Teils in den Tank. Da das undurchlässige Teil auf dem durchlässigen Teil den Gasstrom aus der Oberseite des Diffusors verhindert, diffundiert das Gas aus dem Boden und den Seiten des Diffusors und strömt dabei nach unten. Wenn die Einrichtung zum Einleiten des Fluids am Boden des Tanks ist, dann ist dieser nach unten gerichtete Gasstrom im Gegenstrom zu dem Fluidstrom, wodurch eine ausgezeichnete Absorption des Gases in das Fluid ermöglicht wird, das nach oben in den Tank strömt.
Es ist erwünscht, daß der Diffusor hydrophob ist, um ein Rückströmen des Wassers in die Gasleitungen zu verhindern, was zu einer Metallkorrosion in dem Gasregulierungskasten führen kann. Außerdem sollte der Diffusor mit Ozon chemisch kompatibel und chemisch rein sein, um ein Mitreißen von Kationen, Anionen oder Partikeln in das Prozeßbad zu vermeiden.
Der Gasdiffusor besteht vorzugsweise aus einem Gemisch aus Polytetrafluorethylen (PTFE) und Perfluoralkoxylvinylether (PFA). Durch Variieren der Temperatur und des Drucks, bei der bzw. dem das Gemisch nach bekannten Verfahren hergestellt wird, entstehen sowohl poröse als auch nichtporöse Teile. Das undurchlässige und das durchlässige Teil bestehen vorzugsweise aus etwa 95% PTFE und etwa 5% PFA. Das durchlässige Teil und das undurchlässige Teil kann mit jeder Anzahl von Verfahren verbunden werden, solange das Ergebnis ein zusammengesetztes Teil ist, das unter den Belastungen im Tank nicht auseinandergeht. Vorzugsweise sind die Teile miteinander verschweißt, im wesentlichen durch Schmelzen oder Verschweißen der Teile miteinander durch Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen.
Wenn das durchlässige Teil ausgebildet ist, wird ein Einschnitt aus dem PTFE im oberen Abschnitt des Teils ausgebohrt. Der resultierende Diffusor hat Poren in einer Größenordnung von etwa 100 000 und mit einem Durchmesser von etwa 25 bis etwa 40 um, durch die Gas in den Behandlungstank eintreten kann. Die Verwendung des Einschnitts im Diffusor ermöglicht es, daß das Gas in sehr feinen Blasen in den Tank diffundiert, die leicht in das Fluid absorbiert und gleichmäßig im gesamten Tank verteilt werden können.
Der Diffusor gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform ist in Fig. 3 gezeigt. Ein undurchlässiges Teil 30 ist der obere Abschnitt des zusammengesetzten Elements. Ein durchlässiges Teil 31 ist der untere Abschnitt des zusammengesetzten Elements, das einen Einschnitt 32 hat, der herausgebohrt ist, um eine gleichmäßige Verteilung des Gases im gesamten Tank zu ermöglichen. Die bevorzugte rechteckige Konfiguration des Diffusors ist so, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist. Es können jedoch verschiedene Konfigurationen verwendet werden, z. B. parallele Stäbe für quadratische oder rechteckige Tanks oder kreisförmige Diffusoren für runde oder konusförmige Tanks. In einer bevorzugten Ausführungsform hat der Diffusor etwa ein Viertel der Fläche des Bodens des Tanks.
Der Diffusor sitzt am Boden des Tanks und kann mit dem Tank durch jedes geeignete Mittel befestigt sein. Vorzugsweise ist der Diffusor am Tank unter Verwendung ungenutzter Endstopfen befestigt. Die Stopfen werden zuerst in den Diffusor eingefügt, und dann wird die gesamte Anordnung im Tank angeordnet. Eine Leitung 5 führt Gas direkt aus dem Boden des Tanks in den Diffusor. Dadurch kann das Gas in den Einschnitt eintreten und dann aus dem Boden und den Seiten des durchlässigen Teils gleichmäßig diffundieren.
Der Tank gemäß der bevorzugten Ausführungsform ist in Fig. 2 gezeigt (Bezugszeichen entsprechend Fig. 1), wobei ferner eine Scheibe 14 dargestellt ist, die von einer bevorzugten Haltevorrichtung 15 im Tank 13 gehalten wird. Der Tank 13 hat mindestens zwei Seiten mit sich nach innen verjüngenden Abschnitten zur Reduzierung des Volumens der Chemikalien, die zur Behandlung der Scheiben erforderlich sind. Eine der Seiten hat einen vertikalen Abschnitt am oberen Teil des Tanks und einen sich nach innen verjüngenden Abschnitt am Boden des Behälters, wobei der sich verjüngende Abschnitt länger ist als der vertikale Abschnitt, und eine zweite Seite des Tanks hat einen vertikalen Abschnitt am oberen Teil des Tanks und einen sich nach innen verjüngenden Abschnitt am Boden des Behälters, wobei der sich verjüngende Abschnitt kürzer ist als der vertikale Abschnitt. Diese Tankstruktur reduziert das Volumen von Chemikalien, die während der Behandlung verwendet werden, um etwa 27%, und ermöglicht eine schnelle Umwandlung der chemischen Zusammensetzung der Lösung im Tank.
Die Struktur des Tanks 13 bietet außerdem Vorteile, wenn Megaschallwandler verwendet werden. Der Tank 13 kann einen oder mehrere Megaschallwandler 2 haben, die zur Bewegung der Lösung an diesem angeordnet sind. Die Wandler sind vorzugsweise zwischen der Senkrechten und 30º Neigung zur Senkrechten zum Gasstrom ausgerichtet, wobei die Scheiben parallel zum Megaschallstrahl ausgerichtet sind.
Die Megaschalleinrichtungen sind in einer bevorzugten Ausführungsform an der Seite des Tanks mit der längeren Verjüngung angeordnet. Gegenüber dieser Seite ist eine kürzere sich verjüngende Seite. Die Seiten verjüngen sich, um zwei Funktionen zu erfüllen. Die erste ist es, sicherzustellen, daß die Megaschalleistung nicht von der anderen Wand reflektiert wird und zum Wandler zurückkehrt. Eine solche reflektierte Energie würde zum Durchbrennen des Wandlers und somit zu einer kurzen Lebensdauer der Komponenten führen. Der zweite Grund für die Wahl der sich verjüngenden Wände ist es, die Megaschalleistung durch die Zone zu führen, in der das Volumen der Siliciumscheiben zu behandeln ist, und den von der anderen Wand reflektierten Strahl für einen zweiten Durchlauf durch die Zone der Siliciumscheiben zu verwenden. Dadurch hat jeder Megaschallimpuls zwei Durchläufe durch die Scheiben, um die Effizienz der Partikelentfernung zu erhöhen.
Der Tank 13 kann auch mit einer ultravioletten Lichtquelle 3 zur Bestrahlung der Lösung mit UV-Licht ausgestattet sein. Die UV-Quelle, mit 3 in Fig. 1 und Fig. 2 bezeichnet, kann an der Außenseite des Tanks angeordnet oder vorzugsweise in den Tank eingetaucht oder über dem Diffusor 4 angeordnet sein. Das UV-Licht kann verwendet werden, um sauerstofffreie Radikale, Wasserstoffperoxid und Sauerstoffmoleküle aus dem Ozon zu erzeugen, das zur Entfernung von organischen Materialien auf den Scheiben 14 während des Betriebs des erfindungsgemäßen Ozonwasserverfahrens direkt in den Behandlungstank eingeperlt wird.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Tank, wie in Fig. 4 gezeigt ist, mit einem Deckel 157 zum Schließen des Tanks ausgestattet, der eine Infrarotlichtquelle 159 hat, die im Deckel angeordnet ist. Das Infrarotlicht kann verwendet werden, um die Trocknung der Scheibe nach der Behandlung zu unterstützen. Die Infrarotlichtquelle ist im Deckel so angeordnet, daß die Lichtquelle im Tank über dem Fluid ist, wenn der Deckel geschlossen ist, und nach unten in das Fluid gerichtet ist.
Obwohl die Vorrichtung zur Behandlung von Halbleiterscheiben mit Fluiden, der Tank und der Diffusor, die hier beschrieben sind, vorzugsweise mit dem erfindungsgemäßen Ozonwasserverfahren verwendet werden, ist die bereitgestellte Struktur auch für eine Anzahl andere Behandlungsverfahren geeignet. Bei der bereitgestellten Vorrichtung ist die Verwendung mehrerer Tanks nicht mehr notwendig, indem eine Vorrichtung bereitgestellt wird, die Chemikalien vor Ort erzeugt, so daß mehrere Schritte eines Verfahrens in einem Tank durchgeführt werden können, ohne daß die Scheiben umgesetzt werden. Der Diffusor kann verwendet werden, um irgendwelche Gase in den Tank einzuleiten, die für eine Fluidbehandlung oder zur Ausbildung von Fluiden zur Behandlung von Halbleiterscheiben benötigt werden. Ein normaler Fachmann ist mit den Tankmaterialien vertraut, die benötigt werden, wenn verschiedene Gase verwendet werden.
Beispielsweise können sowohl das Schwefelsäurereinigungsverfahren als auch das RCA-Reinigungsverfahren, die oben beschrieben sind, in der erfindungsgemäßen Vorrichtung schnell und effektiv durchgeführt werden, ohne daß mehrere Tanks oder getrennte Mischtanks notwendig sind.
Beim Schwefelsäureverfahren tritt die Säure in den Tank über ein Abgaberohr im Wehr ein, so daß die Säure zunächst zu einer Filtrierung gelangt, bevor sie in den Prozeßbereich des Tanks eintritt. Die Abgabe von Säure aus der Zirkulationseinheit erfolgt über den Boden des Tanks. Nachdem Scheiben mit Photoresist in den Verfahrensbereich des Tanks eingebracht worden sind, wird Ozon in den Tank diffundiert, während Megaschallwandler aktiviert werden. Die andere Konfiguration der Schwefelsäurereinigung unter Verwendung von Ozon besteht darin, Ozon (O&sub3;) durch den Diffusor in den Tank zu diffundieren, während die resistbehafteten Scheiben darin sind, und dann das UV-Licht zu aktivieren. Das UV-Licht erzeugt sauerstofffreie Radikale, die direkt mit der organischen Substanz auf den Siliciumscheiben reagieren sollen, und als Oxidationsmittel wirken, das mit der Schwefelsäure reagiert, um die traditionelle Carosche Säure zu bilden, die mit dem Photoresist reagiert. Diese Reaktion erfolgt gleichzeitig mit der Schallenergie der Doppelfrequenzwandler.
Bei der RCA-Reinigung arbeitet der Tank nach dem Überlaufmodus. Deionisiertes Wasser läuft dauernd kaskadenartig in einer variablen Durchflußmenge (0,5, 1,5 und 10 g/min) herunter, oder der Tank ist in einem statischen Modus. Die Scheiben werden zunächst gespült, dann wird die Wasserkaskade abgeschaltet. Ozonwasser wird im Tank erzeugt und/oder in den Tank gepumpt, und dann wird Ammoniakgas (NH&sub3;) in den Tank diffundiert, um die SC1-Lösung zu erzeugen. Wahlweise kann zusätzlich Ozon in Verbindung mit UV-Strahlung verwendet werden, um sauerstofffreie Radikale zu erzeugen. Die Megaschallwandler werden aktiviert, arbeiten im Doppelfrequenzmodus und werden abwechselnd betätigt, um eine Überhitzung der Kristalle zu vermeiden. Nach der Behandlung wird die Kaskade eingeschaltet, um die SC1-Lösung (vom Boden des Tanks) aus dem Tank herauszuspülen. Das Spülen/Durchspülen mit Wasser wird zeitlich gesteuert, und die Abführeinrichtung kann auch eine kontinuierliche Überwachung des spezifischen Widerstands aufweisen. Wenn der Tank und die Scheiben gespült sind, schaltet die Wasserleitung auf warmes deionisiertes Wasser um, um die Temperatur im Prozeßtank zu erhöhen. Wenn die Tanktemperatur 70º er reicht, wird der Überlauf abgeschaltet, und der Tank kehrt in den statischen Modus zurück. Ozongas wird dann in den Tank diffundiert, gefolgt von Chlorwasserstoffgas, um die CS2- Lösung zu erzeugen. Wahlweise kann das Ozon zusätzlich in Verbindung mit UV-Strahlung verwendet werden, um das sauerstofffreie Radikal zu erzeugen. Die Megaschallwandler werden aktiviert. Nach der Behandlung wird die Wasserkaskade eingeschaltet, um den Tank und die Scheiben mit Bezug auf die Zeit und den spezifischen Widerstand zu spülen. Eine letzte Spülung erfolgt zeitbezogen mit warmem deionisiertem Wasser.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Scheibentrocknung. Zu Beginn des erfindungsgemäßen Trocknungsverfahrens wird die Scheibe vorzugsweise in ein wäßriges Spülbad (letztes Spülbad) getaucht, das im Tank enthalten ist, der vorzugsweise mit dem Spülbad hydraulisch gefüllt ist.
Das Spülbad kann jede Art von Spülung auf Wassergrundlage sein, die normalerweise nach dem Naßbehandlungsverfahren von Halbleiterscheiben verwendet wird. Das bevorzugte Spülfluid ist Wasser. Je nach Beschaffenheit der Oberfläche der zu spülenden Scheiben, der Art der Kontamination, die auf der Oberfläche vorhanden ist, und der Art der Prozeßchemikalien (z. B. Reinigungs- oder Ätzfluide), die abzuspülen sind, können jedoch auch andere Spülfluide verwendet werden. Andere Spülfluide, die verwendet werden können, sind organische Lösungsmittel, Gemische aus organischen Lösungsmitteln und Wasser, Gemische aus organischen Lösungsmitteln und dgl. Es wird bevorzugt, daß das Spülfluid Wasser ist, das deionisiert und gefiltert worden ist, um ungelöste und suspendierte Materie zu entfernen.
Es wird außerdem bevorzugt, daß das Spülfluid in einer einzigen Phase, z. B. flüssig, mit den Scheiben in Berührung kommt und im wesentlichen frei von Phasengrenzen ist, z. B. Gas/Flüssigkeitsgrenzflächen, die auftreten, wenn Gasblasen in einer Flüssigkeit vorhanden sind. Partikel können an der Gas/Flüssigkeitsphasengrenze agglomerieren. Diese Partikel können an der Oberfläche der Scheibe haften. Hydrophobe Partikel haben die Tendenz, sich an solchen Grenzflächen zu sam meln, und sie sind somit unerwünscht. Das Haften der Partikel an der Oberfläche der Scheibe ist jedoch auch eine Funktion der Zusammensetzung der Scheibenoberfläche. Eine hydrophile Scheibenoberfläche, z. B. Siliciumdioxid, hat eine geringe Affinität zu hydrophoben Partikeln, während hydrophobe Oberflächen, z. B. reines Silicium, hydrophobe Partikel anzieht.
In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform wird ein Tank, z. B. der in Fig. 4 dargestellte, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet. Der Tank gemäß Fig. 4 entspricht dem in Fig. 2, außer daß der Tank in Fig. 4 eine Extraausrüstung hat, um das Trocknungsverfahren zu erleichtern. Die bevorzugte Vorrichtung zur Behandlung und Trocknung der Halbleiterscheiben mit einem Fluid weist einen Tank zur Verwendung in einer mit einem Abzug versehenen Absaugnaßstation auf. Der Tank 13 hat eine Einrichtung 7, die mit dem Tank verbunden ist, zum Einleiten von Fluid in den Tank, eine Einrichtung 15 zum Halten mindestens einer Scheibe im Tank in Berührung mit dem Fluid, eine Einrichtung 153 zum Abführen, eine Einrichtung 154 zum Einleiten der oberen Schicht eines organischen Trocknungslösungsmittels und ein Überlaufwehr 1.
Die Einrichtung 15 zum Halten mindestens einer Scheibe im Tank in Berührung mit dem Fluid 152 kann irgendeine Einrichtung sein, die dem Fachmann bekannt ist, zum Inberührungbringen einer Scheibe mit einer Behandlungslösung, wie oben beschrieben.
Die Einrichtung 154 zum Einleiten eines organischen Lösungsmittels in den oberen Bereich des Tanks ist im allgemeinen eine Leitung, die mit einem oberen Teil des Tanks verbunden ist, aber jede Vorrichtung oder jedes Gerät, das dem Fachmann bekannt ist, zum Einleiten eines Fluidstroms in einen Tank kann verwendet werden. Das Fluid kann dem Tank 13 beispielsweise durch Perfluoralkoxylvinylether(PFA)-Schläuche oder -Röhren, Polytetrafluorethylen(PTFE)-Schläuche oder -Röhren, Polyvinylidenfluorid(PVDF)-Schläuche oder -Röhren oder Quarzröhren zugeführt werden. Vorzugsweise werden PFA- Schläuche oder -Röhren verwendet. In einer bevorzugten Ausführungsform sind PFA-Schläuche mit dem Tank durch eine konisch erweiterten Formteilverbindung verbunden.
Die Abführeinrichtung 153 ist im allgemeinen eine Einrichtung, die dem Fachmann bekannt ist, zum Abführen von Fluid aus einem Tank. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Abführeinrichtung 153 am Boden des Tanks 13 angeordnet und weist eine Einrichtung zum Steuern des Flüssigkeitsvolumens auf, das aus dem Tank abgeführt wird. Die Einrichtung zum Steuern des Volumens der Flüssigkeit, die aus dem Tank abgeführt wird, kann eine einfache Ventilanordnung oder irgendeine Vorrichtung sein, die dem Fachmann bekannt ist.
Man beachte, daß das Überlaufwehr 1, wie es in Fig. 4 dargestellt ist, eine einzige Einschnittstruktur ist, die um die obere offene Seite des Tanks 13 herumläuft. In einer Ausführungsform ist das Überlaufwehr 1 mit einer Einschnittabführeinrichtung ausgestattet, die irgendein Typ eines Ablaufs sein kann, der dem Fachmann bekannt ist, und zusätzlich wahlweise ein Ventil aufweist. Die Einschnittabführeinrichtung 52 ist in Fluidkommunikation mit einer organischen Trocknungslösungsmittelsammeleinrichtung 55, die irgendeine Einrichtung zum sicheren Aufnehmen von organischen Lösungsmitteln sein kann, die dem Fachmann bekannt ist. Vorzugsweise wird eine Trocknungslösungsmittelsammeleinrichtung 55 verwendet. Die Lösungsmittelsammeleinrichtung 55 kann ein Auffangkanister sein, der vom Boden durch eine organische Lösungsmittelzuführeinrichtung 163 versorgt wird. Die organische Lösungsmittelzuführeinrichtung 163 kann als alternative Quelle für ein organisches Trocknungslösungsmittel über der Einrichtung zum Einleiten eines organischen Lösungsmittels 154 verwendet werden, wenn der Auffangkanister mit dem organischen Trocknungslösungsmittel gefüllt ist.
Ein Auffangkanister, der vom Boden versorgt wird, wird bevorzugt, da er eine Wasseransammlung im Kanister verhindert. Wenn ein Teil des organischen Trocknungslösungsmittels aus dem Tank überläuft, kann Fluid aus dem Spülbad in das Überlaufwehr und schließlich in den Lösungsmittelauffangkanister eintreten. Während der Stillstandsperiode scheiden sich das Spülbad und das organische Trocknungslösungsmittel im Auffangkanister ab und bilden zwei Schichten im Kanister. Das wäßrige Spülbad scheidet sich am Boden des Auffangkanisters ab, und das orga nische Trocknungslösungsmittel scheidet sich oben auf dem Spülbad ab. Wenn im nächsten Trocknungszyklus das Lösungsmittel aus dem oberen Teil des Auffangkanisters (ähnlich einer Spritze) abgegeben wird, könnte ein Teil des Wassers im Auffangkanister zurückbleiben. Nach vielen Verwendungen kann das Wasser schließlich das Lösungsmittel im Auffangkanister ersetzen, und das Trocknungsmittel kann versagen. Um zu verhindern, daß sich Wasser im Kanister ansammelt, wird das Fluid vom Boden über die organische Lösungsmittelzuführeinrichtung 163 abgezogen. Dadurch wird sichergestellt, daß das gesamte Wasser nach jedem Zyklus aus dem Auffangkanister abgezogen wird. Demzufolge wird das Lösungsmittel so zum Tank geleitet, daß das Lösungsmittel vom Boden des Auffangkanisters über die organische Lösungsmittelzuführeinrichtung 163 zugeführt wird, aber vom Überlaufwehr 1 über die Einschnittabführeinrichtung 52 in den oberen Teil des Auffangkanisters zurückkehrt.
Wie oben ausgeführt, sollte die Scheibe vollständig in das Abschlußspülbad 152 eingetaucht sein. In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform sitzt die Scheibe eingetaucht in einem hydraulisch gefüllten Tank, der mit dem wäßrigen Spülbad gefüllt ist. Das wäßrige Spülfluid 152 wird dann abgeführt, um das Hinzusetzen des organischen Trocknungslösungsmittels zu ermöglichen. Normalerweise wird ein Minimum von 0,5 Zoll oder mehr von der Abführeinrichtung 153 abgeführt. Der obere Teil der Scheibe sollte jedoch vollständig im Spülfluid 152 eingetaucht bleiben.
An diesem Punkt wird das organische Trocknungslösungsmittel 150 dann im oberen Teil des Tanks durch die Einrichtung 154 zum Einleiten eines organischen Lösungsmittels eingeleitet. Der Füllstand des organischen Trocknungslösungsmittels, der ausreicht, um die Scheibe zu trocknen, variiert je nach dem Lösungsmittel, der Geschwindigkeit, mit der die Scheiben aus dem Bad herausgezogen werden, der Temperatur des Bades und dem Druck über dem Bad. Normalerweise ist ein Minimum von 0,5 Zoll Lösungsmittel erforderlich. Je schneller die Scheibe aus dem Bad herausgezogen wird, um so tiefer sollte die organische Trocknungslösungsmittelschicht sein. Die Schicht variiert von einer Dicke von 10 mm für eine Scheibendurchgangszeit von 10 s oder mehr bis zu einer Dicke von 18 mm für eine Scheibendurchgangszeit von 2 bis 4 s. Das Volumen des Trocknungsfluids, das hinzugesetzt wird, sollte dem Volumen des abgeführten Spülfluids entsprechen, so daß der Tank hydraulisch voll bleibt und dabei den oberen Teil des Tanks 13 erreicht.
In einer Ausführungsform tritt das Ablassen und Füllen gleichzeitig auf, so daß der Tank immer hydraulisch voll ist und der Füllstand des Gesamtfluids im Tank konstant bleibt. Wie dem Fachmann bekannt ist, führt das Mischen von organischen und wäßrigen Lösungen zu einem Endvolumen, das sich vom Gesamtvolumen der ungemischten Komponenten unterscheidet. Für einen geeigneten Ausgleich dafür sollte gesorgt werden.
Um das organische Trocknungslösungsmittel vom Spülwasser ohne zusätzliche Extraktionsausrüstung oder Lösungsmittelrückgewinnungs/Destillationssysteme zu trennen, ist die Phasengrenze wichtig. Das Lösungsmittel ist vorzugsweise nicht mit dem wäßrigen Spülbad mischbar und schwimmt auf der Oberfläche des wäßrigen Spülbades. Vorzugsweise werden Lösungsmittel mit Löslichkeiten unter 0,1 g/l in Wasser verwendet. Die Dichte des organischen Trocknungslösungsmittels muß kleiner sein als die Dichte des wäßrigen Lösungsbades. Wenn die Dichte des wäßrigen Lösungsbades 1 ist, muß demzufolge die Dichte des organischen Trocknungslösungsmittels kleiner als 1 sein.
Um die flüchtigen organischen Verbindungsemissionen (VOC-Emissionen) des Trocknungsverfahrens zu reduzieren, hat das Lösungsmittel vorzugsweise außerdem einen niedrigeren Dampfdruck. Wenn das Lösungsmittel eine hohe Verdampfungsrate hat, muß es nicht nur nachgefüllt werden, sondern erfordert auch ein Abnahmeeinrichtung, um das Gas zu erfassen oder entweder zu verbrennen oder zu kondensieren und in den Kreislauf zurückzuführen. In beiden Fällen bleibt das gewünschte Lösungsmittel vorzugsweise eine Flüssigkeit bei Raumtemperatur und hat niedrige Verdampfungsraten. Das Ziel ist es, Lösungsmittelverluste während der Behandlung zu minimieren (einschließlich flüchtige und flüssige Emissionen). Ein Trocknungsmittel mit einer Emission von weniger als 0,5 lbs pro Tag wird bevorzugt.
Ein weiteres wichtiges Kriterium bei der Wahl eines Lösungsmittels ist die Sicherheit. Beispielsweise ist das Lösungsmittel vorzugsweise nicht krebserregend. Demzufolge können Alkohole und Aliphate gegenüber Aromaten, z. B. Benzol, bevorzugt werden.
Wenn der nächste Scheibenbehandlungsschritt nach der Trocknung ein Hochtemperaturdiffusionsschritt ist, kann bevorzugt werden, eine kleine organische Schicht auf der Oberfläche der Scheibe zu belassen, da sie als Schutzbegrenzung für das darunterliegende Substrat wirkt und im Diffusionsofen bei niedrigen Temperaturen (200 bis 400ºC) vor der Hochtemperaturabscheidung von Schichten (800 bis 1600ºC) leicht entfernt wird. Wenn der nächste Scheibenbehandlungsschritt ein Hochtemperaturdiffusionsschritt ist, muß das Lösungsmittel demzufolge nur die oben ausgeführten Kriterien erfüllen. Insbesondere sollte das Lösungsmittel für eine gute Phasengrenze zwischen dem wäßrigen Lösungsbad und den niedrigen VOC-Emissionen sorgen.
Wenn der nächste Scheibenbehandlungsschritt nach der Trocknung eine Niedrigtemperatur-CVD-Beschichtung ist, kann das Vorhandensein von Spuren von organischen Stoffen auf der Oberfläche der Scheibe schädlich sein. Es kann unerwünschte Nebenreaktionen, z. B. Siliciumcarbid, erzeugen, einen feinen Nebel auf der Scheibe bei einer Polysiliciumablagerung zurücklassen oder bewirken, daß sich von der Scheibe aufgrund organischer Unverträglichkeit Metallschichten ablösen, z. B. Wolframsilicid. Bei der Niedrigtemperatur-CVD-Beschichtung wird daher bevorzugt, alle organischen Stoffe von den Scheibenoberflächen zu entfernen. Dies kann erfolgen, indem die Scheibe durch die Lösungsmittelschicht gezogen wird, um das Wasser zu verdrängen und die Scheiben dann einer Ozongaszone, einem UV- Licht und Infrarotwärme auszusetzen. Dadurch werden jegliche Spuren einer organischen Restkontamination oxidiert. Wenn der nächste Scheibenbehandlungsschritt eine Niedrigtemperatur-CVD- Beschichtung ist, wird demzufolge bevorzugt, ein organisches Trocknungslösungsmittel zu verwenden, das aus verzweigten oder sauerstoffgesättigten Verbindungen, z. B. Ethern und Ketonen, besteht, da sie schneller im Ozon abgebaut werden als gerad kettige Kohlenwasserstoffe. Daher werden sowohl geradkettige als auch verzweigte Kohlenwasserstoffe (aliphatische Kohlenwasserstoffe, Ketone und Ether) gegenüber aromatischen Verbindungen und Kohlenwasserstoffen, die Stickstoff, Schwefel und Halogene enthalten, bevorzugt.
Das Oxidationsverfahren kann erfolgen, ohne daß zusätzlicher Naßstationsraum einbezogen wird, indem einfach ein Tunnel zwischen dem letzten chemischen Bad und der Entladestation mit Ozongas installiert wird. Die Zeitdauer der Periode, in der die Scheibe im Tunnel ist, kann gesteuert werden, um sicherzustellen, daß die Scheibe den Oxidationsgasen entsprechend ausgesetzt wird, um ein vollständiges Entfernen von organischen Resten zu erreichen (normalerweise zwischen 2 und 3 min). Wenn eine oxidfreie Oberfläche gewünscht wird, kann ein zusätzlicher Gasschritt hinzugefügt werden, bei dem am Ende des Tunnels ein wasserfreies HF-Gas zugeführt wird, so daß die Scheiben im HF-Gas gebadet werden. Das HF-Gas wird am Ende des Tunnels zugeführt, und die Scheiben werden im HF-Gas für 15 s gebadet, bevor sie in den abgehenden Kassetten angeordnet werden.
Angesichts dessen kann die Wahl des Lösungsmittels und die nachfolgende Behandlung drei verschiedene Oberflächenzustände erzeugen; eine organische Schutzschicht, eine organisch freie Siliciumdioxidoberfläche (hydrophil) oder eine organische freie Siliciumoberfläche (hydrophob).
Beispiele für bevorzugte erfindungsgemäße organische Lösungsmittel sind Oktan, Dekan, 5-Hepten-2-1- und 2-Nonanon. Wenn eine Schutzschicht gewünscht wird, werden Aliphate bevorzugt. Wenn eine kohlenstofffreie Oberfläche gewünscht wird, werden sauerstoffgesättigte Ketone bevorzugt. Das erfindungsgemäße organische Trocknungslösungsmittel kann auch ein Einkomponenten- oder Mehrkomponentenlösungsmittel sein. Lösungsmittel mit Dampfdrücken von weniger als 100 Pa bei Raumtemperatur werden bevorzugt. Unlösliche verzweigte Kohlenwasserstoffe mit mehr als 5 Kohlenstoffen in der Kette und einer Dichte, die kleiner ist als Wasser, werden bevorzugt. Das Lösungsmittel muß kein minimal siedendes azeotropes Gemisch mit Wasser bilden. Lösungsmittel mit Siedepunkten von 140 bis 200ºC werden bevorzugt.
Nachdem das organische Trocknungs-Lösungsmittel hinzugesetzt worden ist, sind im Bad zwei Phasen vorhanden. Die untere wäßrige Phase 152 besteht aus dem Spülbad, das nach dem oben ausgeführten teilweisen Abführen im Tank zurückbleibt. Die obere organische Phase 150 besteht aus dem organischen Trocknungslösungsmittel.
Die Scheibe wird dann aus der unteren wäßrigen Schicht 152 durch die obere organische Schicht 150 herausgehoben, wobei das Spülfluid von der Oberfläche der Scheibe an der Grenzfläche zwischen der oberen und der unteren Schicht 151 verdrängt wird. Die Erfindung verwendet keine Lösungsmitteldämpfe, um die Trocknung zu erreichen. Obwohl möglicherweise auch andere Mechanismen wirken, geht man davon aus, daß die Phasengrenzfläche zwischen dem organischen Trocknungslösungsmittel und dem wäßrigen Lösungsmittelbad die Trocknung durch Verdrängung des Wassers erleichtert. Organische Lösungsmittel haben eine geringe Affinität zu Silicium und werden daher praktisch trocken gezogen. Die Oberflächenspannung kann auch ein sekundärer Effekt bei dieser Trocknungstechnologie sein.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist die Tankvorrichtung eine Hebeeinrichtung 155 zum Herausnehmen des Endeffektors 15 auf, der die Scheiben hält. Die Hebeeinrichtung 155 können zwei vertikale Hebeelemente sein (eines auf jeder Seite des Tanks und mit Endplatten auf jeder Seite des Endeffektors verbunden). Die Scheiben können dann einem horizontalen Roboter übergeben werden und zu einer Entladestation laufen.
Die Hebeeinrichtung 155 kann eine beliebige Zahl verschiedener Hebeverfahren umfassen, die dem Fachmann für Scheibenhandhabung bekannt sind. Eine solche Einrichtung ist im US- Patent 4 722 752 offenbart. Die Hebeeinrichtung kann auch eine manuelle Hebeeinrichtung sein, wobei ein Griff am Endeffektor befestigt ist. Das System ist jedoch vorzugsweise ein Robotersystem.
Wenn die Scheiben dem Flüssigkeitspegel verlassen haben, dann wird bei einer Ausführungsform der Erfindung das Wasser vom Boden des Tanks durch einen deionisierten Wassereinlaß eingeleitet, um ein kleines Volumen über das Volumen des organischen Trocknungslösungsmittels hinaus überlaufen zu lassen, das dem Überlaufwehr 1 zugeführt wird.
Wenn die Scheiben den Flüssigkeitspegel verlassen haben, verdampft das auf den Scheiben zurückbleibende Trocknungslösungsmittel. Der Verdampfungsvorgang kann durch Erwärmung oder irgendeine der oben erwähnten Nachbehandlungen, einschließlich Einwirkenlassen von Ozongas, UV, IR und/oder HF, auf die Scheibe, beschleunigt werden. Wenn die Scheibe aber dann aus der Flüssigkeit entfernt worden ist, bleibt kein Wasser auf der Oberfläche der Scheibe zurück. Demzufolge ist die auftretende Verdampfung eine Verdampfung des organischen Trocknungslösungsmittels und keine Verdampfung von Wasser, da das gesamte Wasser von der Oberfläche der Scheibe verdrängt worden ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das oben beschriebene IR-Licht in Verbindung mit dem Lösungsmitteltrocknungsverfahren verwendet, wobei ein geeignetes Kohlenwasserstofflösungsmittel auf das Fluid im Tank gebracht wird und die Scheiben langsam durch die Lösungsmittelschicht angehoben werden, so daß die Lösungsmittelschicht das Wasser von den Scheiben verdrängt. Jegliches Lösungsmittel, das auf den Scheiben verbleibt, wird in dem Verfahren zur Erwärmung der Scheiben unter Verwendung einer IR-Lampe bis zu etwa 150ºC ±30ºC und zum Einleiten von Ozongas zur Oxidation der organischen Reste verdampft. Das IR-Licht kann entweder an der Außenseite des Deckels 157 (vorzugsweise aus Quarz) oder an der Außenseite des Gastunnels 170, durch das die Scheiben nach dem Herausnehmen aus dem Tank laufen, angeordnet sein.

Claims

1. Verfahren zur Trocknung einer oder mehrerer Halbleiterscheiben (14), die in ein wäßriges Spülbad eingetaucht sind, gekennzeichnet durch:

Hinzusetzen eines organischen Trocknungslösungsmittels (150) mit einer geringeren Dichte als Wasser zu dem Bad, um eine untere wäßrige Schicht (152) und eine obere organische Schicht (150) in dem Bad auszubilden, wobei die Scheibe (14) gänzlich in der unteren wäßrige Schicht (152) eingetaucht bleibt; und

Heben der Scheibe (14) aus der unteren wäßrigen Schicht (152) durch die obere organische Schicht (150).

2. Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt: Entfernen der Scheibe (14) aus dem Bad und Beenden des Trocknungsschritts außerhalb des Bades.

3. Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit einem oder mehreren Naßbehandlungsschritten, die dem Schritt des Hinzusetzens vorausgehen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit einem Verdampfungstrocknungsschritt, wobei ein Ozonstrom über die Oberfläche der Scheibe (14) geführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit einem Verdampfungsschritt eines organischen Trocknungslösungsmittels (150), das auf der Oberfläche der Scheibe (14) verbleibt, wobei die Verdampfung dadurch beschleunigt wird, daß die Scheibe einer IR-Lichtquelle ausgesetzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das organische Trocknungslösungsmittel ein unlöslicher verzweigter Kohlenwasserstoff mit einer Kette mit mehr als fünf Kohlenstoffatomen und mit einer geringeren Dichte als Wasser ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das organische Trocknungslösungsmittel ein Dekan oder 2-Nonanon ist.

8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die untere wäßrige Schicht (152) deionisiertes Wasser ist.

9. Verfahren zur Trocknung mehrerer Halbleiterscheiben (14), die in ein wäßriges Spülbad getaucht sind, nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein oberer Abschnitt des wäßrigen Spülbades durch das unvermischbare flüssige organische Trocknungslösungsmittel ersetzt wird.

10. Vorrichtung zur Trocknung der Oberflächen von Halbleiterscheiben (14), mit

(a) einem Tank (13) zum Inkontakthalten der Scheiben (14) mit einem wäßrigen Spülfluid (152),

(b) einer Einrichtung (155) zum Heben der Scheiben (14) aus dem wäßrigen Spülfluid (152), gekennzeichnet durch

(c) eine Einrichtung (154) zum Einbringen einer flüssigen organischen Lösungsmittelschicht in den Tank (13), so daß sie eine obere flüssige organische Lösungsmittelschicht (152) bildet, und

(d) wobei die Hebeeinrichtung (155) die Scheiben (14) durch die obere flüssige organische Lösungsmittelschicht (150) schiebt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, ferner mit:

einer Einrichtung (7), die mit dem Tank (13) verbunden ist, zum Einbringen eines Fluids in den Tank;

einer Einrichtung (5), die mit dem Tank (13) verbunden ist, zum Einströmen von Gas in den Tank; und

einer Einrichtung (4) zum Diffundieren des Gases in den Tank (13), so daß das Gas im Fluid absorbiert wird und die Oberfläche jeder Scheibe (14), die im Tank angeordnet ist, berührt;

wobei die Einrichtung (4) zum Diffundieren aufweist:

ein zusammengesetztes Element mit einem durchlässigen Teil (31) und einem undurchlässigen Teil (30), wobei das durchlässige Teil einen oberen Abschnitt und einen unteren Abschnitt hat, eine Einrichtung, die einen offenen Raum in einem Mittelabschnitt des durchlässigen Teils bildet, und eine Einrichtung, die einen Einschnitt (32) bildet, der an dem oberen Abschnitt des durchlässigen Teils (31) zwischen einem äußeren Umfang des durchlässigen Teils und der Einrichtung, die einen offenen Raum bildet, positioniert ist, wobei das undurchlässige Teil (30) eine Einrichtung hat, die einen offenen Raum in einem Mittelabschnitt des undurchlässigen Teils (30) bildet und die der Einrichtung entspricht, die einen offenen Raum in einem Mittelabschnitt des durchlässigen Teils bildet, wobei das durchlässige Teil (31) und das undurchlässige Teil (30) so verbunden sind, daß der Einschnitt (32) sich am oberen Abschnitt des durchlässigen Teils (31) öffnet und von dem undurchlässigen Teil (30) abgedeckt ist und das zusammengesetzte Element so positioniert ist, daß der untere Abschnitt des durchlässigen Teils (31) mit dem Boden des Tanks (13) verbunden ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei sowohl das durchlässige Teil (31) als auch das undurchlässige Teil (30) ein Gemisch aus Polytetrafluorethylen und Perfluoralkoxylvinylether aufweist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei der Tank (13) eine erste Seite und eine zweite Seite aufweist, wobei die erste Seite des Tanks einen vertikalen Abschnitt an einem oberen Abschnitt des Tanks (13) und einen nach innen verjüngten Abschnitt an einem unteren Abschnitt des Tanks aufweist, wobei der verjüngte Abschnitt länger als der vertikale Abschnitt ist, und eine zweite Seite des Tanks einen vertikalen Abschnitt an einem oberen Abschnitt des Tanks und einen nach innen verjüngten Abschnitt an einem unteren Abschnitt des Tanks aufweist, wobei der verjüngte Abschnitt kürzer als der vertikale Abschnitt ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, ferner mit einem Megaschallwandler (2), der auf dem nach innen verjüngten Abschnitt der ersten Seite des Tanks (13) angeordnet ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 11, ferner mit einer Ultraviolettlichtquelle (3), die im Tank (13) über der Einrichtung (4) zum Diffundieren des Gases angeordnet ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Einrichtung (5) zum Einströmen von Gas unter der Einrichtung (4) zum Diffundieren des Gases angeordnet ist, so daß das Gas nach oben in die Einrichtung zum Diffundieren einströmt.

17, Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Einrichtung (7) zum Einbringen eines Fluids in den Tank (13) den Fluidstrom in einer ersten Richtung einbringt und die Einrichtung (5) zum Einströmen von Gas in den Tank (13) das Gas in einer zweiten Richtung im Gegenstrom zum Fluidstrom einbringt.

18. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Einrichtung (5) zum Einströmen von Gas in den Tank (13) ein Gas entweder einzeln oder in, Kombination mit einem oder mehreren anderen Gasen einbringt.

19. Vorrichtung nach Anspruch 11, ferner mit einer Ablaßeinrichtung (153).

20. Vorrichtung nach Anspruch 11, ferner mit einem Deckel (157) zum Abdecken des Tanks (13).

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei der Deckel (157) mit einem IR-Licht ausgerüstet ist.