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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Reinigen
und Entfernen einer Flüssigkeit
von einer Oberfläche
eines Substrats mit Hilfe eines sich drehenden Reinigungskissen.
Dieses Verfahren kann in dem Fabrikationsprozess von integrierten
Schaltkreisen verwendet werden, insbesondere dann, wenn der vorhergehende
Verfahrensschritt die Oberfläche
in einem erheblichen Maße kontaminiert
hat.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Im
Allgemeinen ist das vollständige
und wirkungsvolle Entfernen einer Flüssigkeit von einer Oberfläche eines
Substrats ein vielfach wiederholter Schritt bei z.B. dem Fabrikationsprozess
von integrierten Schaltkreisen. Solch ein Schritt kann durchgeführt werden
nach einem Nassätzschritt
oder einem Nassreinigungsschritt oder einem Nassspülschritt
oder nach irgendeinem anderen bei dem Fabrikationsprozess verwendeten
Schritt, bei welchem das Substrat mit Hilfe einer Flüssigkeit
behandelt wird oder derselben ausgesetzt wird oder in dieselbe eingetaucht
wird. Das Substrat kann ein Halbleiterwafer oder ein Teil desselben
oder ein Glasscheibchen oder irgendein anderes Scheibchen eines
isolierenden oder leitfähigen
Materials sein.
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Das
Herstellen von integrierten Schaltkreisen entwickelt sich dahingehend,
dass ein jedes Substrat eher einzeln als in Chargen von mehreren
Substraten einer Verarbeitung unterzogen wird. Nach dem Stand der
Technik der IC Herstellung werden die meisten Bearbeitungsschritte,
wie z.B. Implantationsschritte und Auftragungsschritte, bereits
nach einem Modus mit einem Einzelsubstrat durchgeführt. Andererseits
werden Nassbearbeitungsschritte, wie etwa z.B. Reinigungsschritte
und die nachfolgenden Schritte der Flüssigkeitsbeseitigung, in typischer Weise
und wegen des Mangels an geeigneten Alternativen nach dem Chargenmodus
durchgeführt.
Daher werden Unterschiede bei den Wartezeiten für ein jedes einzelnes Substrat
hervorgerufen zwischen einem Nassbearbeitungsschritt, welcher in
einem Chargenmodus durchgeführt
wird, und einem anderen Bearbeitungsschritt, welcher nach einem
Arbeitsmodus mit einem einzelnen Substrat durchgeführt wird.
Eine solche Variabilität
ist unerwünscht
im Hinblick auf die Verfahrenssteuerung. Darüber hinaus erhöht die gemischte
Bearbeitung von Chargen- und Einzelsubstraten die Zykluszeit, was
auch unerwünscht
ist. Daher besteht ein allgemeines Interesse an der Entwicklung
von wettbewerbsfähigen
Nassbearbeitungsschritten auf der Basis des Einzelsubstratmodus.
Insbesondere liegt eine der größeren Herausforderungen
im Hinblick auf die Nassbearbeitung einzelner Wafers bei einem Verfahren
zum Entfernen einer Flüssigkeit
von beiden Seiten eines Substrats. Es gibt zwei größere Anforderungen,
welche bei einem solchen Verfahren erfüllt werden müssen. Erstens
sollte das Verfahren ausreichend schnell arbeiten. In dem Wissen,
dass auf den Produktionslinien nach dem Stand der Technik ein Substrat
typischerweise alle 2 bis 3 Minuten bearbeitet wird, sollte im Idealfall,
um eine Verdopplung der Ausrüstung
zu vermeiden, das Entfernen der Flüssigkeit in etwa in einem solchen
Zeitrahmen abgeschlossen sein. Eine andere Anforderung bezieht sich
auf die bevorzugte Orientierung des Substrats. Die Verfahrensausrüstung nach
dem Stand der Technik und die Transportwerkzeuge sind dahingehend
entwickelt worden, dass man die Substrate in einer horizontalen
Position handhaben kann. Daher würde
es wünschenswert sein,
um eine zusätzliche
Handhabung des Substrats zu vermeiden, die Nassbearbeitungsschritte
unter Verwendung von horizontal positionierten Substraten durchzuführen.
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In
dem Europäischen
Patent
EP 385 536 B1 wird
ein Verfahren zum Trocknen von Substraten nach einer Behandlung
in einer Flüssigkeit
offenbart, wobei man das Substrat langsam aus der Flüssigkeit herauszieht.
Dieses Verfahren, das auf dem Marangoniprinzip beruht, erfordert
jedoch, um wirkungsvoll sein zu können, dass das Substrat in
einer aufrechten Position aus der Flüssigkeit herausgezogen wird, d.h.
dass eine Oberfläche
des Substrats in etwa senkrecht zu der Oberfläche des Flüssigkeitsbades angeordnet ist
(wie man aus den
1 bis
6 des
Europäischen
Patents
EP 385 536 B1 ersehen
kann). Dieser Umgang ist nicht kompatibel mit der Mehrzahl der anderen
Bearbeitungsschritte, bei welchen die Ausrüstungs- und Transportwerkzeuge
dahingehend entwickelt worden sind, die Substrate in horizontaler Position
handhaben zu können.
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In
dem Patent der Vereinigten Staaten
US 5271774 wird
eine Schleudertrocknungstechnik offenbart, welche in der Lage ist,
horizontal positionierte Substrate handhaben zu können. Tatsächlich werden
mehrere kleine Flüssigkeitsinseln
gebildet, welche durch eine Drehbewegung von dem Substrat entfernt
werden. Es ist bekannt, dass solch eine Technik des Schleudertrocknens
unerwünschte Überreste, welche
oft als Trocknungsmarkierungen bezeichnet werden, auf der Substratoberfläche zurücklässt, insbesondere
auf denjenigen Oberflächen,
die gemischte hydrophile und hydrophobe Gebiete aufweisen. Weiterhin
ist diese Technik nicht dazu geeignet, eine Restkontamination in
der Form von Partikeln zu entfernen.
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Aus
der obigen Diskussion ist deutlich geworden, dass ein allgemeines
Interesse an der Nassbearbeitung und an der Trocknung eines einzelnen Wafers
besteht. Daher stellt eine wirkungsvolle Trocknungstechnik, welche
auch gute Reinigungsfähigkeiten
aufweist, eine Voraussetzung dar. Für einige inhärent schmutzige
Verfahren, wie etwa das chemisch-mechanische
Polieren, werden gegenwärtig Reinigungsschritte
herangezogen, welche Gebrauch von einer mechanischen Kraft machen.
Zum Beispiel setzen CMP Maschinen, welche in typischer Weise für das Einebnen
oder Glattmachen eines Halbleiterwafers verwendet werden, einen
Polierschlamm ein, welcher im Allgemeinen Abriebpartikel in der
Größe unter
einem Mikron von einem solchen Material wie etwa Siliziumdioxid
oder Aluminiumoxid enthalten. Große Mengen solcher Partikel
können
zusammen mit den Partikeln, die von dem Wafer selbst während des
Polierarbeitsganges entfernt worden sind, auf einer polierten Waferoberfläche gefunden
werden. Diese Partikel müssen
in einem Reinigungsschritt entfernt werden oder aber sie können die
Leistungsfähigkeit
der Vorrichtung drastisch beeinträchtigen.
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Zum
Beispiel werden nach dem Patent der Vereinigten Staaten
US 5581837 scheibchenförmige Objekte,
wie etwa Wafer, jeweils eines zur gleichen Zeit zwischen einem Satz
sich drehender Bürsten derart
transportiert, dass sie dadurch gereinigt werden. Tatsächlich wird
bei dem Vorhandensein einer Reinigungsflüssigkeit mit Hilfe der sich
drehenden Bürsten
eine mechanische Kraft auf die Oberfläche des Wafers ausgeübt, um ein
Reinigen des Wafers zu bewirken. Auf diesen Reinigungsschritt können anschließend ein
Spülschritt
und ein getrennter Trocknungsschritt folgen. Bei diesem Trocknungsschritt
werden IR Lampen verwendet, um das Trocknen zu bewirken. Es ist
bekannt, dass solch eine Technik Trocknungsmarkierungen auf der
Oberfläche des
Substrats hinterlässt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Entfernen kontaminierter
Partikel und einer Flüssigkeit
von einer Oberfläche
eines Substrats unter Verwendung von mindestens einem sich drehenden
Reinigungskissen offenbart. Dieses sich drehende Reinigungskissen
ist vorzugsweise zylindrisch geformt und weist eine äußere Kante
auf, welche eine Oberfläche
eines Substrats berühren
kann. Insbesondere wird ein Verfahren offenbart zum Entfernen von
Partikeln und von einer Flüssigkeit
von mindestens einer Oberfläche
eines Substrats unter Verwendung von einem oder von mehreren Reinigungskissen,
wobei die Drehachsen (Achsen der Umdrehung) im Wesentlichen parallel
zu der Oberfläche
stehen; hierbei umfasst das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte:
ein
Erzeugen einer relativen, linearen Bewegung bei einer vorherbestimmten
Geschwindigkeit zwischen einem oder mehreren befeuchteten, sich
drehenden Reinigungskissen und einem Substrat;
die Oberfläche des
Substrats wird an einer ersten Kante in Kontakt versetzt mit einem
jeden des einen oder der mehreren befeuchteten, sich drehenden Reinigungskissen,
ein jedes Mal dann, wenn während
der relativen, linearen Bewegung das befeuchtete, sich drehende
Reinigungskissen an der ersten Kante ankommt;
ein Auftragen
einer gasförmigen
Substanz auf die Oberfläche
in der Nähe
bei einem zuletzt befeuchteten, sich drehenden Reinigungskissen,
welches das letzte, befeuchtete, sich drehende Reinigungskissen von
dem einen oder den mehreren sich drehenden Reinigungskissen ist,
welche an der ersten Kante ankommen, und zwar zwischen dem zuletzt
befeuchteten, sich drehenden Reinigungskissen und der ersten Kante,
wobei die gasförmige
Substanz zumindest teilweise mischbar mit der Flüssigkeit ist und dann, wenn
sie erst einmal mit der Flüssigkeit
vermischt ist, sich eine Mischung mit einer Oberflächenspannung ergibt,
welche geringer ist als diejenige der Flüssigkeit; und
ein Fortsetzen
der linearen, relativen Bewegung von der ersten Kante zu einer zweiten
Kante gegenüber der
ersten Kante, während
die Oberfläche
des Substrats mit dem einen oder den mehreren befeuchteten, sich
drehenden Reinigungskissen in Kontakt versetzt wird, und während die
gasförmige
Substanz zugeführt
wird, um dadurch die Partikel und die Flüssigkeit von der Oberfläche des
Substrats zu entfernen. Die gasförmige
Substanz kann eine verdampfte Substanz enthalten, welche mit der
Flüssigkeit
mischbar ist und dann, wenn sie erst einmal mit der Flüssigkeit vermischt
ist, ergibt sich eine Mischung mit einer Oberflächenspannung, welche geringer
ist als diejenige der Flüssigkeit.
Eine verdampfte Substanz ist definiert als ein Nebel von fein verteilten
Flüssigkeitstropfen
eines Elementes oder einer Verbindung oder einer Mischung aus Elementen
oder als ein Dampf. Ein Dampf ist definiert als das Auftreten der Gasphase
eines Elementes oder einer Verbindung oder einer Mischung aus Elementen,
wenn das Element oder die Verbindung oder die Mischung sich in der
flüssigen
oder festen Phase bei den gegebenen Temperatur- und Druckbedingungen befinden sollten.
Daher kann ein Dampf in einer Umgebung mit der festen oder flüssigen Phase
des Elementes zusammen existieren. Ein Dampf ist das Auftreten einer spezifischen
Gasphase eines Elementes oder einer Verbindung oder einer Mischung
aus Elementen. Die gasförmige
Substanz kann ein Gas enthalten, welches mit der Flüssigkeit mischbar
ist und dann, wenn es erst einmal mit der Flüssigkeit vermischt ist, ergibt sich
eine Mischung mit einer Oberflächenspannung, welche
geringer ist als diejenige der Flüssigkeit. Die gasförmige Substanz
kann eine Mischung einer verdampften Substanz und eines Gases enthalten,
insbesondere ein Inertgas wie z.B. Helium, Argon oder Stickstoff,
wobei die Mischung zumindest teilweise mit der Flüssigkeit
mischbar ist und dann, wenn sie erst einmal mit der Flüssigkeit
vermischt ist, ergibt sich eine Mischung mit einer Oberflächenspannung, welche
geringer ist als diejenige der Flüssigkeit. Bei einer Ausführung der
Erfindung wird das Reinigungskissen relativ zu dem Substrat bewegt
wobei das sich drehende Reinigungskissen befeuchtet wird durch ein
Zuführen
einer Flüssigkeit
zu dem sich drehenden Kissen oder zu dem ersten Teil der Oberfläche in der
Nähe bei
dem sich drehenden Reinigungskissen.
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Der
Ansatz gemäß der Erfindung
besteht in einer Technik, bei welcher eine sehr scharfe Grenze zwischen
Flüssigkeit
und Dampf auf der Oberfläche des
Substrats geschaffen wird, in der Nähe des sich zuletzt drehenden
Reinigungskissen zwischen dem zuletzt befeuchteten, sich drehenden
Reinigungskissen und der ersten Kante.
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Die
relative lineare Bewegung kann in einer willkürlichen Richtung erzeugt werden,
einschließlich einer
vertikalen oder einer horizontalen Bewegung. Die Substrate und/oder
die Reinigungskissen können vorwärts bewegt
werden. Insbesondere kann ein Transportband verwendet werden, um
die Substrate vorwärts
zu bewegen.
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Bei
einer anderen Ausführung
der Erfindung ist das sich drehende Reinigungskissen, insbesondere
das sich zuletzt drehende Reinigungskissen zylindrisch geformt und
es weist eine äußere Kante
auf, welche eine Oberfläche
eines Substrats berühren kann.
Vorzugsweise ist diese äußere Kante
des Reinigungskissens breiter als die Breite der Fläche der Oberfläche, welche
sich mit dem Reinigungskissen in Kontakt befindet. Mit anderen Worten,
wenn erst einmal ein Kontakt mit der Oberfläche hergestellt worden ist,
dann erstreckt sich zumindest ein Teil der äußeren Kante des Reinigungskissens über die
Kanten des Substrats hinaus. Vorzugsweise wird das sich drehende
Reinigungskissen derart ausgewählt,
dass wenn es feucht ist und wenn ein vorherbestimmter Druck auf
das Reinigungskissen ausgeübt
wird, eine kontinuierliche Kontaktfläche zwischen dem Reinigungskissen
und der Oberfläche
des Substrats erzeugt wird. Stärker
bevorzugt weist das sich drehende Reinigungskissen eine glatte,
polymere äußere Kante
auf. Das Kissen kann weiterhin eine Lage enthalten, welche unter
der polymeren äußeren Kante liegt,
wobei diese Lage stärker
zusammendrückbar ist
als die polymere äußere Kante.
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Bei
einer anderen Ausführung
der Erfindung wird ein Verfahren zum Reinigen und Entfernen einer Flüssigkeit
von einer Oberfläche
eines Substrats unter Verwendung eines Paares sich drehender Reinigungskissen
offenbart. Die sich drehenden Reinigungskissen sind parallel zueinander
angeordnet und dabei befinden sie sich in einem Abstand das eine über dem
anderen. Ein erstes sich drehendes Reinigungskissen wird verwendet,
um eine erste Oberfläche
des Substrats in Kontakt zu versetzen, ein zweites Reinigungskissen
wird verwendet, um eine zweite Oberfläche des Substrats gegenüber der ersten
Oberfläche
in Kontakt zu versetzen. Die sich drehenden Reinigungskissen und
das Substrat werden derart gehandhabt, dass ein Substrat mit einer einstellbaren
Geschwindigkeit durch das Paar sich drehender Reinigungskissen von
der ersten Kante des Substrats bis hin zu der zweiten Kante des
Substrats voranbewegt werden kann, wobei sich die zweite Kante gegenüber der
ersten Kante befindet. Alternativ können die drehenden Reinigungskissen und
das Substrat derart gehandhabt werden, dass das Paar sich drehender
Reinigungskissen mit einer einstellbaren Geschwindigkeit von der
ersten Kante des Substrats bis hin zu der zweiten Kante des Substrats
voranbewegt werden kann, wobei sich die zweite Kante gegenüber der
ersten Kante befindet.
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Bei
einer anderen Ausführung
der Erfindung können
zwei Sätze
sich drehender Reinigungskissen verwendet werden zum Entfernen von
Partikeln und von einer Flüssigkeit
von einem Substrat. Ein erster Satz sich drehender Reinigungskissen
wird verwendet, um eine erste Oberfläche des Substrats in Kontakt
zu versetzen, wobei der erste Satz eine erste Vielzahl sich drehender,
befeuchteter Reinigungskissen enthält, ein zweiter Satz sich drehender
Reinigungskissen wird verwendet, um eine zweite Oberfläche des
Substrats gegenüber
der ersten Oberfläche
in Kontakt zu versetzen, wobei der zweite Satz eine zweite Vielzahl
sich drehender, befeuchteter Reinigungskissen enthält. Die
sich drehenden Reinigungskissen innerhalb eines jeden Satzes sind
parallel zueinander angeordnet und sie befinden sich in einem gewissen
Abstand das eine zu dem anderen, während ein jedes sich drehende
Reinigungskissen des ersten Satzes in einem gewissen Abstand und gegenüberliegend
von einem sich drehenden Reinigungskissen des zweiten Satzes angeordnet
ist, das ein über
dem anderen. In dem letzteren Fall wird eine gasförmige Substanz
nur anschließend
an und angrenzend an das letzte sich drehende Reinigungskissen an
einer jeden Oberfläche
zugeführt,
um auf diese Art und Weise die Oberfläche zu reinigen und zu trocknen.
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Nach
einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren für das Entfernen
von Partikeln und von einer Flüssigkeit
von mindestens einer Oberfläche
eines Substrats unter Verwendung einer Vielzahl von sich drehenden
Reinigungskissen offenbart, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte
umfasst:
ein Erzeugen einer relativen, linearen Bewegung bei einer
vorherbestimmten Geschwindigkeit zwischen einer Vielzahl von befeuchteten,
sich drehenden Reinigungskissen und einem Substrat;
die Oberfläche des
Substrats wird an einer ersten Kante in Kontakt versetzt mit einem
jeden der befeuchteten, sich drehenden Reinigungskissen aus der
Vielzahl der befeuchteten, sich drehenden Reinigungskissen ein jedes
Mal dann, wenn während
der relativen, linearen Bewegung das befeuchtete, sich drehende
Reinigungskissen an der ersten Kante ankommt;
ein lokales Erwärmen der
Flüssigkeit
auf der Oberfläche
in der Nähe
bei einem zuletzt befeuchteten, sich drehenden Reinigungskissen,
welches das letzte, befeuchtete, sich drehende Reinigungskissen
von der Vielzahl der sich drehenden Reinigungskissen ist, welches
an der ersten Kante ankommt, und zwar zwischen dem zuletzt befeuchteten,
sich drehenden Reinigungskissen und der ersten Kante, um auf diese Weise
die Oberflächenspannung
der Flüssigkeit
lokal zu vermindern; und
ein Fortsetzen der linearen, relativen
Bewegung von der ersten Kante zu einer zweiten Kante des Substrats
gegenüber
der ersten Kante, während
die Oberfläche
des Substrats mit der Vielzahl der befeuchteten, sich drehenden
Reinigungskissen in Kontakt versetzt wird, und während die Flüssigkeit
lokal erwärmt wird,
um auf diese Weise die Partikel und die Flüssigkeit von der Oberfläche des
Substrats zu entfernen. Um den Trocknungsprozess einzuleiten, wird
die Flüssigkeit
mit Hilfe einer Wärmequelle
lokal erwärmt,
um die Oberflächenspannung
zu vermindern, um auf diese Weise eine sehr scharf definierte Grenze
von der Flüssigkeit
zu der Umgebung auf der besagten Oberfläche des Substrats zu erzeugen,
und zwar in der Nähe
zu dem sich zuletzt drehenden Reinigungskissen zwischen dem zuletzt
befeuchteten, sich drehenden Reinigungskissen und der ersten Kante.
Insbesondere kann die Wärmequelle
eine Düse
sein, entweder beweglich oder auch nicht, oder ein statischer Einlass,
welcher ein erhitztes Gas oder einen erhitzten Dampf oder eine erhitzte
Mischung aus Dampf und Gas verteilt.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt einen schematischen Querschnitt
durch ein Werkzeug für
die Nassbearbeitung gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung, bei welcher ein Substrat durch zwei sich in Umdrehung befindliche
Schrubber nach vorne hindurch transportiert wird, um auf diese Weise
das Substrat zu reinigen und zu trocknen.
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In
der 1a) kommen die sich drehenden Reinigungskissen
(2) mit dem Substrat (1) an einer ersten Kante
(7) in Kontakt.
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In
der 1b) ist das Substrat bereits teilweise
durch die sich drehenden Reinigungskissen hindurch transportiert.
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In
der 1c) ist das Substrat vollständig durch
die sich drehenden Reinigungskissen hindurch transportiert.
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2 zeigt einen schematischen Querschnitt
durch ein Werkzeug für
die Nassbearbeitung gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung, bei welcher zwei sich umdrehende Reinigungskissen quer über ein
festes Substrat hinweg nach vorne transportiert werden, um auf diese
Weise das Substrat zu reinigen und zu trocknen.
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So
wie in dieser Figur illustriert, wird ein Substrat (1)
zwischen zwei bewegliche, sich umdrehende Reinigungskissen (4)
gelegt. Ein erster beweglicher Arm (5) wird eng an das
erste sich drehende Reinigungskissen auf der oberen Seite herangeführt, während ein
zweiter beweglicher Arm (5) eng an ein zweites Reinigungskissen
auf der unteren Seite des Substrats herangeführt wird. Die Arme enthalten
mindestens eine Düse
(6) zum Zuführen
eines die Oberflächenspannung
vermindernden Dampfes auf das Substrat. In der 2a) sind
sowohl die befeuchteten, sich drehenden Reinigungskissen als auch
die Arme an einer Kante des Substrats positioniert und der Dampf
wird an einer ersten Seite der beiden sich drehenden Reinigungskissen
zugeführt.
In der 2 werden bei dem Schritt b)
die Arme und die Reinigungskissen gleichzeitig über die Oberflächen des Substrats
hin in Richtung auf die zweite Kante (8) bewegt. In der 2 wird bei dem Schritt c) die gegenüberliegende
Kante (8) erreicht, womit das gesamte Substrat gereinigt
und getrocknet ist.
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3 zeigt
einen schematischen Querschnitt durch ein Werkzeug für die Nassbearbeitung gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung, bei welcher die obere und die untere Seite eines
Substrats jeweils mit einer Vielzahl von sich drehenden Reinigungskissen
in Kontakt gebracht werden.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Unter
Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen
wird die vorliegende Erfindung im Folgenden bis in weitergehende
Einzelheiten so beschrieben, wie sie in den beigelegten Ansprüchen definiert
worden ist. Mehrere Ausführungen
werden offenbart.
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Bei
einer Ausführung
gemäß der Erfindung wird
ein Verfahren zum Entfernen von Partikeln und von einer Flüssigkeit
von einer Oberfläche
eines Substrats unter Verwendung von mindestens einem sich drehenden
Reinigungskissen offenbart. Dieser Ansatz gemäß der vorliegenden Erfindung
besteht in einer Technik, bei welcher eine scharfe Grenze zwischen
einer Flüssigkeit
und Dampf auf der Oberfläche
des Substrats erzeugt wird, und zwar in der Nähe bei dem zuletzt befeuchteten,
sich drehenden Reinigungskissen zwischen dem zuletzt befeuchteten, sich
drehenden Reinigungskissen und der ersten Kante des Substrats. Die
Konfiguration ist derart, dass die Flüssigkeit auf dem Abschnitt
der zu reinigenden Oberfläche
in der Nähe
desjenigen sich drehenden Reinigungskissen gehalten wird, das mit
der Oberfläche
in Kontakt steht. Eine gasförmige
Substanz wird auf der anderen Seite in der Nähe zu dem sich drehenden Reinigungskissens
auf dem Abschnitt der Oberfläche
zugeführt,
welcher bereits gereinigt ist. Die gasförmige Substanz ist zumindest
teilweise mit der Flüssigkeit
mischbar und dann, wenn sie mit der Flüssigkeit vermischt ist, ergibt
sich eine Verminderung der Oberflächenspannung der Flüssigkeit,
wodurch die Bewegung der Flüssigkeit
in die Richtung auf das sich drehende Reinigungskissen erhöht wird.
Der Teil der Oberfläche,
welcher dahinter zurückgelassen
wird, d.h. der zweite Teil, wird gereinigt und getrocknet. Man nimmt
an, dass das Reinigen der Oberfläche
sich teilweise aus der Reibungsreinigung eines sich drehenden Reinigungskissens ergibt,
welches mit dem Substrat in Kontakt steht. Die Leistungsfähigkeit
der Reibungsreinigung kann gesteuert werden durch ein Anpassen der
Drehgeschwindigkeit des Reinigungskissens, durch ein Anpassen der
Geschwindigkeit der relativen Bewegung des Substrats zu dem Reinigungskissen und
durch ein Anpassen des Drucks, mit dem das Reinigungskissen auf
die Oberfläche
des Substrats gedrückt wird.
Insbesondere dann, wenn das sich drehende Reinigungskissen unter
einem vorherbestimmten Druck mit einer Oberfläche des Substrats in Kontakt gebracht
wird und wenn keine extra Kraft ausgeübt wird, weder auf das Reinigungskissen
noch auf das Substrat, dann wird das Substrat weiterbewegt einzig und
allein auf Grund der Drehbewegung des Reinigungskissens. In solch
einem Fall wird das Reinigungskissen kaum eine Reibungskraft auf
die Oberfläche
ausüben.
Wenn jedoch zum Beispiel die Geschwindigkeit der relativen Bewegung
des Reinigungskissens gegenüber
dem Substrat gesteuert wird, dann kann diese Geschwindigkeit angepasst werden,
z.B. erniedrigt oder umgekehrt werden, um die Reibungskraft des
sich drehenden Reinigungskissens auf die Oberfläche zu erhöhen und dadurch die Leistungsfähigkeit
der Reinigung, d.h. das Entfernen von Partikeln, zu vergrößern. Diese
Reibungsreinigung bildet die mechanische Komponente der Reinigungswirkung,
während
durch die Auswahl der Flüssigkeit
auch eine chemische Komponente eingeführt werden kann. Neben dem
Entfernen der Partikel wird auch die Flüssigkeit entfernt. Man nimmt
an, dass diese Trocknungswirkung erzielt wird auf Grund der Kombination
von mindestens der chemischen und der mechanischen Komponente der
Reinigungswirkung mit dem Marangoni-Effekt. Gemäß diesem Effekt wird die gasförmige Substanz
mindestens teilweise mit der Flüssigkeit
derart gemischt, dass in dem Flüssigkeitsmeniscus
die Konzentration derselben in der Richtung der Flüssigkeit
abnimmt. Dieser Gradient in der Konzentration erzeugt eine zusätzliche
Kraft, welche auf den Flüssigkeitsfilm
in der Richtung des Flüssigkeitsfilms
ausgeübt
wird, was zu einer guten Leistung für das Trocknen führt. Darüber hinaus
kann auch die Leistungsfähigkeit
des Reinigens auf Grund des Marangoni-Effektes vergrößert werden
und insbesondere durch die Erzeugung einer Grenze Flüssigkeit-Dampf.
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Die
Flüssigkeit
wird ausgewählt
in Abhängigkeit
von dem vorangehenden Bearbeitungsschritt und insbesondere von dem
Grad der auf einer Oberfläche
des Substrats vorhandenen Kontamination. Eine Reinigungsflüssigkeit
oder eine Spülflüssigkeit kann
verwendet werden. Um den Trocknungsprozess einzuleiten, wird eine
gasförmige
Substanz, welche die Oberflächenspannung
der Flüssigkeit
vermindert, auf mindestens einer Oberfläche des Substrats verteilt.
Insbesondere wird eine unter Druck stehende, gasförmige Substanz
aktiv zugeführt,
z.B. unter Verwendung von mindestens einem Einlass, wobei der Einlass
vorzugsweise beweglich ist und mindestens eine Düse aufweist. Spezifischer gesehen kann
eine rechtwinklige Düse
verwendet werden, welche parallel zu dem sich drehenden Reinigungskissen
zum Verteilen der gasförmigen
Substanz auf den zweiten Teil der Oberfläche angeordnet ist, wobei die
Düse eine
sehr begrenzte Breite aufweist, d.h. in typischer Weise in dem Bereich
von 0,1 bis 10 mm, und eine ausgedehnte Länge, welche parallel zu der Drehachse
des sich drehenden Reinigungskissens verläuft, d.h. mindestens so lang
wie die maximale Breite des Substrats. Die Länge von solch einer linienförmigen Düse kann
typischerweise in dem Bereich von 10 bis 30 cm liegen. Anstelle
einer linienförmigen
Düse kann
auch eine Vielzahl kleiner, kreisförmiger Düsen entlang der Drehachse des
sich drehenden Reinigungskissens bereitgestellt werden. Insbesondere
kann die gasförmige
Substanz, welche die Oberflächenspannung
vermindert, ein Isopropylalkohol (IPA) sein.
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Die
sich drehenden Reinigungskissen sind vorzugsweise zylindrisch geformt
und sie weisen eine äußere Kante
auf, welche mit einer Oberfläche eines
Substrats im Kontakt stehen kann. Auch Schrubber und Bürsten können als
Reinigungskissen verwendet werden. Stärker bevorzugt wird das Reinigungskissen,
insbesondere das sich zuletzt drehende Reinigungskissen, auf solch
Art und Weise ausgewählt,
dass wenn es feucht ist und wenn ein vorherbestimmter Druck auf
das Reinigungskissen ausgeübt
wird, eine kontinuierliche Kontaktfläche zwischen dem Reinigungskissen
und der Oberfläche
des Substrats erzeugt wird. Sogar noch stärker bevorzugt man es, wenn
das sich drehende Reinigungskissen eine glatte, polymere, äußere Kante
aufweist. Das Kissen kann weiterhin eine Lage enthalten, welche unter
der polymeren, äußeren Kante
liegt, wobei diese Lage stärker
zusammendrückbar
ist als die polymere, äußere Kante.
Insbesondere wird eine Flüssigkeit
auf die sich drehenden Reinigungskissen zugeführt, bevor ein Kontakt mit
einer Oberfläche
des Substrats hergestellt wird, um diese Reinigungskissen zu befeuchten.
Dann, wenn ein Kontakt zwischen der Oberfläche des Substrats und den sich
drehenden Reinigungskissen hergestellt worden ist, wird die Flüssigkeit
auf die Oberfläche übertragen.
Die Reinigungskissen können
Mittel enthalten zum Zuführen einer
zusätzlichen
Flüssigkeit,
um dadurch die Reinigungskissen zu befeuchten und eventuell einen
Teil der Oberfläche,
welcher noch zu reinigen ist. Alternativ kann eine Flüssigkeit
auch auf die Reinigungskissen und/oder auf den Teil der Oberfläche, welcher noch
zu reinigen ist, verteilt werden. Vorzugsweise wird keine zusätzliche
Flüssigkeit
auf oder in die Nähe
des letzten sich drehenden Reinigungskissen zugeführt.
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Die
Flüssigkeit
wird ausgewählt
in Abhängigkeit
von dem Grad der auf einer Oberfläche des Substrats vorhandenen
Kontamination. In dem Fall, wo eine Reinigungsflüssigkeit zum Einsatz kommt,
wird vorzugsweise eine Mischung aus NH4OH,
H2O2 und H2O verwendet; oder eine Mischung aus verdünntem NH4OH und H2O; oder
eine Mischung aus HCl, H2O2 und
H2O; oder verdünntes HCl. In dem Fall, wo
eine Spülflüssigkeit
zum Einsatz kommt, wird vorzugsweise H2O
oder irgendeine Kombination von H2O und
einer Säure
mit einen pH-Wert zwischen 2 und 6 verwendet.
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Die
gasförmige
Substanz kann eine verdampfte Substanz enthalten, welche mit der
Flüssigkeit
mischbar ist und dann, wenn sie erst einmal mit der Flüssigkeit
vermischt ist, eine Mischung mit einer Oberflächenspannung ergibt, welche
geringer ist als diejenige der Flüssigkeit. Eine verdampfte Substanz ist
definiert als ein Nebel von fein verteilten Flüssigkeitstropfen eines Elementes
oder einer Verbindung oder einer Mischung aus Elementen oder als
ein Dampf. Ein Dampf ist definiert als das Auftreten der Gasphase
eines Elementes oder einer Verbindung oder einer Mischung aus Elementen,
wenn das Element oder die Verbindung oder die Mischung unter den
gegebenen Temperatur- und Druckbedingungen in der flüssigen oder
festen Phase vorliegt. Daher kann ein Dampf in einer Umgebung mit
der festen oder flüssigen
Phase des Elementes zusammen existieren. Ein Dampf ist das Auftreten
einer spezifischen Gasphase eines Elementes oder einer Verbindung
oder einer Mischung aus Elementen. Die gasförmige Substanz kann ein Gas
enthalten, welches mit der Flüssigkeit
mischbar ist und dann, wenn es erst einmal mit der Flüssigkeit
vermischt ist, ergibt sich eine Mischung mit einer Oberflächenspannung, welche
geringer ist als diejenige der Flüssigkeit. Die gasförmige Substanz
kann eine Mischung einer verdampften Substanz und eines Gases enthalten,
wie z.B. ein Inertgas wie z.B. Helium, Argon oder Stickstoff, wobei
die Mischung zumindest teilweise mischbar mit der Flüssigkeit
ist und dann, wenn sie erst einmal mit der Flüssigkeit vermischt ist, ergibt
sich eine Mischung mit einer Oberflächenspannung, welche geringer
ist als diejenige der Flüssigkeit.
Vorzugsweise besteht die verdampfte Substanz aus Isopropylalkohol
(IPA), aber auch mehrere andere verdampfte Substanzen wie z.B. Diaceton,
Ethylglykol und Methylpyrrolidon können verwendet werden.
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Bei
einer bevorzugten Ausführung
der Erfindung, wie sie in der 1 illustriert
worden ist, wird ein Verfahren zum Entfernen von Partikeln und von einer
Flüssigkeit
von einer Oberfläche
eines Substrats unter Verwendung eines Paares sich drehender Reinigungskissen
offenbart. Die sich drehenden Reinigungskissen sind parallel zueinander
angeordnet und dabei befinden sie sich in einem gewissen Abstand
das eine über
dem anderen. Ein erstes sich drehendes Reinigungskissen wird verwendet,
um einen Kontakt mit einer ersten Oberfläche des Substrats zu bewerkstelligen,
ein zweites Reinigungskissen wird verwendet, um einen Kontakt mit
einer zweiten Oberfläche
des Substrats gegenüber
der ersten Oberfläche
zu bewerkstelligen. Insbesondere wird ein Substrat (1)
zwischen zwei sich umdrehende Reinigungskissen (2) gelegt,
wobei die Reinigungskissen eine Länge aufweisen, die mindestens
so lang ist wie die Länge
oder der Durchmesser des Substrats. Das Substrat ist vorzugsweise
ein dünnes
Scheibchen oder ein Stück
eines Materials wie z.B. ein Halbleiterwafer oder eine Glasplatte
oder eine Metallplatte. Ein erster Arm (3) wird eng an
das erste Reinigungskissen auf der oberen Seite des Substrats angelegt,
während
ein zweiter Arm (3) eng an ein zweites Reinigungskissen
auf der unteren Seite des Substrats angelegt wird. Weiterhin enthalten
diese Arme mindestens eine Düse
(6), vorzugsweise eine linienförmige, zum Zuführen eines
die Oberflächenspannung
vermindernden Dampfes auf beide Oberflächen des Substrats. Gemäß dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung treten anfänglich beide befeuchtete Reinigungskissen
jeweils in Kontakt mit einer Oberfläche des Substrats an einer
ersten Kante (7) des Substrats (1 Schritt
1a)). Dann wird das Substrat durch das Paar sich drehender Reinigungskissen von
der ersten Kante hin zu einer zweiten Kante (8) gegenüber der
ersten Kante bewegt, während
eine gasförmige
Substanz in der Nähe
bei einem jeden sich umdrehenden Reinigungskissen an dem Abschnitt
einer jeden Oberfläche
zugeführt
wird, welcher zwischen der ersten Kante und dem sich drehenden Reinigungskissen
liegt (mit anderen Worten der Teil der Oberfläche, welcher schon gereinigt
ist). Indem man so auf beiden Oberflächen des Substrats verfährt, wird
eine Grenze zwischen Flüssigkeit
und Dampf gebildet, welche sich anfänglich an der ersten Kante
des Substrats befindet. Dann wird das Substrat durch das Reinigungskissen
vorwärts
bewegt (1 Schritt 1b)), um dadurch
die Grenze langsam nach außen
hin von der ersten Kante des Substrats zu der gegenüber liegenden
zweiten Kante des Substrats zu führen,
während
die Flüssigkeit
(9) oder die Lösung
der Flüssigkeit
von den Oberflächen
des Substrats entfernt wird. Wenn die gegenüber liegende zweite Kante erreicht
ist (1 Schritt 1c)), dann wird das
gesamte Substrat durch die sich drehenden Reinigungskissen bewegt,
wodurch sich ein gereinigtes und getrocknetes Substrat ergibt. Insbesondere können die
befeuchteten, sich drehenden Reinigungskissen in Kontakt mit dem
Substrat gebracht werden, während
ein vorherbestimmter, anpassbarer Druck auf die Reinigungskissen
ausgeübt
wird. Beide Reinigungskissen drehen sich in einer entgegengesetzten
Richtung, was zu einer linearen Bewegung des Substrats in einer
ersten Richtung mit einer gewissen Geschwindigkeit führt, welche
abhängig
ist von der Drehgeschwindigkeit der Reinigungskissen, wenn diese
Bewegung nicht gesteuert wird. Indem man diese lineare Bewegung
steuert, steuert die Reibungskraft der sich drehenden Reinigungskissen
auf die Oberflächen
auf diese Weise auch die Erhöhung der
Leistungsfähigkeit
der Reinigung. Insbesondere kann die Geschwindigkeit gesenkt oder
vorzugsweise sogar umgedreht werden, was zu einer linearen Bewegung
in eine zweite Richtung entgegengesetzt zu der ersten Richtung führt. Zum
Beispiel kann, wenn man Reinigungskissen mit einem Durchmesser verwendet,
der in dem Bereich von 1 bis 6 cm liegt, die typische Drehgeschwindigkeit
in dem Bereich von 0,1 bis 10 Umdrehungen pro Sekunde liegen, während die
lineare Translationsgeschwindigkeit in typischer Weise in einem
Bereich von 1 bis 10 mm pro Sekunde liegt, wobei die Erfindung jedoch
nicht hierauf beschränkt
ist. Weiterhin wird die Drehgeschwindigkeit der Reinigungskissen
auf solch eine Art und Weise gewählt,
dass ein Spritzen der Flüssigkeit
auf den Teil der Oberfläche,
welche schon gereinigt und getrocknet ist, verhindert wird.
-
Alternativ
kann, so wie dies in der 2 illustriert
ist, ein Paar sich bewegender Reinigungskissen (4) verwendet
werden, Diese beweglichen, sich drehenden Reinigungskissen und das
Substrat können derart
gehandhabt werden, dass das Paar der beweglichen, sich drehenden
Reinigungskissen in einer linearen Bewegung mit einer einstellbaren
Geschwindigkeit von einer ersten Kante (7) des Substrats
bis hin zu einer zweiten Kante (8) des Substrats voranbewegt
werden kann, wobei sich die zweite Kante gegenüber der ersten Kante befindet.
-
Bei
einer stärker
bevorzugten Ausführung der
Erfindung (3) wird ein Verfahren zum Entfernen
von Partikeln und von einer Flüssigkeit
von einer ersten Oberfläche
und von einer zweiten Oberfläche eines
Substrats unter Verwendung einer ersten und einer zweiten Vielzahl
von sich drehenden Reinigungskissen offenbart. Insbesondere können die
erste und die zweite Oberfläche
die obere und die untere Oberfläche
eines Substrats sein. Dieses Verfahren umfasst die folgenden Verfahrensschritte:
- a) ein Erzeugen einer relativen, linearen Bewegung
bei einer vorherbestimmten Geschwindigkeit sowohl zwischen der ersten
als auch zwischen der zweiten Vielzahl von befeuchteten, sich drehenden
Reinigungskissen und dem Substrat;
Vorzugsweise werden die
erste Vielzahl von befeuchteten, sich drehenden Reinigungskissen und
die zweite Vielzahl von befeuchteten, sich drehenden Reinigungskissen
gleichzeitig bewegt. Die sich drehenden Reinigungskissen innerhalb einer
jeden Vielzahl von befeuchteten, sich drehenden Reinigungskissen
sind parallel zueinander angeordnet und dabei befinden sie sich
in einem gewissen Abstand das eine von dem anderen, während ein
jedes sich drehende Reinigungskissen aus der ersten Vielzahl mit
Abstand gegenüber
einem sich drehenden Reinigungskissen der zweiten Vielzahl angeordnet
und demselben zugekehrt ist, das eine über dem anderen.
- b) die erste Oberfläche
des Substrats wird an einer ersten Kante in Kontakt versetzt mit
einem jeden der befeuchteten, sich drehenden Reinigungskissen der
ersten Vielzahl von befeuchteten, sich drehenden Reinigungskissen,
und die zweite Oberfläche
des Substrats wird an einer ersten Kante in Kontakt versetzt mit
einem jeden der befeuchteten, sich drehenden Reinigungskissen der
zweiten Vielzahl von befeuchteten, sich drehenden Reinigungskissen,
wobei dieses miteinander in Kontaktversetzen ein jedes Mal dann erfolgt,
dass während
der relativen, linearen Bewegung das befeuchtete, sich drehende
Reinigungskissen an der ersten Kante ankommt;
- c) ein Auftragen einer gasförmigen
Substanz auf die erste Oberfläche
in der Nähe
bei einem ersten zuletzt befeuchteten, sich drehenden Reinigungskissen,
welches das letzte befeuchtete, sich drehende Reinigungskissen der
ersten Vielzahl von sich drehenden Reinigungskissen darstellt, welches
an der ersten Kante ankommt, und zwar zwischen dem ersten zuletzt
befeuchteten, sich drehenden Reinigungskissen und der ersten Kante, wobei
die gasförmige
Substanz zumindest teilweise mit der Flüssigkeit mischbar ist und dann, wenn
sie erst einmal mit der Flüssigkeit
vermischt ist, eine Mischung mit einer Oberflächenspannung ergibt, welche
geringer ist als diejenige der Flüssigkeit;
- d) ein Auftragen einer gasförmigen
Substanz auf die Oberfläche
in der Nähe
bei einem zweiten zuletzt befeuchteten, sich drehenden Reinigungskissen,
welches das letzte befeuchtete, sich drehende Reinigungskissen der
zweiten Vielzahl von sich drehenden Reinigungskissen darstellt,
welches an der ersten Kante ankommt, und zwar zwischen dem zweiten
zuletzt befeuchteten, sich drehenden Reinigungskissen und der ersten
Kante, wobei die gasförmige
Substanz zumindest teilweise mit der Flüssigkeit mischbar ist und dann, wenn
sie erst einmal mit der Flüssigkeit
vermischt ist, eine Mischung mit einer Oberflächenspannung ergibt, welche
geringer ist als diejenige der Flüssigkeit;
Vorzugsweise
wird die gasförmige
Substanz gleichzeitig zu der ersten und zu der zweiten Oberfläche des
Substrats zugeführt.
- e) ein Fortsetzen der linearen, relativen Bewegung von der ersten
Kante zu einer zweiten Kante gegenüber der ersten Kante, während die
erste Oberfläche
des Substrats mit der ersten Vielzahl von befeuchteten, sich drehenden
Reinigungskissen in Kontakt versetzt wird und die zweite Oberfläche des
Substrats mit der zweiten Vielzahl von befeuchteten, sich drehenden
Reinigungskissen in Kontakt versetzt wird, und während die gasförmige Substanz
zu der ersten und zu zweiten Oberfläche zugeführt wird, um auf diese Weise die
Partikel und die Flüssigkeit
von der ersten und von der zweiten Oberfläche des Substrats zu entfernen.