DE19959558A1 - Cleaning material surfaces with gases - Google Patents

Cleaning material surfaces with gases

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Abstract

The invention relates to a device for cleaning material surfaces, in particular semiconductor surfaces. Said device is equipped with a cleaning chamber (1), a fixing device (3) for the item to be cleaned, a spray chamber (4) containing an ultrasonic or megasonic generator (5) and a water supply line (8), at least one supply line for a reactive gas and an outflow (10). A preferred embodiment of the device contains a UV lamp (6) and/or a heating element (7). According to said method for cleaning material surfaces, the material surface is brought into contact with a gas or gaseous mixture under an atmospheric humidity of more than 80 % at a temperature ranging between 10 and 150 DEG C.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Reinigung von Mate­ rialoberflächen.The invention relates to an apparatus and a method for cleaning mate rial surfaces.

Materialoberflächen, insbesondere in der Halbleiterindustrie, werden durch Einsatz von flüssigen Säuren und Laugen, auch z. B. unter Zugabe von Wasserstoffperoxid, gereinigt und anschließend mit Wasser gespült, um eine pH-Wert neutrale Oberflä­ che zu erzielen. Das Spülen mit entionisiertem oder destilliertem Wasser, auch unter Zugabe von Ozon oder Wasserstoffperoxid, dient dabei auch der Konditionierung der Oberfläche, um eine erneute Kontamination zu erschweren. Ein wesentlicher Be­ standteil der angelieferten Chemikalien ist Wasser, das aber in jedem Fertigungsbe­ trieb verfügbar ist und mit transportiert wird. Für die Versorgung der die Chemikalien verbrauchenden Anlagen sind oft aufwendige Versorgungssysteme vorzusehen mit doppelwandigen Rohrleitungen und Versorgungsanlagen.Material surfaces, especially in the semiconductor industry, are used of liquid acids and bases, also e.g. B. with the addition of hydrogen peroxide, cleaned and then rinsed with water to a pH-neutral surface to achieve. Rinsing with deionized or distilled water, also under Adding ozone or hydrogen peroxide also serves to condition the Surface to make recontamination difficult. An essential part Water is part of the chemicals supplied, but in every production area drive is available and transported with. For the supply of the chemicals consuming systems are often to be provided with complex supply systems double-walled pipelines and supply systems.

Ein Verfahren zur Naßreinigung von Halbleiteroberflächen ist beispielsweise be­ schrieben in WO 96139651.A method for wet cleaning semiconductor surfaces is, for example, be wrote in WO 96139651.

In WO 92116306 wird die on site-Herstellung von Reinigungsflüssigkeiten mit gas­ förmigen Rohmaterialien für die Reinigung von Halbleiteroberflächen beschrieben.WO 92116306 describes the on-site production of cleaning liquids with gas shaped raw materials for cleaning semiconductor surfaces.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfacheres Verfahren zur Reinigung von Material oder Flächen bereit zu stellen, das mit einer vereinfachten Versor­ gungsanlage auskommt.The invention has for its object a simpler method for cleaning of material or surfaces to provide that with a simplified Versor supply system.

Gelöst wurde die Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den in Anspruch 1 und ein Verfahren mit den in Anspruch 3 beschriebenen Merkmalen.The problem was solved by a device with the in claim 1 and Method with the features described in claim 3.

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung werden Säuren und Laugen des üblichen naßchemischen Reinigungsprozesses durch Gase ersetzt, die zusammen mit vor­ handener oder erzeugter Feuchtigkeit, die entsprechenden Säuren oder Laugen auf der Materialoberfläche bilden. Das Verfahren eignet sich zur Reinigung von Mate­ rialoberflächen mit anionischen, kationischen und organischen Verunreinigungen sowie Partikeln. Das Reinigungsreagenz entsteht durch Einwirkung eines oder meh­ rerer Gase in feuchter Atmosphäre. Die Reinigung erfolgt mit oder ohne Einwirkung von gesprühtem oder geschwalltem Wasser. Die Behandlung mit Wasser erfolgt in beliebiger zeitlicher Abfolge, vorzugsweise mit Ultra- oder Megaschall unterstützt. Die Behandlung mit Wasser erfolgt mit oder ohne Einwirkung von Oxidationsmitteln, wie Ozon oder Wasserstoffperoxid und Komplexbildnern.In the method according to the invention, acids and bases are the usual wet chemical cleaning process replaced by gases that along with before  existing or generated moisture, the corresponding acids or alkalis form the material surface. The process is suitable for cleaning mate rial surfaces with anionic, cationic and organic impurities as well as particles. The cleaning reagent is created by the action of one or more Gases in a humid atmosphere. The cleaning is done with or without action of sprayed or splashed water. Treatment with water takes place in any time sequence, preferably supported with ultrasound or megasound. Treatment with water takes place with or without the action of oxidizing agents, such as ozone or hydrogen peroxide and complexing agents.

Das Verfahren erspart z. B. in der Halbleiterindustrie Teile der Infrastruktur der Che­ mikalienversorgung, da Säuren, wie Salzsäure und Flußsäure, und Laugen, wie Amoniaklösung, ersetzt werden können durch die Anwendung von HCl, HF und NH3- Gasen, die sowieso mit einem Verteilungssystem vorhanden sind. Das gleiche gilt für ein Wasserversorgungssystem. Gleichzeitig werden in der Versorgungskette die notwendigen Transporte deutlich vermindert, da die Gase in hochkonzentrierter Form ohne das vorhandene Wasser angeliefert werden. Neben der Einsparung an Re­ sourcen und Infrastruktur führt die Einsparung von Transport- und Umfüllvorgängen auch zu einer mit geringerem Aufwand erreichbaren Erhöhung der Chemikalienqua­ lität hinsichtlich Partikel, anionischer, kationischer und organischer Verunreinigun­ gen. Außerdem können bei Chemikalien auftretende Veränderungen der Zusammen­ setzung, des Mischungsverhältnisses, der Konzentration oder sonstiger Eigenschaf­ ten, die einzuhaltende Qualitätskriterien beeinflussen können, verringert werden.The process saves z. B. in the semiconductor industry, parts of the infrastructure of the Che chemical supply, since acids, such as hydrochloric acid and hydrofluoric acid, and alkalis, such as ammonia solution, can be replaced by the use of HCl, HF and NH 3 gases, which are present anyway with a distribution system. The same applies to a water supply system. At the same time, the necessary transports in the supply chain are significantly reduced because the gases are delivered in a highly concentrated form without the existing water. In addition to the saving of resources and infrastructure, the saving of transport and transfer processes also leads to an increase in the chemical quality with regard to particles, anionic, cationic and organic impurities that can be achieved with less effort. In addition, chemical changes in the composition and the mixing ratio can occur , the concentration or other properties that can influence the quality criteria to be observed can be reduced.

In der Regel wird die zu reinigende Materialoberfläche in einer Kammer bei vorhan­ dener oder erzeugter Restfeuchtigkeit mit den Gasen behandelt. Ein oder mehrere Gase werden in die Kammer eingeleitet, die auf die Materialoberfläche einwirken, weil die Feuchtigkeit der Kammeratmosphäre am Ort der Oberfläche das Reagenz, z. B. die gewünschte Säure oder Lauge, bildet. In beliebiger zeitlicher Abfolge kann die Oberfläche mit Wasser, insbesondere Reinstwasser besprüht, beschwallt oder getaucht werden um Reaktionsprodukte zu entfernen. Das Wasser kann durch Schallwandler, Heizung oder andere Vorrichtungen aktiviert werden. Zusätzlich kön­ nen weitere Hilfsstoffe wie Wasserstoffperoxid, Ozon, Komplexbildner oder andere beigefügt werden.As a rule, the material surface to be cleaned is available in one chamber treated or generated residual moisture treated with the gases. One or more Gases are introduced into the chamber, which act on the material surface, because the humidity of the chamber atmosphere at the surface is the reagent, e.g. B. forms the desired acid or alkali. In any chronological order the surface sprayed with water, in particular ultrapure water, swallowed or be dipped to remove reaction products. The water can pass through  Sound transducers, heating or other devices can be activated. In addition, NEN auxiliary materials such as hydrogen peroxide, ozone, complexing agents or others be attached.

Die Feuchtigkeit der Kammeratmosphäre ("Luftfeuchtigkeit") zur Initiierung des Ätz­ vorganges wird vorteilhaft durch Einsprühen von Reinstwasser, durch Verwenden der in der Kammer enthaltenen Restfeuchte oder durch Durchleiten eines Hilfsgases wie Stickstoff durch eine Reinstwasser enthaltende Waschflasche erzeugt. Die Kammer selbst sowie alle Medien berührenden Teile werden aus beständigen Kunststoffen wie z. B. Perfluoräthylen ausgeführt.The humidity of the chamber atmosphere ("air humidity") to initiate the etching process is advantageous by spraying ultrapure water through use the residual moisture contained in the chamber or by passing an auxiliary gas through it like nitrogen generated by a wash bottle containing ultrapure water. The chamber itself and all parts in contact with the media are made of durable Plastics such. B. Perfluoroethylene executed.

Das Verfahren wird beispielsweise bei einer Temperatur in der Kammer im Bereich von 10 bis 150°C, vorzugsweise 30 bis 80°C, insbesondere 50 bis 70°C, bei einem Druck von in der Regel 1 bar (absolut) durchgeführt. Das Verfahren kann auch bei Unterdruck, z. B. 0,2 bis unter 1 bar, oder bei Überdruck, z. B. 1, 2 bis 10 bar durch­ geführt werden.The process is, for example, at a temperature in the chamber in the range from 10 to 150 ° C, preferably 30 to 80 ° C, especially 50 to 70 ° C, at one Pressure of usually 1 bar (absolute) carried out. The procedure can also Negative pressure, e.g. B. 0.2 to below 1 bar, or at excess pressure, for. B. 1, 2 to 10 bar be performed.

Besonders vorteilhaft wird das Verfahren so ausgeführt, daß in der Kammer ein Ne­ bel gebildet wird. Bei Einleitung des Gases, insbesondere des Reaktivgases, löst sich Gas in den Nebeltröpfchen, die mit der Oberfläche des Reinigungsgutes reagie­ ren. Der Nebel läßt sich z. B. durch Zerstäuben von Reinstwassers mittels eines Ul­ traschallzerstäuber erzeugen.The method is particularly advantageously carried out in such a way that a Ne bel is formed. When the gas, in particular the reactive gas, is released there is gas in the mist droplets, which reacts with the surface of the items to be cleaned ren. The fog can be z. B. by atomizing ultrapure water using an Ul produce a ultrasonic atomizer.

Eine besonders gute Reinigung wird erzielt, wenn die Materialoberfläche des Reini­ gungsgutes während der Reinigung erwärmt, erhitzt oder mit Ultraschall behandelt wird. Beispielsweise wird die Materialoberfläche und das sich bildende Reinigungs­ reagenz (Gas/Luftfeuchte oder Gas/Nebel) durch Ultraschallbehandlung aktiviert, wodurch Verschmutzungen leichter und effizienter von der Materialoberfläche ent­ fernt werden. Vorteilhaft erfolgt eine Ultraschallbehandlung auch während des Spü­ lens der Materialoberfläche, z. B. in einem von mehreren Spülschritten. Particularly good cleaning is achieved if the material surface of the Reini goods warmed, heated or treated with ultrasound during cleaning becomes. For example, the material surface and the cleaning that forms reagent (gas / air humidity or gas / mist) activated by ultrasound treatment, making dirt easier and more efficient to remove from the material surface be removed. An ultrasound treatment is also advantageously carried out during the rinse lens of the material surface, e.g. B. in one of several rinsing steps.  

Durch das Verfahren gemäß der Erfindung wird als weiterer bedeutender Vorteil Rei­ nigungsreagenz sehr sparsam eingesetzt, wodurch Reagenzverbrauch, insbesonde­ re Gasverbrauch, und Abwassermenge reduziert wird.By the method according to the invention, Rei is a further significant advantage cleaning reagent used very sparingly, whereby reagent consumption, in particular re gas consumption, and wastewater volume is reduced.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung erläutert.The invention is explained with reference to the drawing.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Kammer mit Gas- und Wasserversorgung zur Durch­ führung des Verfahrens gemäß der Erfindung. Fig. 1 shows schematically a chamber with gas and water supply for carrying out the method according to the invention.

Fig. 1 zeigt eine Kammer 1, ein Reinigungsgut (Wafer) 2 in der Halterung 3 (Chuck), eine Sprühkammer 4 mit Ultraschallgeber 5. An der Oberseite der Kammer 1 ist in der Regel eine UV-Lampe 6 angeordnet. Unterhalb der Kammer 1 befindet sich eine Heizung 7 (z. B. Lampenheizung). Die Kammer ist verbunden mit einer Wasserzu­ leitung 8 (z. B. für deionisiertes Wasser oder Reinstwasser) und der Gasversorgung 9. Die Gasversorgung 9 dient zur Zuleitung eines oder mehrerer Gase oder Gasge­ mische (reaktive Gase) in die Kammer 1. Die Kammer enthält außerdem eine Ab­ laufleitung 10 für Waschwasser (Abfluß für Abwasser). Die Kammer 1 enthält gege­ benenfalls eine Abluftleitung oder Abluftkanal 11. Die gestrichelten Pfeile oberhalb des Reinigungsgutes deuten Sprühnebel an. Fig. 1 shows a chamber 1, a cleaned (wafer) 2 in the bracket 3 (chuck), a spray chamber 4 with ultrasound generator 5. A UV lamp 6 is generally arranged on the top of the chamber 1 . There is a heater 7 below the chamber 1 (e.g. lamp heater). The chamber is connected to a water supply line 8 (e.g. for deionized water or ultrapure water) and the gas supply 9 . The gas supply 9 serves to supply one or more gases or gas mixtures (reactive gases) into the chamber 1 . The chamber also contains a drain line 10 for wash water (drain for waste water). The chamber 1 optionally contains an exhaust air duct or exhaust air duct 11 . The dashed arrows above the items to be cleaned indicate spray mist.

Zur Durchführung des Verfahrens wird das Reinigungsgut 2 mit der zu reinigenden Materialoberfläche, z. B. ein Wafer in die Kammer 1 gebracht. Der Wafer wird von der Halterung 3 in Position gehalten.To carry out the method, the items 2 to be cleaned are cleaned with the material surface to be cleaned, e.g. B. brought a wafer into the chamber 1 . The wafer 3 is held in position by the holder 3 .

In der Kammer 1 wird eine hohe Luftfeuchtigkeit durch Verdampfen oder Versprühen von Wasser erzeugt. Die Erzeugung der Kammerfeuchtigkeit erfolgt vorteilhaft mit­ tels der Sprühkammer 4 in Verbindung mit der Heizung 7. Es wird eine Luftfeuchtig­ keit von beispielsweise 99% erzeugt, bei einer Temperatur von beispielsweise 60°. In die feuchtigkeitsgesättigte Kammer 1 werden je nach Reinigungsschritt die be­ treffenden Gase geleitet. Nach dem Behandlungsschritt mit dem Reinigungsgas wird die Materialoberfläche von Reinigungsgut 2 in der Regel durch Wasserbehandlung nachgereinigt und gespült. Die Behandlung der Oberfläche mit Wasser erfolgt bei­ spielsweise durch Besprühen. Mit der Wasserbehandlung werden Reaktionsprodukte entfernt. Behandlungsgase (Reaktivgase) sind z. B. Fluorwasserstoffgas oder Chlor­ wasserstoffgas, die zeitlich begrenzt in die Kammer eingeleitet werden. Durch die vorhandene Luftfeuchtigkeit bildet sich an den Oberflächen Flußsäure oder Salzsäu­ re, die in bekannter Weise auf die Siliziumoberfläche eines Wafers einwirken und diese reinigen. Diese Wirkung kann durch die Zugabe von Ozon zu dem Reini­ gungsgas deutlich gesteigert werden. Reinstwasser (z. B. destilliertes Wasser) wird nun, z. B. unterstützt durch Megaschall, auf die Oberfläche gesprüht, um Reaktions­ folgeprodukte und Partikel abzuspülen. Danach wird die Kammer mit Stickstoff ge­ spült, die Wafer-Scheibe entnommen und getrocknet.In the chamber 1 , a high air humidity is generated by evaporating or spraying water. The chamber moisture is advantageously generated by means of the spray chamber 4 in conjunction with the heater 7 . An air humidity of, for example, 99% is generated at a temperature of, for example, 60 °. In the moisture-saturated chamber 1 , the gases concerned be passed depending on the cleaning step. After the treatment step with the cleaning gas, the material surface of items 2 to be cleaned is generally cleaned and rinsed by water treatment. The surface is treated with water for example by spraying. Reaction products are removed with the water treatment. Treatment gases (reactive gases) are e.g. B. hydrogen fluoride gas or chlorine hydrogen gas, which are introduced into the chamber for a limited time. Due to the existing humidity, hydrofluoric acid or hydrochloric acid forms on the surfaces, which act on the silicon surface of a wafer in a known manner and clean it. This effect can be significantly increased by adding ozone to the cleaning gas. Ultrapure water (e.g. distilled water) is now, e.g. B. supported by megasound, sprayed on the surface to rinse reaction products and particles. The chamber is then flushed with nitrogen, the wafer is removed and dried.

Bezugszeichenreference numeral

11

Reinigungskammer
Cleaning chamber

22nd

Reinigungsgut (Wafer)
Cleaning goods (wafers)

33rd

Halterung für Reinigungsgut (Chuck)
Holder for cleaning goods (chuck)

44th

Sprühkammer
Spray chamber

55

Ultraschallgeber
Ultrasound transmitter

66

UV-Lampe
UV lamp

77

Heizung
heater

88th

Wasserzuleitung
Water supply

99

Gaszuleitung
Gas supply

1010th

Wasserablauf
Water drain

1111

Abluftleitung
Exhaust duct

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Reinigung von Materialoberflächen mit einer Reinigungskammer (1), einer Halterung (3) für das Reinigungsgut (2), einer Sprühkammer (4) mit Ultraschall- oder Megaschall-Erzeuger (5) und Wasserzuleitung (8), mindestens einer Zuleitung (9) für ein Reaktivgas und einem Abfluß (10).1. Device for cleaning material surfaces with a cleaning chamber ( 1 ), a holder ( 3 ) for the items to be cleaned ( 2 ), a spray chamber ( 4 ) with ultrasound or megasound generator ( 5 ) and water supply line ( 8 ), at least one supply line ( 9 ) for a reactive gas and a drain ( 10 ). 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine UV- Lampe (6) und/oder eine Heizung (7) enthält.2. Device according to claim 1, characterized in that the device contains a UV lamp ( 6 ) and / or a heater ( 7 ). 3. Verfahren zur Reinigung von Materialoberflächen, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialoberfläche mit einem Gas- oder Gasgemisch bei einer Luftfeuchtigkeit von mehr als 80% bei einer Temperatur im Bereich von 10 bis 150°C in Kontakt gebracht wird.3. Process for cleaning material surfaces, characterized in that the Material surface with a gas or gas mixture at a humidity of more than 80% is contacted at a temperature in the range of 10 to 150 ° C. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftfeuchtigkeit mehr als 90% beträgt.4. The method according to claim 3, characterized in that the air humidity more than 90%. 5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialoberflä­ che mit einem Nebel in Kontakt gebracht wird.5. The method according to claim 3 or 4, characterized in that the material surface is brought into contact with a fog. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas ein Reaktivgas, insbesondere ein HF, HCl, NH3 oder O3 enthaltendes Gas, ist.6. The method according to any one of claims 3 to 5, characterized in that the gas is a reactive gas, in particular a gas containing HF, HCl, NH 3 or O 3 . 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialoberfläche während der Reinigung erwärmt, erhitzt oder mit Ultraschall behan­ delt wird.7. The method according to any one of claims 3 to 6, characterized in that the Material surface warmed, heated or treated with ultrasound during cleaning delt is.
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