DE4238586A1 - Appts. for finely cleaning surfaces of semiconductor wafers - comprising lighting source arranged in vacuum chamber contg. substrate - Google Patents
Appts. for finely cleaning surfaces of semiconductor wafers - comprising lighting source arranged in vacuum chamber contg. substrateInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Feinstreinigung von scheibenförmigen Ob jekten, insbesondere für die Reinigung der Funktionsflächen von Halbleiterwafern.The invention relates to a device for the fine cleaning of disk-shaped Ob projects, in particular for cleaning the functional surfaces of semiconductor wafers.
Die Funktionsflächen von Substratscheiben aus Halbleiterwerkstoffen erfordern in Vor bereitung der Prozeßschritte bei der Herstellung von Halbleiterschaltkreisen einen sehr hohen Grad an Sauberkeit im Hinblick auf die Belegung der Funktionsflächen der Sub stratscheiben mit kleinen und kleinsten Partikeln. Vor Hochtemperatur-, Beschichtungs- oder Lithografieprozessen bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen ist eine mög lichst geringe Partikeldichte auf den Funktionsflächen der Substratscheiben zu erzielen, um eine möglichst hohe Ausbeute an elektronischen Bauelementen pro Halbleitersub stratscheibe zu erzielen und um die geforderten Eigenschaften der elektronischen Bauele mente realisieren zu können.The functional surfaces of substrate wafers made of semiconductor materials require in advance preparation of the process steps in the manufacture of semiconductor circuits a very high degree of cleanliness with regard to the occupancy of the functional areas of the sub strat disks with small and very small particles. Before high temperature, coating or lithography processes in the production of semiconductor components is possible to achieve the lowest possible particle density on the functional surfaces of the substrate wafers, for the highest possible yield of electronic components per semiconductor sub to achieve strat disc and the required properties of the electronic components elements.
Üblicherweise werden vor kritischen Arbeitsprozessen bei der Herstellung von elektroni schen Halbleiterbauelementen die Halbleitersubstratscheiben einer Feinstreinigung unter zogen, bei welcher nach unterschiedlichsten Behandlungen der Substratscheiben in mehr oder weniger aggressiven Lösungen, so z. B. in H2SO4/H2O2; HNO3; HCl/H2O2/H2O und NH3/H2O2/H2O-Gemischen eine nachfolgende Spülung in hochreinem und gefilter tem Wasser erfolgt. Zur Reinigung des für den Spülprozeß notwendigen Wassers werden feinporige Filter mit einer Porenweite von 0,2-0,5 µm verwendet. Nicht zu vermeiden ist dabei, daß nach dem Abschleudern der gereinigten Substratscheiben in geeigneten Zentri fugen die hochaktiven frischgereinigten Funktionsflächen der Scheiben mit kleinsten mehr oder weniger stark absorbierten Partikeln bedeckt sind, insbesondere derartigen Par tikeln, die kleiner sind als die Porenweite der Filter oder mit Trockenrückständen von im Spülwasser trotz dessen Filtration vorhandener kolloider bzw. gelöster Stoffe. Usually, before critical work processes in the production of electronic semiconductor components, the semiconductor substrate wafers are subjected to fine cleaning, in which after various treatments of the substrate wafers in more or less aggressive solutions, such as. B. in H 2 SO 4 / H 2 O 2 ; HNO 3 ; HCl / H 2 O 2 / H 2 O and NH 3 / H 2 O 2 / H 2 O mixtures, followed by rinsing in highly pure and filtered water. Fine-pored filters with a pore size of 0.2-0.5 µm are used to clean the water required for the rinsing process. It is unavoidable that after centrifuging the cleaned substrate wafers in suitable centrifuges, the highly active freshly cleaned functional surfaces of the wafers are covered with the smallest more or less strongly absorbed particles, especially those particles that are smaller than the pore size of the filter or with dry residues of colloidal or dissolved substances present in the rinsing water despite its filtration.
Eine weitere bekannte Methode, um den Partikelbelag von Halbleiterscheiben vor kriti schen Bearbeitungsschritten zu reduzieren, ist die Spülung der Funktionsflächen von Halbleiterscheiben durch einen feinen Wasserstrahl extrem hoher Geschwindigkeit. Der Wasserstrahl weist dabei einen Druck von 50-100 atü auf, wodurch die entsprechenden Funktionsflächen der relativ zum Wasserstrahl bewegten Substratscheiben von für die nachfolgenden kritischen Prozeßschritte störenden Partikeln befreit werden sollen. Hier bei ergeben sich jedoch Probleme durch die Wasseraufbereitung. Das Spülwasser kann auf Grund des Abriebs der für diesen Prozeß notwendigen Druckpumpen Metallionen aufnehmen, die beim Reinigungsprozeß auf die Halbleiteroberfläche gelangen und die bei den nachfolgenden Bearbeitungsprozessen zu Qualitätsminderungen der Halbleiterschei ben führen.Another known method to prevent the particle coating of semiconductor wafers to reduce processing steps is to flush the functional surfaces of Semiconductor wafers through a fine water jet of extremely high speed. Of the The water jet has a pressure of 50-100 atm, which means the corresponding Functional surfaces of the substrate disks moved relative to the water jet by for particles that disrupt subsequent critical process steps are to be freed. Here However, there are problems with water treatment. The rinse water can due to the abrasion of the pressure pumps necessary for this process metal ions record that get to the semiconductor surface during the cleaning process and the the subsequent processing processes to reduce the quality of the semiconductor wafers ben lead.
Bei der Reinigung von Substratscheiben hat deshalb das Bürstenreinigungsverfahren vor kritischen Prozessen der Fertigung von elektronischen Bauelementen einige Bedeutung erlangt. Dabei dienen rotierende Bürsten verschiedenster Abmessungen, Formen, Bür stenhaarhärte und Anpassungsfähigkeit an die Oberflächenstruktur der zu reinigenden Oberfläche dazu, die auf den Funktionsflächen der Halbleiterscheiben haftenden Partikel zu entfernen. Die zu reinigende Halbleiterscheibe rotiert dabei zumeist in einer, zur sich drehenden Bürste, senkrechten Ebene. Auch bei diesem Reinigungsprozeß erfolgt meist gleichzeitig eine Spülung mit filtriertem und gereinigtem Wasser. Die Nachteile dieser Reinigungsmethode bestehen dabei darin, daß Partikel oder Bakterien, weiche aus den Bürstenhaaren schwer zu entfernen sind, auf die zu reinigende Scheibenoberfläche gelan gen. Der Reinigungseffekt auf der Scheibenoberfläche wird dabei stark gemindert, die an den Bürstenhaaren haftenden Partikel können zu Schleif- oder Wischspuren auf der Scheibenoberfläche führen. Weiterhin hat sich gezeigt, daß bei der Bürstenreinigung von bereits mikrostrukturierten Scheibenoberflächen mit steilen Strukturkanten Verunreini gungen oder Bestandteile der weichen Bürstenhaare, hervorgerufen durch einen mechani schen Abrieb der Bürsten, in den Kantenregionen der Mikrostrukturen bevorzugt angela gert werden. Dies führt in den nachfolgenden Fertigungsprozessen zu Fehlern und Baue lementeausfällen.The brush cleaning process is therefore intended for cleaning substrate wafers critical processes in the manufacture of electronic components some importance acquired. Rotating brushes of various dimensions, shapes, brushes are used Hair hardness and adaptability to the surface structure of the to be cleaned Surface to this, the particles adhering to the functional surfaces of the semiconductor wafers to remove. The semiconductor wafer to be cleaned usually rotates in one to itself rotating brush, vertical plane. This cleaning process also usually takes place at the same time rinsing with filtered and purified water. The disadvantages of this The cleaning method consists in the fact that particles or bacteria that escape from the Brush hairs are difficult to remove, got onto the surface of the glass to be cleaned The cleaning effect on the pane surface is greatly reduced, the on Particles adhering to the brush hair can lead to grinding or wiping marks on the Guide the surface of the pane. Furthermore, it has been shown that brush cleaning of already micro-structured disc surfaces with steep structural edges Verunreini conditions or components of the soft brush hair, caused by a mechani abrasion of the brushes, preferably in the edge regions of the microstructures be tied. This leads to errors and builds in the subsequent manufacturing processes element failures.
Derartige, das Substrat berührende Reinigungsverfahren besitzen aber mehrere Nachteile, u. a. wird das Substrat durch die Bürste flächig kontaminiert. Um dies bei der Reinigung von Funktionsflächen von Halbleitermaterialwafern zu vermeiden, sind Partikelabsaugvor richtungen entwickelt worden. Dabei werden die Partikel durch gezielte Strömungsfüh rung von der Halbleitermaterialoberfläche abtransportiert, zuvor werden die Partikel, die durch statische Aufladung an der Substratoberfläche haften, entladen. Durch Anblasen der Substratoberfläche werden diese dann strömungstechnisch gelöst. Such cleaning methods which touch the substrate have several disadvantages, u. a. the surface of the substrate is contaminated by the brush. To do this when cleaning of functional surfaces of semiconductor material wafers are to be avoided directions have been developed. The particles are removed by targeted flow control tion is removed from the surface of the semiconductor material adhere to the surface of the substrate through static charge, discharge. By blowing of the substrate surface, these are then solved by fluid flow.
Ein Wiederansetzen dieser Partikei wird durch eine Absaugvorrichtung unterbunden. In der modernen Mikroelektroniktechnologie werden heute Reinheitsanforderungen gestellt, die im atomaren Bereich liegen. Diese sind mit dem herkömmlichen Reinigungsvorrichtungen nicht mehr zu erreichen. Um für bestimmte Prozeßschritte der Mikroelektroniktechnologie, die im wesentlichen atomar reine Oberflächen erfordern, wie insbesondere die Molekularstrahlepi taxie, ist die Integration der Reinigung in die die einzelnen Prozeßschritte realisierenden An lagen unumgänglich.A re-attachment of these particles is prevented by a suction device. In the Modern microelectronics technology are today required to meet purity requirements atomic range. These are not with conventional cleaning devices to achieve more. In order for certain process steps of microelectronic technology, which in the require essentially atomically clean surfaces, such as in particular the molecular beam epi taxie, is the integration of cleaning into the individual realizing the process steps were inevitable.
Wirksame, im wesentlichen atomare Reinheit erzielende Reinigungsverfahren, wie beispiels weise die Reinigung der Oberfläche des Halbleitersubstrates durch chemische Reaktionen mit O2 oder mit H2, die ein Erwärmen der zu reinigenden Oberfläche auf oberhalb 700°C erforderlich machen, sind dabei gerätespezifisch bedingt oft nicht anwendbar, und zwar dann nicht, wenn die Geräteinnenwand sich beim Erwärmungsprozeß der zu reinigenden Scheibe mit erhitzen kann. Die Verwendung reaktiver Gase, wie beispielsweise H2, führt so zur Schädigung von Anlagenteilen. Die Anwendung von O2 führt zur Entstehung von Sauer stoff-Kohlenstoffverbindungen die von der Oberfläche des Halbleitersubstrates innerhalb der Anlage nur sehr schwer zu beseitigen sind und Verunreinigungen innerhalb der Anlage zur Folge haben. Reinigungsmethoden, die chemische Reaktionen auf der Oberfläche der zu rei nigenden Substratscheibe bedingen, sind für die Reinigung von Substratscheiben innerhalb Molekularstrahlepitaxieanlagen nicht geeignet. Zur Reinigung der Oberflächen von Sub stratscheiben in Vorbereitung von Molekularstrahlepitaxieprozessen wird elektromagnetische Strahlung, die die Bindungskräfte vor allem auf der Oberfläche vorhandener störender Koh lenstoffverbindungen überwindet, eingesetzt. Von der zu reinigenden Oberfläche schwer lös bare Verbindungen werden so aufgebrochen, daß die Komponenten dann mittels konventio neller Reinigungsmethoden beispielsweise Ätzen und oxidierende Behandlung, unter Beibe haltung der diesen Reinigungsmethoden bekannten Nachteile entfernt.Effective cleaning processes that achieve essentially atomic purity, such as, for example, cleaning the surface of the semiconductor substrate by chemical reactions with O 2 or with H 2 , which necessitate heating the surface to be cleaned to above 700 ° C. are often not device-specific applicable, and not when the inside wall of the device can heat up during the heating process of the pane to be cleaned. The use of reactive gases, such as H 2 , leads to damage to system parts. The use of O 2 leads to the formation of oxygen-carbon compounds which are very difficult to remove from the surface of the semiconductor substrate within the system and which result in contamination within the system. Cleaning methods that require chemical reactions on the surface of the substrate wafer to be cleaned are not suitable for cleaning substrate wafers within molecular beam epitaxy systems. To clean the surfaces of substrates in preparation for molecular beam epitaxy processes, electromagnetic radiation is used, which overcomes the binding forces, especially on the surface of existing interfering carbon compounds. From the surface to be cleaned difficult to solve compounds are broken up so that the components are then removed by means of conventional cleaning methods, for example etching and oxidizing treatment, while maintaining the known disadvantages of these cleaning methods.
Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung zur Feinstreinigung scheibenförmiger Objekte, insbesondere für die Reinigung der Funktionsflächen von Halbleiterwafern, anzu geben, die den hohen Reinheitsanforderungen nachfolgender kritischer Arbeitsschritte bei der Herstellung von aktiven Halbleiterschichten weitgehend Rechnung trägt, mechanische Beschädigung und Verunreinigungsablagerungen im wesentlichen vollständig ausschließt.The aim of the invention is to provide a device for fine cleaning disk-shaped Objects, especially for cleaning the functional surfaces of semiconductor wafers that meet the high purity requirements of subsequent critical work steps largely takes into account the production of active semiconductor layers, mechanical Damage and contamination deposits are essentially completely excluded.
Der Erfindung liegt dabei die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Feinstreinigung von scheibenförmigen Objekten, insbesondere für die Reinigung der Funktionsflächen von Halb leiterwafern, anzugeben, die eine erneute Entstehung von den im nachfolgenden Prozeßschritt der Herstellung elektronischer Bauelemente störenden Verunreinigungen der Funktionsflä che ausschließt. Zur Lösung dieser Aufgabe wird die Vorrichtung gemäß der Erfindung der art ausgebildet, daß in einer das Substrat mittels heizbarer Substratauflagevorrichtung auf nehmende Vakuumkammer, die mit dem Reaktionsraum einer physikalischen Ultrahochva kuumbeschichtungsanlage verbunden ist, eine die Substratscheibenoberfläche mit energierei cher elektromagnetischer Strahlung beauflagende Beleuchtungsquelle angeordnet ist und daß diese Kammer eine Öffnung zur Zuführung des sauerstoffhaltigen Reaktionsgases aufweist und weiterhin mit einer Absaugvorrichtung verbunden ist.The invention is based on the object of a device for the fine cleaning of disc-shaped objects, in particular for cleaning the functional surfaces of half conductor wafers, to indicate a new emergence of those in the subsequent process step the production of electronic components disturbing contaminations of the functional surface excludes. To achieve this object, the device according to the invention is the Art designed that in a substrate by means of heatable substrate support device taking vacuum chamber that with the reaction space of a physical ultrahighva vacuum coating system is connected, the substrate wafer surface with energy Cher illuminating radiation source is arranged and that this chamber has an opening for supplying the oxygen-containing reaction gas and is further connected to a suction device.
Die Erfindung wird anhand einer Ausführungsbeispielbeschreibung näher erläutert. Die Vorrichtung besteht aus einem kugelförmigen Hohlkörper, dessen Mantelfläche zwei rechtwinklig zueinander angeordnete Flansche aufweist. Einer der Flansche dient der Ver bindung der Vorrichtung mit der Molekularstrahlepitaxieanlage, der andere Flansch mit sei ner hohlzylinderförmigen Verlängerung der Aufnahme der Beleuchtungsquelle, dem An schluß für die Zuführung des Reaktionsgases, die auf bzw. in einer den Flansch abschließen den kreisförmigen Platte installiert sind. Der kugelförmige Hohlkörper verfügt über einen weiteren Flansch, der dem Einbringen der zu reinigenden Substratscheibe auf die im Inneren des kugelförmigen Hohlkörpers befindliche heizbare Substratauflagevorrichtung dient. Über den Anschluß der Absaugvorrichtung in der kreisförmigen Platte wird bei Inbetriebnahme der Absaugvorrichtung ein Vakuum erzeugt. Die energiereiche Strahlung, ausgehend von der Beleuchtungsquelle, korrespondierend mit der zu reinigenden Oberfläche der Substrat scheibe bricht auf der Oberfläche vorhandenen, insbesondere Kohlenstoffverbindungen auf, die sich im Raum der Vorrichtung mit dem zugeführten Sauerstoff verbinden. Über die Ab saugvorrichtung werden diese zumeist gasförmigen Verbindungen, resultierend aus der che mischen Reaktion der Komponenten der die Funktionsflächenkontamination verursachten Verbindungen und den Sauerstoff, abtransportiert. Die Vorrichtung sichert so im wesentli chen die für die Molekularstrahlepitaxie notwendige Reinheit der zu bearbeitenden Funk tionsflächen von Halbleitersubstratscheiben. Durch das Aufbrechen der Bindungen unter Va kuumbedingungen und die durch die Sauerstoffeinleitung verursachte chemische Reaktion der Bindungskomponenten innerhalb des Innenraumes der Vorrichtung ist ein schneller und effizienter Abtransport der dann gasförmigen Verunreinigungen von der Oberfläche der Halbleitermaterialscheibe gewährleistet. Da eine erneute Berührung der Funktionsfläche der Halbleitermaterialscheibe mit kontaminierungsfähigem Material bis zu Prozeßbeginn der Schichtherstellung nicht erfolgt, kann keine Fremdstoffkontamination der Halbleitermateri alscheibe erfolgen.The invention is explained in more detail using an exemplary embodiment description. The device consists of a spherical hollow body, the outer surface of which is two has flanges arranged at right angles to one another. One of the flanges is used for ver Binding of the device with the molecular beam epitaxy, the other flange with ner hollow cylindrical extension of the recording of the illumination source, the An conclusion for the supply of the reaction gas, which close on or in the flange the circular plate are installed. The spherical hollow body has a Another flange, the introduction of the substrate wafer to be cleaned on the inside of the spherical hollow body located heatable substrate support device is used. over the connection of the suction device in the circular plate is at startup the suction device creates a vacuum. The high energy radiation emanating from the illumination source, corresponding to the surface of the substrate to be cleaned disc breaks open on the surface, especially carbon compounds, which combine with the oxygen supplied in the space of the device. About the Ab suction device, these are mostly gaseous compounds, resulting from the che mix reaction of the components that caused the functional surface contamination Connections and the oxygen, removed. The device essentially secures Chen the purity of the radio to be processed necessary for the molecular beam epitaxy tion surfaces of semiconductor substrate wafers. By breaking ties under Va vacuum conditions and the chemical reaction caused by the introduction of oxygen the binding components within the interior of the device is faster and efficient removal of the then gaseous contaminants from the surface of the Semiconductor material wafer guaranteed. Since touching the functional surface of the Semiconductor material disc with contaminable material until the start of the process Layer production does not take place, there can be no contamination of the semiconductor material with foreign matter al disc.
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
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