DE10007439A1

DE10007439A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen von Substraten

Info

Publication number: DE10007439A1
Application number: DE10007439A
Authority: DE
Inventors: Thomas Riedel; Klaus Wolke
Original assignee: Steag Microtech GmbH
Current assignee: Scp Us inc Wilmington Del Us
Priority date: 1999-10-19
Filing date: 2000-02-18
Publication date: 2001-05-03
Anticipated expiration: 2020-02-19
Also published as: KR20030011062A; DE10007439C2

Abstract

Um eine schnelle und effektive Reinigung von Substraten zu ermöglichen, ist eine Vorrichtung zum Reinigen von Substraten, insbesondere Halbleiterwafern, mit einem Behandlungsbecken zur Aufnahme wenigstens eines Substrats, einer Abdeckung zum Abschließen des Behandlungsbeckens, einer ersten Einbringeinrichtung zum steuerbaren Einbringen eines reaktiven Gases, einer zweiten Einbringeinrichtung zum steuerbaren Einbringen wenigstens eines eine Reaktion zwischen dem reaktiven Gas und einem von dem Substrat zu entfernenden Belag fördernden, eine Feuchtigkeit aufweisenden Fluids und einer Steuervorrichtung zum Steuern der Feuchtigkeitskonzentration im Behandlungsbecken vorgesehen. Ferner ist ein Verfahren zum Reinigen von Substraten, insbesondere Halbleiterwafern, in einem Behandlungsbecken zur Aufnahme wenigstens eines Substrats angegeben, das die folgenden Verfahrensschritte beinhaltet: Einbringen eines Substrats in das Becken; Abschließen des Behandlungsbeckens; Einbringen eines reaktiven Gases und wenigstens eines eine Reaktion zwischen dem reaktiven Gas und einem von dem Substrat zu entfernenden Belag fördernden, eine Feuchtigkeit aufweisenden Fluids in das Behandlungsbecken; und Steuern der Feuchtigkeitskonzentration im Behandlungsbecken.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Reinigen von Substraten, insbesondere Halbleiterwafern.

Für die Reinigung von Halbleiterwafern sind unterschiedliche Verfahren und Vorrichtungen bekannt. Bei einem dieser Verfahren zum Entfernen von orga nischen Verunreinigungen, wie beispielsweise Fotolack, werden die Wafer in einem konventionellen Naßreinigungsvorgang mit Schwefel-Peroxidmischun gen (SPM) behandelt, um die organischen Moleküle zu entfernen. Dieser Vor gang ist jedoch aufgrund der verwendeten Chemikalien sehr kostenintensiv und birgt ferner Umweltprobleme bei der Entsorgung der verbrauchten Che mikalien.

Bei einem weiteren Verfahren, das einen Trocken-Reinigungsvorgang auf weist, werden O₂ oder H₂ enthaltende Gase verwendet, um Fluor-Kohlenstoff polymere von Halbleiterwafern zu entfernen. Obwohl hierbei keine Probleme aufgrund der verwendeten Komponenten auftreten, sind derartige Trocken- Reinigungsvorgänge sehr zeitintensiv, was zu hohen Kosten führt.

Aus der EP-A-0 867 924 ist ein Verfahren bekannt, bei dem Ozongas in eine ein Additiv enthaltende Wasserdampfatmosphäre eingeleitet wird, um organi sche Verunreinigungen von einem Halbleiterwafer zu entfernen. Dabei wird Ozon verwendet, um die Verunreinigung zu oxidieren, und der Wasserdampf fördert den Oxidationsvorgang. Bei diesem Verfahren wird die Wasserdampf atmosphäre durch Erhitzen und teilweise Verdampfen einer unterhalb eines Wafers befindlichen Wasserschicht erzeugt. Die Wasserdampfatmosphäre ist bei ihrer Betriebstemperatur, die über der Temperatur der Wafer liegt gesät tigt. Daher kommt es zu einer Kondensation des Wasserdampfes auf den Wafern und es bildet sich eine Wasserschicht auf der Oberfläche der Wafer. Diese Wasserschicht erreicht eine Dicke, die eine Oxidation der Verunreini gungen wesentlich stört, da sowohl das Ozon, als auch durch Zusammenwir ken mit dem Wasser erzeugte OH-Radikale oder sonstige reaktive Kompo nenten nicht mit den Verunreinigungen in Kontakt kommen. Dies ist insbeson dere dann der Fall, wenn die Dicke der Wasserschicht größer ist als die Le benszeit der reaktiven Komponente, wie z. B. Ozon, mal seiner Diffusionskon stante in Wasser.

Ausgehend von den oben genannten Verfahren liegt der vorliegenden Erfin dung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren vorzusehen, die bzw. das auf einfache und kostengünstige Weise eine schnelle und effek tive Reinigung von Substraten ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zum Reinigen von Substraten, insbesondere Halbleiterwafern, mit einem Behandlungsbe hälter zur Aufnahme wenigstens eines Substrats, einer Abdeckung zum Ab schließen des Behandlungsbehälters, einer ersten Einbringeinrichtung zum steuerbaren Einbringen eines reaktiven Gases, einer zweiten Einbringein richtung zum steuerbaren Einbringen eines eine Reaktion zwischen dem re aktiven Gas und einer von dem Substrat zu entfernenden Verunreinigung för dernden, eine Feuchtigkeit aufweisenden Fluids und einer Steuervorrichtung zum Steuern der Feuchtigkeitskonzentration im Behandlungsbehälter gelöst. Die Vorrichtung sieht ein geschlossenes System vor und ermöglicht eine ge naue Steuerung der Feuchtigkeitskonzentration im Behandlungsbehälter. Die Feuchtigkeitskonzentration kann auf den jeweiligen Reinigungsprozeß abge stimmt werden, wodurch die Bildung einer Flüssigkeitsschicht auf den zu rei nigenden Substraten, durch das Feuchtigkeit enthaltende Fluid, gesteuert oder ganz unterbunden werden kann. Dies ist wichtig, um sicherzustellen, daß das reaktive Gas, bzw. sonstige reaktive Komponenten mit den Verunreini gungen in Kontakt kommen. Ferner läßt sich das Verhältnis des reaktiven Ga ses zu dem Fluid einstellen, um eine optimierte Reinigungsatmosphäre vorzu sehen und den Medienverbrauch zu verringern. Das geschlossenes System verhindert ferner ein unkontrolliertes entweichen der reaktiven Gas/Fluid- Mischung.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die erste Ein bringeinrichtung ein Ventil zum Steuern der eingeleiteten Gasmenge auf, um dadurch eine kontrollierte Prozeßatmosphäre zu schaffen. Vorzugsweise weist die erste Einbringeinrichtung einen Ozongenerator auf, da Ozon insbe sondere für die Oxidation und Entfernung von organischen Verunreinigung besonders geeignet und kostengünstig ist.

Um auf einfache Weise die Feuchtigkeitskonzentration im Behandlungsbe hälter zu Steuern, weist die zweite Einbringeinrichtung vorzugsweise wenig stens ein Ventil zum Steuern der eingeleiteten Fluidmenge auf. Vorzugsweise weist die zweite Einbringeinrichtung einen Dampfgenerator, insbesondere ei nen Wasserdampfgenerator auf, da Wasserdampf leicht herzustellen und als reaktionsförderndes Fluid einsetzbar ist. Dabei ist vorzugsweise die Feuchtig keitskonzentration und/oder Temperatur des Dampfes steuerbar.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die zweite Einbringeinrichtung wenigstens eine Flüssigkeits-Einlaßdüse aufweist. Indem eine bestimmte Menge einer Flüssigkeit in den Behandlungsbehälter eingebracht wird, läßt sich auch auf einfache Weise die Feuchtigkeitskonzen tration einstellen. Dabei ist die Flüssigkeits-Einlaßdüsen vorzugsweise ober halb der Substrate angeordnet und auf sie gerichtet, um eine Spülung der Substrate zu ermöglichen. Insbesondere werden die oxidierten Reaktionspro dukte von den Wafern abgespült, um die darunterliegenden, nicht oxidierten Schichten freizulegen.

Zum Steuern der Prozeßatmosphäre, insbesondere auch der Feuchtigkeits konzentration im Behandlungsbehälter, weist die Vorrichtung vorzugsweise eine Heizvorrichtung zum Erwärmen des Behandlungsbehälters und/oder des Behälterinhalts, eine steuerbare Absaugeinrichtung und/oder einen steuerba ren Flüssigkeits-Auslaß auf.

Um die Reaktion des reaktiven Gases noch weiter zu unterstützen, bzw. die Prozeßbedingungen zu optimieren, weist die Vorrichtung eine dritte Einbrin geinrichtung zum steuerbaren Einbringen eines weiteren Fluids, insbesondere eines Benetzungsmittels auf.

Um eine kontrollierte Verdrängung der Prozeßkomponenten aus dem Be handlungsbehälter zu erlauben und somit ihr Entweichen in die Umgebung beim Öffnen des Behälters zu verhindern, ist vorzugsweise eine weitere Gas- Einbringeinrichtung zum steuerbaren Einbringen eines weiteren Gases, ins besondere eines inerten Gases vorgesehen.

Für eine genaue Einstellung der Feuchtigkeitskonzentration ist eine Einrich tung zum Messen der Feuchtigkeitskonzentration im Behandlungsbehälter vorgesehen. Dies ermöglicht eine Rückkopplung der tatsächlichen Feuchtig keitskonzentration an die Steuervorrichtung, die dementsprechend ihre Steu erparameter anpassen kann.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Behandlungsbehälter druckdicht und die Vorrichtung weist eine Druck- Steuereinrichtung auf, die geeignet ist, den Druck im Behandlungsbehälter auf einen Überdruck zu steuern. Durch die Verwendung eines Überdrucks in dem Behandlungsbehälter ist es möglich, Dampf mit eine höheren Temperatur zu verwenden, was die Reaktion fördert und somit den Prozeßablauf beschleu nigt. Darüber hinaus ist über den Druck eine Steuerung der Feuchtigkeitskon zentration im Behandlungsbehälter, sowie eine Steuerung der Grenzschicht zwischen Substratoberfläche und Prozeßatmosphäre möglich. Durch die Ver wendung von Überdruck ergibt sich somit eine gute Steuerbarkeit der Feuch tigkeitskonzentration sowie eine verkürzte Prozeßzeit, wodurch der Durchsatz der Vorrichtung erhöht wird. Dabei wird der Behandlungsbehälter vorzugswei se durch die Abdeckung druckdicht abgedichtet, um eine gute Abdichtung ge genüber der Umgebungsatmosphäre zu erreichen. Die Gefahr, daß Ozon aus dem Behandlungsbehälter austritt wird verhindert, wodurch die Verwendung von stark konzentriertem Ozon ohne eine Gefahr für die Umwelt ermöglicht wird. Die Verwendung von stark konzentriertem Ozon führt zu einer erhöhten Reaktionsrate, wodurch die Prozeßzeiten noch weiter verringert werden kön nen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum Reinigen von Substraten, insbesondere Halbleiterwafern, in einem Be handlungsbehälter zur Aufnahme wenigstens eines Substrats, mit folgenden Verfahrensschritten gelöst:
Einbringen eines Substrats in den Behälter; Abschließen des Behandlungsbe hälters; Einbringen eines reaktiven Gases und wenigstens eines eine Reakti on zwischen dem reaktiven Gas und einer von dem Substrat zu entfernenden Verunreinigung fördernden, eine Feuchtigkeit aufweisenden Fluids in den Be handlungsbehälter; und Steuern der Feuchtigkeitskonzentration im Behand lungsbehälter. Durch dieses Verfahren werden die schon oben unter Bezug nahme auf die Vorrichtung genannten Vorteile erreicht.

Zum Erreichen einer kontrollierten Prozeßatmosphäre wird vorzugsweise die Menge des eingebrachten reaktiven Gases und/oder des Fluids gesteuert.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Fluid Dampf, insbesondere Wasserdampf, dessen Feuchtigkeit und/oder Temperatur gesteuert wird. Um die Bildung einer Flüssigkeitsschicht auf dem Substrat und die damit verbun denen Nachteile zu vermeiden, wird die Prozeßatmosphäre im Behandlungs behälter vorzugsweise so gesteuert, daß im wesentlichen keine Kondensation des Dampfes auf dem Substrat auftritt. Bei einer Ausführung der Erfindung wird hierfür die Temperatur des Substrats auf oder über der Temperatur des Dampfes gehalten. Vorzugsweise wird der Dampf vor dem reaktiven Gas, ins besondere Ozon, in den Behandlungsbehälter eingebracht.

Um konstante Prozeßbedingungen beizubehalten und die Zufuhr unver brauchter Medien zu ermöglichen, wird wenigstens ein Teil der im Behand lungsbehälter befindlichen Mischung aus reaktivem Gas und Fluid abgesaugt. Hierbei wird vorzugsweise die Menge der abgesaugten Mischung gesteuert.

Um neben dem Aufrechterhalten einer feuchten Prozeßatmosphäre eine Spülung der Substrate und einen guten Massetransfer zu ermöglichen, ist vorzugsweise ein Fluid eine Flüssigkeit. Vorteilhafterweise wird wenigstens ein Teil der Flüssigkeit abgelassen, um gleichbleibende und kontrollierte Pro zeßbedingungen beizubehalten. Dabei wird die Menge der abgelassenen Flüssigkeit vorzugsweise gesteuert. Für eine gute Spülung wird die Flüssigkeit vorzugsweise von oben auf das Substrat gesprüht. Dieser Vorgang erfolgt vorzugsweise während kurzer Zeitintervalle, um die unkontrollierte Bildung einer Flüssigkeitsschicht auf dem Substrat zu unterbinden. Dabei sind die Zeitintervalle für das Besprühen vorzugsweise wesentlich kürzer als dazwi schen liegende Pausen.

Für eine gute Steuerung der Prozeßatmosphäre wird vorzugsweise die Tem peratur des Behandlungsbehälters und/oder des Behälterinhalts gesteuert. Vorzugsweise wird der Feuchtigkeitsgehalt anhand der Menge des einge brachten reaktiven Gases, der Menge des eingebrachten Fluids und/oder der Temperatur gesteuert. Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird die Feuchtigkeitskonzentration im Behandlungsbehälter gemessen und anhand der Meßergebnisse geregelt.

Um ein Austreten der reaktiven Mischung aus Gas und Fluid beim Öffnen des Behandlungsbehälters zu verhindern, wird die reaktive Mischung nach der Reinigung abgesaugt. Bei einer Ausführung der Erfindung wird nach der Rei nigung ein das reaktive Gas verdrängendes weiteres Gas, insbesondere ein inertes Gas, in den Behandlungsbehälter eingeleitet. Bei einer weiteren Aus führungsform wird nach der Reinigung eine Behandlungsflüssigkeit in den Be handlungsbehälter eingeleitet, um das Substrat weiter zu behandeln. Indem die Behandlungsflüssigkeit direkt in den Behandlungsbehälter eingeleitet wird, erübrigt sich eine Handhabung und ein Transport der Substrate in eine weite re Behandlungseinheit, wodurch die Gefahr einer Beschädigung der Substrate bei der Handhabung und/oder dem Transport beseitigt wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren eignen sich insbesondere zur Entfernung von organischen Kontaminationen wie z. B. Fotolack von Halbleiterwafern.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Druck im Behandlungsbehälter gesteuert, insbesondere auf einen Überdruck gesteuert, wodurch höhere Dampftemperaturen bei der Behandlung erreicht werden können. Ferner ist über den Druck eine Steuerung der Feuchtigkeits konzentration im Behandlungsbehälter möglich.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbei spiels der Erfindung;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungs form der Erfindung;

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zum Reinigen von Halbleiterwafern 2 mit einem Behandlungsbehälter 4. Im Behandlungsbehälter 4 ist eine Substrataufnah mevorrichtung 6 zum Halten der Substrate 2 in einer aufrechten Position an geordnet. In dem Behandlungsbehälter 4 sind mehrere Substrate aufnehmbar, von denen in Fig. 1 nur eines zu sehen ist. Der Behandlungsbehälter 4 besitzt einen im Querschnitt rechteckigen oberen Teil und einen sich konisch nach unten verjüngenden unteren Teil. Der Behandlungsbehälter 4 weist im oberen Bereich des rechteckigen Teils einen Diffusor 8 zum Einbringen von Wasser dampf in den Behandlungsbehälter 4 auf. Der Diffusor 8 ist über eine entspre chende Leitung 9 mit einem Dampfgenerator 10 verbunden. Der Diffusor 8 bildet einen Ring, der der Form des Behandlungsbeckens angepaßt ist und eine gleichmäßige Dampfverteilung im Behälter ermöglicht. Dabei bildet der Diffusor 8 einen Innendurchmesser, der ausreichend bemessen ist, um ein Hindurchbewegen der Substrate 2 zu erlauben.

Oberhalb des Diffusors 8 ist eine in Fig. 1 nicht näher dargestellte Spülein richtung vorgesehen, über die eine Spülflüssigkeit in Form eines fein verteil ten Nebels in den Behandlungsbehälter 4 eingeleitet wird. Die Spülflüssigkeit wird derart eingeleitet, daß die in dem Behandlungsbehälter 4 aufgenomme nen Substrate gleichmäßig gespült werden. In einem Randbereich des Be handlungsbehälters 4 ist eine Heizvorrichtung 12 zum Erwärmen des Be handlungsbehälters 4 sowie der Substrate 2 vorgesehen. Die Heizvorrichtung 12 ist derart angeordnet, daß sie eine Bewegung der Substrate 2 in den Be handlungsbehälter 4 und aus diesem heraus nicht behindert. Der Behand lungsbehälter 4 besitzt einen Überlauf 14 an seinem oberen Ende.

In einem Bereich unterhalb der Substrataufnahmen 6 ist im Behandlungsbe hälter 4 ein Diffusor 16 für die Einbringung von Ozon vorgesehen. Der Diffu sor 16 ist über eine Leitung 17 mit einem Ozongenerator 18 verbunden. Der Diffusor 16 ist wiederum ein Ringdiffusor, der der Form des Behandlungsbe hälters 4 angepaßt ist und eine gleichmäßige Verteilung des Ozons im Be hälter 4 erlaubt. Der Diffusor ist im unteren Bereich des rechteckigen Teils des Behälters 4 angeordnet. In dem sich konisch verjüngenden unteren Teil des Behandlungsbehälters 4 ist eine Einlaß-/ Auslaßöffnung 20 für Spülflüs sigkeit angeordnet. Die Öffnung 20 ist über eine Leitung 21 mit einer Spülflüs sigkeitsquelle 22 verbunden.

Oberhalb des Behandlungsbehälters 4 ist eine den Behandlungsbehälter 4 abschließende Abdeckung 24 vorgesehen. Die Abdeckung 24 ist in der Lage, in einer vollständig geschlossenen Position den Behandlungsbehälter 4 ge genüber der Umgebung abzudichten, um ein Austreten der darin befindlichen Prozeßkomponenten zu verhindern. In der vollständig geschlossenen Position ist auch die Verbindung des Behandlungsbehälters 4 zu dem Überlauf 14 ver schlossen.

Obwohl dies nicht gesondert dargestellt ist, ist eine Absaugvorrichtung zum kontrollierten Absaugen der Prozeßkomponenten aus dem Behandlungsbe hälter 4 vorgesehen. Die Absaugvorrichtung kann wahlweise am Behand lungsbehälter 4 oder an der Abdeckung 24 angebracht sein.

Während des Betriebs der Vorrichtung 1 werden bei geöffneter Abdeckung 24 trockene, beispielsweise mit Fotolack beschichtete oder verunreinigte Wafer 2 in den Behandlungsbehälter 4 eingesetzt und in der Waferaufnahme 6 aufge nommen. Anschließend wird der Deckel 24 in eine den Behandlungsbehälter 4 abschließende Position gebracht. Das Innere des Behandlungsbehälters 4 und die Substrate 2 werden über die Heizvorrichtung 12 erwärmt. In dem Dampfgenerator 10 wird Wasserdampf mit einer bestimmten Feuchtigkeit und Temperatur erzeugt. Dem Wasserdampf kann wahlweise eine gasförmige Substanz, wie beispielsweise Stickstoff, und/oder ein flüssiges Medium, wie z. B. Essigsäure, zugemischt werden, um den nachfolgenden Reinigungsprozeß der Wafer 2 zu unterstützen. Der so erzeugte Wasserdampf wird über die Leitung 9 und den Diffusor 8 kontrolliert in den Behandlungsbehälter 4 einge bracht, d. h. es wird eine bestimmte Menge an Dampf in Abhängigkeit vom Behältervolumen eingeleitet, um eine bestimmte Feuchtigkeitskonzentration im Behälter 4 zu erreichen. Das Innere des Behandlungsbehälters 4 und die Wafer 2 sind auf eine Temperatur oberhalb der Temperatur des Dampfes er wärmt, um eine Kondensation des Dampfs auf dem Wafer im wesentlichen zu verhindern.

Im Ozongenerator 18 wird Ozon erzeugt, das über die Leitung 17 und den Diffusor 16 kontrolliert in den Behandlungsbehälter 4 eingebracht wird, d. h. die Menge an Ozon wird in Abhängigkeit von der eingebrachten Dampfmenge gesteuert. Durch kontrolliertes Einbringen des Wasserdampfes und des Ozongases wird eine stoichiometrische Ozongas/Wasserdampf-Mischung er zeugt und die Feuchtigkeitskonzentration der Mischung gesteuert. Das Ozon gas reagiert mit dem zu entfernenden Fotolack, wobei der Wasserdampf diese Reaktion fördert und beschleunigt. Das Ozon oxydiert den Fotolack und er möglicht dadurch ein Ablösen vom Wafer 2.

Während der Behandlung der Wafer kann die Absaugvorrichtung betätigt wer den, um eine bestimmte Menge der Ozongas/Wasserdampf-Mischung abzu saugen, um die Zufuhr frischen Ozons und Wasserdampfes zu ermöglichen. Über die kontrollierte Ansteuerung der Absaugvorrichtung läßt sich auch die Feuchtigkeitskonzentration im Behandlungsbehälter steuern, indem eine be stimmte Menge der feuchten Prozeßatmosphäre abgesaugt wird. Dabei wird die Absaugvorrichtung so betätigt, daß innerhalb des Behandlungsbehälters während der Reinigung der Substrate ein leichter Überdruck entsteht, d. h. es wird weniger von der Mischung abgesaugt als vorher eingeführt wurde.

Während des obigen Prozesses wird während bestimmter Zeitintervalle ferner die nicht dargestellte Spülvorrichtung aktiviert, um die Substrate zwischen zeitlich zu spülen, und zwar insbesondere, um die oxidierten Reaktionspro dukte von den Wafern abzuspülen. Hierdurch wird sichergestellt, daß die oxi dierten Reaktionsprodukte keine Reaktionsbarriere auf den Substraten bilden, und daß die Ozongas/Wasserdampf-Mischung mit den darunterliegenden, nicht oxidierten Schichten in Kontakt kommt. Bei der Spülung der Substrate wird eine bestimmte Menge an Spülflüssigkeit in den Behandlungsbehälter 4 eingeleitet. Diese Flüssigkeit besitzt einen Einfluß auf die Feuchtigkeitskon zentration innerhalb des Behandlungsbehälters und ist daher in die Steuerung der Feuchtigkeitskonzentration einbezogen. Zum Steuern der Feuchtigkeits konzentration im Behandlungsbehälter wird vorzugsweise nach jedem Spül vorgang eine kontrollierte Menge der sich am Boden des Behandlungsbehäl ters ansammelnden Spülflüssigkeit über die Einlaß-/Auslaßöffnung 20 abge lassen.

Wie schon oben erwähnt, erfolgen die Spülvorgänge in kurzen Zeitintervallen während des Reinigungsprozesses. Diese Zeitintervalle sind wesentlich kür zer als die dazwischen liegenden Pausen, da während der Spülvorgänge eine genaue Steuerung einer Flüssigkeitsschichtdicke auf der Substratoberfläche nicht oder nur schwierig möglich ist. Daher können sich rasch Flüssigkeits schichtdicken auf den Substraten bilden, welche den Reinigungsvorgang ver hindern.

Während des gesamten Vorgangs wird die Temperatur des Beckens bzw. des Beckeninhalts über die Heizvorrichtung 12 gesteuert, um die Prozeßatmo sphäre, insbesondere die Feuchtigkeitskonzentration im Behälter zu steuern.

Nach einer bestimmten Prozeßzeit, die von der Menge der zu entfernenden Verunreinigung, sowie deren Zusammensetzung abhängt, wird die Ozongas/ Wasserdampf-Mischung über die Absaugvorrichtung aus dem Behandlungs behälter 4 abgesaugt. Alternativ oder zusätzlich wird der Behandlungsbehälter 4 über einen weiteren, nicht dargestellten Diffusor mit inertem Gas, wie bei spielsweise Stickstoff, geflutet, um die Ozongas/Wasserdampf-Mischung voll ständig aus dem Behandlungsbehälter 4 zu verdrängen. Statt eines zusätzli chen Diffusors könnte der Stickstoff auch über den Ozongasdiffusor 16 ein geleitet werden, wobei der Diffusor 16 dann noch mit einer Stickstoffquelle verbunden wäre.

Nachdem die Ozongas/Wasserdampf-Mischung vollständig aus dem Behand lungsbehälter 4 entfernt ist, wird die Abdeckung 24 angehoben, und es wird eine Spülflüssigkeit, wie beispielsweise deionisiertes Wasser, über den Einlaß 20 von unten in den Behandlungsbehälter 4 eingeleitet, um eine letzte Spü lung durchzuführen und den Reinigungsvorgang abzuschließen. Das Wasser strömt in den Überlauf 14 über und wird von dort abgeleitet.

Anschließend wird das Wasser abgelassen, und die Wafer werden getrocknet, wobei die Trockung beim Ablassen des Wassers gemäß dem Marangonieffekt erfolgen kann, indem beispielsweise ein die Oberflächenspannung des Was sers reduzierendes Fluid auf die Wasseroberfläche aufgebracht wird, während das Wasser abgelassen wird.

Fig. 2 zeigt eine alternative Ausführungsform einer Reinigungsvorrichtung 100 für Halbleiterwafer 102. Die Reinigungsvorrichtung 100 weist wiederum einen Behandlungsbehälter 104 mit Waferaufnahmen 106 auf. In einem unteren, sich verjüngenden Teil des Behandlungsbehälters 104 ist ein Diffusor 108 vorgesehen, der mit einem im Behandlungsbehälter 104 integrierten Dampf generator 110 in Verbindung steht. In einem seitlich außerhalb des Bewe gungsbereichs der Substrate 102 liegenden Bereich des Behandlungsbehäl ters 104 ist eine Heizvorrichtung 112 zum Erwärmen des Behandlungsbehäl ters 104 und der Substrate 102 vorgesehen. Der Behandlungsbehälter 104 weist wiederum einen Überlauf 114 auf. In einem oberen Bereich des Be handlungsbehälters 104 ist ein Diffusor 116 zum Einbringen von Ozon ange ordnet, der über eine Leitung 117 mit einem Ozongenerator 118 verbunden ist. Der Diffusor 116 befindet sich in einem seitlichen Bereich des Behand lungsbehälters 104, und zwar auf einer der Heizvorrichtung 112 gegenüber liegenden Seite.

Oberhalb des Diffusors 108 ist eine Einlaß-/Auslaßöffnung 120 für Spülflüs sigkeit, wie beispielsweise deionisiertes Wasser, vorgesehen. Die Öffnung 120 ist in geeigneter Weise mit einer Quelle für deionisiertes Wasser verbun den. Eine Abdeckung 124 schließt den Behandlungsbehälter 104 und dichtet ihn gegenüber der Umgebung ab.

Der Betrieb der Vorrichtung 100 gleicht im wesentlichen dem Betrieb der Vor richtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Der Hauptunterschied zwischen den Vorrichtungen 1 und 100 liegt in der Anordnung der Elemente, insbesondere der Integration des Dampfgenerators in dem Behandlungsbe hälter 104.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Reinigungsvorrichtung 200 für Halbleiterwafer 202. Die Reinigungsvorrichtung 200 weist einen Behand lungsbehälter 204 auf, der aus einem äußeren Becken 205 und einem inneren Becken 206 aufgebaut ist. Das äußere Becken 205 ist zumindest teilweise mit einer Flüssigkeit 207 gefüllt, welche über eine Heizvorrichtung 208 beheizbar ist. Das innere Becken 206 ist in geeigneter Weise innerhalb des äußeren Beckens gehalten, um ein Aufschwimmen des inneren Beckens 206 in der Flüssigkeit 207 zu verhindern.

Das innere Becken 206 weist einen im Querschnitt rechteckigen oberen Teil und einen spitz nach unten zulaufenden unteren Teil auf. Im Behandlungs becken 206 sind nicht näher dargestellte Haltevorrichtungen zur Aufnahme der Substrate 202 vorgesehen. In dem Becken 206 ist im unteren Bereich des rechteckigen Teils eine Wanne 210 vorgesehen, die eine nicht dargestellte Einlaß-/Auslaßöffnung aufweist. Unterhalb der Wanne ist ein Diffusor 212 zum Einleiten eines reaktiven Gases, wie beispielsweise Ozon, in das Behand lungbecken 206 vorgesehen. Der Diffusor 212 ist wiederum ein Ringdiffusor, kann jedoch jede geeignete Form aufweisen, die eine gleichmäßige Einleitung von Ozon ermöglicht. Im Bereich des spitz zulaufenden unteren Teils ist eine nicht dargestellte Fluid-Einlaß-/Auslaßöffnung vorgesehen.

Das Behandlungsbecken 206 ist von einer ersten, bewegbaren Abdeckung 214 abgeschlossen. An der Abdeckung 214 ist ein Dampfdiffusor 216 sowie eine Flüssigkeitssprüheinrichtung 218 vorgesehen, die in geeigneter Weise mit einer Dampfquelle bzw. einer Flüssigkeitsquelle verbunden sind.

Zum Abschließen des äußeren und inneren Behandlungsbeckens ist eine weitere Abdeckung 220 vorgesehen. Eine Absaugleitung 224 erstreckt sich durch die Abdeckungen 214 und 220 und erstreckt sich in das innere Be handlungsbecken 206. Die Absaugleitung 224 ist in geeigneter Weise mit ei ner nicht dargestellten Absaugvorrichtung verbunden.

Der Betrieb der Vorrichtung 200 gleicht im wesentlichen dem Betrieb der Vor richtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Reinigungsvorrichtung 300 für Halbleiterwafer 302. Die Reinigungsvorrichtung 300 weist einen im wesentli chen geschlossenen Behandlungsbehälter 304 mit einem rechteckigen Quer schnitt auf. Der Behandlungsbehälter 304 weist in einem unteren seitlichen Bereich eine Eingabe-/Ausgabeöffnung 306 auf, die durch eine Abdeckung 308 verschließbar ist. Die Abdeckung 308 ist in der Lage, einen Innenraum 310 des Behandlungsbehälters 304 gegenüber der Umgebung abzudichten. Im Bereich der Öffnung 306 ist eine nicht näher dargestellte Druckschleuse vorgesehen, über die ein Halbleiterwafer in dem Behandlungsbehälter 304 einsetzbar bzw. herausnehmbar ist. Durch die Druckschleuse entfällt die Not wendigkeit, den Druck innerhalb des Behandlungsbehälters beim be- und entladen zu verändern. Druckschleusen dieser Art sind in der Technik bekannt und werden daher nicht näher beschrieben.

Im unteren Bereich des Behandlungsbehälters 304 ist eine drehbare Wafer- Aufnahme 312 mit einer horizontalen Auflagefläche 314 für den Halbleiterwa fer 302 vorgesehen. Um eine sichere Aufnahme des Wafers zu gewährleisten, weist die Aufnahme in der Auflagefläche 314 Öffnungen auf, an die ein Unter druck angelegt werden kann, um den Halbleiterwafer 302 fest gegen die Auf lage zu ziehen.

Leitungen 316 und 318 mit jeweiligen Steuerventilen 320, 322 sind mit dem Behandlungsbehälter 304 verbunden. Über die Leitungen 316, 318 werden unter Druck stehender Wasserdampf bzw. unter Druck stehendes Ozon in den Behandlungsbehälter 304 eingeleitet. Im oberen Bereich des Behandlungsbe hälters 304 ist eine Spüleinrichtung 324 vorgesehen, über die eine Spülflüs sigkeit in Form eines fein verteilten Nebels in den Behandlungsbehälter 304 eingeleitet wird. Am Boden des Behandlungsbehälters 304 ist eine Auslaßlei tung 326 mit einem Steuerventil 328 vorgesehen.

Während des Betriebs der Vorrichtung 300 wird zunächst ein Halbleiterwafer 302 über die Öffnung 306 in den Behandlungsbehälter 304 eingesetzt und auf der Aufnahme 312 aufgenommen, fixiert und über eine nicht näher darge stellte Heizvorrichtung in der Aufnahme 312 erwärmt. Anschließend wird über die Leitungen 316 und 318 Wasserdampf bzw. Ozon unter Druck in den Be hälter 304 eingeleitet. Dabei wird in Abhängigkeit vom Behältervolumen eine bestimmte Menge an Dampf und Ozon eingeleitet, so daß ein bestimmter Überdruck und eine bestimmte Feuchtigkeitskonzentration im Behälter 304 erreicht wird. Um eine Kondensation des Dampfs auf dem Wafer sowie an den Wänden des Behandlungsbehälters 304 zu verhindern, sind diese auf eine Temperatur oberhalb der Dampftemperatur erwärmt.

Der Druck innerhalb des Behandlungsbehälters 304 wird gemessen und auf einem festgelegten Niveau gehalten. Über die Leitung 326 wird ein Teil der in dem Behälter 304 gebildeten Ozongas-/Wasserdampf-Mischung abgesaugt.

Während des obigen Prozesses wird in bestimmten Zeitintervallen die Sprüh vorrichtung 324 aktiviert, um die Substrate zu spülen. Bei der Spülung eines Wafers wird eine bestimmte Menge an Spülflüssigkeit in den Behandlungsbe hälter 4 eingeleitet, und nach jedem Spülvorgang wird eine der eingeleiteten Menge entsprechende Menge an Spülflüssigkeit über die Leitung 326 abge lassen. Der Wafer wird während des obigen Prozesses mit der Aufnahme 312 gedreht, um das Ansammeln von Flüssigkeit auf der nach oben weisenden Waferoberfläche zu verhindern.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrich tung, wobei in Fig. 5 dieselben Bezugszeichen verwendet werden, wie in Fig. 4, sofern dieselben oder äquivalente Bauteile betroffen sind. Die Vorrichtung 300 gemäß Fig. 5 weist einen Behandlungsbehälter 304 zur Behandlung von Halbleiterwafern 302 auf. Eine Eingabe-/Ausgabeschleuse 330 ist an einer oberen Wand des Behandlungsbehälters 304 vorgesehen. In einem Innen raum 310 des Behälters 304 ist eine Wafer-Aufnahme 312 mit einer Anlage fläche 314 vorgesehen. Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 ist die Wafer-Aufnahme 312 an einer Seitenwand des Behälters 304 vorgesehen und weist eine im wesentlichen vertikale Anlagefläche 314 auf. Die Halbleiterwafer 302 werden über nicht dargestellte Unterdruck-Öffnungen in der Anlagefläche 314 in einer vertikalen Ausrichtung an der Aufnahme 312 gehalten. Es sind wiederum Leitungen 316, 318 mit entsprechenden Ventilen 320, 322 zum Einleiten von Wasserdampf bzw. Ozon, sowie eine Spülein richtung 324 in einem oberen Bereich des Behandlungsbehälters 304 vorge sehen. Am Boden des Behandlungsbehälters 304 ist eine Auslaßleitung 326 mit einem Ventil 328 angebracht.

Neben den Einlaßleitungen 316, 318 zum Einleiten von Wasserdampf bzw. Ozon ist eine weitere Einlaßleitung 336 mit einem Ventil 337 vorgesehen. Die Einlaßleitung 336 dient zum Einleiten von Essigsäure, welche die Reaktion der Ozongas-/Wasserdampf-Mischung mit den zu entfernenden Verunreini gungen auf dem Halbleiterwafer 2 fördert.

Der Betrieb der Vorrichtung 300 gemäß Fig. 5 gleicht im wesentlichen dem Betrieb der Vorrichtung 300 gemäß Fig. 4, wobei zur Förderung der Reini gungswirkung während der Reinigung zusätzlich Essigsäure in den Behand lungsbehälter 304 eingeleitet wird. Dadurch, daß sich der Halbleiterwafer 302 in einer vertikalen Ausrichtung befindet, ist ein Drehen und Abschleudern von Flüssigkeit während bzw. nach einem Spülvorgang nicht notwendig, da sie gut von dem Wafer 302 abfließt.

Die Erfindung wurde zuvor anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele erläu tert, ohne auf diese speziellen Ausführungsbeispiele beschränkt zu sein. Bei spielsweise könnte sich die Abdeckung bei den ersten und zweiten Ausfüh rungsbeispielen auch über den Überlauf erstrecken, um diesen mit abzudec ken und den Behandlungsbehälter so gegenüber der Umgebung abzudichten. In diesem Fall wäre ein Anheben des Deckels während der Spülung mit Was ser nach der Ozonbehandlung nicht notwendig, und die Absaugvorrichtung könnte auch mit dem Überlauf verbunden sein. Statt die Heizvorrichtung im Behandlungsbehälter anzuordnen, könnte sie auch am Deckel angebracht sein. In diesem Fall könnte sie einen größeren Bereich abdecken, ohne das Einsetzen und Entnehmen der Substrate zu behindern. Ferner könnte die Heizvorrichtung außerhalb des Behandlungsbehälters angebracht sein. Bei dem Behandlungsbehälter der Fig. 4 und 5 wäre es auch möglich, vor dem Einleiten von Wasserdampf und Ozon einen Unterdruck zu erzeugen, um die Erzeugung eines Plasmas zum teilweisen Lösen oder Aufweichen der zu entfernenden Verunreinigungen auf dem Wafer zu ermöglichen.

Claims

1. Vorrichtung zum Reinigen von Substraten, insbesondere Halbleiter wafern, mit

- einem Behandlungsbehälter zur Aufnahme wenigstens eines Sub strats,
- einer Abdeckung zum Abschließen des Behandlungsbehälters,
- einer ersten Einbringeinrichtung zum steuerbaren Einbringen eines reaktiven Gases,
- einer zweiten Einbringeinrichtung zum steuerbaren Einbringen we nigstens eines eine Reaktion zwischen dem reaktiven Gas und einem von dem Substrat zu entfernenden Belag fördernden, eine Feuchtig keit aufweisenden Fluids
- und einer Steuervorrichtung zum Steuern der Feuchtigkeitskonzen tration im Behandlungsbehälter.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einbringeinrichtung ein Ventil zum Steuern der eingeleiteten Gasmenge aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einbringeinrichtung einen Ozongenerator aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die zweite Einbringeinrichtung wenigstens ein Ventil zum Steuern der eingeleiteten Fluidmenge aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die zweite Einbringeinrichtung einen Dampfgenerator, insbesondere einen Wasserdampfgenerator aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Feuch tigkeitskonzentration und/oder Temperatur des Dampfes steuerbar ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die zweite Einbringeinrichtung wenigstens eine Flüs sigkeits-Einlaßdüse aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die Flüssigkeits-Einlaßdüsen oberhalb der Substrate angeordnet und auf sie gerichtet sind.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Heizvorrichtung zum Erwärmen des Behandlungsbehälters und/oder des Behälterinhalts.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine steuerbare Absaugeinrichtung.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen steuerbaren Flüssigkeits-Auslaß.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine dritte Einbringeinrichtung zum steuerbaren Einbringen eines weiteren Fluids, welches die Reaktion unterstützt bzw. beschleunigt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid ein Benetzungsmittel oder Essigsäure ist.

14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine weitere Gas-Einbringeinrichtung zum steuerbaren Einbringen eines weiteren Gases, insbesondere eines inerten Gases in den Be handlungsbehälter.

15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Messen der Feuchtigkeitskonzentration im Behandlungsbehälter.

16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet daß der Behandlungsbehälter druckdicht ist, und daß die Vorrichtung eine Druck-Steuereinrichtung aufweist.

17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die Abdeckung den Behandlungsbehälter abdichtet.

18. Verfahren zum Reinigen von Substraten, insbesondere Halbleiterwafern, in einem Behandlungsbehälter zur Aufnahme wenigstens eines Sub strats, mit den folgenden Verfahrensschritten:

- Einbringen eines Substrats in den Behälter;
- Abschließen des Behandlungsbehälters;
- Einbringen eines reaktiven Gases und wenigstens eines eine Reak tion zwischen dem reaktiven Gas und einem von dem Substrat zu entfernenden Belag fördernden, eine Feuchtigkeit aufweisenden Fluids in den Behandlungsbehälter;
- Steuern der Feuchtigkeitskonzentration im Behandlungsbehälter.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des eingebrachten reaktiven Gases und/oder des Fluids gesteuert wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 oder 19, dadurch gekennzeich net, daß das reaktive Gas Ozon ist.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeich net, daß ein Fluid Dampf, insbesondere Wasserdampf ist.

22. Verfahren nach einem der Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Feuchtigkeit und/oder die Temperatur des eingebrachten Dampfes gesteuert wird.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 oder 22, dadurch gekennzeich net, daß eine Prozeßatmosphäre im Behandlungsbehälter derart gesteu ert wird, daß im wesentlichen keine Kondensation des Dampfes auf dem Substrat auftritt.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeich net, daß der Dampf vor dem Ozon eingebracht wird.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 24, dadurch gekennzeich net, daß wenigstens ein Teil der im Behandlungsbehälter befindlichen Mischung aus reaktivem Gas und Fluid abgesaugt wird.

26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der abgesaugten Mischung gesteuert wird.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 26, dadurch gekennzeich net, daß ein Fluid eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser ist.

28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Flüssigkeit abgelassen wird.

29. Verfahren nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der abgelassenen Flüssigkeit gesteuert wird.

30. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 29, dadurch gekennzeich net, daß die Flüssigkeit auf das Substrat gesprüht wird.

31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssig keit während kurzer Zeitintervalle auf das Substrat gesprüht wird.

32. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitinter valle wesentlich kürzer als dazwischenliegende Pausen sind.

33. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 32, dadurch gekennzeich net, daß die Temperatur des Behandlungsbehälters und/oder des Be hälterinhalts gesteuert wird.

34. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 33, dadurch gekennzeich net, daß das der Feuchtigkeitsgehalt anhand der Menge des einge brachten reaktiven Gases, der Menge des eingebrachten Fluids und /oder der Temperatur gesteuert wird.

35. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 33, dadurch gekennzeich net, daß die Feuchtigkeitskonzentration im Behandlungsbehälter gemes sen und anhand der Messergebnisse geregelt wird.

36. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 35, gekennzeichnet durch Einleiten eines weiteren, die Reaktion unterstützenden oder beschleuni genden Fluids, insbesondere eines Benetzungsmittels oder Essigsäure.

37. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 36, dadurch gekenn zeichnet, daß die Temperatur des Substrats auf oder über der Tempe ratur des Dampfes gehalten wird.

38. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 37, dadurch gekenn zeichnet, daß das reaktive Gas nach der Reinigung abgesaugt wird.

39. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 38, dadurch gekenn zeichnet, daß nach der Reinigung ein das reaktive Gas verdrängendes weiteres Gas, insbesondere ein inertes Gas, in den Behandlungsbehälter eingeleitet wird.

40. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 39, dadurch gekenn zeichnet, daß nach der Reinigung eine Behandlungsflüssigkeit in den Behandlungsbehälter eingeleitet wird.

41. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 40, dadurch gekennzeich net, daß der Belag Fotolack ist.

42. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 41, dadurch gekennzeich net, daß der Druck im Behandlungsbehälter auf einen Überdruck gesteu ert wird.