DE10061288A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Behandeln von Substraten - Google Patents

Abstract

Um eine rasche Erwärmung von Substraten, insbesondere Halbleiterwafern, in einem Behandlungsbecken vorzusehen, sieht die folgende Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Behandeln von Substraten, insbesondere von Halbleiterwafern, in einem Behandlungsbecken vor, bei dem ein erstes erhitzes Fluid zum Erwärmen der Substrate in das Behandlungsbecken eingeleitet und später ausgeleitet wird, die Substrate mit einer Strahlungsquelle erwärmt werden, und wenigstens ein Behandlungsfluid in das Behandlungsbecken eingeleitet wird.

Description

Die folgende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Behandeln von Substraten, insbesondere Halbleiterwafern in einem Be­ handlungsbecken.

In der Halbleiterindustrie ist es bekannt, Halbleiterwafern unterschiedlichen Behandlungsschritten in einem Behandlungsbecken auszusetzen. Bei einer dieser Behandlungen werden die Wafer in dem Behandlungsbecken einer Ozon-Wasserdampfmischung ausgesetzt. Eine derartige Ozon-Wasserdampf­ behandlung ist beispielsweise aus der nicht vorveröffentlichten, auf die selbe Anmelderin zurückgehenden DE 100 07 439 beschrieben, die insofern zum Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemacht wird, um Wiederholungen zu vermeiden. Bei dieser Behandlung müssen die Wafer auf eine erhöhte Tem­ peratur gebracht werden, um zu vermeiden, dass der Wasserdampf auf den Wafern kondensiert, was den Behandlungsvorgang beeinträchtigen kann. Bei der zuvor genannten Anmeldung werden die Wafer über den eingeleiteten Wasserdampf erwärmt, und ferner sind außerhalb des Beckens Heizmittel vorgesehen, um das Behandlungsbecken selbst zu erwärmen.

Das Erwärmen der Wafer über den Wasserdampf ist sehr zeitaufwendig und darüber hinaus ist die Temperatur schwer zu steuern.

Ausgehend von dem oben genannten Stand der Technik liegt der vorliegen­ den Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Ver­ fahren zum Behandeln von Substraten vorzusehen, die bzw. das eine rasche Erwärmung der Substrate auf die benötigte Prozesstemperatur ermöglicht. Ferner sollen die Substrate während des Behandlungsvorgangs auf der Tem­ peratur gehalten werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren zum Behandeln von Substraten, insbesondere Halbleiterwafern, in einem Behandlungsbecken dadurch gelöst, dass ein erstes, erhitztes Fluid zum Erwärmen der Substrate in das Behandlungsbecken eingeleitet wird, das erhitzte Fluid ausgeleitet wird, die Substrate mit einer Strahlungsquelle erwärmt werden und wenigstens ein Behandlungsfluid in den Prozessbehälter eingeleitet wird. Durch Einleiten der erhitzten Fluids ist ein guter Wärmetransfer vom Fluid zum Substrat möglich, um die Substrate rasch auf oder zumindest in die Nähe ihrer Prozesstem­ peratur zu bringen. Durch die Strahlungsquelle können die Substrate weiter erwärmt werden bzw. während des nachfolgenden Behandlungsvorgangs in einer Gas-/Wasserdampfatmosphäre konstant auf ihrer Prozesstemperatur gehalten werden.

Über die Strahlungsquellen kann somit vermieden werden, dass die Substrate bei der Behandlung in einer Gas-/Wasserdampfatmosphäre auskühlen und sich eine Temperaturstabilisierung ergibt. Im nachfolgenden ist daher, wenn eine Erwärmung der Substrate durch die Strahlungsquellen erwähnt wird, nicht nur eine Temperaturerhöhung der Substrate sondern auch eine Tem­ peraturstabilisierung der Substrate umfasst.

Vorzugsweise ist das erhitzte Fluid eine Flüssigkeit, insbesondere deion­ isiertes Wasser, da Flüssigkeiten gegenüber Gasen eine höhere Wär­ mekapazität besitzt und somit ein rascheres Aufheizen der Substrate ermögli­ chen. Vorzugsweise werden die Substrate für die nachfolgende Behandlung auf eine Temperatur im Bereich von 80 bis 100°C, und insbesondere in einen Bereich von 85 bis 90°C erhitzt.

Gemäß einer Ausführungsformel der Erfindung wird das erste Fluid vor dem Einleiten in das Behandlungsbecken im wesentlichen auf die Prozesstem­ peratur der Substrate erhitzt, wodurch sichergestellt wird, dass die Substrate im wesentlichen auf die Prozesstemperatur erhitzt werden. Bei einer alterna­ tiven Ausführungsform der Erfindung wird das erste Fluid auf eine höhere Temperatur als die Prozeßtemperatur der Substrate erhitzt, wodurch das Er­ wärmen der Substrate noch beschleunigt wird.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthalten die Behand­ lungsfluids wenigstens Ozon und Wasserdampf, die ein gutes Lösen organis­ cher Verunreinigungen ermöglichen. Es ist bekannt, dass bei einer Ozon- Wasserdampfbehandlung die Substrate auf einer erhöhten Temperatur ge­ halten werden müssen, um eine Kondensation des Wasserdampfs auf den Substraten zu verhindern.

Vorzugsweise weist die Strahlenquelle Infrarotlampen auf, da diese kosten­ günstig sind und eine gute Erwärmung der Substrate ermöglichen, ohne den Behandlungsvorgang zu beeinflussen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch bei einer Vorrichtung zum Behandeln von Substraten, insbesondere Halbleiterwafern, in einem Be­ handlungsbecken durch eine Vorrichtung zum Ein- und Ausleiten eines er­ sten, erhitzten Fluids, wenigstens eine Strahlungsquelle zum Erwärmen der Substrate im Behandlungsbecken und eine Vorrichtung zum Einleiten wenig­ stens eines Behandlungsfluids in den Prozessbehälter gelöst. Bei der oben genannten Vorrichtung ergeben sich die schon bezüglich des Verfahrens genannten Vorteile.

Vorzugsweise ist das erste Fluid eine Flüssigkeit, insbesondere deionisiertes Wasser, das einen guten Wärmetransfer gewährleistet, ohne die Oberfläche der Substrate zu beeinträchtigen.

Vorzugsweise weist die Vorrichtung eine Heizvorrichtung zum Erhitzen des ersten Fluids vor dem Einleiten in den Behandlungsbehälter auf, um ein im wesentlichen geschlossenes System vorzusehen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Strahlung­ squelle außerhalb des Behandlungsbeckens angeordnet, um die Vorgänge im Behandlungsbecken nicht zu beeinträchtigen. Für eine gleichmäßige Erwär­ mung der Substrate sind vorzugsweise Strahlungsquellen auf gegenüberlieg­ enden Seiten des Behandlungsbeckens vorgesehen. Um eine direkte Erwär­ mung der Substrate durch die Strahlungsquellen zu ermöglichen, weisen die Wände des Behandlungsbehälters wenigstens Teilbereiche auf, die für die von den Strahlungsquellen ausgehende Strahlung transparent sind. Dabei sind vorzugsweise die kompletten, benachbart zu den Strahlungsquellen lieg­ enden Seitenwände des Behandlungsbehälters für die von den Strahlung­ squellen ausgehende Strahlung transparent, wodurch Energieverluste mini­ miert werden.

Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist die Strahlungsquelle innerhalb des Behandlungsbehälters angeordnet, um eine möglichst direkte Bestrahlung der Substrate zu ermöglichen. Dabei ist die Strahlungsquelle im Behandlungsbehälter vorzugsweise gegenüber dem Behandlungsfluid isoliert um eine Beschädigung der Strahlungsquelle durch die Behandlungsfluide zu verhindern.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind die Substrate scheibenförmig und die Strahlungsquellen erstrecken sich im wesentlichen senkrecht zu einer Scheibenebene der Substrate, um das Erwärmen einer Vielzahl von Sub­ straten zu ermöglichen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungs­ beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Behandlungsvorrichtung;

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Behand­ lungsvorrichtung.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Behandlungsvorrichtung 1 für Halbleiterwafer 2 gemäß der vorliegenden Erfindung. Obwohl in den Fig. 1 und 2 jeweils nur ein Wafer 2 dargestellt ist, sei bemerkt, dass eine Vielzahl von parallel zueinander angeordneten Wafern in der Behandlungsvorrichtung 1 behandelt werden kann.

Die Vorrichtung 1 weist ein Behandlungsbecken 4 auf, welches geeignete Haltevorrichtungen zum Halten der Halbleiterwafer 2 während ihrer Behand­ lung aufweist. Außerhalb des Behandlungsbeckens sind Infrarot-(IR)- Stablampen 6 vorgesehen. Die Stablampen 6 von denen in Fig. 1 und 2 jeweils 4 dargestellt sind, erstrecken sich parallel zu gegenüberliegenden Seitenwänden 7, 8 des Behandlungsbeckens 4 und senkrecht zu den Schei­ benebenen der in dem Becken 4 aufgenommenen Wafer 2. Das Behand­ lungsbecken 4 ist aus einem gegenüber der Infrarotstrahlung der Stablampen 6 transparenten Material, wie beispielsweise Quarzglas, aufgebaut. Dabei sei bemerkt, dass nicht das gesamte Behandlungsbecken aus Quarzglas aufge­ baut sein muss, vielmehr würde es ausreichen innerhalb der Seitenwände 7, 8 Streifen aus einem transparenten Material vorzusehen oder auch nur die Seitenwände 7, 8 aus einem für die Infrarotstrahlung transparenten Material auszubilden. Bei der Verwendung anderer Strahlungsquellen zum Erwärmen der Wafer ist es auch möglich, andere, für die Strahlung transparente Materi­ alien vorzusehen.

Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, ist das Prozessbecken 4 von oben mit einem entsprechenden Deckel 10 verschließbar. Das Behandlungsbecken 4 ist ferner von einem nach oben geöffneten Gehäuse 12 umgeben. Die Innen­ wände des Gehäuses 12 sind für die von den IR-Lampen ausgehende Strahlung reflektierend, um die Infrarotstrahlung in Richtung der Wafer zu re­ flektieren und eine möglichst hohe Energieausbeute der Infrarotlampen zu erreichen.

Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, ist außerhalb des Gehäuses 12 eine Heizvor­ richtung 14 sowie ein Flüssigkeitsreservoir 16 für deionisiertes Wasser (DI- Wasser) vorgesehen. Deionisiertes Wasser kann über eine Leitung 17 zur Heizvorrichtung 14 und von der Heizvorrichtung 14 über eine Leitung 18 in das Behandlungsbecken 4 eingeleitet werden, wie nachfolgend noch näher beschrieben wird. In der Leitung 18 ist ein Ventil 19 angeordnet, daß das Be­ handlungsbecken 4 mit der Heizvorrichtung 14 verbinden kann, um das Be­ handlungsbecken mit DI-Wasser zu füllen. Alternativ kann das Ventil 19 auch das Behandlungsbecken mit einer Auslaßleitung 20 verbinden, um das DI- Wasser aus dem Becken auszuleiten.

Ferner ist ein Dampfgenerator 21 vorgesehen, der über eine Leitung 22 mit dem Flüssigkeitsreservoir 16 und über eine Leitung 23 mit dem Behand­ lungsbecken 4 in Verbindung steht.

Ein Ozongenerator 25 ist über eine Leitung 26 ebenfalls mit dem Behand­ lungsbecken 4 verbunden. Ferner ist eine Auslassleitung 28 vorgesehen, um in dem Behandlungsbecken 4 befindliches Behandlungsfluid, insbesondere Ozon auszuleiten. Die Auslassleitung 28 ist mit geeigneten Katalysatormitteln verbunden, um zu verhindern, dass Ozon in die Umgebung austritt.

Nachfolgend wird der Betrieb der Behandlungsvorrichtung 1 anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Anfangs werden die Halbleiterwafer 2 in geeigneter Weise in das leere Be­ handlungsbecken 4 eingesetzt. Die Infrarotlampen 6 werden angeschaltet, um Strahlungsenergie in das Behandlungsbecken 4 und insbesondere auf die Wafer 2 zu leiten. Über die Leitung 18 wird in der Heizvorrichtung 14 erhitztes deionisiertes Wasser in das Behandlungsbecken 4 eingeleitet. Dabei besitzt das deionisierte Wasser eine Temperatur, die so hoch wie möglich gewählt ist, um eine rasche Erwärmung der Wafer 2 zu ermöglichen. Durch den di­ rekten Kontakt des Wassers mit den Wafern 2 ergibt sich ein guter Wär­ metransfer zwischen Wasser und Wafer. Nach einer bestimmten Zeit, die aus­ reicht, um die Wafer ausreichend zu erhitzen, wird das deionisierte Wasser aus dem Behandlungsbecken 4 abgelassen. Nun werden die Wafer 2 nur noch über die Infrarotlampen 6 erwärmt, die so eingestellt werden, dass sie die Wafer 2 auf eine vorgegebenen Prozesstemperatur, beispielsweise im Bereich von 80 bis 100°C, und insbesondere von 85 bis 90°C, erwärmen, bzw. in diesem Bereich stabilisieren.

Nachdem die Wafer in der obigen Art und Weise auf ihre Behandlungstem­ peratur erwärmt wurden, wird über die Leitung 23 im Dampfgenerator 21 er­ zeugter Wasserdampf in das Behandlungsbecken 4 eingeleitet, und über die Leitung 26 wird im Ozongenerator 25 erzeugtes Ozon in das Behand­ lungsbecken 4 eingeleitet. Einzelheiten der Ozon-Wasserdampfbehandlung von Halbleiterwafern sind in der zuvor genannten, auf die selbe Anmelderin zurückgehenden nicht vorveröffentlichten DE 100 07 439 beschrieben, die insofern zum Gegenstand der Erfindung gemacht wird, um Wiederholungen zu vermeiden.

Nach der Ozon-Wasserdampfbehandlung der Wafer 2 wird die Ozon-Wasser­ dampfmischung über die Auslassleitung 28 aus dem Behandlungsbecken 4 abgeleitet.

Die Erfindung wurde zuvor anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels erläutert, ohne auf das konkret dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt zu sein. Beispielsweise kann statt deionisiertem Wasser ein anderes erhitztes Fluid in das Behandlungsbecken eingeleitet werden, um die darin befindlichen Substrate zu erwärmen. Ferner ist es auch möglich, die Wafer 2 in ein schon mit erhitztem Fluid gefülltes Behandlungsbecken einzusetzen. Statt Infrarot­ lampen können andere Strahlungsquellen verwendet werden. Es ist nicht not­ wendig, daß die Strahlungsquellen außerhalb des Behandlungsbeckens angeordnet sind, vielmehr können sie auch im Behandlungsbecken selbst angeordnet sein, bzw. sich durch das Behandlungsbecken hindurch er­ strecken, wobei darauf geachtet werden sollte, daß die Strahlungsquellen ge­ genüber dem Behandlungsfluid abgedichtet sind, um eine Beschädigung der­ selben zu verhindern. Beispielsweise könnten die Strahlungsquellen sich in sich durch das Behandlungsbecken erstreckenden Quarzröhren angeordnet sein. In diesem Fall ist es auch nicht notwendig, dass die Wände des Be­ handlungsbeckens für die von der Strahlungsquelle ausgehende Strahlung transparent sind.

Claims (19)

1. Verfahren zum Behandeln von Substraten, insbesondere Halbleiterwa­ fern, in einem Behandlungsbecken, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
Einleiten eines ersten, erhitzten Fluids zum Erwärmen der Substrate; in das Behandlungsbecken, Ausleiten des erhitzten Fluids;
Erwärmen der Substrate mit einer Strahlungsquelle; und
Einleiten wenigstens eines Behandlungsfluids in das Behandlungsbec­ ken.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erhitzte Fluid eine Flüssigkeit, insbesondere deionisiertes Wasser, ist.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Substrate auf eine Temperatur im Bereich von 80 bis 100°, vorzugsweise in einem Bereich von 85 bis 90° erhitzt wer­ den.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, dass das erste Fluid vor dem Einleiten in das Behand­ lungsbecken im wesentlichen auf eine Prozeßtemperatur der Substrate erhitzt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Fluid auf eine höhere Temperatur als eine Prozeßtem­ peratur der Substrate erhitzt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Behandlungsfluids wenigstens Ozon und Was­ serdampf sind.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Strah­ lenquelle Infrarotlampen (IR-Lampen) aufweist.

8. Vorrichtung (1) zum Behandeln von Substraten (2), insbesondere Halb­ leiterwafern, in einem Behandlungsbecken (4), gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (14, 18) zum Ein- und Ausleiten eines ersten, erhitzten Fluids;
wenigstens eine Strahlungsquelle (6) zum Erwärmen der Substrate (2) im Behandlungsbecken; und
eine Vorrichtung (21, 23; 25, 26) zum Einleiten wenigstens eines Be­ handlungsfluids in das Behandlungsbecken.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Fluid eine Flüssigkeit, insbesondere deionisiertes Wasser, ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Fluid eine Temperatur im Bereich von 80 bis 100°, vorzugs­ weise in einem Bereich von 85 bis 90° aufweist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, gekennzeichnet durch eine Heizvorrichtung (14) zum Erhitzen des ersten Fluids vor dem Ein­ leiten in den Behandlungsbehälter.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeich­ net, dass die Behandlungsfluids wenigstens Ozon und Wasserdampf sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeich­ net, dass die Strahlungsquelle (6) außerhalb des Behandlungsbeckens angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch Strahlungsquel­ len (6) auf gegenüberliegenden Seiten des Behandlungsbeckens (4).

15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände (7, 8) des Behandlungsbeckens wenigstens Teilbereiche aufweisen, die für die von den Strahlungsquellen (6) ausgehende Strahlung transparent sind.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die be­ nachbart zu den Strahlungsquellen (6) liegenden Seitenwände (7, 8) des Behandlungsbeckens für die von den Strahlungsquellen (6) ausge­ hende Strahlung transparent sind.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeich­ net, dass die Strahlungsquelle (6) zumindest teilweise innerhalb des Behandlungsbehälters angeordnet ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (6) im Behandlungsbehälter gegenüber den Behand­ lungsfluids isoliert ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 18, dadurch gekennzeich­ net, daß die Substrate (2) scheibenförmig sind und sich die Strahlungs­ quelle (6) im wesentlichen senkrecht zu einer Scheibenebene der Sub­ strate (2) erstreckt.