DE10208718A1

DE10208718A1 - Verfahren zur Entfernung von Partikeln von Oberflächen

Info

Publication number: DE10208718A1
Application number: DE10208718A
Authority: DE
Inventors: Theresia Bauer; Georg Friedrich Hohl
Original assignee: Wacker Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 2002-02-28
Filing date: 2002-02-28
Publication date: 2003-10-02

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Entfernung eines Partikels von einer Oberfläche, das folgende Schritte umfasst: DOLLAR A a) Bestimmung der Position des Partikels auf der Oberfläche, DOLLAR A b) Zuführung eines gasförmigen Mediums, das mit dem Dampf einer Flüssigkeit angereichert ist, in einen Bereich auf der Oberfläche, der das zu entfernende Partikel umgibt, so dass der Dampf zumindest teilweise in dem Bereich kondensiert, wobei der Dampfanteil des Mediums maximal 1 Gew.% Wasser enthält und DOLLAR A c) Zuführung von elektromagnetischer Strahlung in den genannten Bereich auf der Oberfläche, um das Partikel von der Oberfläche zu entfernen.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Entfernung singulär auftretender Partikel von Oberflächen.
Die Entfernung von auf Oberflächen adsorbierten Partikeln ist in vielen technischen Gebieten ein zentrales Problem, beispielsweise in der Optik, vor allem aber in der Halbleitertechnik. Dabei werden sowohl bei den Halbleitersubstraten, auf denen mikroelektronische Bauelemente hergestellt werden, als auch bei den zur Herstellung vielfach benötigten lithographischen Masken zunehmend hohe Anforderungen an die Partikelfreiheit gestellt, sowohl was die Anzahl der Partikel pro Flächeneinheit betrifft als auch deren maximal zulässige Größe. Mit zunehmender Integrationsdichte und damit abnehmender Größe der Bauteilstrukturen sinkt auch die Größe der tolerierbaren Partikel.
Derzeit werden Halbleiterscheiben, die als Substrat für die Herstellung mikroelektronischer Bauelemente dienen, meist Siliciumscheiben, nach dem Polieren, Beschichten (beispielsweise durch Epitaxie) oder thermischen Behandlungsschritten ("Annealing") bzw. vor Hochtemperaturprozessschritten mit nasschemischen Verfahren gereinigt. Dabei werden sowohl physisorbierte als auch chemisorbierte Kontaminationen als auch Partikel entfernt.
Die Verfahren werden umso aufwendiger, je kleiner die zu entfernenden Partikel sind und je vollzähliger die Partikel entfernt werden müssen. Während derzeit Partikel mit Durchmessern von 0,13 µm und größer entfernt werden müssen, werden zukünftig auch noch Partikel mit dem halben oder noch kleinerem Durchmesser zu entfernen sein. Um die Forderungen der Bauelementehersteller nach ständig verringerter Partikelzahl und -größe zu erfüllen, muss eine zunehmend aufwendige Nassreinigung durchgeführt, die Zahl der Reinigungszyklen erhöht oder eine geringere Ausbeute akzeptiert werden. Die Nassreinigung hat zudem den Nachteil, dass dabei in der Regel die an der Scheibenoberfläche befindlichen COPs ("crystal originated particles", Leerstellenagglomerate) angeätzt und damit vergrößert werden, was wiederum die LPD-Zahl ("light point defects") mit größerem Durchmesser erhöht.
Diese Nachteile der Nassreinigung versuchen alternative Reinigungsverfahren zu umgehen. So wird in der Literatur beschrieben, dass Partikel auch durch den Einsatz von elektromagnetischer Strahlung von Oberflächen entfernt werden können. Als Strahlungsquellen werden in der Regel Laser verwendet ("laser cleaning"). Bislang wurden mehrere Varianten der Laserreinigung veröffentlicht:

Beim DLC-Verfahren ("dry laser cleaning"), wie es in der DE 37 21 940 A1 beschrieben ist, wird mindestens ein Laserpuls hoher Leistungsdichte auf die Oberfläche gerichtet, wobei die elektromagnetische Strahlung von der Oberfläche und den Partikeln absorbiert wird und die im Fokusbereich des Laserstrahls befindlichen Partikel entfernt werden.

Die Bestrahlung der Oberfläche kann großflächig erfolgen, wenn Laser mit hoher Leistungsdichte zur Verfügung stehen, oder auch rasterförmig mit geeignet geformten oder fokussierten Laserstrahlenbündeln. Die US 5,024,968 beschreibt eine Variante des DLC-Verfahrens, bei der während der Laserreinigung ein konstanter Strom eines inerten Gases über die zu reinigende Oberfläche geleitet wird. Das Verfahren ist in erster Linie für die Entfernung atomarer oder molekularer Oberflächenkontaminationen vorgesehen, kann aber auch zur Entfernung von adsorbiertem Staub von optischen Komponenten eingesetzt werden.

Gravierende Nachteile des DLC-Verfahrens liegen in der häufig auftretenden Beschädigung der Oberfläche, beispielsweise durch lokales Aufschmelzen (H. J. Münzer et al., "Local field enhancement effects for nanostructuring of surfaces", J. Microscopy 202 (2001),129), sowie in der (partiellen) Verdampfung der Partikel. Letztere kann beispielsweise dazu führen, dass sich Zersetzungsprodukte auf der zu reinigenden Oberfläche niederschlagen, was zu einer neuerlichen Kontamination führt. Zudem ist die Reinigungseffizienz nicht ausreichend, da die Partikel nur teilweise entfernt werden. (G. Vereecke et al., "Laser-assisted removal of particles on silicon wafers", J. Appl. Phys. 85 (1999), 3837)

Die US 4,987,286 beschreibt ein SLC-Verfahren ("steam laser cleaning"), bei der zunächst ein Energietransfer-Medium, vorzugsweise Wasser, auf der zu reinigenden Oberfläche kondensiert wird. Das Medium dringt dabei auch in die Kapillarspalte zwischen der Oberfläche und den Partikeln ein. Anschließend kann durch Erhöhung der Temperatur der Oberfläche auf einen geeigneten Wert dafür gesorgt werden, dass lediglich das Wasser in den Kapillarspalten zwischen Partikeln und Oberfläche verbleibt, das auf der glatten Oberfläche befindliche Wasser aber desorbiert wird. Durch Beschuss mit mindestens einem Laserpuls werden die im Fokusbereich des Lasers befindlichen Partikel von der Oberfläche entfernt. Dabei kommen Laser zum Einsatz, deren Strahlung in erster Linie vom Energietransfer-Medium, nicht aber von der Oberfläche absorbiert wird. Ist das Medium Wasser, werden Infrarot-Laser mit Wellenlängen von ca. 3 µm verwendet. Durch die Absorption der Strahlungsenergie kommt es zu einer lokalen explosionsartigen Verdampfung des Energietransfer-Mediums, das sich hauptsächlich in den Zwischenräumen zwischen Oberfläche und Partikel befindet, und somit zur Entfernung des Partikels. Unterstützend kann ein Gasstrom, ggf. in Verbindung mit einer Absaugeinrichtung, eingesetzt werden, um die von der Oberfläche entfernten Partikel abzuführen.

Ein ähnliches SLC-Verfahren wird in der Veröffentlichung "A comparison of ns and ps steam laser cleaning of Si surfaces" (M. Mosbacher et al., Appl. Phys. A 69 [Suppl.] (1999), 331) beschrieben. Das Verfahren unterscheidet sich von der zuvor genannten Variante dadurch, dass die eingesetzten Laser Licht im Wellenlängenbereich zwischen 500 und 600 nm emittieren und die Strahlung somit in erster Linie von der zu reinigenden Oberfläche absorbiert wird und nicht vom Medium. Das Medium, ein kurz vor dem Laserpuls auf die Oberfläche kondensiertes Gemisch aus Wasser und 10% Isopropanol, wird hier indirekt durch Wärmeleitung von der Oberfläche erhitzt und wiederum lokal explosionsartig verdampft. Es können Partikel mit einem Durchmesser von 60 nm oder größer entfernt werden, wie in "Laser cleaning of silicon surfaces" (P. Leiderer et al., Proc. SPIE-Int. Soc. Opt. Eng. 3274 (1998), 68-78) angegeben ist.

Die beschriebenen SLC-Verfahren sind für Oberflächen geeignet, die nicht empfindlich sind bezüglich geringfügiger chemischer Oberflächenmodifikationen. Die Erhöhung der Oberflächentemperatur zur Desorption des Energietransfer-Mediums, wobei Wasser als bevorzugt beschrieben wird, führt bei Halbleiteroberflächen zu einer Veränderung der hydrophoben oder hydrophilen Oberfläche durch Entstehung oder Zunahme des "native oxide". Dies ist insbesondere bei hydrophoben Oberflächen, beispielsweise hydrophoben Siliciumscheiben, problematisch.

Bei Verwendung von Wasser als Energietransfer-Medium muss zudem gesichert sein, dass das Wasser wieder vollständig von der Oberfläche entfernt wird, da anderenfalls vor allem bei hydrophilen Siliciumoberflächen sog. "time dependent haze" auftritt. Auf strukturierten Siliciumoberflächen mit Vertiefungen sowie auf hydrophoben Siliciumoberflächen ist Wasser sehr schwierig vollständig zu entfernen, es hinterlässt Wasserflecken ("watermarks"), die eine Kontamination der Oberfläche darstellen. Dies ist besonders kritisch bei empfindlichen Folgeprozessen, wie z. B. das Aufbringen eines dünnen Gateoxids oder einer Schicht aus hochdotiertem amorphem Silicium. An der Stelle der Wasserflecken treten in diesen Folgeprozessen leicht Inhomogenitäten auf.

Die Oberflächeneigenschaften wie beispielsweise die Hydrophilie des zu reinigenden Substrats haben großen Einfluss auf den Reinigungserfolg. Die beschriebenen SLC-Verfahren sind insbesondere, wenn das bevorzugte Energietransfer-Medium Wasser eingesetzt wird, für hydrophobe Oberflächen ungeeignet, da hydrophobe Oberflächen nicht mit Wasser benetzt werden. Auf eine hydrophobe Oberfläche aufgebrachtes Wasser zieht sich zu Tropfen zusammen. Damit ist die Wahrscheinlichkeit gering, dass das Wasser in die Kapillarspalte zwischen Oberfläche und Partikel eindringt. Dies ist umso kritischer, je mehr die Lage der Oberfläche von der horizontalen Lage abweicht.

Alle bisher genannten Laserreinigungs-Verfahren bearbeiten die gesamte zu reinigende Oberfläche. Eine vollflächige Laserreinigung durch Abrastern der Oberfläche ist aufgrund der langen Prozessdauer unwirtschaftlich, wenn nur einzelne Partikel entfernt werden müssen. Ein weiterer Nachteil des Verfahrens ist die Kontaminationsgefahr durch das auf der gesamten Oberfläche aufkondensierte und anschließend wieder verdampfte Energietransfer-Medium. Beim Verdampfen können molekulare, atomare oder ionische Rückstände sowie Partikelreste auf der Oberfläche zurückbleiben.

Die WO 00/38935 offenbart ein Verfahren zur Laserreinigung, bei dem zunächst die Position der Partikel auf der zu reinigenden Oberfläche mit Hilfe eines handelsüblichen Oberflächeninspektionsgeräts bestimmt und jedes einzelne Partikel anschließend gezielt entfernt wird, ohne die gesamte Oberfläche zu behandeln. Diese punktuelle Behandlung ist zwar schneller durchzuführen als eine vollflächige Behandlung, hat jedoch zusätzlich zu den bereits dargestellten Nachteilen vollflächiger SLC-Verfahren bei empfindlichen Oberflächen den Nachteil, dass die Oberfläche inhomogen verändert wird. Im Fall einer Siliciumoberfläche kommt es an den behandelten Stellen zur Bildung von Flecken, die die Siliciumscheibe unbrauchbar machen. Ein weiteres Problem besteht darin, dass durch den über die Oberfläche geleiteten Gasstrom das aufkondensierte Wasser zumindest teilweise verdunstet und daher unter dem Partikel in nicht mehr ausreichendem Maße verfügbar ist. Dies führt zum Auftreten von Problemen ähnlich wie bei DLC-Verfahren.

Die genannten Nachteile machen einen Einsatz der Laserreinigung, beispielsweise bei der Herstellung von Halbleiterscheiben mit den Anforderungen für design rules < 0,1 µm für die Chipindustrie, unmöglich.

Die Aufgabe der Erfindung bestand daher darin, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, das eine schnelle Entfernung einzelner Partikel von einer Halbleiteroberfläche erlaubt, ohne die Oberfläche nachteilig, insbesondere inhomogen, zu verändern.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Entfernung eines Partikels von einer Oberfläche, umfassend folgende Schritte:

a) Bestimmung der Position des Partikels auf der Oberfläche,
b) Zuführung eines gasförmigen Mediums, das mit dem Dampf einer Flüssigkeit angereichert ist, in einen Bereich auf der Oberfläche, der das zu entfernende Partikel umgibt, so dass der Dampf zumindest teilweise in dem Bereich kondensiert und
c) Zuführung von elektromagnetischer Strahlung in den genannten Bereich auf der Oberfläche, um das Partikel von der Oberfläche zu entfernen,

dadurch gekennzeichnet, dass der Dampfanteil des Mediums maximal 1 Gew% Wasser enthält.

In Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens werden mit einem handelsüblichen Oberflächeninspektionsgerät, beispielsweise mittels des Prinzips der Lichtstreuung, die Positionen der auf der zu reinigenden Halbleiteroberfläche befindlichen Partikel bestimmt. Vorzugsweise wird ein Messgerät verwendet, das zwischen Fremdkörperpartikeln einerseits und Kristall- oder Scheibenfehlern (z. B. COPs, Gleitungen, Polierdefekten oder Kratzern) andererseits unterscheiden kann, so dass die nachfolgende Reinigung auf die Positionen der Fremdkörperpartikel beschränkt werden kann.

In Schritt b) wird ein gasförmiges Medium zugeführt, das mit dem Dampf einer Flüssigkeit angereichert ist. Der Strom des mit Dampf angereicherten Mediums wird in den unmittelbaren Bereich eines zu entfernenden Partikels geleitet, wobei der Dampf auf der Oberfläche kondensiert und teilweise in den Kapillarspalt zwischen der Oberfläche und dem Partikel eindringt.

Ausschlaggebend für den Erfolg des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei, dass der Dampfanteil des Mediums allenfalls Spuren von Wasser, d. h. maximal 1 Gew.-%, bevorzugt maximal 1 ppm und besonders bevorzugt maximal 1 ppb Wasser enthält. Erfindungsgemäß wird als Medium ein inertes Gas verwendet, wobei der Begriff "inertes Gas" im Sinne der Erfindung alle Gase umfasst, die unter den Bedingungen des Reinigungsverfahrens (z. B. Temperatur) bzw. der Oberfläche (z. B. hydrophile oder hydrophobe Siliciumoberfläche) nicht mit der zu reinigenden Oberfläche chemisch reagieren. Neben den Edelgasen, wie beispielsweise Argon, kommen auch Stickstoff und ggf. Luft in Betracht, wobei Stickstoff besonders bevorzugt ist. Daneben enthält das Medium einen geringen Dampfanteil einer nichtwässrigen Flüssigkeit, der zumindest teilweise in dem Bereich kondensiert, der das zu entfernende Partikel umgibt. Die Flüssigkeit ist so gewählt, dass auch sie nicht mit der zu reinigenden Oberfläche reagiert. Bevorzugt werden Alkohole (beispielsweise Isopropanol) oder Ketone (beispielsweise Aceton) eingesetzt.

In Schritt c) wird elektromagnetische Strahlung auf den Bereich gerichtet, auf den in Schritt b) der Flüssigkeitsanteil des Mediums aufkondensiert wurde. Vorzugsweise wird dazu ein Laser verwendet, wobei die Laserenergie exakt auf die vorher bestimmte Position des zu entfernenden Partikels gerichtet wird. Dies führt zur Ablösung des Partikels von der Oberfläche. Schritt c) kann zeitlich unmittelbar nach Schritt b) erfolgen. Bevorzugt ist jedoch, die Zuführung von gasförmigem Medium auch während der Bestrahlung fortzusetzen, um sicherzustellen, dass zu jedem Zeitpunkt der Bestrahlung genügend Flüssigkeit im Bereich des Partikels vorhanden ist.

Die Schritte b) und c) werden vorzugsweise so oft ausgeführt, bis alle zu entfernenden Partikel bearbeitet wurden. Nach der Bearbeitung eines Partikels werden die Auslassvorrichtung für das mit Dampf angereicherte Medium sowie die Strahlungsquelle (Laser) bzw. die Optik des Strahlengangs oder aber die zu reinigende Oberfläche neu positioniert, um das nächste Partikel zu entfernen. Dabei ist die Positionierung durch die in Schritt a) bestimmten Partikelpositionen vorgegeben. Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise mit der in WO 00/38935 beschriebenen Vorrichtung durchgeführt werden. Dort sind auch Möglichkeiten beschrieben, wie der Laserstrahl und die Auslassvorrichtung für das Medium relativ zur zu behandelnden Oberfläche positioniert werden können.

Im Gegensatz zum Stand der Technik wird beim erfindungsgemäßen Verfahren ein Medium eingesetzt, das allenfalls Spuren von Wasser enthält. Besonders bei empfindlichen Oberflächen wie Siliciumoberflächen sind an die Wasserfreiheit hohe Anforderungen zu stellen, da mit Wasser zwar die Partikel entfernt werden können, aber die Oberfläche unerwünscht modifiziert wird, wie vorhergehend beschrieben wurde. Weiterhin können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch hydrophobe Oberflächen sowie Oberflächen, die hydrophile und hydrophobe Bereiche aufweisen, von Partikeln befreit werden. Wasser ist für hydrophobe Flächen dagegen ungeeignet, da es diese Flächen nicht benetzt.

Besonders bevorzugt ist, dass der Dampfanteil des Mediums aus dem zuletzt im vorhergehenden Reinigungs- bzw. Trocknungsprozess verwendeten Lösungsmittel besteht. Wurde die Oberfläche beispielsweise vor der Laserreinigung zuletzt mit Isopropanol (in einem Marangoni- oder IPA-Trockner oder vergleichbarem) behandelt, so wird dem bei der Laserreinigung eingesetzten Gas vorzugsweise ebenfalls Isopropanol zugesetzt. Auf diese Weise wird die Bildung von Watermarks sowie eine Veränderung der Morphologie der Halbleiteroberfläche bei der Laserreinigung wirkungsvoll vermieden. Isopropanol ist besonders bevorzugt, da es die Oberfläche unabhängig von ihrer Beschaffenheit gleichmäßig benetzt. Damit ist sichergestellt, dass auch bei sehr geringen Flüssigkeitsmengen genügend Flüssigkeit in den Kapillarspalt zwischen Oberfläche und Partikel eindringt. Daneben ist Isopropanol bei der Trocknung, beispielsweise mit warmem Stickstoff, leicht zu entfernen, ohne die Oberfläche negativ zu beeinflussen. Nach der erfindungsgemäßen Laserreinigung verhalten sich die Oberflächeneigenschaften daher während einer nachfolgenden Lagerung so, als hätte der Reinigungsprozess nicht stattgefunden, d. h. es tritt insbesondere kein TDH ("time dependent haze") auf, der bei Laserreinigungsverfahren nach dem Stand der Technik besonders bei hydrophilen Scheiben zu beobachten ist.

Um das erfindungsgemäß einzusetzende Medium zu erzeugen, wird ein inertes Gas mit einer geringen Menge eines Dampfs einer nichtwässrigen Flüssigkeit versetzt. Dies geschieht vorzugsweise, indem das inerte Gas mit einer definierten Geschwindigkeit, vorzugsweise zwischen 10 und 50 l/min. durch die Flüssigkeit geführt wird und sich dabei mit dem Dampf der Flüssigkeit anreichert. Die Höhe des Dampfanteils wird dabei durch die Geschwindigkeit bestimmt, mit der das Gas die Flüssigkeit durchströmt. Daneben lässt sich die Höhe des Dampfanteils über die Temperatur des Gases bzw. der Flüssigkeit regeln. Um einen ausreichenden Dampfanteil sicherzustellen, ist es in Abhängigkeitvon der Flüchtigkeit der Flüssigkeit zweckmäßig, die Flüssigkeit zu erwärmen. Wird Isopropanol eingesetzt, was besonders bevorzugt ist, ist eine Flüssigkeitstemperatur zwischen Raumtemperatur und etwa 70°C bevorzugt, besonders bevorzugt eine Temperatur zwischen Raumtemperatur und 40°C.

Der mit Flüssigkeitsdampf angereicherte Gasstrom wird zu einem Punkt der zu reinigenden Oberfläche geführt, an dem in Schritt a) ein zu entfernendes Partikel lokalisiert wurde. Auf der Oberfläche kondensiert zumindest ein Teil des Flüssigkeitsanteils, und zwar punktuell um das Partikel. Somit ist es nicht nötig, Flüssigkeit in der weiteren Umgebung des Partikels bzw. von der gesamten Oberfläche durch Aufheizen der Oberfläche zu entfernen.

Um die Kondensation der Flüssigkeitsanteile auf der zu reinigenden Oberfläche zu erleichtern, wird vorzugsweise dafür gesorgt, dass zwischen der Oberfläche und dem Medium eine leichte Temperaturdifferenz besteht, wobei das Medium wärmer ist als die Oberfläche. Die Oberfläche wird vorzugsweise auf Raumtemperatur, d. h. in einem Temperaturbereich zwischen 20 und 30°C, gehalten. Um eine Kondensation der Flüssigkeit an der Auslassvorrichtung, d. h. am Auslassventil bzw. an der Auslassdüse, zu vermeiden, wird die Auslassvorrichtung vorzugsweise derart erwärmt, dass ihre Temperatur über der Temperatur des Mediums liegt.

Ist ausreichend Flüssigkeit in den Kapillarspalt zwischen Partikel und Oberfläche einkondensiert, wird das Partikel gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren durch Zuführung von elektromagnetischer Strahlung, die gezielt auf das zu entfernende Partikel gerichtet ist, von der Oberfläche abgehoben. Der Mechanismus des Ablösens ist nicht genau geklärt und kann auch von der Form des Partikels abhängen. Besonders bei im Wesentlichen kugeligen Partikeln kann ein Teil der Flüssigkeit in den Kapillarspalt zwischen Oberfläche und Partikel eindringen und ermöglicht bei der nachfolgenden Bestrahlung das Ablösen des Partikels durch Verdampfen bzw. explosionsartiges Verdampfen der Flüssigkeit. Der Ablöseprozess kann aber auch durch eine lokale Ausdehnung des Materials der Oberfläche unterstützt werden. Ebenso kann die Ablösung des Partikels durch Ausdehnung von Hohlräumen geschehen, die zwischen Partikel und Silicium vorhanden sind, wenn der Partikel eine eher flächige Ausdehnung hat.

Zur Erzeugung der elektromagnetischen Strahlung werden vorzugsweise Laser eingesetzt. Dabei können Laser eingesetzt werden, deren Strahlung von der Oberfläche oder von der aufkondensierten Flüssigkeit (Energietransfer-Medium) absorbiert wird.

Damit auch Nanopartikel sicher entfernt werden können, ist im Rahmen der Erfindung die Anwendung eines Lasers bevorzugt, dessen Strahlung von der zu reinigenden Oberfläche absorbiert wird. Dabei bewirkt der exakt zum Zeitpunkt des Abhebens auftretende Temperaturgradient zwischen Oberfläche und Partikel, dass das Partikel von der warmen Oberfläche in Richtung der kälteren Umgebung wegdiffundiert.

Als Laser können Laser aller Art eingesetzt werden, die Licht in der Wellenlänge emittieren, die von der zu reinigenden Oberfläche absorbiert wird. Dies können, neben den üblicherweise verwendeten Excimerlasern, mit Blitzlicht oder bevorzugt diodengepumpte Festkörperlaser sein. Vorzugsweise wird ein gepulster Laser verwendet.

Die Leistungsdichte des Lasers sowie Pulszahl und Pulsdauer werden in Abhängigkeit von der Art der zu entfernenden Partikel und der Oberfläche so gewählt, dass einerseits die Partikel sicher entfernt werden, andererseits aber die Oberfläche selbst nicht beschädigt wird, beispielsweise durch lokales Aufschmelzen. Im Fall einer Siliciumoberfläche ist eine Leistungsdichte von 110 bis 250 mJ/cm² bevorzugt. Die Pulsdauer liegt im Bereich von fs bis µs, wobei auch aus Kapazitätsgründen eine Pulsdauer im Bereich von ns bevorzugt ist. Die Leistungsdichte muss auf die Pulsdauer abgestimmt sein. Die Anzahl der notwendigen Pulse sollte aus wirtschaftlichen Gründen < 11 und bevorzugt < 6 sein. Die geforderte Leistungsdichte definiert die Obergrenze des Spotradius.

Für die zeitliche Abfolge der Zuführung des gasförmigen Mediums in Schritt b) und die Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung in Schritt c) bestehen erfindungsgemäß mehrere Möglichkeiten, wobei die Zuführung des Mediums in den engen Radiusbereich des zu entfernenden Partikels in jedem Fall vor dem ersten Laserpuls beginnen muss. Randbedingung ist, dass bei jedem Laserpuls ausreichend Flüssigkeit im Kapillarspalt zwischen Partikel und zu reinigender Oberfläche vorhanden ist. Beispielsweise kann der Gasstrom vor jedem Laserpuls ausgeschaltet und danach wieder eingeschaltet werden, so dass die Umgebung des zu entfernenden Partikels alternierend bedampft und bestrahlt wird.

Bevorzugt ist aber, den Gasstrom kurz vor dem ersten Puls einzuschalten und erst beim letzten Puls (auf das zu entfernende Partikel bezogen) wieder auszuschalten. Durch dieses Verfahren wird sichergestellt, dass bis zum letzten Laserpuls genügend Energietransfer-Medium zwischen Partikel und Oberfläche vorhanden ist. Der Gasstrom setzt dabei bevorzugt maximal 3 s oder besonders bevorzugt maximal 1 s vor dem ersten Laserpuls ein.

Kurz vor oder kurz nach dem letzten auf das betreffende Partikel gerichteten Laserpuls wird der Gasstrom wieder ausgeschaltet. Vorzugsweise wird jedoch der Gasstrom nach dem letzten Laserpuls nicht mehr mit Flüssigkeitsdampf angereichert und "trocken" für mehrere Sekunden, vorzugsweise 1 s bis 3 s, auf den engen Radiusbereich der Partikelposition geleitet, um Restspuren der aufkondensierten Flüssigkeit (Energietransfer-Medium) oder Bruchstücke des Partikels zu entfernen.

Um eine erneute Kontamination der zu reinigenden Oberfläche mit bereits entfernten Partikeln zu vermeiden, müssen von der Oberfläche abgehobene Partikel möglichst umgehend und vollständig aus der Umgebung der Oberfläche entfernt werden. Dies kann beispielsweise mit einer Vakuumdüse oder einer ähnlichen Vorrichtung erreicht werden, die die von der Oberfläche abgelösten Partikel absaugt. Alternativ oder in Kombination dazu kann ein Gasstrahl, beispielsweise ein Luftstrahl, dazu eingesetzt werden, die abgelösten Partikel von der Oberfläche wegzublasen. Damit wird aber nicht die Kontamination der Oberfläche durch von der Umgebungsluft, zum Beispiel vom Luftstrahl, kommende Partikel vermieden.

Um während der Laserreinigung eine erneute Kontamination der zu reinigenden Oberfläche durch die die Oberfläche umströmende Umgebungsluft zu verhindern, wird vorzugsweise Reinstluft, d. h. Luft der Reinraumklasse 10 oder bevorzugt 1, eingesetzt. Weiterhin wird vorzugsweise für eine kontinuierliche laminare Strömung entlang der zu reinigenden Oberfläche gesorgt, da dadurch die Wahrscheinlichkeit des Auftreffens eines Partikels auf die Oberfläche minimiert wird. Besonders bevorzugt ist ein vertikaler, nach unten gerichteter Luftstrom bei einer vertikalen Stellung der zu reinigenden Oberfläche. Dies kann beispielsweise durch eine über der vertikal angeordneten zu reinigenden Oberfläche angebrachten Flow Box mit Reinraumklasse 10 oder bevorzugt 1 erreicht werden.

Handelt es sich bei der zu reinigenden Oberfläche um die Fläche einer Halbleiterscheibe, so wird die Scheibe während der Reinigung beispielsweise durch eine Scheibenauflage ("chuck") von der Rückseite her, beispielsweise mittels Vakuum, gehalten. Um eine Kontamination der Scheibenrückseite durch die Scheibenauflage zu vermeiden, werden horizontal liegende Scheiben während des Reinigungsprozesses jedoch bevorzugt mit Randgreifern gehalten, die nur mit dem Scheibenrand, nicht aber mit Vorder- und Rückseite in Berührung kommen. Bei einer vertikalen Stellung der Halbleiterscheibe ist jedoch eine Scheibenauflage, die die Scheibe von der Rückseite her, beispielsweise mittels Vakuum, hält, bevorzugt.

Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Reinigungsverfahren im Rahmen des folgenden Prozessablaufs eingesetzt:

a) Vollflächige ein- oder beidseitige Reinigung der Halbleiterscheibe
b) Oberflächeninspektion mit Bestimmung der Koordinaten der auf der Oberfläche anhaftenden Partikel
c) Laserreinigung gezielt an den in b) bestimmten Koordinaten der Partikel.

Zwischen den Schritten a) und b) können noch andere Prozessschritte, beispielsweise Messungen weiterer Produktparameter, durchgeführt werden. Analoges gilt für die Schritte b) und c), wobei aber sichergestellt sein sollte, dass bei den zusätzlichen Schritten keine Partikel addiert werden, da diese in Schritt c) nicht entfernt werden, wenn sie in Schritt b) noch nicht vorhanden waren.
Schritt a) der angegebenen Prozessfolge ist ein herkömmliches nasschemisches Reinigungsverfahren, z. B. eine Bad-, Sprüh- oder Bürstenreinigung nach dem Stand der Technik. Schritt b) ist ein beliebiges Verfahren nach dem Stand der Technik, das die Detektion von Lichtpunktdefekten (LPD) sowie die Bestimmung von deren Koordinaten erlaubt. Bevorzugt wird ein Verfahren eingesetzt, das eine Unterscheidung zwischen Fremdpartikeln einerseits und COPs sowie anderen Kristall- oder Scheiben-Defekten andererseits erlaubt. Schritt c) ist die erfindungsgemäße Laserreinigung. Das Verfahren ermöglicht durch die gezielte Entfernung einzelner nach Schritt a) verbliebener Partikel die Herstellung (nahezu) vollständig partikelfreier Oberflächen, ohne diese unerwünscht, insbesondere inhomogen, zu modifizieren.
Die Reinigung in Schritt c) kann direkt mit dem vorhergehenden Messschritt b) gekoppelt sein oder mit einer separaten Anlage durchgeführt werden. Es muss lediglich sichergestellt werden, dass die Information aus Schritt b) für Schritt c) verfügbar ist. Bevorzugt werden die Partikelpositionen im Rahmen der in der Regel ohnehin nach der vollflächigen Reinigung durchgeführten Oberflächeninspektion bestimmt.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei der Oberflächeninspektion zusätzlich zur Position die Größe der Partikel bestimmt. Bei der punktuellen Reinigung werden anschließend nur die Partikel bearbeitet, die eine vorbestimmte Mindestgröße überschreiten. Es werden also nicht alle detektierten Partikel entfernt, sondern nur die Partikel, die eine vorgegebene Größe überschreiten und daher in Folgeprozessen stören. Die tolerierbare Maximalgröße von Partikeln wird durch die weitere Verwendung der Oberfläche bestimmt. Optional kann nach der Laserreinigung eine weitere Oberflächeninspektion erfolgen.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf alle Oberflächen angewendet werden, bei denen es auf vollständige Partikelfreiheit, zumindest in einem bestimmten Bereich von Partikeldurchmessern, ankommt. Insbesondere ist das Verfahren anwendbar für optische Komponenten, lithographische Masken, Halbleitermaterialien wie z. B. blanke oder strukturierte Siliciumscheiben oder Galliumarsenid-Scheiben, wobei Siliciumscheiben besonders bevorzugt sind. Voraussetzung ist, dass auf den Oberflächen die Partikelpositionen mit Hilfe von Messgeräten bestimmt werden können.

Claims

1. Verfahren zur Entfernung eines Partikels von einer Oberfläche, umfassend folgende Schritte:

a) Bestimmung der Position des Partikels auf der Oberfläche,

b) Zuführung eines gasförmigen Mediums, das mit dem Dampf einer Flüssigkeit angereichert ist, in einen Bereich auf der Oberfläche, der das zu entfernende Partikel umgibt, so dass der Dampf zumindest teilweise in dem Bereich kondensiert und

c) Zuführung von elektromagnetischer Strahlung in den genannten Bereich auf der Oberfläche, um das Partikel von der Oberfläche zu entfernen,

dadurch gekennzeichnet, dass der Dampfanteil des Mediums maximal 1 Gew.-% Wasser enthält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampfanteil des Mediums maximal 1 ppm Wasser enthält.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampfanteil des Mediums gegenüber der Oberfläche inert ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das gasförmige Medium gegenüber der Oberfläche inert ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit, die den Dampfanteil des Mediums bildet, mit der in einem vorangegangenen Reinigungs- oder Trocknungsschritt eingesetzten Flüssigkeit identisch ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit, die den Dampfanteil des Mediums bildet, ein Alkohol oder Keton ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit, die den Dampfanteil des Mediums bildet, Isopropanol ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Zuführung des gasförmigen Mediums, das mit dem Dampf einer Flüssigkeit angereichert ist, begonnen wird, und dass danach mit der Zuführung von elektromagnetischer Strahlung begonnen wird, bevor die Zuführung des Mediums beendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach Beendigung der Zuführung von elektromagnetischer Strahlung die Zuführung des gasförmigen Mediums für eine vorgegebene Zeitspanne fortgesetzt wird, wobei das gasförmige Medium ab einem vorgegebenen Zeitpunkt keinen Dampfanteil mehr enthält.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das gasförmige Medium, das mit dem Dampf einer Flüssigkeit angereichert ist, in Schritt b) über eine Vorrichtung zugeführt wird, deren Temperatur über der Temperatur des Mediums liegt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Strahlung von der Oberfläche absorbiert wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche während der Durchführung des Verfahrens laminar von einem Gas überströmt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche vertikal angeordnet ist.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) auch die Größe des Partikels bestimmt wird und dass die Schritte b) und c) nur durchgeführt werden, wenn das Partikel eine vorbestimmte Mindestgröße überschreitet.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass vor Schritt a) eine vollflächige Reinigung der Oberfläche durchgeführt wird.