DE10310543B4

DE10310543B4 - Wafer-Reinigungssystem und Verfahren zum Reinigen eines Wafers

Info

Publication number: DE10310543B4
Application number: DE10310543A
Authority: DE
Inventors: In-jun Suwon Yeo; Kyung-Hyun Kim; Jeong-lim Yongin Nam; Byoung-moon Suwon Yoon; Hyun-Ho Cho; Sang-Rok Hah
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2002-04-25
Filing date: 2003-03-11
Publication date: 2006-11-16
Anticipated expiration: 2023-03-12
Also published as: CN1453827A; JP4242677B2; CN1267971C; US6843257B2; JP2003318147A; DE10310543A1; KR100468737B1; US20030200986A1; KR20030084538A

Abstract

Wafer-Reinigungssystem mit:
einem Reinigungsbehältnis (30, 70);
einer Waferhalterung (60), die in dem Reinigungsbehältnis (30, 70) gelegen ist und so konstruiert ist, um einen Wafer (10), der gereinigt werden soll, zu haltern;
einer Wafer-Drehvorrichtung (80), die an die Waferhalterung (60) gekuppelt ist und so konfiguriert ist, um zu bewirken, daß der zu reinigende Wafer (10) in Drehung versetzt wird;
einer Sonden-Drehvorrichtung (50);
einem Sonden-Vibrator (40), der so konstruiert ist, um Megaschall-Vibrationen zu erzeugen; und
einer Reinigungssonde (20; 220) mit einem Kupplungsende und einem länglichen Ende, wobei das Kupplungsende der Sonde (20; 220) mit der Sonden-Drehvorrichtung (50) und dem Sonden-Vibrator (40) gekuppelt ist und wobei das längliche Ende der Sonde (20; 220) dafür ausgebildet ist in geringem Abstand gegenüberliegend zu dem zu reinigenden Wafer (10) angeordnet zu werden, wobei wenigstens ein Abschnitt des länglichen Endes der Reinigungssonde (20; 220) eine darin ausgebildete krummlinige Nut (23;...

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wafer-Reinigungssystem nach dem Anspruch 1 und auch ein Verfahren zum Reinigen eines Wafers nach dem Oberbegriff des Anspruchs 20.

Aus der US 6140744 A ist ein Reinigungsverfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 20 sowie Reinigungssystem zum Reinigen von Halbleiter-Wafern bekannt, bei dem zum Reinigen Megaschallenergie zur Anwendung gelangt, um mit deren Hilfe eine Reinigungsflüssigkeit, die auf den Wafer aufgebracht wird, in heftige Bewegung zu versetzen. Eine Quelle für eine Vibrationsenergie dient dazu eine längliche Sonde in Vibration zu versetzen, welche dann akustische Energie in die Reinigungsflüssigkeit sendet. Die Sonde besteht aus einem festen Reinigungsstab mit einer sich erweiternden Basis. In einer Ausführungsform ist die Sonde aus einem Stück hergestellt, so dass die Sonde aus einem Material ausgebildet werden kann, welches mit der Reinigungsflüssigkeit kompatibel ist, wobei eine die Sonde halternde Basis dann aus einem anderen Material hergestellt werden kann.

Aus der DE 32 17 891 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reinigen von Halbleiter-Wafern bekannt. Bei dieser bekannten Vorrichtung und Verfahren gelangt Ultraschallenergie zur Anwendung, die durch eine Wandlerfrontplatte zugeführt wird, die die gesamte Oberfläche des Halbleiter-Wafers überdeckt. Eine Reinigungsflüssigkeit wird durch die Mitte der Wandlerfrontplatte in einen Spalt zwischen dem Wafer und der Frontplatte eingeführt.

Die Wandlereinrichtung enthält eine Mehrzahl von piezoelektrischen Wanderelementen, die ringförmig um die Frontplatte verteilt sind und zur synchronen Vibration gespeist werden, um ein über die Frontplatte im Wesentlichen gleichmäßiges akustisches Feld zu erzeugen. Die Frontplatte ist über den überwiegenden Teil der Oberfläche im Wesentlichen eben, enthält jedoch eine Mehrzahl von Nuten, die die Abführung von durch Hohlraumbildung während der Reinigung erzeugten Dämpfen erleichtern. Eine Ausführungsform dieser bekannten Reinigungsvorrichtung ist in 2 gezeigt.

Halbleiter-Wafer und andere Bauteile erfordern häufig extrem hohe Werte an Reinheit. Speziell während der Herstellung von Halbleierschaltungen bleiben mikroskopisch kleine Teilchen auf der Oberfläche der Waferstruktur haften. Manchmal werden diese Teilchen als „Einschlagdefekte (fallen defects)" bezeichnet und wenn diese nicht entfernt werden, können sie bewirken, dass die Schaltung nicht richtig arbeitet oder überhaupt nicht arbeitet. Daher sollten so viel wie möglich von diesen Einschlagdefekten von der Halbleiteroberfläche entfernt werden.

Ein Verfahren die Einschlagdefekte (fallen defects) von den Wafern zu beseitigen besteht darin, die Wafer nahe einem Stab anzuordnen, der durch Megaschallenergie angetrieben wird, um den Wafer unterhalb des Stabes zu bewegen. Die Megaschallenergie bewirkt, dass der Stab eine Reinigungsaktion erzeugt, durch die die Einschlagdefekte von der Waferoberfläche abgehoben werden. Die Megaschallenergie besteht aus einer Energie, die eine Frequenz von etwa dem 10 bis 50 fachen der Ultraschallenergie beträgt, z.B. im Bereich von etwa 200 bis 1000 kHz. Bei dieser Frequenz werden gute Reinigungseigenschaften bei einem Energiewert zwischen etwa 0,01 bis 0,10 W/mm² der Waferoberfläche erzielt. Zusätzlich können chemische Mittel wie beispielsweise Wasser oder andere Lösungen auf die Oberfläche des Wafers aufgebracht werden, so daß die Lösung zwischen den Wafer und den Reinigungsstab gelangt und zwar während der Zeit, während welcher der Reinigungsstab mit Energie versorgt wird. Ferner kann der Wafer unter dem mit Energie versorgten Reinigungsstab in Drehung versetzt werden, um die Reinigungswirkung zu fördern. ein Beispiels eine Wafer-Reinigungssystems durch Megaschallenergie ist in dem US Patent 6,039,059 A von Bran und dessen Produkt beschrieben, die hier unter Bezugnahme voll miteinbezogen wird.

1 zeigt eine Querschnittsansicht, die ein Beispiels eines Wafers 10 zeigt, der zum Reinigen durch eine Reinigungsstange oder Reinigungsstab oder Sonde 20 eingestellt ist. Eine Reinigungslösung 12 ist auf der Oberfläche des Wafers 10 vorhanden und erzeugt in Bereichen um die Reinigungssonde 20 herum einen Flüssigkeitsspiegel (Meniscus). Der Flüssigkeitsspiegel oder Meniscus kann nicht symmetrisch sein, wenn sich der Wafer 10 unter der Reinigungssonde 20 dreht.

Die Reinigungssonde 20 spielt dabei eine Schlüsselrolle bei der Übertragung der Hochfrequenzenergie in die Reinigungslösung 12 hinein, die zwischen der Sonde und dem Wafer 10 gelegen ist. Wenn die Megaschallenergie auf die Reinigungssonde 20 aufgebracht wird, wird eine Kavitationswirkung in der Reinigungslösung 12 erzeugt, wobei während eines Halbzyklusses einer Welle Blasen gebildet werden, die wachsen und zwar in der Lösung und die in dem anderen halben Zyklus zusammenfallen. Es werden dabei Teilchen von der Oberfläche des Wafers 10 abgehoben, wenn die Blasen erzeugt werden und zusammenfallen und sie werden durch die Reinigungslösung 12 abgeführt, wodurch dann die Oberfläche des Wafers gereinigt wird.

Ein Problem, welches während der Reinigung durch die Hochfrequenzenergie auftritt, besteht darin, daß die Reinigungsaktion den Wafer 10 zerstören kann oder beschädigen kann oder auch Strukturen beschädigen kann, die auf dem Wafer erzeugt wurden, die als Muster-Beschädigung bezeichnet werden. Eine ausgeprägtere Wafer-Musterbeschädigung wird mehr an Stellen beobachtet, die direkt unterhalb der Reinigungssonde 20 gelegen sind als in Bereichen, die nicht unter der Sonde liegen. Es wird in Betracht gezogen, daß die Beschädigung durch die Megaschallwellen verursacht werden, die direkt von der Reinigungssonde 20 darunter projiziert werden oder senkrecht auf die Reinigungssonde 20 einfallen als diejenigen Megaschallwellen., die mehr quer auf die Sonde projiziert werden. Wenn die Reinigungssonde 20 die Megaschallenergie in die Reinigungslösung 12 überträgt, wird ein Teil der Energie senkrecht von der Oberfläche des Wafers 10 zurück zur Reinigungssonde 20 reflektiert. Diese reflektierte Energie verursacht möglicherweise eine Konstruktsinterferenz mit der zusätzlichen (kontinuierlichen) Energie, die durch die Reinigungssonde 20 zugeführt wird und/oder schwenkt zwischen der Reinigungssonde und dem Wafer 10. Es wird angenommen, daß diese Megaschall-Interferenzschwingungen die Beschädigung oder Zerstörung des Wafers 10 bewirken.

Einige Wafer-Reinigungssysteme versuchen diese Beschädigung zu minimieren und erhöhen das Ausmaß der Reinigungswirkung, indem der Wafer 10 in schnelle Rotation versetzt wird beispielsweise zwischen 15 und 30 Umdrehungen pro Minute (RPMs), während die Sonde 20 für die Megaschallreinigung mit Energie versorgt wird. Obwohl das Ausmaß der Zerstörung beim Reinigung des Wafers 10, wenn dieser schnell rotiert, verringert wird, wird die Beschädigung nicht beseitigt. Es wurde darüber hinaus festgestellt, daß dann, wenn der Wafer zu schnell in Rotation oder eine Schwingbewegung versetzt wird, beispielsweise größer als 50 Umdrehungen/Minute die Einschlagteilchen nicht effektiv von der Oberfläche des Wafers 10 gereinigt werden. Wenn der Wafer 10 zu schnell in Rotation versetzt wird beispielsweise mit mehr als 50 Umdrehungen/Minute, wird die Dicke der Reinigungslösung so dünn, daß eine angemessene Megaschallenergie nicht von der Reinigungssonde 20 auf die Oberfläche des Wafers übertragen werden kann.

Ein Abstand zwischen der Reinigungssonde 20 und der Oberfläche des Wafers 10 hat ebenfalls einen Einfluß auf den Reinigungswirkungsgrad und auf das Ausmaß der Beschädigung, die an dem Wafer hervorgerufen wird. Es wurde festgelegt, daß der effizienteste Abstand zwischen der Bodenrandoberfläche der Reinigungssonde 20 und der Oberfläche des Wafers 10 angenähert dreiviertel der Wellenlänge der Megaschallener gie betragen soll, die dazu verwendet wird, um die Reinigungssonde anzuregen. Bei diesem Abstand scheint die Kavitationswirkung in der Reinigungslösung äußerst effizient zu sein. Nimmt man eine Megaschallenergie-Wellenlänge von etwa 900kHz an, so liegt der optimale Abstand zwischen der Reinigungssonde 20 und der Oberfläche des Wafers 10 daher bei angenähert 1,65 mm. Abstände größer als das Optimum neigen dazu, die Oberfläche des Wafers 10 nicht sehr gut zu reinigen, während jedoch Abstände kleiner als das Optimum dazu neigen, eine größere Zerstörung an dem Wafer zu bewirken.

Mit Einbeziehung dieser Abstände ist eine andere Idee, die dazu verwendet wurde, um effizienter die Oberfläche des Wafers 10 zu reinigen, darin zusehen ein Muster aus quer verlaufenden Nuten 23 entlang der Bodenrandfläche einer Reinigungssonde 22 zu ätzen, wie in 2 veranschaulicht ist. Die Nuten oder Rillen 23, die in der Reinigungssonde 22 platziert sind, neigen dazu den mittleren Gesamtabstand zwischen der Reinigungssonde 22 und der Oberfläche des Wafers 10 zu vergrößern, während jedoch die Reinigungswirkung der Bereiche der Waferoberfläche, die sich nicht direkt unter der Sonde 22 befinden, beibehalten wird. D.h. die Nuten oder Rillen 23 in der Reinigungssonde 22 spielen eine Rolle bei der Reduzierung der Megaschallenergie, die von der Bodenfläche der Reinigungssonde 22 auf die Oberfläche des Wafers 10 übertragen oder gesendet wird und zwar direkt unterhalb der Bodenfläche der Reinigungssonde, ohne dabei die Megaschallenergie zu reduzieren, die von der Reinigungssonde 22 zu den Bereichen des Wafers 10 übertragen wird, die verschieden sind von demjenigen Bereich, der direkt unter der Sonde gelegen ist. Indem man die Nuten oder Rillen 23 in der Reinigungssonde 22 vorsieht, wird die Reinigungswirkung auf bewahrt oder beibehalten, während jedoch eine Beschädigung der Oberfläche des Wafers 10 verringert wird, und zwar aufgrund des größeren mittleren Abstandes zwischen der Oberfläche des Wafers 10 direkt unterhalb der mit Nuten oder Rillen ausgestatteten Reinigungssonde 22 und der Reinigungssonde 22 selbst. Es kann jedoch eine Beschädigung an der Oberfläche des Wafers 10 dennoch auftreten und zwar sehr wahrscheinlich aufgrund der Konzentration der Megaschallenergie an den Rändern oder Kanten der festliegenden Nuten oder Rillen 23 in der Reinigungssonde 22.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin ein Wafer-Reinigungssystem und ein Verfahren zum Reinigen eines Wafers anzugeben, bei dem das Ausmaß einer Beschädigung beim Reinigen eines Wafers stark reduziert werden kann, wobei jedoch gegenwärtige Standards der Reinheit aufrecht und beibehalten werden sollen.

Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe in Verbindung mit dem Wafer-Reinigungssystem durch die im Anspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Wafer-Reinigungssystems ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 19.

In Verbindung mit dem Verfahren zum Reinigen eines Wafers wird die genannte Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 20 aufgeführten Merkmale gelöst.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen 21 bis 26.

Die Ausführungsformen der Erfindung reduzieren das Ausmaß der Beschädigung, welches während des Reinigens der Wafer verursacht wird, wobei jedoch gegenwärtige Standards der Reinheit aufrecht oder beibehalten werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Beschreibung kann am besten durch Lesen der Offenbarung unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen verstanden werden.
1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Wafers, der zum Reinigen durch eine Reinigungssonde positioniert wurde;
2 ist eine Seitenansicht einer mit Nuten oder Rillen ausgestatteten Reinigungssonde gemäß dem Stand der Technik;
3 zeigt eine Querschnittsansicht eines Reinigungsgerätes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
4 ist eine Draufsicht auf einen Wafer, der gereinigt werden soll, und auf eine Reinigungssonde gemäß Ausführungsformen der Erfindung;
5 zeigt eine Seitenansicht einer Reinigungssonde gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
6A und 6B sind Seitenansichten von Reinigungssonden gemäß unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung;
7A und 7B sind Darstellungen von Beispiels-Nutengestalten gemäß Ausführungsformen der Erfindung;
8A bis 8F sind Darstellungen von Beispiels-Nuten-Querschnittsgestalten gemäß den Ausführungsformen der Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der Erfindung enthalten ein Megaschallenergie-Reinigungsgerät, welches die Fähigkeit hat einen zu reinigenden Wafer in Drehung zu versetzen als auch eine Reinigungssonde zu drehen und zwar während einer Reinigungsaktion. Das Drehen der Reinigungssonde während der Wafer gereinigt wird, erhöht effektiv die Reinigungswirkung des Gerätes, während jedoch auch das Erzeugen von Wafer-Musterbeschädigungen minimiert wird. Darüber hinaus können unterschiedlich gekrümmte Nuten oder Rillen, die in der sich drehenden Reinigungssonde ausgebildet sind, dazu verwendet werden, um schädliche Wellen zu verhindern, die potentiell eine Beschädigung der Waferoberfläche verursachen können oder an Strukturen verursachen können, die bereits auf der Oberfläche ausgebildet sind. Das Reinigen des Wafers gemäß den Ausführungsformen der Erfindung kann mehr als einmal während der Herstellung einer vervollständigten integrierten Schaltung oder Vorrichtung stattfinden. Beispielsweise kann der Prozeß nach einem chemisch-mechanischen-Polierschritt (CMP) verwendet werden, der dann mehrere Male während der Ausbildung einer schließlich fertiggestellten Vorrichtung auftreten kann.
3 veranschaulicht ein Megaschallenergie-Reinigungsgerät 5 gemäß den Ausführungsformen der Erfindung. Das Reinigungsgerät 5 enthält eine längliche Reinigungssonde 20, die so gestaltet ist, daß sie in ein Loch 32 in einer Seitenwand 30 des Gerätes 5 hineinpaßt. Ein O-Ring 34 oder eine andere Dichtung verhindert, daß jegliche Flüssigkeit in dem Gerät 5 durch die Seitenwand 30 entweichen kann und zwar selbst wenn die Reinigungssonde 20 mit einer hohen Frequenz vibriert.
Ein Wandler 40 wie beispielsweise ein piezoelektrischer Wandler ist akustisch und möglicherweise auf andere Weise mit einem ende der Reinigungssonde 20 gekop pelt und funktioniert in solcher Weise, um ein Megaschall-Hochfrequenzsignal zu erzeugen, welches zu der Reinigungssonde übertragen wird, wenn der Wandler erregt wird.
Ein rotierendes Element 50 wie beispielsweise ein Motor ist an die Reinigungssonde 20 gekuppelt und kann bewirken, daß sich die Reinigungssonde um ihre longitudinale Achse bzw. um ihre Hauptachse dreht. Wenn das rotierende Element 50 aus einem Motor besteht, kann dieses an einen Rand der Reinigungssonde 20 angreifen beispielsweise mit Nuten oder Rillen, die mit einem Zahnrad zusammenpassen, welches an dem Motor montiert ist, oder es kann die Welle des Motors 50 an einer Hochreibungs-„gummiartigen" Substanz angebracht sein, die an den Rand eines großen Endes der Reinigungssonde in Kontakt gebracht werden kann und zwar mit einer ausreichenden Kraft, um zu bewirken, daß sich die Reinigungssonde dreht. Es gibt viele Wege zu bewirken, daß sich die Reinigungssonde 20 dreht und der Mechanismus zum Drehen der Sonde ist nicht so von Bedeutung als die Fähigkeit dies zuführen. Der Motor 50 kann so konstruiert sein, daß er bewirkt, daß die Reinigungssonde 20 sich mit einer einzelnen Drehzahl in einer einzelnen Richtung dreht, oder kann so konstruiert sein, um zu bewirken, daß sich die Reinigungssonde mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Drehzahlen in beiden Richtungen dreht.
Ein Sondensupport 52 ist an das Reinigungsgerät 5 gekuppelt und kann dazu verwende werden, eine zweite Halterung für die Reinigungssonde 20 vorzusehen, zusätzlich zu dem Loch 32 in der Seitenwand 30, indem entweder der Motor 50 dadurch gehaltert wird (der seinerseits die Reinigungssonde haltert) oder indem die Reinigungssonde direkt gehaltert wird. Zusätzlich kann die Sondenhalterung 52 an einer Plattform-Bewegungskonstruktion montiert sein wie beispielsweise an Gewindestäben 54. Diese Gewindestäbe 54 greifen, wenn sie in Drehung versetzt werden an die Gewindeoberfläche (nicht gezeigt) innerhalb der Sondenhalterung 52 ein, was die Möglichkeit schafft, daß die Sondenhalterung die Reinigungssonde 20 in das Gerät hinein und aus diesem heraus bewegen kann. Die Plattform-Bewegungskonstruktion 54 ist dazu befähigt, die Reinigungssonde 20 selbst dann zu bewegen, wenn sie durch den Motor 50 gedreht wird. Ferner kann die Plattform-Bewegungskonstruktion irgendeine form aufweisen und die Gewindestäbe 54, die in 3 gezeigt sind, bilden lediglich einen Weg, um die Konstruktion zu bewegen. Andere Verfahren sind den Fachleuten gut bekannt.
Eine Waferhalterung ist in dem Gerät 50 montiert, um den Wafer 10, der gereinigt werden soll zu haltern. Wenn der Wafer 10 in der Halterung 60 montiert ist, wird der Wafer 10 ausreichend dicht bei der Reinigungssonde 20 positioniert, so daß die Agitation der Reinigungslösung 12 zwischen der Sonde und dem Wafer Teilchen auf der Oberfläche des Wafers lösen kann. Wenn die Position zum Reinigen erreicht ist, beträgt der abstand zwischen der Reinigungssonde 20 und der Oberfläche des Wafers 10 in bevorzugter Weise weniger als etwa 0,1 inch.
Die Halterung 60 ragt durch ein Loch 72 in einer Bodenfläche 70 des Reinigungsgerätes 5. Ein O-Ring 74 oder ein anderer Ring einer Dichtung verhindert, daß Flüssigkeit innerhalb des Reinigungsgerätes 5 durch das Loch 72 entweichen kann. Die Halterung 60 ist mit einem Drehgerät oder Motor 80 gekuppelt, welcher die Halterung schnelle in Drehung versetzen kann (und damit auch den Wafer, der auf der Halterung plaziert ist), was während des Reinigungsprozesses erfolgt.
Obwohl in 3 die Darstellung so getroffen ist, daß die Reinigungssonde 20 sich um etwa die Hälfte über die Oberfläche des Wafers 10, der gereinigt werden soll, erstreckt während dich der Wafer schnell dreht, so daß die gesamte Oberfläche in Berührung mit der Reinigungssonde gelangt, sind auch andere Verfahren möglich zu bewirken, daß der Wafer und die Reinigungssonde in engem Kontakt stehen. Beispielsweise kann sich die Reinigungssonde über die gesamte Strecke über den Wafer 10 erstrecken und der Wafer braucht dann lediglich eine halbe Umdrehung durchzuführen, damit die gesamte Oberfläche des Wafers nahe zur Reinigungssonde hin gelangt anstatt eine volle Umdrehung auszuführen, wie dies weiter oben beschrieben ist. Oder es kann die Reinigungssonde 20 sich seitlich in Relation zu dem Wafer 10 bewegen, indem entweder der Wafer bewegt wird oder die Reinigungssonde selbst bewegt wird, indem die Sondenhalterung 52 bewegt wird.
Während des Reinigungsvorganges wird der Wandler 40, der an die Reinigungssonde 20 gekuppelt ist, elektrisch erregt, was zur Folge hat, daß die Sonde 20 in Vibration gelangt. Wenn der Wandler aus einem piezoelektrischen Wandler besteht, steuert die Erregungsenergie die Vibration. Der Wafer 10 wird in Position auf der Halterung 60 geladen und es wird dann die Reinigungslösung 12 auf die Oberfläche desselben aufgebracht. Wenn die Reinigungssonde 20 sich nahe dem Wafer 10 befindet, der gereinigt werden soll, wird Megaschallenergie auf die Reinigungssonde aufgebracht, die dann die Reinigungslösung 12 aufrührt und eine Kavitation der Reinigungslösung bewirkt. Die Kavitation wird erhöht und zwar mit Zunahme der Energie der Ultraschallenergie. Je mehr Leistung induziert wird desto höher ist die Wirksamkeit der Reinigung der Waferoberfläche. Eine erhöhte Energie verursacht jedoch auch eine Erhöhung in der Zahl der beschädigten Bereiche auf der Oberfläche des zu reinigenden Wafers 10.
Wenn der Wafer 10 gereinigt wird, werden die Aufschlagteilchen aufgegriffen oder „angehoben" und zwar von der Waferoberfläche in die Reinigungslösung 12 hinein. Die Reinigungslösung 12, welche die abgehobenen Teilchen enthält, kann durch einen Spülzyklus ersetzt werden, wodurch dann die verschmutzte Flüssigkeit weggewaschen wird, es kann eine konstante Überspülung der Oberfläche des Wafers 10 mit einer neuen Reinigungsflüssigkeit erfolgen oder es können einige andere Verfahren angewendet werden, um die Reinigungslösung zu ersetzen, welche die abgehobenen Einschlagteilchen enthält, wobei das Ersetzen durch eine frische Reinigungslösung erfolgt, die nicht verunreinigt ist.
4 zeigt ein Draufsichtdiagramm, welches die relative Bewegung des Wafers 10, der über die Halterung 60 durch den Motor 80 (3) gedreht wird, und der Reinigungssonde 20 darstellt, die durch die Drehvorrichtung 50 (3) während einer Waferreinigungsoperation gedreht wird. Wenn angenommen wird, daß sich der Wafer 10 im Gegenuhrzeigersinn schnell dreht, wird auch die Reinigungssonde 20 schnell im Gegenuhrzeigersinn gedreht, wenn man entlang der Längsachse der Sonde blickt und zwar von dem Ende, welches von dem Wafer abliegt. Mit andren Worten wird gemäß der Darstellung nach 4 die Reinigungssonde 20 von der rechten Seite der Sonde über den oberen Abschnitt und nach unten zur linken Seite der Sonde schnell gedreht, wenn der Rand des Wafers 10, der nächstliegend der Sonde ist, von links nach rechts schnell gedreht wird.
Zusätzlich zum Betrieb der Reinigungssonde 20 durch Drehen derselben, kann die Reinigungswirkung der Reinigungssonde dadurch erhöht werden, indem die Sonde geätzt wird oder mit Nuten ausgestattet wird, um deren Reinigungswirkung zu erhöhen. Die Nut oder Rille 23 kann so gestaltet werden, um jegliche mögliche Wafermusterbeschädigung zu minimieren. Eine quelle einer Wafermusterbeschädigung tritt, wie oben erläutert wurde, dann auf, wenn Wellen in der Reinigungslösung 12 aufgrund der Kanten oder Ränder 25 der Nuten oder Rillen 23 erzeugt werden, die in einer Bodenfläche der mit Energie versorgten Reinigungssonde 20 ausgebildet sind, wie in 2 dargestellt ist.
Eine Nut oder Rille, die dazu ausgebildet ist, um jegliches Wellenmuster in der Reinigungslösung 12 minimal zu gestalten, ist in 5 veranschaulicht. In dieser Figur enthält eine Reinigungssonde 220 eine allgemein gekrümmte Nut oder Rille 222 die entlang der Längsachse oder Hauptachse der Sonde ausgebildet ist. Die Nut oder Rille 222 kann auch aus einer spiralförmigen Nut bestehen, oder kann auch ein andres Muster aufweisen. ein Vorteil eine spiralförmig verlaufende Nut 222 in der Reinigungssonde 220 vorzusehen besteht darin, daß diese eine höhere Reinigungsaktion erzeugen kann als eine nicht mit Nut versehene Reinigungssonde und diese dann, wenn sie in Verbindung mit einer Sondendrehvorrichtung 50 verwendet wird (3) die Megaschallenergie besser verteilt und ausbreitet, die von dem Rand der Nut zur Oberfläche des Wafers 10, die sich direkt unter der Sonde befindet, übertragen wird, wodurch eine Beschädigung des Wafers minimiert wird.
Die Reinigungssonde 220 von 5 kann in dem Reinigungsgerät 5 von 3 ohne Abwandlung hinsichtlich der Sonde oder des Gerätes verwendet werden.
Wie oben dargelegt wurde, kann sich bei der Drehung des zu reinigenden Wafers 10 unterhalb der Reinigungssonde 220 die Sonde ebenfalls drehen. Während des Reinigungsprozesse dreht sich die Reinigungssonde 220 um ihre Hauptachse und aufgrund der gekrümmten Nut 222 konzentriert sich die Megaschallenergie, die auf die Reinigungslösung 12 durch die Sonde übertragen wird, nicht auf irgendeine spezifische Zone des Wafers 10 oder in der Reinigungsflüssigkeit. Durch Drehen der Reinigungssonde 220 wird Energie, die von dem Rand der Nut emittiert wird, durch die Reinigungslösung 12 auf der gesamten Oberfläche des Wafers 10 verteilt. Somit wird jegliche Beschädigung, die durch die Megaschallwellen hervorgerufen werden kann, die direkt unter die Sonde 220 projiziert werden, in bemerkenswerter Weise reduziert.
Wie in 5 gezeigt ist erstreckt sich in einer bevorzugten Ausführungsform, wenn die Reinigungssonde 220 sich in ihrer Reinigungsposition (ausgefahrenen Position) befindet, die Nut 222 entlang der Reinigungssonde 220 und zwar von ihrer Spitze aus zu einem Bereich unmittelbar über dem Rand des zu reinigenden Wafers 10. In jedem Fall ist es zu bevorzugen, daß sich die Nut 222 nicht über die Seitenwand 30 des Reinigungsgerätes 5 hinaus erstreckt, da sonst Flüssigkeit aus dem inneren des Gerätes über das Loch 32 entweichen kann, indem diese aus der Nut 222 der Reinigungssonde 220 herausfließt.
Zusätzlich kann, wie in den 6A und 6B gezeigt ist, die Spiralnut 222 eine nicht kontinuierliche Gewindesteigung haben, wo daß mehrere Nuten pro Längeneinheit in einem Abschnitt der Reinigungssonde 220 nahe dem länglichen Ende (6A) vorhanden sind oder mehr Nuten pro Längeneinheit nahe dem Ende vorhanden sind, wo die akustische Energie aufgebracht wird (6B). Das Vorsehen einer nicht einheitlichen Gewindesteigung kann vorteilhaft dafür sein, um noch gleichmäßiger die akustische Energie von der Reinigungssonde 220 in die Reinigungslösung 12 hinein zu verteilen. Ferner braucht die Weite der Nut oder Rille 222 nicht über die gesamte Länge der Nut oder Rille hinweg gleich bleibend sein. Wie beispielsweise in 7A gezeigt ist, die eine Ansicht der gekrümmten Nut 222 zeigt, so als ob sie in einer geraden Linie gestreckt worden ist, kann die Nut an einem Ende weiter sein als an dem anderen. Oder es kann auch die Nut 222 eine sich konstant ändernde Weite aufweisen, wie in 7B gezeigt ist, oder die Nut oder Rille 222 kann so gestaltet werden, indem eine Kombination aus Weiten verwendet wird, wie in den 7A und 7B gezeigt ist, oder in anderer Weise.
Die Gestalt der Nut oder Rille 222 kann selbst eine Wirkung auf die Reinigungsfähigkeit der Reinigungssonde 220 haben. Wie in 8A gezeigt ist, kann die Nut 222 eine Standard-Nutgestalt haben mit einem relativ ebenen Boden und mit zwei relativ geraden Seitenwänden, senkrecht zu dem Boden. Oder es kann die Nut 222 „U"- oder „V"- gestaltet sein, wie dies jeweils in den 8B und 8C gezeigt ist. Da die starken Ränder der Nut 222 in ihrer Neigung zunehmen können eine Beschädigung des Wafers 10 zu verursachen, zeigen die 8D und 8E „U"- und „V"- gestalteten Nuten mit abgerundeten Kanten, die ebenfalls für die Nut verwende werden können. Darüber hinaus besteht keine Einschränkung darin, daß die Ränder oder Kanten der Nut 222 notwendiger Weise so weit wie oder weiter als die Nut selbst sind. Somit kann die Nut oder Rille 222 so gestaltet sein, wie 8F gezeigt ist, und zwar mit abgerundeten Nutkanten oder Rändern, die dichter beieinander liegen als der Bodenbereich der Nut oder Rille. Obwohl mehrere Beispiele der Nutengestalt in den 8A bis 8F gezeigt sind, ist die Erfindung nicht auf irgendeine spezielle Gestalt beschränkt und es können tatsächlich irgendwelche der gezeigten Gestalten oder auch andere Gestalten oder Kombinationen derselben verwendet werden.
Obwohl dies oben nicht erläutert wurde, kann die Richtung, in welcher die spiralförmig Nut 222 verläuft, eine Wirkung auf die Reinigungsaktion haben oder auf die Minimierung der Wafer-Musterbeschädigung. Somit kann die Nut 222 in der Reinigungssonde 222 in Windungen in irgendeiner Richtung erzeugt sein, d.h. es kann sich das Nutmuster in der gleichen Weise drehen, in welcher sich die Sonde 220 selbst dreht und zwar in dem Reinigungsgerät 5, oder die Nut 222 kann so ausgebildet sein, daß sie sich in der entgegengesetzten Richtung dreht. Da natürlich der Motor 80 allgemein so konstruiert ist, um den Wafer 10 in einer einzelnen Richtung schnelle zu drehen und da die Reinigungssonde 220 sich ebenfalls in der gleichen Richtung wie der Wafer schnell dreht, müssen zwei Sonden verfügbar sein, von denen jede eine Nut oder Rille 222 mit einer unterschiedlichen Gangrichtung aufweist.
Im allgemeinen kann die Reinigungssonde 220 aus Quarz hergestellt sein, welches durch die meisten Reinigungslösungen 12 unbeeinflußt bleibt, die Sonde kann jedoch ebenso auch aus anderen Materialien hergestellt sein. Beispielsweise kann die Reinigungssonde 220 aus Saphir-Siliziumkarbid, Bornitrid, vitriolhaltigem Kohlenstoff, mit glasenthaltenden Kohlenstoff beschichtetes Graphit oder aus anderen geeigneten Materialien oder auch aus Kombinationen aus diesen Materialien mit oder ohne Quarz hergestellt sein.
die Implementierung des Reinigungsgerätes 5 und der Reinigungssonde 220 ist in Hinblick auf die obige Erläuterung offensichtlich. wie dies immer der Fall ist werden Implementierungseinzelheiten dem Systemkonstrukteur überlassen. Beispielsweise kann das Verhältnis der Umdrehungen der Reinigungssonden 220 zu den Umdrehungen des Wafers 10 am besten empirisch bestimmt werden. Zusätzlich können die best Gewindesteigung, Steigungen, Nutengestalt oder Nutengestalten und die Weite der Nut zusammen mit anderen Details der Reinigungssonde 220 modifiziert und maximiert werden und fallen somit in den Rahmen der Erfindung.
Obwohl somit spezielle Ausführungsformen für ein Reinigungsgerät mit einer Reinigungssonde erläutert wurden, die gedreht werden kann und eine mit Nuten ausgestattete Reinigungssonde selbst erläutert wurde, ist nicht beabsichtigt, daß solche spezifischen Hinweise als Einschränkungen hinsichtlich des Rahmens der Erfindung zu betrachten sind, sondern vielmehr der Rahmen der Erfindung durch die nachfolgenden Ansprüche und deren Äquivalente festgelegt ist.

Claims

Wafer-Reinigungssystem mit: einem Reinigungsbehältnis (30, 70); einer Waferhalterung (60), die in dem Reinigungsbehältnis (30, 70) gelegen ist und so konstruiert ist, um einen Wafer (10), der gereinigt werden soll, zu haltern; einer Wafer-Drehvorrichtung (80), die an die Waferhalterung (60) gekuppelt ist und so konfiguriert ist, um zu bewirken, daß der zu reinigende Wafer (10) in Drehung versetzt wird; einer Sonden-Drehvorrichtung (50); einem Sonden-Vibrator (40), der so konstruiert ist, um Megaschall-Vibrationen zu erzeugen; und einer Reinigungssonde (20; 220) mit einem Kupplungsende und einem länglichen Ende, wobei das Kupplungsende der Sonde (20; 220) mit der Sonden-Drehvorrichtung (50) und dem Sonden-Vibrator (40) gekuppelt ist und wobei das längliche Ende der Sonde (20; 220) dafür ausgebildet ist in geringem Abstand gegenüberliegend zu dem zu reinigenden Wafer (10) angeordnet zu werden, wobei wenigstens ein Abschnitt des länglichen Endes der Reinigungssonde (20; 220) eine darin ausgebildete krummlinige Nut (23; 222) aufweist.
Wafer-Reinigungssystem nach Anspruch 1, bei dem die Nut (23; 222) in der Reinigungssonde (20; 220) spiralförmig entlang der Längsachse der Reinigungssonde (20; 220) verläuft.
Wafer-Reinigungssystem nach Anspruch 1, bei dem das Reinigungsbehältnis (30, 70) eine in diesem ausgebildete Öffnung (32) aufweist, das System ferner eine Sonden-Montagevorrichtung (34) umfaßt, die an einer Oberfläche des Reinigungsbehältnisses angebracht ist, wobei die Sonden-Montagevorrichtung so konstruiert ist, um die Reinigungssonde (20) so zu haltern, daß sie durch die Öffnung (32) in das Reinigungsbehältnis (30, 70) hinein eingeführt werden kann.
Wafer-Reinigungssystem nach Anspruch 3, bei dem die Sonden-Montagevorrichtung direkt an die Sondendrehvorrichtung (50) gekuppelt ist.
Wafer-Reinigungssystem nach Anspruch 3, bei dem die Sonden-Montagevorrichtung so konstruiert ist, um die Reinigungssonde (20; 220) zu veranlassen, verschiebbar durch die Öffnung (32) in dem Reinigungsbehältnis (30, 70) eingeführt zu werden und bei dem, wenn die Reinigungssonde (20; 220) vollständig in die Öffnung (32) des Reinigungsbehältnisses eingefüht ist, die krummlinige Nut (23; 222) in der Reinigungssonde (20; 220) sich von einer Spitze des länglichen Endes der Reinigungssonde (20; 220) zu einem Bereich der Reinigungssonde hin erstreckt, der benachbart zu einem Rand eines in die Waferhalterung (60) eingeführten Wafers (10) gelegen ist.
Wafer-Reinigungssystem nach Anspruch 2, bei dem die Steigung der spiralförmigen Nut (23; 222) sich entlang der Länge der Reinigungssonde (20; 220) ändert.
Wafer-Reinigungssystem nach Anspruch 6, bei dem die spiralförmige Nut (23; 222) ein erstes Ende bei dem Kupplungsende der Reinigungssonde (20; 220) aufweist und ein zweites Ende bei dem länglichen Ende der Reinigungssonde (20; 220) aufweist, und bei dem die Steigung der spiralförmigen Nut (23; 222) an dem ersten Ende weniger steil verläuft als an dem zweiten Ende.
Wafer-Reinigungssystem nach Anspruch 1, bei dem die Sondendrehvorrichtung (50) aus einem Motor besteht.
Wafer-Reinigungssystem nach Anspruch 1, bei dem die in der Reinigungssonde (20; 220) ausgebildet Nut oder Rille (23; 222) einen U-gestalteten Querschnitt aufweist.
Wafer-Reinigungssystem nach Anspruch 1, bei dem die Nut oder Rille (23; 222), die in der Reinigungssonde (20; 220) ausgebildet ist, einen mit Flansch versehenen U-gestalteten Querschnitt aufweist.
Wafer-Reinigungssystem nach Anspruch 1, bei dem die Nut oder Rille (23; 222), die in der Reinigungssonde (20; 220) ausgebildet ist, einen V-gestalteten Querschnitt aufweist.
Wafer-Reinigungssystem nach Anspruch 1, bei dem die in der Reinigungssonde (20; 220) ausgebildete Nut (23; 222) einen mit Flansch versehenen V-gestalteten Querschnitt aufweist.
Wafer-Reinigungssystem nach Anspruch 1, bei dem die in der Reinigungssonde (20; 220) ausgebildete Nut oder Rille (23; 222) eine flache Bodenfläche aufweist und zwei flache Seiten aufweist, die senkrecht zu der Bodenfläche verlaufend ausgebildet sind.
Wafer-Reinigungssystem nach Anspruch 1, bei dem die in der Reinigungssonde (20; 220) ausgebildete Nut oder Rille (23; 222) einen ersten Rand und einen zweiten Rand aufweist, und bei dem ein Abstand zwischen dem ersten Rand und dem zweiten Rand kleiner ist als ein Abstand über einem weitesten Abstand der Nut oder Rille (23; 222).
Wafer-Reinigungssystem nach Anspruch 1, bei dem die Sonden-Drehvorrichtung (50) so konstruiert ist, um die Reinigungssonde (20; 220) in Drehung zu versetzen während die Wafer-Drehvorrichtung (80) den zu reinigenden Wafer (10) in Drehung versetzt.
Wafer-Reinigungssystem nach Anspruch 15, bei dem die Drehgeschwindigkeit der Reinigungssonde (20; 220) unabhängig von einer Drehgeschwindigkeit des zu reinigenden Wafers (10) ist.
Wafer-Reinigungssystem nach Anspruch 15, bei dem die Sonden-Drehvorrichtung (50) so konstruiert ist, um die Reinigungssonde (20; 220) in entweder einer Vorwärtsrichtung oder einer Rückwärtsrichtung in Relation zur Drehrichtung des zu reinigenden Wafers (10) zu drehen.
Wafer-Reinigungssystem nach Anspruch 1, bei dem die in der Reinigungssonde (20; 220) ausgebildete Nut oder Rille (23; 222) mehr als nur eine Weite aufweist.
Wafer-Reinigungssystem nach Anspruch 18, bei dem die in der Reinigungssonde (20; 220) gebildete Nut oder Rille (23; 222) ein erstes Ende aufweist, welches zu dem Kupplungsende der Reinigungssonde (20; 220) hin zeigt, und ein zweites Ende aufweist, welches zu dem länglichen Ende der Reinigungssonde (20; 220) hinweist, und bei dem die in der Reinigungssonde (20; 220) ausgebildete Nut oder Rille (23; 222) eine Weite aufweist, die an dem ersten Ende größer ist als sie an dem zweiten Ende ist.
Verfahren zum Reinigen eines Wafers, mit den folgenden Schritten: Montieren eines zu reinigenden Wafers (10) in einer drehbaren Halterungsvorrichtung (60); Aufgingen einer Flüssigkeit (12) auf die Oberfläche des zu reinigenden Wafers (10); Drehen des montierten Wafers (10); Platzieren einer Reinigungssonde (20; 220) nahe bei dem sich drehenden montierten Wafer (20; 220); Aufgingen einer Megaschallenergie auf die Reinigungssonde (20; 220); dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungssonde (20; 220) zur gleichen Zeit, zur welcher der montierte Wafer (10) sich dreht, um ihre Längsachse gedreht wird.
Verfahren nach Anspruch 20, bei dem das Platzieren einer Reinigungssonde (20; 220) nahe bei dem sich drehenden montierten Wafer (10) das Platzieren einer Reinigungssonde (20; 220) bei dem montierten sich drehenden Wafer (10) umfaßt, die eine krummlinige Nut oder Rille (23; 222) darin ausgebildet enthält.
Verfahren nach Anspruch 21, bei dem das Platzieren einer Reinigungssonde (20; 220) mit einer krummlinigen Nut (23; 222), die darin ausgebildet ist, nahe bei dem sich drehenden montierten Wafer (10) das Platzieren einer Reinigungssonde (20; 220) mit einer spiralförmigen Nut (23; 222) umfaßt, die darin ausgebildet ist, und zwar nahe bei dem montierten sich drehenden Wafer (10).
Verfahren nach Anspruch 22, bei dem eine Reinigungssonde (20; 220) mit einer spiralförmige Nut (23; 222) verwendet wird, die eine nicht einheitliche Steigung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 23, bei dem die Megaschallenergie auf ein erstes Ende der Reinigungssonde (20; 220) aufgebracht wird und bei dem eine Reinigungssonde verwendet wird, bei der die Steigung der spiralförmigen Nut (23; 222) bei dem ersten Ende weniger steil verläuft als an anderen Bereichen der Reinigungssonde (20; 220).
Verfahren nach Anspruch 20, bei dem das Platzieren einer Reinigungssonde (20; 220) nahe bei dem montierten sich drehenden Wafer (10) erfolgt, nachdem die Reinigungssonde (20; 220) in Drehung versetzt wurde und zwar zur gleichen Zeit, wenn sich der montierte Wafer (10) dreht.
Verfahren nach Anspruch 20, bei dem das Platzieren der Reinigungssonde (20; 220) in der Nähe des montierten sich drehenden Wafers (10) vorgenommen wird nachdem die Megaschallenergie auf die Reinigungssonde (20; 220) aufgebracht worden ist.