DE19549628B4

DE19549628B4 - Waschverfahren eines Halbleitersubstrats

Info

Publication number: DE19549628B4
Application number: DE19549628A
Authority: DE
Inventors: Itaru Itami Kanno; Toshiaki Itami Ohmori; Hiroshi Itami Tanaka; Nobuaki Itami Doi
Original assignee: Renesas Semiconductor Engineering Corp; Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Renesas Semiconductor Engineering Corp; Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1995-05-26
Filing date: 1995-11-28
Publication date: 2006-08-17
Anticipated expiration: 2015-11-29

Abstract

Verfahren zum Entfernen einer auf einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats haftenden Verunreinigung, mit den Schritten:
Richten eines Auslasses einer Strahldüse (11) zu dem Halbleitersubstrat (1) hin,
Versorgen der Strahldüse (11) mit einem Gas über eine erste Zuflussleitung (30),
Versorgen der Strahldüse (11) mit einer Flüssigkeit über eine zweite Zuflussleitung (31), wobei der Endabschnitt der zweiten Zuflussleitung (31) in derselben Richtung verläuft, wie die erste Zuflussleitung (30),
Mischen der Flüssigkeit und des Gases in der Strahldüse (11) derart, dass Tröpfchen der Flüssigkeit gebildet werden, und
Herausspritzen der Tröpfchen aus dem Auslass zu der Oberfläche des Halbleitersubstrats (1) hin mit Schallgeschwindigkeit, wobei die Korngröße der Tröpfchen 1 μm bis 100 μm beträgt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Waschverfahren zum Entfernen einer auf einem Halbleitersubstrat haftenden Verunreinigung.
Wenn auf einer Scheibe mit einem CVD-Verfahren oder einem Sputterverfahren ein Film gebildet wird, dann haftet auf der Oberfläche der Scheibe eine Partikelverunreinigung. Ferner haftet auf der Oberfläche der Scheibe manchmal ein Resistrückstand. Als Verfahren zum Entfernen dieser Verunreinigungen sind ein Hochdruckspritzwasserwaschverfahren, ein MHz-Ultraschallfließwasserwaschverfahren und ein Eisschrubberwaschverfahren und dergleichen vorgeschlagen worden.
15 ist eine Darstellung, welche eine Konzeption einer Vorrichtung zeigt, die ein herkömmliches Waschverfahren verwirklicht, das Hochdruckspritzwasserwaschen genannt wird.
Diese Vorrichtung enthält eine Flüssigkeitsdruckerzeugungseinrichtung 3, eine Strahldüse 4 und ein Gestell 2, das eine Scheibe 1 abstützt und dreht. Bei diesem Waschverfahren wird mit großer Geschwindigkeit zur Oberfläche der Scheibe 1 hin mittels der Strahldüse 4 eine durch die Flüssigkeitsdruckerzeugungseinrichtung 3 zusammengedrückte Flüssigkeit wie beispielsweise reines Wasser kontinuierlich herausgespritzt. Die mit großer Geschwindigkeit herausgespritzte Flüssigkeit stößt mit der Oberfläche der Scheibe 1 zusammen, wodurch ein auf der Oberfläche der Scheibe 1 haftendes Verunreinigungsteilchen entfernt und die Oberfläche gewaschen wird. Die Scheibe 1 wird durch Drehen des Gestells 2 gedreht, und die Strahldüse 4 wird bewegt, so daß die ganze Oberfläche der Scheibe 1 gewaschen wird.
Unter Bezugnahme auf 16 wird die mit großer Geschwindigkeit aus der Strahldüse 4 herausgespritzte Flüssigkeit als Flüssigkeitssäule 20 gebildet, so daß sie mit der Oberfläche der Scheibe 1 bei diesem Verfahren zusammenstößt.
Dieses Verfahren weist das folgende Problem auf. Da mit der Oberfläche der Scheibe 1 mit großer Geschwindigkeit eine große Menge Flüssigkeit wie beispielsweise reines Wasser zusammenstößt, wird auf der Oberfläche der Scheibe 1 statische Elektrizität erzeugt, welche auf der Oberfläche der Scheibe 1 gebildete Einrichtungen der Reihe nach beschädigt. Um die Beschädigung zu vermindern, kann ein Verfahren zum Mischen von CO₂-Gas oder dergleichen in das reine Wasser, um den spezifischen Widerstand des reinen Wassers zu verkleinern und die auf der Oberfläche der Scheibe 1 erzeugte statische Elektrizität zu verringern, verwendet werden. Doch dies ist keine vollkommene Lösung. Ferner weist das in 15 gezeigte Verfahren das andere Problem auf, daß es einen kleinen Fremdgegenstand (ein kleines Fremdteilchen) mit 1 μm oder kleiner nicht ausreichend entfernt.
17 ist eine schematische Darstellung, welche ein anderes herkömmliches Waschverfahren zeigt, das MHz-Ultraschall fließwasserwaschen genannt wird. Diese Waschvorrichtung enthält ein eine Scheibe 1 drehendes Gestell 2 und eine Düse 5, die eine Hochfrequenz von etwa 1,5 MHz an eine Flüssigkeit wie beispielsweise reines Wasser anlegt und dieselbe entlädt. Bei diesem Waschverfahren wird die Oberfläche der Scheibe 1 gewaschen durch Schwingenlassen des reinen Wassers mit der Hochfrequenz in der Vertikalrichtung mittels der Düse 5 und durch Herausspritzen des reinen Wassers zu der Scheibe 1 hin. Dieses Verfahren weist die folgenden Probleme auf.
Ähnlich wie in dem Fall des Hochdruckspritzwasserwaschverfahrens kann ein kleiner Fremdgegenstand (ein kleines Fremdteilchen) mit 1 μm oder kleiner mit diesem Verfahren nicht ausreichend entfernt werden. Obwohl ferner die Waschwirkung im allgemeinen durch vergößern der Drehgeschwindigkeit des Gestells 2 leicht vergrößert wird, ist in diesem Fall die Waschwirkung im Randabschnitt der Scheibe 1 groß, während im Zentrumsabschnitt der Scheibe die Waschwirkung klein ist. Daher kommt auf der Oberfläche der Scheibe 1 eine Schwankung beim waschen vor. Ferner weist dieses Verfahren das Problem einer Zerstörung miniaturisierter Muster von auf der Oberfläche der Scheibe 1 gebildeten Einrichtungen auf. Es wird erkannt, daß es eine Korrelation zwischen der Zerstörung von Einrichtungen und der Waschwirkung gibt. Bei diesem Waschverfahren werden die Frequenz und die Leistung einer anzulegenden Hochfrequenz, die Anzahl von Umdrehungen des Gestells 2 und der Abstand zwischen der Düse 5 und der Scheibe 1 verwendet als Parameter, die die Zerstörung von Einrichtungen und die Waschwirkung steuern. Doch aufgrund ihrer kleinen Steuerbereiche ist es schwer, diese Parameter zu steuern.
18 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung, die ein anderes herkömmliches Waschverfahren verwirklicht, welches Eisschrubberwaschen genannt wird. Diese Waschvorrichtung enthält einen Eisauffangtrichter 6, der Eisteilchen erzeugt. Der Eisauffangtrichter 6 ist mit einem Versorgungszerstäuber 7 versehen, der den Eisauffangtrichter 6 mit reinem Wasser versieht, welches die auszufrierende Flüssigkeit ist. Eine die Eisteilchen zur Scheibe 1 hin herausspritzende Strahldüse 8 ist am Boden des Eisauffangtrichters 6 vorgesehen.
Der Betrieb wird nun beschrieben. Der Eisauffangtrichter 6 wird mit einem verflüssigten Gas wie beispielsweise mit flüssigem Stickstoff versorgt. Eine auszufrierende Flüssigkeit wie beispielsweise reines Wasser wird mittels des Versorgungszerstäubers 7 in den Eisauffangtrichter 6 gesprüht. Durch Herausspritzen der in dem Eisauffangtrichter 6 erzeugten Eisteilchen mit einigen μm bis einigen zehn μm aus der Strahldüse 8 vom Gasejektortyp zu der Scheibe 1 hin wird die Oberfläche der Scheibe 1 gewaschen. Dieses Waschverfahren erreicht im Vergleich zu dem vorstehend beschriebenen Hochdruckspritzwasserwaschverfahren und dem vorstehend beschriebenen MHz-Ultraschallfließwasserwaschverfahren eine größere Waschwirkung. Doch die die Waschkraft bestimmende Geschwindigkeit, mit der die Eisteilchen herausgespritzt werden, kann die Schallgeschwindigkeit nicht überschreiten, da die Strahldüse 8 vom Gasejektortyp verwendet wird. Daher ist eine Begrenzung der Waschkraft vorhanden. Ferner vergrößert die Verwendung einer großen Menge flüssigen Stickstoffs, um Eisteilchen zu bilden, die Anfangskosten einer Einrichtung zum Bereitstellen flüssigen Stickstoffs, und die laufenden Kosten sind auch groß.
Das vorstehende Problem der Zerstörung von Einrichtungen kann unterdrückt werden durch Steuern der Geschwindigkeit, mit der die Eisteilchen herausgespritzt werden. Doch hinsichtlich der Einschränkungen beim Aufbau der Einrichtung kann die Geschwindigkeit, mit der die Eisteilchen herausgespritzt werden, gegenwärtig nur in einem Bereich von 100 bis 330 m/s gesteuert werden, und die Steuerbreite ist klein. Daher kann die Zerstörung von Einrichtungen nicht vollständig unterdrückt werden.
Derartige Probleme beim Waschen, wie vorstehend beschrieben, kommen auch in dem Fall vor, daß eine Verunreinigung entfernt wird, die nicht nur auf der Halbleiterscheibe, sondern auch auf einem Flüssigkristallsubstrat und einem Substrat einer Fotomaske oder dergleichen haftet.

Die US 4,787,404 offenbart eine Sprühvorrichtung zum Erzielen von reinen Oberflächen in der Elektronik- und Computerindustrie. In der Vorrichtung werden durch einen stark beschleunigten Gasstrom kleine Flüssigkeitströpfchen erzeugt und auf eine Geschwindigkeit in der Größenordnung der halben Schallgeschwindigkeit beschleunigt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Waschverfahren zum Entfernen eines auf einem Substrat haftenden Verunreinigungsteilchens vorzusehen, das so verbessert ist, daß es ein auf einem Substrat haftendes Verunreinigungsteilchen ohne Beschädigung der Oberfläche des Substrats entfernt.

Die Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.

Bei dem Waschverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird durch das Tröpfchen die Verunreinigung auf dem Substrat entfernt.

Bei dem Waschverfahren gemäß dem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Oberfläche des Substrats zunächst mit der Waschlösung gewaschen. Daher wird die Bindung zwischen dem Substrat und der Verunreinigung gelockert.

Bei dem Waschverfahren gemäß dem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Waschlösung auf das Substrat in der Form eines Tröpfchens herausgespritzt. Daher wird die Verunreinigung auf dem Substrat wirksam entfernt.

Bei dem Waschverfahren gemäß dem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Tröpfchen des reinen Wassers auf das Substrat herausgespritzt, nachdem das Tröpfchen der Waschlösung auf das Substrat herausgespritzt wurde. Daher wird die Verunreinigung auf dem Substrat wirksam entfernt.

Die Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung augenscheinlicher werden, wenn diese in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen zur Kenntnis genommen wird.

Von den Figuren zeigen:
1 eine Darstellung, welche eine Konzeption einer ersten Waschvorrichtung zeigt;
2 eine Schnittansicht einer Strahldüse, die bei der ersten Waschvorrichtung verwendet wird;
3 eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen einem Flüssigkeitsversorgungsdruck und einem Verunreinigungsbeseitigungsverhältnis zeigt;
4 eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen einer Tröpfchenausspritzgeschwindigkeit und dem Verunreinigungsbeseitigungsverhältnis zeigt;
5 eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen einer Tröpfchenkorngröße und dem Verunreinigungsbeseitigungsverhältnis zeigt;
6 eine Darstellung zum Erläutern des Grundkonzepts der vorliegenden Erfindung;
7 eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen einem Tröpfchenzusammenstoßwinkel und dem Beseitigungsverhältnis zeigt;
8 bis 11 Darstellungen, welche entsprechende Konzeptionen einer zweiten bis fünften Waschvorrichtung zeigen;
12 eine Schnittansicht eines anderen speziellen Beispiels der ein Tröpfchen bildenden Strahldüse;
13 eine Schnittansicht, welche ein anderes spezielles Beispiel der ein Tröpfchen bildenden Strahldüse zeigt;
14 eine Schnittansicht, welche ein weiteres spezielles Beispiel der ein Tröpfchen bildenden Strahldüse zeigt;
15 eine Darstellung, welche eine Konzeption einer ein herkömmliches Hochdruckspritzwasserwaschen verwirklichenden Einrichtung zeigt;
16 eine Schnittansicht einer aus der herkömmlichen Hochdruckspritzwasserwascheinrichtung herausgespritzten Flüssigkeit;
17 eine schematische Darstellung, welche eine ein herkömmliches MHz-Ultraschallfließwasserwaschen verwirklichende Einrichtung zeigt; und
18 eine schematische Darstellung, welche eine ein herkömmliches Eisschrubberwaschen verwirklichende Einrichtung zeigt.
Die Waschvorrichtungen und deren Betrieb werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Die erste Scheibenwaschvorrichtung
1 ist eine Darstellung, welche beispielsweise eine Konzeption einer ersten Scheibenwaschvorrichtung zeigt. Diese Vorrichtung entfernt eine auf der Oberfläche einer Halbleiterscheibe 1 haftende Verunreinigung. Diese Vorrichtung enthält eine Strahldüse 11, die zu der Halbleiterscheibe 1 hin ein Tröpfchen herausspritzt. Mit der Strahldüse 11 ist eine die Strahldüse 11 mit einer Flüssigkeit versorgende Flüssigkeitsversorgungseinrichtung 23 verbunden. Mit der Strahldüse 11 ist eine die Strahldüse 11 mit einem Gas versorgende Gasversorgungseinrichtung 22 verbunden.
2 ist eine Schnittansicht der Strahldüse 11. Die Strahldüse 11 enthält eine erste Zuflußleitung 30, durch welche das Gas hindurchgeht. Die Strahldüse 11 enthält ferner eine zweite Zuflußleitung 31, deren Endabschnitt aus der Außenseite der ersten Zuflußleitung 30 durch eine Seitenwandung der ersten Zuflußleitung 30 hindurch in die erste Zuflußleitung 30 verläuft und durch welche die Flüssigkeit hindurchgeht. Der Endabschnitt der zweiten Zuflußleitung 31 verläuft in derselben Richtung wie die erste Zuflussleitung 30.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1 enthält die Flüssigkeitsversorgungseinrichtung 23 einen unter Druck gesetzten Tank, einen Regler oder dergleichen (nicht dargestellt), welcher den Versorgungsdruck und die Versorgungsmenge der Flüssigkeit für die Strahldüse 11 regelt. Der Versorgungsdruck der Flüssigkeit wird vorzugsweise so geregelt, daß er in einem Bereich von 0,1 bis 1 MPa ist.
3 ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen dem Flüssigkeitsversorgungsdruck und dem Verunreinigungsbeseitigungsverhältnis zeigt. Wenn unter Bezugnahme auf 3 der Flüssigkeitsversorgungsdruck so gere gelt ist, daß er in einem Bereich von 0,2 bis 0,4 MPa ist, dann kann die Verunreinigung ohne Beschädigung der Oberfläche der Halbleiterscheibe entfernt werden. wenn der Flüssigkeitsversorgungsdruck so geregelt ist, daß er in einem Bereich von 0,4 bis 0,8 MPa ist, dann ist das Beseitigungsverhältnis verbessert. Wenn der Flüssigkeitsversorgungsdruck so geregelt ist, daß er etwa 0,8 MPa ist, dann erreicht das Beseitigungsverhältnis etwa 100%. Selbst wenn der Versorgungsdruck weiter vergrößert wird, ändert sich das Beseitigungsverhältnis nicht.
Die Gasversorgungseinrichtung 22 enthält auch einen Regler oder dergleichen (nicht dargestellt), welcher den Versorgungsdruck und die Versorgungsmenge des Gases regelt. Der Gasversorgungsdruck ist vorzugsweise so geregelt, daß er in einem Bereich von 0,1 bis 1 MPa ist.
Unter Bezugnahme auf 2 werden in der Strahldüse 11 das Gas und die Flüssigkeit gemischt und wird die Flüssigkeit in ein Partikeltröpfchen 21 verwandelt, so daß es aus dem Ende der ersten Zuflußleitung 30 zusammen mit einem Fluß des Gases herausgespritzt wird. Das an dem Ende der zweiten Zuflußleitung 31 gebildete Tröpfchen 21 wird zwischen (a) und (b) in der Figur durch den Fluß des Gases in der ersten Zuflußleitung 30 beschleunigt und aus dem Ende der ersten Zuflußleitung 30 herausgespritzt. Der Abstand x zwischen dem Ende (a) der zweiten Zuflußleitung 31 und dem Ende (b) der ersten Zuflußleitung 30 muß 70 mm oder größer und vorzugsweise 100 mm oder größer sein. wenn der Abstand x kleiner als 70 mm ist, dann ist die Geschwindigkeit, mit der die Tröpfchen 21 herausgespritzt werden, verkleinert und die Waschwirkung vermindert.
Die Geschwindigkeit, mit der die Tröpfchen 21 herausgespritzt werden, wird bestimmt durch den Flüssigkeitsversorgungsdruck (die Flüssigkeitsversorgungsmenge), den Gasversorgungsdruck (die Gasversorgungsmenge), den Abstand x zwischen (a) und (b) und den Innendurchmesser der ersten Zu flußleitung 30. Im allgemeinen sind der Abstand x zwischen (a) und (b) und der Innendurchmesser der ersten Zuflußleitung 30 festgelegt und ist die Flüssigkeitsversorgungsmenge auf etwa 1/100 der Gasversorgungsmenge festgesetzt. Daher wird die Geschwindigkeit, mit der die Tröpfchen 21 herausgespritzt werden, vor allem durch den Gasversorgungsdruck (und die Versorgungsmenge) gesteuert. Insbesondere kann die Geschwindigkeit, mit der die Tröpfchen 21 herausgespritzt werden, so gesteuert werden, daß sie in einem Bereich von 1 m/s bis zur Schallgeschwindigkeit (343 m/s bei 20°C) ist.
4 ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen der Geschwindigkeit, mit der die Tröpfchen 21 herausgespritzt werden, und dem Verunreinigungsbeseitigungsverhältnis zeigt. Wenn die Geschwindigkeit, mit der die Tröpfchen herausgespritzt werden, so gesteuert ist, daß sie in einem Bereich von 10 m/s bis 100 m/s ist, dann wird die Beschädigung der Oberfläche der Halbleiterscheibe verringert. Wenn andererseits die Geschwindigkeit so gesteuert ist, daß sie 100 m/s oder größer ist, dann wird das Verunreinigungsbeseitigungsverhältnis vergrößert.
Die Korngröße des Tröpfchens 21 wird bestimmt durch den Flüssigkeitsversorgungsdruck (die Flüssigkeitsversorgungsmenge), den Gasversorgungsdruck (die Gasversorgungsmenge), den Innendurchmesser der ersten Zuflußleitung 30 und den Innendurchmesser der zweiten Zuflußleitung 31. Da der Innendurchmesser der zweiten Zuflußleitung 31 und der Innendurchmesser der ersten Zuflußleitung 30 im allgemeinen festgelegt sind, wird die Korngröße des Tröpfchens 21 durch den Flüssigkeits- und den Gasversorgungsdruck (die Flüssigkeits- und die Gasversorgungsmenge) gesteuert. Wenn die Flüssigkeitsversorgungsmenge verkleinert und die Gasversorgungsmenge vergrößert wird, dann wird die Korngröße des Tröpfchens 21 verkleinert. Wenn andererseits die Flüssigkeitsversorgungsmenge vergrößert und die Gasversorgungsmenge verkleinert wird, dann wird die Korngröße des Tröpfchens 21 vergrößert. Insbesondere kann die Korngröße des Tröpfchens 21 so gesteuert werden,
daß sie in einem Bereich von 0,01 μm bis 1000 μm ist. Durch Einstellen der Korngröße des Tröpfchens 21 kann ein auf dem Substrat haftender kleiner Fremdgegenstand mit 1 μm oder kleiner entfernt werden.
5 ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen der Korngröße eines Tröpfchens und dem Verunreinigungsbeseitigungsverhältnis zeigt. Wenn die Korngröße des Tröpfchens 21 in einem Bereich von 0,01 μm bis 0,1 μm ist, dann wird das Beseitigungsverhältnis leicht vergrößert, wenn die Korngröße des Tröpfchens 21 vergrößert wird. Wenn die Korngröße des Tröpfchens 21 in einem Bereich von 0,1 μm bis 1 μm ist, dann wird das Beseitigungsverhältnis bedeutend vergrößert, wenn die Korngröße des Tröpfchens 21 vergrößert wird. Wenn die Korngröße des Tröpfchens 21 in einem Bereich von 1 μm bis 100 μm ist, dann ändert sich das Beseitigungsverhältnis (100%) nicht, unabhängig davon, wie die Korngröße des Tröpfchens 21 vergrößert wird. wenn die Korngröße des Tröpfchens 21 in einem Bereich von 100 μm bis 1000 μm ist, dann wird das Beseitigungsverhältnis verkleinert, wenn die Korngröße des Tröpfchens 21 vergrößert wird.
Wie vorstehend beschrieben, können durch Ändern der Geschwindigkeit, mit der das Tröpfchen 21 herausgespritzt wird, und der Korngröße des Tröpfchens 21 die Waschwirkung (das Beseitigungsverhältnis) und die Beschädigung an Einrichtungen gesteuert werden.
Wie vorstehend beschrieben, wird eine äußere Kraft (das Beseitigungsvermögen), welche (welches) auf einen Fremdgegenstand (ein Fremdteilchen) auf der Halbleiterscheibe wirkt, durch eine Zusammenstoßgeschwindigkeit des Tröpfchens geändert. Dieselbe Kraft wirkt auf das auf der Halbleiterscheibe gebildete Einrichtungsmuster. Wenn daher die Zusammenstoßgeschwindigkeit des Tröpfchens 21 groß ist, dann kann das Einrichtungsmuster manchmal zersört werden. Daher ist es notwendig, die Geschwindigkeit, mit der die Tröpfchen herausgespritzt werden, in einem die Einrichtungen nicht beschädi genden Bereich einzuregeln. Selbst wenn ferner die Korngröße des Tröpfchens geändert wird, ändert sich der Absolutwert des Beseitigungsvermögens, das auf den Fremdgegenstand (das Fremdteilchen) wirkt, nicht. Doch die Fläche des Teilchens, mit der das Tröpfchen zusammenstößt, wird geändert (was einen Einfluß auf die Waschwirkung hat). Es wird der Fall betrachtet, daß die Flüssigkeitsversorgungsmenge konstant ist. Wenn die Korngröße des Tröpfchens verkleinert wird, dann wird im umgekehrten Verhältnis zur dritten Potenz der Korngröße die Anzahl von Tröpfchen vergrößert. Andererseits wird die Fläche des Fremdgegenstandes, mit der ein Tröpfchen zusammenstößt, im umgekehrten Verhältnis zum Quadrat der Korngröße verkleinert. Im Ergebnis wird die Gesamtfläche, auf der die Tröpfchen zusammenstoßen, vergrößert, wodurch sich die Waschwirkung verbessert. Wenn jedoch ein zu entfernender Fremdgegenstand eine große Abmessung aufweist, beispielsweise wenn ein zu entfernender Fremdgegenstand ein kugelförmiger Fremdgegenstand mit einem Durchmesser von 10 μm ist, dann wird mit einem Tröpfchen mit einer Korngröße von 10 μm oder kleiner die Entfernungswirkung kaum erkannt. In diesem Fall muß ein großes Tröpfchen mit einem Durchmesser von etwa 100 μm verwendet werden. Daher kann durch freies Steuern der Korngröße eines Tröpfchens in Abhängigkeit von der Größe eines zu entfernenden Fremdgegenstandes ein wirksames waschen ausgeführt werden.
Gemäß diesem Verfahren kann ein auf dem Substrat haftender kleiner Fremdgegenstand mit 1 μm oder kleiner auch entfernt werden. Gemäß dem Verfahren dieser Ausführungsform wird ferner kein kostspieliges Material wie beispielsweise flüssiger Stickstoff verwendet, was zu kleinen laufenden Kosten führt.
Wie vorstehend beschrieben, kann durch Ändern der Korngröße des Tröpfchens ferner die Beschädigung an den Einrichtungen gesteuert werden. Im Falle eines Zwischenverbindungsmusters mit einer Breite von beispielsweise 1 μm kann das Substrat durch Verwenden eines Tröpfchens mit einer Korngröße von 1 μm oder kleiner gewaschen werden, ohne daß es beschädigt wird.
Diese Waschvorrichtung wird nun mit speziellen Zahlenwerten beschrieben.
Unter erneuter Bezugnahme auf 2 sind der Außendurchmesser und der Innendurchmesser der zweiten Zuflußleitung 31, durch welche die Flüssigkeit hindurchfließt, entsprechend auf 3,2 mm und 1,8 mm festgesetzt. Der Außendurchmesser und der Innendurchmesser der ersten Zuflußleitung 30, durch welche das Gas hindurchfließt, sind entsprechend auf 6,35 mm and 4,35 mm festgesetzt. Der Abstand x zwischen dem Ende (a) der zweiten Zuflußleitung 31 und dem Ende (b) der ersten Zuflußleitung 30 ist auf 200 mm festgesetzt. Der Flüssigkeitsversorgungsdruck ist auf etwa 0,7 MPa festgesetzt, und die Flüssigkeitsversorgungsmenge ist 2 l/min. Die Gasversorgungsmenge ist auf 300 l/min festgesetzt. Wenn unter derartigen Bedingungen Tröpfchen gebildet werden, dann ist die Korngröße des Tröpfchens 21 1 μm bis 100 μm und ist die Geschwindigkeit, mit der die Tröpfchen 21 herausgespritzt werden, die Schallgeschwindigkeit (343 m/s bei 20°C).
Das Grundkonzept der Waschvorrichtung wird unter Bezugnahme auf 6 beschrieben.
Unter Bezugnahme auf 6(a) stößt ein Tröpfchen 21 mit einer Geschwindigkeit v₀ mit einer Scheibe 1 zusammen. Beim Zusammenstoß wird unter Bezugnahme auf 6(b) in einem unteren Abschnitt des Tröpfchens 21 ein Druck erzeugt, der Aufpralldruck P genannt wird. Unter Bezugnahme auf 6(c) wird in der horizontalen Richtung durch den Aufpralldruck P ein Fluß erzeugt, der strahlenförmiger Fluß genannt wird.
Der Aufpralldruck P ist durch den folgenden Ausdruck gegeben: P = (1/2)αρLCLV0.
In dem vorstehenden Ausdruck bezeichnet V₀ die Zusammenstoßgeschwindigkeit, ρ_L bezeichnet die Flüssigkeitsdichte, C_L bezeichnet die Schallgeschwindigkeit in der Flüssigkeit, und α bezeichnet einen Verkleinerungskoeffizienten, der durch den folgenden Ausdruck angegeben wird. In dem folgenden Ausdruck bezeichnet ρ_S die Substratdichte und C_S die Schallgeschwindigkeit in dem Substrat. α = 0,41[1 + 5,9(ρLCL/ρSCS)]–1
Eine Geschwindigkeit V_f des strahlenförmigen Flusses ist durch den folgenden Ausdruck gegeben: Vf = (αCLV0)1/2
Ein Fremdgegenstand auf der Scheibe 1 wird durch eine durch den strahlenförmigen Fluß gegebene Kraft entfernt.
Eine äußere Kraft (ein Beseitigungsvermögen) D, die (das) auf ein Teilchen auf der Scheibe 1 wirkt, ist durch den folgenden Ausdruck gegeben: D = CD(ρL/2)Vf 2(π/4)d2 oder D = CDP(π/4)d2
In dem Ausdruck bezeichnet C_D einen Widerstandskoeffizienten. Wenn die Reynoldssche Zahl R größer als 10³ ist und das Teilchen ein kugelförmiges Teilchen ist, dann ist der Widerstandskoeffizient C_D 0,47. In dem Ausdruck bezeichnet d die Korngröße des Teilchens.
Gemäß dem vorstehenden Modell enthält ein das Beseitigungsvermögen bestimmender Faktor die Zusammenstoßgeschwindigkeit des Tröpfchens, die Flüssigkeitsdichte, die Schallgeschwindigkeit in der Flüssigkeit und die Flüssigkeitsviskosität. Um daher das Beseitigungsvermögen zu vergrößern, wird ein flüssiges Material mit einer größeren Dichte und einer größeren Schallgeschwindigkeit bevorzugt.
Wenn reines Wasser verwendet wird, dann können die Dichte und die Schallgeschwindigkeit geändert werden durch Regeln der Temperatur des reinen Wassers. Durch Regeln der Temperatur des reinen Wassers auf 4°C mittels einer Temperaturregeleinrichtung können die Dichte des reinen Wassers und die Schallgeschwindigkeit in dem reinen Wasser so eingestellt werden, daß sie maximal sind.
Unter Berücksichtigung der elektrischen Beschädigung (statischen Elektrizität) an Einrichtungen kann in das reine Wasser ein Gas wie beispielsweise CO₂ oder ein oberflächenaktives Mittel gemischt werden, so daß der spezifische Widerstand des reinen Wassers vermieden werden kann. Dies ist auch eine bevorzugte Modifikation dieser Ausführungsform.
Im Unterschied zu dem reinen Wasser kann eine Flüssigkeit oder ein (ein Gelmaterial umfassendes) flüssiges Material mit einem größeren spezifischen Gewicht, einer größeren Schallgeschwindigkeit und einer gröberen Viskosität als das reine Wasser vorzugsweise verwendet werden.
Als weiteres Verfahren zum vergrößern des Beseitigungsvermögens und als Verfahren zum Steuern der Musterbeschädigung an Einrichtungen wird ein Zusammenstoßwinkel des Tröpfchens 21 vorzugsweise eingestellt. Durch Ändern des Zusammenstoßwinkels Ɵ des Tröpfchens 21 ist der Aufpralldruck P gegeben durch den folgenden Ausdruck: P = (1/2)αρLCLV0sinƟ.
Wenn daher der Zusammenstoßwinkel des Tröpfchens 21 vergrößert wird (die Vertikalrichtung zur Scheibenoberfläche), dann wird der Aufpralldruck P vergrößert und wird die äußere Kraft (das Beseitigungsvermögen) D, welche (welches) auf einen Fremdgegenstand wirkt, vergrößert. Wenn jedoch die äußere Kraft D vergrößert wird, dann konnte eine Beschädigung an Einrichtungen wie beispielsweise eine Zerstörung des Einrichtungsmusters vorkommen. Um die Beschädigung zu verhindern, wird der Zusammenstoßwinkel des Tröpfchens 21 vorzugsweise gesteuert. Der Zusammenstoßwinkel ist im allgemeinen auf 15° bis 90° festgesetzt.
7 ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen dem Zusammenstoßwinkel und dem Beseitigungsverhältnis zeigt.
Die zweite Waschvorrichtung
8 ist eine Darstellung, welche eine Konzeption einer zweiten Waschvorrichtung zeigt. Diese Vorrichtung enthält eine Düse 41 zum Herausspritzen von Tröpfchen reinen Wassers. Ein Innenrohr 42 zum Bereitstellen des reinen Wassers ist in der Düse 41 vorgesehen. Ein Ventil 43 ist in einer Leitung zur Versorgung mit reinem Wasser zum Versorgen des Innenrohres 42 mit dem reinen Wasser vorgesehen. Eine ein Gas (trockene Luft oder Stickstoff) bereitstellende Gasversorgungsleitung ist mit der Düse 41 verbunden. Ein Ventil 44 ist in der Gasversorgungsleitung vorgesehen. Diese Waschvorrichtung enthält eine Düse 45 zum Versprühen einer Waschlösung (saurer oder alkalischer Chemikalien, die sich vom reinen Wasser unterscheiden). Die Düse 45 ist mittels einer Leitung zur Versorgung mit Waschlösung gekoppelt mit einem eine Waschlösung speichernden Tank 46.
Ein Ventil 47 ist in der Leitung zur Versorgung mit Waschlösung vorgesehen. Der Tank 46 ist mit einer den Tank 46 unter Druck setzenden Gasleitung versehen. Ein Ventil 48 ist in der Gasleitung 48 vorgesehen. Eine zu waschende Scheibe 49 ist auf einem Scheibengestell 50 angebracht. Das Scheibengestell 50 ist so vorgesehen, daß es sich dreht. Eine Flüssigkeitsschicht 51 ist auf der Scheibe 49 gebildet.
Der Betrieb wird nun beschrieben. Durch Druckerzeugung in dem Tank 46 wird auf die Oberfläche der Scheibe 49 aus der Düse 45 die Waschlösung gesprüht. Beim Versprühen der Waschlösung wird das Scheibengestell 50 gedreht, so daß die Waschlösung auf die Oberfläche der Scheibe 49 gleichmäßig aufgesprüht wird. Durch die vorstehende Behandlung wird eine Adhäsionskraft zwischen der Scheibe 49 und einer Verunreinigung (wie beispielsweise einem kleinen Teilchen) auf der Oberfläche geschwächt. Dann werden in der Düse 41 das reine Wasser und das Gas gemischt, wird das reine Wasser auf die Oberfläche der Scheibe 49 in der Form eines Tröpfchens herausgespritzt und wird die Verunreinigung entfernt. In diesem Fall kann die Korngröße des Tröpfchens, welche durch die Form des Innenrohres 42 und den Versorgungsdruck des reinen Wassers bestimmt wird, so gesteuert werden, daß sie in einem Bereich von 1 μm bis 100 μm ist. Die Geschwindigkeit, mit der die Tröpfchen herausgespritzt werden, kann durch Einstellen des Gasdrucks so gesteuert werden, daß sie in einem Bereich von einigen m/s bis zur Schallgeschwindigkeit ist.
Die dritte Waschvorrichtung
9 ist eine Darstellung, welche eine Konzeption einer dritten Waschvorrichtung zeigt.
Diese Vorrichtung enthält eine Düse 41 zum Herausspritzen von Tröpfchen zu einer Scheibe 49 hin. Die Düse 41 ist mit einem Innenrohr 42 zum Bereitstellen einer Waschlösung und reinen Wassers versehen. Eine Leitung zur Versorgung mit reinem Wasser mit einem Ventil 43 ist mit dem Innenrohr 42 verbunden. Eine Leitung zur Versorgung mit Gas (trockener Luft oder Stickstoff) mit einem Ventil 44 ist mit der Düse 41 verbunden. Eine Leitung zur Versorgung mit Waschlösung mit einem Ventil 47 ist mit der Leitung zur Versorgung mit reinem Wasser verbunden. Eine Leitung zur Versorgung mit Gas (Stickstoff oder trockener Luft) mit einem Ventil 48 ist mit einem Tank 46 verbunden. Die zu waschende Scheibe 49 ist auf einem Scheibengestell 50 angebracht. Das Scheibengestell 50 ist so vorgesehen, daß es sich in der durch einen Pfeil angezeigten Richtung dreht.
Der Betrieb wird nun beschrieben.
Durch Schließen des Ventils 43, Öffnen des Ventils 47, Öffnen des Ventils 48 und Druckerzeugung im Tank 46 werden aus der Düse 41 auf die Oberfläche der Scheibe 49 zusammen mit dem Gas Tröpfchen der Waschlösung herausgespritzt. Um zu dieser Zeit die ganze Oberfläche der Scheibe 49 zu waschen, wird das Scheibengestell 50 gedreht und gleichzeitig in einer Richtung die Düse 41 bewegt. Durch den vorstehenden Betrieb wird eine Verunreinigung (wie beispielsweise ein kleines Teilchen) auf der Oberfläche der Scheibe 49 entfernt. Wenn dann das Ventil 47 geschlossen und das Ventil 43 geöffnet wird, dann wird auf die Oberfläche der Scheibe 49 in der Form eines Tröpfchens aus der Düse 41 das reine Wasser herausgespritzt, wodurch die Verunreinigung wirksam entfernt wird.
Die vierte Waschvorrichtung
10 ist eine Darstellung, welche eine Konzeption einer vierten Waschvorrichtung zeigt. Zwei Strahldüsen 11 sind vorgesehen. Diese Strahldüsen 11 bewegen sich in horizontaler Rich tung mit demselben zwischen ihnen gehaltenen Abstand. Diese beiden Strahldüsen 11 sind so angeordnet, daß sie sich nicht gegenseitig kreuzen. Die eine Strahldüse 11 ist so angeordnet, daß sie auf den Randabschnitt eines Substrats 1 Tröpfchen herausspritzt. Die andere Strahldüse 11 ist so angeordnet, daß sie auf den Zentrumsabschnitt des Substrats 1 Tröpfchen herausspritzt. Das Substrat 1 wird in der horizontalen Richtung gedreht. Jede der Strahldüsen 11 enthält eine Flüssigkeitsversorgungseinrichtung und eine Gasversorgungseinrichtung, welche die Strahldüse 11 mit einer Flüssigkeit und einem Gas versorgen. Durch Vorsehen der beiden Strahldüsen 11 können eine zum Entfernen eines Fremdgegenstandes benötigte Zeit verkürzt und Fremdgegenstände auf dem Substrat gleichmäßig entfernt werden.
Bei der vorstehenden Waschvorrichtung sind zwei Strahldüsen 11 vorgesehen. Doch eine Wirkung, welche derjenigen der vorstehenden Waschvorrichtung ähnlich ist, kann erwartet werden durch Anordnen einer Mehrzahl von Strahldüsen 11 in regelmäßigen Abständen.
Die fünfte Waschvorrichtung
11 ist eine Darstellung, welche eine Konzeption einer fünften Waschvorrichtung zeigt.
Diese Waschvorrichtung enthält zwei Strahldüsen 11. Die entsprechenden Strahldüsen 11 können den Winkel ändern, unter dem Tröpfchen herausgespritzt werden. Obwohl bei der in 11 gezeigten Waschvorrichtung zwei Strahldüsen 11 vorgesehen sind, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Eine Wirkung, welche derjenigen dieser Waschvorrichtung ähnlich ist, kann erwartet werden durch Vorsehen einer Mehrzahl von Strahldüsen 11 und durch Vorsehen von Strahldüsen 11 derart, daß ihre Strahlwinkel geändert werden können.
Die sechste Waschvorrichtung
12 ist eine Schnittansicht eines anderen speziellen Beispiels einer Strahldüse, die eine Flüssigkeit und ein Gas mischt, um Tröpfchen zu bilden. Die Strahldüse 11 enthält eine erste Zuflußleitung 41. Die Strahldüse 11 enthält eine zweite Zuflußleitung 42, deren Durchmesser größer als derjenige der ersten Zuflußleitung 41 ist und welche die erste Zuflußleitung 41 bedeckt, so daß ein Zwischenraum 42a zwischen der zweiten Zuflußleitung 42 und der ersten Zuflußleitung 41 gebildet ist. Die Strahldüse 11 enthält eine dritte Zuflußleitung 43, deren Ende aus der Außenseite der zweiten Zuflußleitung 42 durch Seitenwandungen der zweiten Zuflußleitung 42 und der ersten Zuflußleitung 41 hindurch in die erste Zuflußleitung 41 verläuft. Die Flüssigkeit geht durch die dritte Zuflußleitung 43 hindurch. Das Gas geht durch die erste Zuflußleitung 41 und den Zwischenraum 42a zwischen der ersten Zuflußleitung 41 und der zweiten Zuflußleitung 42 hindurch. Mittels des vorstehend beschriebenen Aufbaus der Strahldüse 11 werden Tröpfchen 21 gebildet. Die Tröpfchen 21 sind mit einem durch den Zwischenraum 42a hindurchgehenden Gas 31 bedeckt. Daher wird die Geschwindigkeit, mit der im Außenraum angeordnete Tröpfchen 21 herausgespritzt werden, vergrößert, welche Geschwindigkeit durch den atmosphärischen Widerstand verkleinert werden würde, wenn die zweite Zuflußleitung 42 nicht vorgesehen wäre. Im Ergebnis wird eine Schwankung der Geschwindigkeit unter den Tröpfchen 21 eliminiert und die Beseitigungseffizienz eines Fremdgegenstandes vergrößert.
Die siebte Waschvorrichtung
13 ist eine Schnittansicht, welche eine weitere Form einer Strahldüse zeigt. Die in 13 gezeigte Strahldüse ist dieselbe wie diejenige der 12, außer einem folgenden Punkt. Daher werden dieselben oder entsprechende Abschnitte durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet und deren Beschreibung nicht wiederholt.
Im Unterschied zu der in 12 gezeigten Strahldüse verlängert und verkürzt sich bei dieser Strahldüse ein Endabschnitt 43a der dritten Zuflußleitung 43. Im Ergebnis kann die Lage eines Auslasses 32, der das Ende der dritten Zuflußleitung 43 ist, frei geändert werden. Wenn der Flüssigkeitsauslaß 32 in der Nähe des Auslasses 30 der zweiten Zuflußleitung 42 ist, dann werden die Tröpfchen 21 zerstreut, bevor sie mit dem Substrat 1 zusammenstoßen, und wird die Geschwindigkeit, mit der die Tröpfchen 21 herausgespritzt werden, verkleinert. Wenn der Abstand zwischen dem Flüssigkeitsauslaß 32 und dem Gasauslaß 30 groß ist, dann wird die Strahlreichweite der Tröpfchen 21 verkleinert und ein Vergrößern der Strahlgeschwindigkeit schwierig. Daher können durch den Aufbau der Strahldüse 11, wie in 13 gezeigt, jene Strahlreichweite und jene Strahlgeschwindigkeit der Tröpfchen 21 gewählt werden, welche für den Zustand eines Fremdgegenstandes und die Oberfläche eines Substrats geeignet sind. Das Experiment hat gezeigt, daß der optimale Abstand zwischen dem Flüssigkeitsauslaß 32 und dem Gasauslaß 30 100 mm bis 200 mm ist.
Die achte Waschvorrichtung
14 ist eine Schnittansicht einer weiteren Strahldüse. Eine Strahldüse 11 enthält eine erste Zuflußleitung 44. Die Strahldüse 11 enthält eine zweite Zuflußleitung 45, deren Ende aus der Außenseite der ersten Zuflußleitung 44 durch eine Seitenwandung der ersten Zuflußleitung 44 hindurch in die erste Zuflußleitung 44 verläuft. Der Endabschnitt der zweiten Zuflußleitung 45 verläuft in derselben Richtung wie die erste Zuflußleitung 44. Die Strahldüse 11 enthält eine dritte Zuflußleitung 46, deren Ende aus der Außenseite der zweiten Zuflußleitung 45 durch eine Seitenwandung der zweiten Zuflußleitung 45 hindurch in die zweite Zuflußleitung 45 verläuft. Der Endabschnitt der dritten Zuflußleitung 46 verläuft in derselben Richtung wie die zweite Zuflußleitung 45. Der Endabschnitt der dritten Zuflußleitung 46 verläuft über den Endabschnitt der zweiten Zufluß leitung 45 hinaus. Die zweite Zuflußleitung 45 ist mit einer Flüssigkeit versorgt. Die erste Zuflußleitung 44 und die dritte Zuflußleitung 46 sind mit einem Gas versorgt. Gemäß dieser Strahldüse 11 werden von einem Substrat 1 durch ein Gas 34, das aus der dritten Zuflußleitung 46 unmittelbar nach einem Zusammenstoß mit dem Substrat 1 herausgestrahlt wird, die herausgespritzten Tröpfchen 21 entfernt. Im Ergebnis ist in dem Moment, wenn die Tröpfchen 21 mit dem Substrat 1 zusammenstoßen, keine Flüssigkeit auf dem Substrat 1 vorhanden. Folglich kann ein Fremdgegenstand effizient entfernt werden.
Bei dem Waschverfahren wird mit Tröpfchen eine Verunreinigung auf einem Substrat entfernt. Daher kann die auf dem Substrat haftende Verunreinigung ohne Beschädigung der Oberfläche des Substrats entfernt werden.
Bei dem Waschverfahren gemäß dem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Oberfläche eines Substrats zunächst mit einer Waschlösung gewaschen. Danach werden auf die Oberfläche des Substrats Tröpfchen reinen Wassers herausgespritzt, wodurch eine Verunreinigung auf dem Substrat wirksam entfernt werden kann.
Bei dem Waschverfahren gemäß dem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung werden Tröpfchen einer Waschlösung vorbereitet und die Tröpfchen auf ein Substrat herausgespritzt. Im Ergebnis kann eine Verunreinigung auf dem Substrat wirksam entfernt werden.
Bei dem Waschverfahren gemäß dem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung werden auf ein Substrat zunächst Tröpfchen einer Waschlösung und dann Tröpfchen reinen Wassers herausgespritzt. Da die Tröpfchen der Waschlösung auf das Substrat herausgespritzt werden, wird die Bindung zwischen dem Substrat und einer Verunreinigung gelockert. Durch anschließendes Heraussprit zen von Tröpfchen des reinen Wassers auf das Substrat kann die Verunreinigung auf dem Substrat wirksam entfernt werden.

Claims

Verfahren zum Entfernen einer auf einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats haftenden Verunreinigung, mit den Schritten: Richten eines Auslasses einer Strahldüse (11) zu dem Halbleitersubstrat (1) hin, Versorgen der Strahldüse (11) mit einem Gas über eine erste Zuflussleitung (30), Versorgen der Strahldüse (11) mit einer Flüssigkeit über eine zweite Zuflussleitung (31), wobei der Endabschnitt der zweiten Zuflussleitung (31) in derselben Richtung verläuft, wie die erste Zuflussleitung (30), Mischen der Flüssigkeit und des Gases in der Strahldüse (11) derart, dass Tröpfchen der Flüssigkeit gebildet werden, und Herausspritzen der Tröpfchen aus dem Auslass zu der Oberfläche des Halbleitersubstrats (1) hin mit Schallgeschwindigkeit, wobei die Korngröße der Tröpfchen 1 μm bis 100 μm beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Druck, mit dem die Flüssigkeit zu der Strahldüse (11) geliefert wird, und der Druck, mit dem das Gas zu der Strahldüse (11) geliefert wird, derart aufeinander abgestimmt werden, dass die Geschwindigkeit, mit der die Tröpfchen herausgespritzt werden, die Schallgeschwindigkeit ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei welchem ein Winkel, unter dem die Tröpfchen mit dem Substrat zusammenstoßen, so gesteuert wird, dass er 15° bis 90° beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem als Flüssigkeit eine Flüssigkeit mit einer größeren Dichte als reines Wasser verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Oberfläche des Halbleitersubstrats vorher mit einer Waschlösung gewaschen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Flüssigkeit eine Waschlösung ist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei Tröpfchen aus der Waschlösung gebildet werden und die Tröpfchen der Waschlösung auf die Oberfläche des Halbleitersubstrats mit der Schallgeschwindigkeit herausgespritzt werden.