DE4030434A1

DE4030434A1 - Verfahren zum reinigen der oberflaeche eines festen koerpers

Info

Publication number: DE4030434A1
Application number: DE4030434A
Authority: DE
Inventors: Toshiaki Ohmori; Itaru Kanno; Takaaki Fukumoto
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1989-09-29
Filing date: 1990-09-26
Publication date: 1991-04-11
Anticipated expiration: 2010-09-27
Also published as: DE4030434C2; US5147466A; JPH03116832A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen der Ober fläche eines festen Körpers, insbesondere ein Verfahren zum Reinigen einer derartigen Oberfläche, bei dem feine gefrorene Teilchen erzeugt und diese Teilchen gegen die Oberfläche des festen Körpers gesprüht werden, beispielsweise eines Halblei terwafers oder einer gedruckten Schaltung oder dergleichen, um Verunreinigungen zu entfernen, die sich auf der Oberfläche des festen Körpers abgesetzt haben.

Die Fig. 4 und 5 zeigen schematische Darstellungen zur Erläu terung dieser herkömmlichen Art eines Reinigungsverfahrens, das für eine allgemeine Entfettungsreinigung oder Reinigung allgemeiner Art verwendet wird, und zwar als Ersatz für eine Trichlorethylen-Reinigung oder Flon-Reinigung oder derglei chen. Um Verunreinigungen zu entfernen, die sich auf der Oberfläche eines festen Körpers, beispielsweise eines Halb leiterwafers abgesetzt haben, wird superreines Wasser aus einer Sprühdüse 1 mit einem hohen Druck von 30 kg cm²×G oder mehr in Form eines Strahles gegen die Oberfläche eines festen Körpers 2 gespritzt, wie es in Fig. 4 angedeutet ist. Somit wird eine Verunreinigung 3 von der Oberfläche des festen Körpers 2 entfernt.

Wie aus Fig. 5 ersichtlich, werden solche Verunreinigungen 3 manchmal auch so von der Oberfläche des festen Körpers 2 entfernt, daß man superreines Wasser verwendet, welches auf die zu reinigende Oberfläche 2 aus der Sprühdüse 1 aufge sprüht wird, und zur gleichen Zeit rotiert eine zylindrische Bürste 5 mit einer Drehachse 4 als Achse in Richtung eines Pfeiles A und gleitet dabei in Richtung eines Pfeiles B auf der Oberfläche des festen Körpers 2 in Kontakt mit diesem entlang.

Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, werden die herkömmlichen Verfahren zum Reinigen einer Oberfläche eines festen Körpers durchgeführt, indem man den Druck einer Flüssigkeit, beispielsweise von strahlförmig aufgebrachtem superreinen Wasser, und Reibungskraft einer Bürste verwendet. Bei den herkömmlichen Verfahren treten jedoch die nachstehen den Probleme auf. Wenn die Verunreinigungen sehr fein werden und eine Teilchengröße von 10 µm oder weniger haben, nimmt die Klebkraft oder Haltekraft der Verunreinigungen an der Oberfläche des festen Körpers zu, und die Kraft bei einem üblichen Bestrahlen mit einer Flüssigkeit zum Entfernen von solchen feinen Verunreinigungen ist zu schwach, so daß die Reinigungswirkung bzw. die Wirkung zum Entfernen solcher Verunreinigungen nicht ausreichend ist.

Wenn der Druck zum Aufstrahlen der Flüssigkeit erhöht wird, beispielsweise auf Werte von 100 kg/cm²×G oder mehr, so wird ein Teil der Innenseite der Sprühdüse verschlissen und weggerieben, und zwar durch die mechanische Reibung, die von der Flüssigkeit ausgeht. Diese abgeriebenen Teilchen werden zusammen mit der Flüssigkeit aufgestrahlt und bewirken, daß die Oberfläche eines festen Körpers verunreinigt wird. Wenn eine Bürste verwendet wird, besteht die Gefahr, daß die zu reinigende Oberfläche durch den Abrieb der Bürste verunrei nigt wird und daß Verunreinigungen, die an der Bürste haften und von der Oberfläche entfernt worden sind, erneut auf die Oberfläche des zu reinigenden festen Körpers aufgebracht werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Reinigen einer Oberfläche eines festen Körpers anzugeben, das in der Lage ist, in wirksamer Weise Fremdkör per zu entfernen, die mit einer starken Adhäsionskraft an der Oberfläche des festen Körpers haften, beispielsweise Verun reinigungen in Form von feinen Teilchen oder eine Ölschicht oder dergleichen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung in zufriedenstellender Weise gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt das Auf sprühen von feinen gefrorenen Teilchen, die durch Gefrieren einer Flüssigkeit gebildet werden, auf die Oberfläche eines zu reinigenden festen Körpers, um die Reinigung durchzufüh ren, und das Verändern der Härte der feinen gefrorenen Teil chen, um Beschädigungen der Oberfläche des festen Körpers zu vermeiden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Reinigen einer Ober fläche eines festen Körpers, um Fremdkörper zu entfernen, also Verunreinigungen in Form von feinen Teilchen oder eines Ölfilmes oder dergleichen, die auf der Oberfläche eines festen Körpers abgelagert sind, werden feine gefrorene Teil chen mit einer Teilchengröße von 0,01 µm bis 5 mm verwendet.

Die feinen gefrorenen Teilchen werden gegen die Oberfläche des festen Körpers gestrahlt, und zwar zusammen mit stick stoffgekühlter Luft unter Verwendung des Trägergasdruckes, wobei als Trägergas Stickstoffgas oder N₂-Gas verwendet wird.

Diese feinen gefrorenen Teilchen werden hergestellt durch Gefrieren einer Flüssigkeit, wie z. B. von Wasser, von superreinem Wasser oder von Alkohol. Die Härte dieser Teil chen wird eingestellt, indem man die Art der Flüssigkeit und die Temperaturen zur Eisherstellung und zum Aufstrahlen ändert, so daß die Einwirkungen auf die Oberfläche des festen Körpers eingestellt und Beschädigungen vermieden werden.

Gemäß einem speziellen Merkmal des erfindungsgemäßen Verfah rens ist vorgesehen, daß eine Reinigung bei tiefen Temperatu ren von -150°C bis 0°C erfolgt, wobei feine gefrorene Teil chen und stickstoffgekühlte Luft aufgesprüht bzw. aufge strahlt werden.

Gemäß der Erfindung werden die Verunreinigungen entfernt durch die Bewegungsenergie, wenn die feinen gefrorenen Teil chen aufgestrahlt werden und mit der Oberfläche des festen Körpers kollidieren. Wenn die Verunreinigung eine Ölfilm oder Ölschichtverunreinigung ist, wird die Tieftemperaturrei nigung so durchgeführt, daß die Verunreinigungen zuerst verfestigt und dann entfernt werden. Insbesondere im Falle von organischen Filmen oder Schichten wird durch die Tempera turänderung eine Kontraktionswirkung erzielt, und die Adhäsion zwischen der Verunreinigung einerseits und der Ober fläche eines festen Körpers andererseits wird verringert. Dadurch lassen sich organische Filme oder Schichten leicht entfernen.

Wenn die Härte der feinen gefrorenen Teilchen so eingestellt wird, daß sie geringer oder weicher ist als die der Oberflä che eines zu reinigenden festen Körpers, so werden diese feinen gefrorenen Teilchen fein zertrümmert, wenn die feinen gefrorenen Teilchen mit der Oberfläche des zu reinigenden festen Körpers kollidieren. Dadurch ergeben sich die Vor teile, daß solche zertrümmerten feinen gefrorenen Teilchen die Verunreinigungen in Form von Teilchen auf der zu reini genden Oberfläche aufnehmen und entfernen und daß diese gefrorenen Teilchen sich auf der zu reinigenden Oberfläche bewegen, ohne auf die Oberfläche selbst aufzuprallen, so daß sie die Verunreinigungen von der Oberfläche des festen Körpers abreiben und sie entfernen.

Die Erfindung wird nachstehend, auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile, anhand der Beschreibung von Ausfüh rungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Reinigen einer Oberfläche eines festen Körpers;

Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer anderen Ausführungsform des erfindungsge mäßen Verfahrens;

Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung des Zusammenhanges zwischen der Härte von gefrorenem reinen Wasser und den Temperaturen zur Herstellung von Eis; und in

Fig. 4 und 5 schematische Darstellungen zur Erläuterung eines herkömmlichen Verfahrens zum Reinigen einer Oberfläche eines festen Körpers.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Reinigen einer Oberfläche eines festen Körpers. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Flüssigkeit, z. B. Wasser, insbesondere superreines Wasser, oder Alkohol gefroren, um feine gefrorene Teilchen 7 zu bilden, die eine Teilchengröße von 0,01 µm bis 5 mm haben. Diese Teilchen werden gegen die zu reinigende Oberfläche 2 eines festen Kör pers gesprüht, und zwar mit dem Druck von 1 bis 10 kg/cm²×G eines Trägergases, beispielsweise von Stickstoffgas aus einer Sprühdüse 6.

Hinsichtlich eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Erzeugung von feinen gefrorenen Teilchen können ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß der JP-OS 63-29 515 verwendet werden, so daß eine nähere Erläuterung entbehrlich erscheint. Wenn diese feinen gefrorenen Teilchen 7 aufgestrahlt werden, so wird die Härte der feinen gefrorenen Teilchen 7 so einge stellt, daß sie gleich der oder kleiner als die Härte der Oberfläche 2 des festen Körpers ist, so daß diese Oberfläche 2 nicht beschädigt wird. Die Härte der feinen gefrorenen Teilchen 7 wird eingestellt, indem man die Art der zu gefrie renden Flüssigkeit verändert. Beispiele hierfür sind in der nachstehenden Tabelle 1 zusammengestellt.

Lösungsmittel
Mohs-Härte des gefrorenen Materials
Wasser + Methanol\|1 bis 2
Methanol	1 bis 2
Glycerin	2
Flon 113	2
Wasser	4

Die Härte der feinen gefrorenen Teilchen kann auch variiert werden, indem man die Eisherstellungstemperatur oder die Sprühtemperatur der feinen gefrorenen Teilchen verändert. Der Zusammenhang zwischen der Härte von gefrorenem reinen Wasser und der Eisbildungstemperatur ist in Fig. 3 dargestellt.

Der Mechanismus zum Reinigen und Entfernen von Verunreinigun gen in Form von feinen Teilchen gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 1 näher erläutert. Die feinen gefrorenen Teilchen 7 werden in noch kleinere feine gefrorene Teilchen 11 zertrümmert, und zwar wegen der Differenz der Härte, wenn sie mit der zu reinigen den Oberfläche des festen Körpers 2 kollidieren. Diese zertrümmerten feinen gefrorenen Teilchen 11 kollidieren mit den Verunreinigungen in Form von feinen Teilchen 9, und ein Teil dieser Teilchen absorbiert und entfernt die Verunreinigungen in der Form von feinen Teilchen 9. Dies ist schematisch in Fig. 1(c) dargestellt.

Fig. 2 zeigt den Mechanismus bei dem erfindungsgemäßen Verfahren beim Entfernen eines organischen Filmes oder einer organischen Schicht von Öl oder dergleichen. Zunächst einmal kollidieren die feinen gefrorenen Teilchen 7 mit einer orga nischen Schicht 10. Da die Härte der organischen Schicht 10 im Vergleich mit der der feinen gefrorenen Teilchen 7 niedri ger ist, da also die organische Schicht 10 weicher ist, treten Unregelmäßigkeit in der Oberfläche der organischen Schicht 10 auf. Wenn die Kollision der feinen gefrorenen Teilchen 7 sich mehrere Male wiederholt, werden die Unregel mäßigkeiten auf der Oberfläche der organischen Schicht 10 größer, so daß ein Teil der zu reinigenden Oberfläche des festen Körpers 2 freigelegt wird.

Die feinen gefrorenen Teilchen 7, die mit der Oberfläche des festen Körpers 2 kollidiert haben, werden in noch feinere gefrorene Teilchen 11 auf dieser Oberfläche zertrümmert, da die Teilchen 7 nicht so hart sind wie der feste Körper 2. Die feinen gefrorenen Teilchen 7 werden in Form der noch feineren Bruchstücke oder Teilchen 11 in der Weise verteilt, daß sie die Oberfläche des festen Körpers 2 abreiben, ohne gegen die Oberfläche des festen Körpers 2 unmittelbar zu prallen, wobei sie mit der Seitenwand der organischen Schicht 10 kollidieren, wie es beispielsweise in den Fig. 2(d) und 2(e) schematisch angedeutet ist.

Wenn Stickstoffgas, das nicht besonders dargestellt ist, zum Aufstrahlen der feinen gefrorenen Teilchen 7 zusammen mit den gefrorenen Teilchen 7 aufgestrahlt wird, so daß die Kollision mit der organischen Schicht 10 erfolgt, so wird diese organi sche Schicht 10 abgekühlt, verfestigt und kontrahiert. Somit wird die Adhäsion zwischen der organischen Schicht 10 und der Oberfläche des festen Körpers 2 verringert. Der Tieftempera tureffekt, daß die organische Schicht 10 gekühlt und die Adhäsion zwischen der organischen Schicht 10 und der Oberflä che des festen Körpers 2 verringert wird, in Zusammenwirkung mit dem Effekt, daß die feinen gefrorenen Teilchen 11 die Oberfläche des festen Körpers 2 abreiben, ermöglicht es, daß die organische Schicht 10 in effizienter Weise entfernt werden kann.

Wenn die feinen gefrorenen Teilchen auf einen zu reinigenden festen Körper treffen, wird ein Teil der Oberfläche der aufgetroffenen Teilchen verflüssigt, wobei momentan eine Oberflächenspannung auftritt und die Oberfläche der Teilchen sich wieder verfestigt. Zu diesem Zeitpunkt werden Partikel von Verunreinigungen oder Öl auf der Oberfläche des festen Körpers teilweise in den Teilchen absorbiert, woraufhin die feinen gefrorenen Teilchen weggewaschen und entfernt werden.

Der oben beschriebene Reinigungsmechanismus wirkt in einer kombinierten Form in Abhängigkeit von den Eigenschaften des zu reinigenden festen Körpers. Die Tabelle 2 zeigt einen Vergleich zwischen dem erfindungsgemäßen Verfahren und einem herkömmlichen Verfahren zum Reinigen der Oberfläche eines festen Körpers im Hinblick auf die Wirkung zum Entfernen von Polystyrol-Latex-Teilchen, die eine Teilchengröße von 0,322 µm haben.

Tabelle 2

Gemäß der Erfindung werden somit Verunreinigungen in Form von feinen Partikeln oder organischen Schichten, die sich auf der Oberfläche eines festen Körpers abgelagert haben, in beson ders effizienter Weise entfernt, wobei die feinen gefrorenen Teilchen aufgestrahlt werden und die Härte dieser feinen gefrorenen Teilchen in Abhängigkeit von der Härte der Ober fläche des festen Körpers eingestellt werden. Damit kann eine wesentlich verbesserte Reinigungswirkung erzielt werden.

Claims

1. Verfahren zum Reinigen einer Oberfläche eines festen Körpers, dadurch gekennzeichnet,
daß feine gefrorene Teilchen einer Flüssigkeit durch Gefrie ren der Flüssigkeit erzeugt werden,
daß die Teilchen gegen die zu reinigende Oberfläche des festen Körpers gestrahlt werden,
und daß die Härte der feinen gefrorenen Teilchen eingestellt wird, so daß Beschädigungen der zu reinigenden Oberfläche des festen Körpers vermieden werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Härte der feinen gefrorenen Teilchen so eingestellt wird, daß sie gleich der oder kleiner als die Härte der zu reinigenden Oberfläche des festen Körpers ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Art der zu gefrierenden Flüssigkeit geändert wird, um die Härte der feinen gefrorenen Teilchen zu variieren.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Stickstoffgas verwendet wird, um die Flüssigkeit zu gefrieren und die feinen gefrorenen Teilchen aufzustrahlen, und daß die zu gefrierende Flüssigkeit aus den Flüssigkeiten gewählt wird, die einen Verfestigungspunkt haben, der höher ist als die Temperatur des Stickstoffgases.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Eisbildungstemperatur, bei der die Flüssigkeit gefro ren wird, und die Strahltemperatur der feinen gefrorenen Teilchen verändert werden, um die Härte der feinen gefrorenen Teilchen einzustellen.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit aus den Flüssigkeiten gewählt wird, die Methanol, Glycerin, Flon 113 als Lösungsmittel, Wasser und reines Wasser umfassen, um die Härte der feinen gefrorenen Teilchen in Abhängigkeit von der erforderlichen Härte einzu stellen.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die feinen gefrorenen Teilchen zusammen mit der mit Stickstoffgas gekühlten Luft gegen die zu reinigende Oberflä che des festen Körpers gestrahlt werden, um die Tieftempera turreinigung durchzuführen.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren zum Reinigen einer Oberfläche eines festen Körpers verwendet wird, der mit einer schichtenförmigen oder filmförmigen Verunreinigung überzogen ist.