DE4030434C2

DE4030434C2 - Verfahren zum Reinigen der Oberfläche eines festen Körpers

Info

Publication number: DE4030434C2
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: 1995-08-17
Anticipated expiration: 2010-09-27
Also published as: US5147466A; DE4030434A1; JPH03116832A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen der Ober fläche eines festen Körpers, insbesondere eines Wafers, wobei eine organische Schicht wie z. B. Öl von der Oberfläche des Körpers ent fernt wird, wozu feine gefrorene Teilchen einer Flüssig keit durch Gefrieren der Flüssigkeit erzeugt und die Teil chen gegen die zu reinigende Oberfläche des festen Körpers gestrahlt werden.

Die Fig. 4 und 5 zeigen schematische Darstellungen zur Erläu terung einer herkömmlichen Art eines Reinigungsverfahrens zum Reinigen, insbesondere zum Entfetten eines Halbleiterwafers.

Um Verunreinigungen zu entfernen, die sich auf der Oberfläche des Halb leiterwafers abgesetzt haben, wird superreines Wasser aus einer Sprühdüse 1 mit einem hohen Druck von 30 bar oder mehr in Form eines Strahles gegen die Oberfläche dieses 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 aus der Sprühdüse 1 aufge sprüht wird. Zur gleichen Zeit rotiert eine zylindrische Bürste 5 um eine Drehachse 4 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 sind 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 nicht ausreichend ist.

Wenn der Druck zum Aufstrahlen der Flüssigkeit erhöht wird, beispielsweise auf Werte von 100 bar 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 des 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.

Aus der DE 25 43 019 A1 ist ein Verfahren der eingangs ge nannten Art bekannt, welches mit Eispartikeln, die aus gefrorenen Teilchen einer Flüssigkeit bestehen, arbeitet. In dieser Druckschrift wird eine Vielzahl von Strahlmitteln und Treibmitteln vorgeschlagen, wobei eine möglichst hohe Dichte der Eispartikel sichergestellt werden soll. Nach dem bekannten Verfahren sind Arbeitstemperaturen bis +50°C ohne weiteres möglich. Zum Entfernen organischer Schich ten wie z. B. Öl von der Oberfläche eines Körpers, insbesondere eines Wafers eignet sich das bekannte Verfahren nur sehr wenig, da besondere adhäsive Verhältnisse vorliegen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß eine verbesserte Reinigungsleistung erzielbar ist.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach Patentanspruch 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Durch die Verwendung eines abgekühlten Gases als Treibmittel wird die zu entfernende organische Schicht abgekühlt und versprödet, wodurch die Adhäsion zwischen der organischen Schicht und der Oberfläche des zu reinigenden Körpers vermindert wird. Durch die Einstellung der Härte der gefrorenen Teilchen wird dabei eine Beschädigung der zu reinigenden Oberfläche vermieden.

Die Erfindung wird nachstehend, auch hinsichtlich ihrer 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 der 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.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Reinigen einer Oberfläche eines festen Körpers. Bei dem 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 eines festen Kör pers 2 gesprüht, und zwar mit einem Druck von 1 bis 10 bar 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 des festen Körpers 2 ist, so daß diese Oberfläche 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 7 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 gefrorenen Teilchen gemäß dem Verfahren wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 1 näher erläutert.

Die feinen gefrorenen Teilchen 7 werden in noch kleinere feine gefrorene Teilchen 11 zertrümmert, 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 11 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 Verfahren beim Entfernen eines organischen Filmes oder einer organischen Schicht von Öl oder dergleichen. Zunächst einmal kollidieren die feinen gefrorenen Teilchen 7 mit der 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 kollidieren, werden in noch feinere gefrorene Teilchen 11 auf dieser Oberfläche zertrümmert, da sie nicht so hart sind wie der feste Körper 2. Die feinen gefrorenen Teilchen 7 werden in Form von noch feineren Bruchstücken 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 in den Fig. 2(d) und 2(e) schematisch angedeutet ist.

Wenn man Stickstoffgas zum Aufstrahlen der feinen gefrorenen Teilchen 7 verwendet, so wird die 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 (die organische Schicht 10 wird gekühlt und die Adhäsion zwischen der organischen Schicht 10 und der Oberflä che des festen Körpers 2 verringert) in Zusammenwirkung mit dem Effekt, daß die feinen gefrorenen Teilchen 11 die Oberfläche des festen Körpers 2 abreiben, ermöglicht es, die organische Schicht 10 in effizienter Weise zu entfernen.

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 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 Kör pers, insbesondere eines Wafers, wobei eine organische Schicht wie z. B. Öl von der Oberfläche des Körpers ent fernt wird, wozu feine gefrorene Teilchen einer Flüssig keit durch Gefrieren der Flüssigkeit erzeugt und die Teil chen gegen die zu reinigende Oberfläche des festen Körpers gestrahlt werden, wobei das Gas, welches als Treibmittel zum Strahlen verwendet wird, auf eine Temperatur abgekühlt wird, bei welcher die Adhäsion zwischen der organischen Schicht und der Oberfläche des festen Körpers verringert wird, und wobei die Härte der gefrorenen Teilchen durch Einstellung ihrer Temperatur und/oder die Art der zu ge frierenden Flüssigkeit so eingestellt wird, daß sie gleich der oder kleiner als die Härte der zu reinigenden Oberflä che des festen Körpers ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Treibmittel Stickstoffgas verwendet wird und daß die zu gefrierende Flüssigkeit eine Verfestigungstemperatur hat, die höher ist als die Temperatur des Stickstoffgases.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit Methanol, Glycerin, Flon 113 als Lösungs mittel, Wasser, insbesondere superreines Wasser, umfaßt.