DE4237767A1

DE4237767A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen von Bauteiloberflächen, insbesondere von mit Partikeln kontaminierten hochreinen Oberflächen von für die Elektronikfertigung bestimmten Bauteilen, wie Masken, Wafern od. dgl.

Info

Publication number: DE4237767A1
Application number: DE19924237767
Authority: DE
Inventors: Gerd Dipl Ing Kohler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1992-11-09
Filing date: 1992-11-09
Publication date: 1994-05-11

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen von Bauteilober flächen, insbesondere von mit Partikeln kontaminierten hochreinen Oberflächen von für die Elektronikfertigung bestimmten Bauteilen, wie Masken, Wafern od. dgl.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Reinigen von Bauteiloberflächen, insbesondere von mit Partikeln kontaminierten hochreinen Oberflächen von für die Elek tronikfertigung bestimmten Bauteilen, wie Masken, Wafer od. dgl. Daneben bezieht sich die Erfindung auch auf die zugehörige Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einer Halterung für das Bauteil und einem Gasreservoir zur Beaufschlagung des Bauteiles mit unter Überdruck stehendem hochreinen Gas.

Speziell bei der Halbleiterherstellung werden beispiels weise die dabei verwendeten Masken mit naß-chemischem Rei nigungsverfahren behandelt. Diese Verfahren haben zum Ziel, auf der Maske befindliche Partikel zu entfernen, da sie sonst zum Ausschuß der durch phototechnische Belich tung herzustellenden Halbleiter führen könnten. Daneben wurde bisher auch versucht, durch Anblasen mit einem hoch reinen Gas die störenden Partikel von der Maskenoberfläche zu entfernen.

Insbesondere naßchemische Reinigungsverfahren arbeiten teilweise mit aggressiven Bädern, beispielsweise konzen trierte Schwefelsäure, sowie mit Lösemitteln auf FCKW-Ba sis. Durch die zwingend notwendigen Schutz-, Versorgungs und/oder Entsorgungsmaßnahmen sind diese Reinigungsverfah ren aufwendig. Davon abgesehen entziehen sie während der Durchlaufzeit durch eine Anlage für solche Verfahren die Maske dem weiteren Fertigungsprozeß und greifen insbeson dere die Oberfläche der Masken an. Das Anblasen der Mas kenoberfläche mit hochreinem Gas kann aber durch Wirbel bildung, Rezirkulationsströmungen und Ablösungen der Grenzschichtströmung zu unkontrollierbaren Bewegungen einzelner Partikel führen. Außerdem ist der Impulsaus tausch zwischen Strömung und Partikeln auf der zu reini genden Oberfläche durch die geringe Höhe der Partikel und der dort herrschenden niedrigen Grenzschichtströmungsge schwindigkeiten klein. Dies bedeutet konkret, daß strömen de Gase nur vergleichsweise geringe Kräfte auf die Parti kel ausüben, so daß ein sicheres ablösen teilweise nicht erfolgt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und die zugehörige Vorrichtung anzugeben, mit denen Partikel auf Halbleiteroberflächen sicher entfernt werden können, ohne daß naß-chemische Methoden angewandt werden müssen.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein hochreines Gas in definierter Strömungsrichtung ohne Wir belbildung und/oder Ablösung der Grenzschichtströmung auf die Oberfläche einwirkt, wobei gleichzeitig Längswellen das Bauteil durchlaufen, die als Oberflächenwellen eine Querkontraktion zum Ablösen der Teilchen bewirken. Vor zugsweise werden die Längswellen von einer der Stirnseiten durch Impulsaustausch in das Bauteil eingeleitet, wozu vorteilhafterweise Ultraschall eingeprägt wird.

Bei der zugehörigen Vorrichtung bildet erfindungsgemäß die Halterung aus zwei Spannbacken und zugehörigen Seitentei len einen Behälter mit einer Gaszuführöffnung, einem Druckraum und einem Gasauslaß und ist das Bauteil in der Halterung derart eingespannt, daß sich zwischen Bauteil oberfläche und dem gegegenüberliegenden Seitenteil jeweils ein Strömungskanal entsteht. Vorzugsweise haben die Strö mungskanäle eine variable Spaltweite, wobei aber insbeson dere das Bauteil mittig im Behälter angeordnet ist und die Strömungskanäle eine gleiche Spaltweite haben.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich in einfacher Weise in bestehende Anlagen integrieren. Dabei kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch die Austrittsöff nung das mit Partikeln kontaminierte Gas beispielsweise in einen Filter oder in einer Raumraumabluftführung ge leitet werden.

Besonders vorteilhaft ist bei der Erfindung durch das simultane Einwirken von Ultraschall auf das zu reinigende Bauteil, auf die die Strömungskanäle begrenzenden Innen seiten der Reinigungsvorrichtung sowie auf die Gasströmung selbst, daß sich die Partikel sicher lösen und von der gerichteten Strömung weggetragen werden. Zwar ist aus der EP-A-0 292 779 bereits ein Verfahren bekannt, mit dem zur Reinigung von Innenlumina von Bauteilen ein dabei verwen detes strömendes Spülmedium und/oder das Bauteil gleicher maßen mit Ultraschall beaufschlagt werden und durch die dadurch entstehenden Kavitationen ein Reinigungseffekt erzielt wird. Nicht vorgesehen und geeignet ist dabei der artiges Verfahren speziell für die Reinigung von ebenen und großflächigen Bauteiloberflächen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Aus führungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigen

Fig. 1 das Prinzip der Erregung von Längs- und Oberflä chenwellen in bzw. auf einer Bauteiloberfläche und

Fig. 2 in Schnittdarstellung eine Vorrichtung zum Reinigen von mit Partikeln kontaminierten hochreinen Bauteil oberflächen und

Fig. 3 einen senkrechten Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 2.

In Fig. 1 ist mit 1 eine Maske als Bauteil für die Halblei terfertigung schematisch dargestellt. Derartige Masken 1 dienen zur Belichtung von Halbleiter-Wafern. Statt der Maske 1 kann auch ein derartiger Wafer selbst als zu reinigendes Bauteil behandelt werden.

Die Maske 1 hat Oberflächen 2 und 3, die mit störenden Partikeln kontaminiert sein können. Derartige Partikel müssen für die Halbleiterfertigung zwingend beseitigt wer den, da es ansonsten zu unerwünschten Artefakten kommen kann. Dies erfolgt bisher im wesentlichen mittels naßche mischer Methoden im Reinstraum solange, bis bei der Kon trolle ein befriedigendes Ergebnis vorliegt.

Aus Umweltschutzgründen wird angestrebt, die naßchemischen Methoden, bei denen auch insbesondere Lösemittel auf FCKW- Basis verwendet werden, durch andere Methoden zu ersetzen. Dazu wurde insbesondere das Anblasen der Bauteiloberflä chen mit hochreinem Gas erprobt, wobei das Ergebnis aber nicht befriedigen konnte. Es wurde erkannt, daß dabei die adsorbierten Partikel wegen des nur geringen Impulsaus tausches zwischen Strömung und Partikeln auf der Bauteil oberfläche haften bleiben. An diesem Punkt wird nunmehr gezielt angesetzt:
Wenn nämlich die Maske 1 durch Schwingungsanregung - bei spielsweise durch den Piezoeffekt, durch Anstoßen mittels eines Hammers oder sonstigen Impulsaustausch - zur Ausbreitung von Längswellen angeregt wird, ergibt sich mit dem Fortpflanzen der Längswelle eine Oberflächenkonfigu ration, wie sie in der Anschnittsvergrößerung der Fig. 1 dargestellt ist. Dafür werden beispielsweise Schallwellen an einer der Stirnseiten der Maske 1 eingeleitet. Insbe sondere die hohe Schallgeschwindigkeit von Glas als Mas kenmaterial (c = 4000 bis 5000 m/s) führt zu hohen Längs beschleunigungen in der Maske 1. Durch die negative Quer kontraktion der Maskendicke treten entsprechende Normal beschleunigungen an den Oberfläche 2′ und 3′ der Maske 1 auf, die eine Oberflächenwelle realisiert. Dadurch werden einzelne auf der Maske 1 sitzende Partikel von den Ober flächen 2 bzw. 3 gewissermaßen abgeschüttelt. Durch eine Gasströmung können diese Partikel dann weggetragen werden. Dabei muß dafür gesorgt werden, daß hochreines Gas ver wendet wird, das in definierter Strömungsrichtung ohne Wirbelbildung und/oder ohne Ablösung der Grenzschichtströ mung auf die Oberfläche der Maske 1 einwirkt.

Die Reinigungsvorrichtung gemäß Fig. 2 bzw. Fig. 3 ist so aufgebaut, daß die dort eingebrachte Maske 1 beidseitig gereinigt wird. Dafür sind zwei Spannbacken 11 und 12 als Halterung für die Maske 1 vorhanden, die zusammen mit zwei Seitenteilen eine Kammer 10 mit zwei Strömungskanälen 15 und 16 bilden. Die Kammer 10 ist an der Vorderseite durch eine Abdeckwand 17 abgeschlossen, die eine zentrale Öff nung 18 für die Gaszufuhr aufweist. Unmittelbar hinter der Öffnung 18 für die Gaszufuhr ist vor der Maske 1 ist ein Druckraum 19 gebildet. Längs der Oberflächen der Maske 1 in Strömungsrichtung der Kanäle 15 und 16 kommt es dann zu einem Druckgradienten des Gases, welches anschließend über einen Gasauslaß 10 nach außen gelangt. Dabei kann das ver brauchte Gas einschließlich der abgelösten Partikel über einen Filter zu einer nicht dargestellten Abluftreinigung geführt werden.

In der unteren Spannbacke 12 sind beispielsweise vier Piezoschwinger 2′ eingebaut, die in unmittelbarem Kontakt mit der Maske 1 stehen und senkrecht auf der Maske 1 ver laufende Oberflächenwellen erzeugen.

Durch geeignete konstruktive Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß Fig. 2 kann die Spaltweite h der Strömungskanäle 15 und 16 variabel ausgebildet sein. Es empfiehlt sich aber, die Spaltbreite h der Strömungskanäle gleich zu wählen. In jedem Fall sind die Spannbacken 11 und 12 derart ausge staltet, daß sie an der Vorderseite einen Hohlraum bilden, in den die beiden Strömungskanäle münden, wodurch der Druckraum definiert ist.

Als hochreines Gas für den Druckraum wird beispielsweise Stickstoff mit einstellbarem Absolutdruck verwendet. Das Gas gelangt aufgrund der konstruktiven Ausbildung der Kam mer 10 so auf die Oberflächen der Maske 1, und bildet in Richtung seiner Strömung einen Druckgradienten Δp aus, wodurch längs der Strömungskanäle 15 und 16 eine ablö sungs- und wirbelfreie Grenzschichtströmung entsteht. Da durch die Ultraschallbeaufschlagung die Bindung der Par tikel an die Oberfläche gelöst oder nur noch sehr gering ist, läßt sich durch die Grenzschichtströmung des Gases ein definierter Partikeltransport in Richtung des Druck gradienten realisieren. Somit erfolgt in kurzer Zeit eine sichere Reinigung der Maske.

Claims

1. Verfahren zum Reinigen von Bauteiloberflächen, insbe sondere von mit Partikeln kontaminierten hochreinen Ober flächen von für die Elektronikfertigung bestimmten Bau teilen, wie Masken, Wafer od. dgl., dadurch gekennzeichnet, daß ein hochreines Gas in definierter Strömungsrichtung ohne Wirbelbildung und/oder Ablösung der Grenzschichtströmung auf die Oberfläche ein wirkt, wobei gleichzeitig Längswellen das Bauteil durch laufen, die als Oberflächenwellen eine Querkontraktion zum Ablösen der Teilchen bewirken.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Längswellen von einer der Stirnseiten durch Impulsaustausch in das Bauteil ein geleitet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, da durch gekennzeichnet, daß als Längs wellen Ultraschall in das Bauteil eingeprägt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß als hochreines Gas Stick stoff verwendet wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An spruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 4 mit einer Hal terung für das Bauteil und einem Gasreservoir zur Beauf schlagung des Bauteiles mit unter Überdruck stehendem Gas, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (10) aus zwei Spannbacken (10, 11) und zugehöri gen Seitenteilen (13, 14) einen Behälter mit einer Gaszu führöffnung (18) und einem Druckraum (19) bildet und daß in der Halterung (10) das Bauteil (1) derart eingespannt ist, daß zwischen den Bauteiloberflächen und den gegen überliegenden Seitenteilen (13, 14) jeweils ein Strömungs kanal (15, 16) gebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, daß die Strömungskanäle (15, 16) eine variable Spaltweite (h) haben.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, da durch gekennzeichnet, daß das Bau teil (1) mittig im Behälter (10) angeordnet ist und die Strömungskanäle (15, 16) eine gleiche Spaltweite (h) ha ben.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, daß die Spannbacken (11, 12) derart ausgebildet sind, daß der Druckraum (14) zwischen der Gaszuführöffnung (18) und dem Bauteil (1) verbleibt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, daß zur Erzeugung der Längs wellen zumindest in einer der Spannbacken (11, 12) wenig stens ein Piezoschwinger (21) angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, daß durch die Austrittsöffnung (20) das mit Partikeln kontaminierte Gas in ein Filter und/oder in eine Reinraumabluftführung geleitet wird.