DE60133618T2

DE60133618T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung von einem einzigem Substrat

Info

Publication number: DE60133618T2
Application number: DE60133618T
Authority: DE
Inventors: Yuji Ono; Ryoichi Hachioji-shi Ohkura
Original assignee: Ses Co Ltd Ome; SES Co Ltd
Current assignee: Ses Co Ltd Ome; SES Co Ltd
Priority date: 2000-12-05
Filing date: 2001-08-28
Publication date: 2008-08-07
Anticipated expiration: 2021-08-29
Also published as: DE60133618D1; EP1213746B1; IL145118A0; US20020074020A1; EP1213746A2; JP2002176026A; KR100812482B1; SG101461A1; US20030047192A1; US6807974B2; EP1213746A3; CN1217386C; US7029538B2; KR20020044536A; CN1357907A; ATE392709T1; TW518684B

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Substratreinigungsverfahren und eine Substratreinigungsvorrichtung für Einzelwafer und im Besonderen ein Nassreinigungsverfahren für Einzelwafer oder ein System zur Anwendung einer Reinigungsbehandlung bei einzelnen Substraten wie zum Beispiel Halbleiterwafern während der Herstellung, sowie zur Anwendung bei gewissen Bauelementen wie zum Beispiel Elektronikteilen und dergleichen.
2. Stand der Technik
Bisher war ein sogenanntes Chargen-Nassreinigungssystem das Hauptverfahren zur Reinigung von Substraten wie zum Beispiel Halbleiterwafern (in Folgenden einfach als „Wafer" bezeichnet), wobei in einer Kassette befindliche Wafer der Reihe nach in reihenweise angeordnete Nassreinigungsbäder in Tischausführung eingetaucht werden, oder wobei die Wafer ohne Kassette mittels Transportvorrichtung direkt in die Reinigungsbäder eingetaucht werden. Nun haben aber Halbleiterbauelemente das Submikron-Zeitalter erreicht, werden als Mikrostrukturen hergestellt und sind hochintegriert, so dass die Oberfläche der Wafer jetzt eine sehr hohe Reinigungsdichte erfordert, und nicht in einer Kassette befindliche Wafer müssen in einem geschlossenen Reinigungsgehäuse einzeln nassgereinigt werden. zu diesem Zweck wurde ein sogenanntes Einzelwafer-Nassreinigungssystem entwickelt, das die Anforderung einer höheren Reinigungsdichte erfüllen soll – siehe z. B. EP 0 434 307 und US 4 519 846 .
Mit dem Einzelwafer-Nassreinigungssystem können Wafer mittels eines kompakten und einfachen Reinigungssystems in einer relativ reinen Atmosphäre gereinigt werden, wo sich keine Teilchen und dergleichen an der Oberfläche des Wafers ablagern und dort verbleiben. Dieses System bildet daher eine praktische Lösung für die Kleinserienfertigung.
Mit dem Einzelwafer-Nassreinigungssystem können Wafer durch Auftragen von diversen flüssigen Chemikalien auf ihre Oberfläche in einer vorgegebenen Reihenfolge gereinigt und trocken geschleudert werden, wobei die Wafer mit hoher Drehzahl gedreht werden. Je nach den verwendeten flüssigen Chemikalien kann jedoch in der Trockenphase in einigen Fällen Sauerstoff im geschlossenen Reinigungsgehäuse verbleiben, so dass die Oberfläche der Wafer oxidationsanfällig ist. Die Verbesserung des Systems ist also wünschenswert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der oben erwähnten Probleme von herkömmlichen Systemen entwickelt und stellt sich die Aufgabe, ein Einzelwafer-Reinigungsverfahren bereit zu stellen, das die Oxidation der Oberfläche des Wafers wirksam verhindert und die Vorteile des Einzelwafer-Nassreinigungssystems zur Einzelreinigung von nicht in einer Kassette befindlichen Wafer in einem geschlossenen Reinigungsgehäuse optimiert.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Einzelwafer-Reinigungsvorrichtung zur Durchführung des oben als erste Aufgabe der Erfindung genannten Einzelwafer-Reinigungsverfahrens.
Um diese Aufgaben zu erfüllen, umfasst das vorgesehene Verfahren die Anwendung einer Schleudertrockenbehandlung, wobei der Wafer abgestützt und schnell gedreht wird und während des Trockenvorgangs ein Inertgas zur Verhinderung der Oxidation auf die Oberfläche des Wafers geleitet wird, und wobei das auf die Oberfläche des Wafers geleitete Inertgas so beschaffen ist, dass der äußere Bereich des Wafers eine größere Menge erhält als seine Mitte.
In der bevorzugten Ausführungsform soll sich im äußeren Bereich der Oberfläche des Wafers ein geschlossener Trockenraum bilden, und das Inertgas wird dem Inneren des geschlossenen Trockenraums zugeleitet, wobei das Inertgas ein Stickstoffgas ist (im Folgenden als N₂-Gas bezeichnet).
Die erfindungsgemäße, zur Durchführung des obigen Reinigungsverfahrens geeignete Einzelwafer-Reinigungsvorrichtung umfasst (1) ein Waferdrehmittel zum Abstützen und Drehen eines Einzelwafers in horizontaler Lage im Reinigungsgehäuse; (2) eine Reinigungskammer im äußeren Bereich des Waferdrehmittels zur Bildung eines Reinigungsraums für den drehbar vom Waferdrehmittel abgestützten Wafer; (3) ein Zufuhrmittel für flüssige Chemikalien zur Zufuhr der Reinigungsflüssigkeit zur Oberfläche des drehbar vom Waferdrehmittel abgestützten Wafers; (4) und ein Zufuhrmittel für Inertgas zur Zufuhr von N₂-Gas zur Verhinderung der Oxidation der Oberfläche des drehbar vom Waferdrehmittel abgestützten Wafers, wobei der Zufuhranschluss des Zufuhrmittels für Inertgas so beschaffen ist, dass der äußere Bereich des Wafers eine größere Menge N₂-Gas erhält als seine Mitte.
Bei der bevorzugten Ausführungsform weist das Zufuhrmittel für Inertgas einen Gasinjektionsabschnitt auf, der aus einem kreisrunden Abdeckkörper besteht, der unter Zusammenwirken mit der Reinigungskammer einen geschlossenen Trockenraum im äußeren Bereich der Oberfläche des drehbar vom Waferdrehmittel abgestützten Wafers bildet, wobei der Gasinjektionsabschnitt aus einem flachen Hohlkörper besteht, der mit einer Inertgasquelle auf seiner Innenseite und dem Zufuhranschluss am ebenen Bodenteil kommuniziert.
Der Zufuhranschluss des Gasinjektionsabschnitts weist eine Vielzahl von Injektionsöffnungen aus, die radial verteilt und konzentrisch mit der Oberfläche des drehbar vom Waferdrehmittel abgestützten Wafers angeordnet sind, und diese Injektionsöffnungen sind so ausgelegt, dass die Summe der Flächeninhalte der Injektionsöffnungen im äußeren Bereich der Oberfläche des Wafers größer ist als die in dessen Mitte, da die Injektionsöffnungen zum äußeren Bereich des Wafers gerichtet sind.
Im hohlen Teil des Gasinjektionsabschnitts ist ferner ein Leitblech vorgesehen, das den direkten Zufluss des Inertgases zur Mitte des Zufuhranschlusses für Inertgas verhindert.
In dem erfindungsgemäßen Einzelwafer-Reinigungssystem wird die Oberfläche des Wafers mit verschiedenen flüssigen Chemikalien in einer vorgegebenen Reihenfolge im geschlossenen Reinigungsgehäuse gereinigt, und schließlich wird der Wafer unter schnellem Drehen trocken geschleudert, wobei jedoch je nach der Art der verwendeten Chemikalie(n) mit hoher Wahrscheinlichkeit Sauerstoff in der Reinigungskammer zurückbleibt, der zur Oxidation der Oberfläche des Wafers führt.
Zur Lösung des obigen Problems sieht die Erfindung eine Schleudertrockenbehandlung des vom Waferdrehmittel abgestützten und mit hoher Drehzahl gedrehten Wafers vor, während zur Verhinderung der Oxidation der Oberfläche des Wafers N₂-Gas zugeführt wird.
Das Ausmaß der Oxidation des Wafers hängt von der Sauerstoffkonzentration in der die Oberfläche des Wafers umgebenden Atmosphäre ab, und von den Erfindern vorgenommene Forschung und Versuche haben erwiesen, dass die Sauerstoffkonzentration in der die Oberfläche des Wafers umgebenden Atmosphäre im Normalfall im äußeren Umfangsteil der Oberfläche des Wafers höher ist als in dessen Mitte.
Wenn also die Oxidation des Wafers verhindert werden soll, muss die Sauerstoffkonzentration im äußeren Umfangsteil der Oberfläche des Wafers auf null (0) oder nahezu null (0) reduziert werden, und zu diesem Zweck muss das Reinigungsgehäuse durch Zufuhr von N₂-Gas zu seinem Innenraum gespült werden. Das erfordert jedoch ein beachtliches N₂-Gasvolumen, was die Betriebskosten erhöhen wurde und daher unwirtschaftlich ist.
Nach der Erfindung muss die zur Oberfläche des Wafers geleitete N₂-Gasmenge so beschaffen sein, dass der äußere Umfangsteil des Wafers mehr Gas erhält als die Mitte, so dass die Sauerstoffkonzentration null (0) oder nahezu null (0) werden kann, während der N₂-Gasverbrauch zur Vermeidung der Oxidation der Oberfläche des Wafers möglichst stark reduziert wird.
Im Detail umfasst das Trockenverfahren des Einzelwafer-Reinigungssystems zur Einzelreinigung von nicht in einer Kassette befindlichen Wafer im geschlossenen Reinigungsgehäuse die Abstützung und Drehung des Wafers durch das Waferdrehmittel, wodurch der Wafer einer Schleudertrockenbehandlung unterzogen wird, während seiner Oberfläche zur Verhinderung der Oxidation N₂-Gas zugeleitet wird, und die zur Oberfläche des Wafers strömende Inertgasmenge ist so beschaffen, dass der äußere Umfangsteil des Wafers eine größere Menge Inertgas erhält als seine Mitte. Demgemäß kann die Zweckmäßigkeit des Einzelwafer-Reinigungssystems durch ein Verfahren verbessert werden, das die Oxidation der Oberfläche des Wafers wirksam verhindert.
Im Einzelwafer-Reinigungssystem wird also der Wafer durch Einführen von verschiedenen flüssigen Chemikalien in einer vorgegebenen Reihenfolge im geschlossenen Reinigungsgehäuse gereinigt und schließlich unter schnellem Drehen trocken geschleudert, während gleichzeitig zur Verhinderung der Oxidation des Wafers N₂-Gas zugeführt wird. Das Ausmaß der auf dem Wafer entstehenden Oxidation hängt von der Sauerstoffkonzentration in der die Oberfläche des Wafers umgebenden Atmosphäre ab.
Wenn also gemäß der Erfindung die zur Oberfläche des Wafers strömende N₂-Gasmenge so beschaffen ist, dass der äußere Umfangsteil des Wafers mehr N₂-Gas erhält als seine Mitte, wird die Sauerstoffkonzentration im Wesentlichen auf null (0) oder nahezu null (0) reduziert, während der N₂-Gasverbrauch möglichst stark reduziert wird, wodurch die Oxidation der Oberfläche des Wafers verhindert wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Vorderansicht des inneren Aufbaus einer Einzelwafer-Reinigungsvorrichtung nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung im Schnitt;
2 ist eine vergrößerte Vorderansicht der relativen Anordnung des Waferdrehabschnitts und des Inertgaszufuhrabschnitts der Einzelwafer-Reinigungsvorrichtung im Schnitt;
3 ist eine vergrößerte Vorderansicht der relativen Anordnung des Waferdrehabschnitts und des Inertgaszufuhrabschnitts in der Trockenstufe im Schnitt;
4(A) bis (C) sind Unteransichten der tatsächlichen Anordnung der Injektionsöffnungen des Gasinjektionsabschnitts im Inertgaszufuhrabschnitt; und
5 zeigt die Verteilung der Sauerstoffkonzentration in der die Oberfläche des von einem Wafertragabschnitt des Waferdrehabschnitts abgestützten Wafers umgebenden Atmosphäre im Normalzustand.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
In der in 1 gezeigten Einzelwafer-Reinigungsvorrichtung werden alle nicht in einer Kassette befindlichen Wafer W in einem geschlossenen Reinigungsgehäuse 1 nassgereinigt, und das geschlossene Reinigungsgehäuse 1 umfasst einen Waferdrehabschnitt (ein Waferdrehmittel) 2 zur drehbaren Abstützung des Wafers W in horizontaler Lage, eine relativ vertikal bewegliche Reinigungskammer 3, einen Zufuhrabschnitt für flüssige Chemikalien (Zufuhrmittel für flüssige Chemikalien) 4 zur Zufuhr der Reinigungsflüssigkeit, einen Zufuhrabschnitt für Inertgas (Zufuhrmittel für Inertgas) 5 zur Zufuhr des die Oxidation verhindernden N₂-Gases und ein Steuergerät 6 zur Steuerung der Antriebs der genannten Abschnitte und zur gegenseitigen Verriegelung der Hauptbauteile.
Das Reinigungsgehäuse 1 kann oben zur Reinigung verschlossen werden und dient zur Aufnahme von diversen Einheitsantrieben im unteren Teil, die im oberen Raum angeordnet sind. Eine nicht im Detail gezeigte verschließbare Waferein/ausgabestelle im oberen Raum des Reinigungsgehäuses 1, wo der Wafer W eingeführt bzw. herausgenommen wird, ist so aufgebaut, dass sie im geschlossenen Zustand luftdicht und wasserdicht ist.
Der Waferdrehabschnitt 2 dreht einen Einzelwafer W in horizontaler Lage und stützt den Einzelwafer W während der Reinigungs- und Schleudertrockenbehandlung ab; er besteht aus einer Welle 10, einem am oberen Ende der Welle 10 befestigten und von diesem getragenen Wafertragabschnitt 11 in horizontaler Lage und einem Antriebsmotor 12 zum Drehantrieb der Welle 10.
Der Wafertragabschnitt 11 und die Welle 10 sind in der Mitte des Reinigungsgehäuses 1 in einem Lagerzylinder 13 vertikal gelagert, und ein Einzelwafer W kann vom Wafertragabschnitt 11 in horizontaler Lage abgestützt werden.
Der Wafertragabschnitt 11 weist insbesondere wie in 2 und 3 gezeigt einen Waferauflageabschnitt 14 zur Montage und Abstützung des Umfangsrandes des Wafers W auf.
Der Waferauflageabschnitt 14 wird vom Wafertragabschnitt 11 in horizontaler Lage getragen und besteht aus einem Napfkörper, der am Umfangsrand geneigt ist und zum äußeren Bereich hin ansteigt. Der Waferauflageabschnitt 14 weist eine Vielzahl von Klauen 14a, 14a etc. auf, die den Außenrand des Wafers W tragen. Die Klauen 14a, 14a etc. des Waferauflageabschnitts 14 haben die selbe Höhe, so dass der Umfangsrand des Wafers W in horizontaler Lage abgestützt werden kann. Die Konfiguration der Tragfläche der einzelnen Klauen 14a entspricht im Querschnitt der Kontur des Umfangsrandes des Wafers W, und der Eckabschnitt des Umfangsrandes der einzelnen Klauen 14a kann den quadratischen Umfangsrand des Wafers W im Querschnitt unter Punkt- oder Linienberührung kontaktieren und abstützen.
Die Welle 10 wird vom Lagerzylinder 13 drehbar aufrecht gelagert, und das untere Ende der Welle 10 steht mit dem Antriebsmotor 12 in Verbindung und wird vom Antriebsmotor 12 über einen dazwischen angeordneten Riemen in eine Drehbewegung versetzt, wodurch der Wafertragabschnitt 11 mit einer gegebenen Drehzahl gedreht wird. Während der Reinigungsvorgangs wird die Drehzahl der Welle 10 auf einen niedrigen Wert, z. B. 40 bis 50 U/min, eingestellt, während der Schleudertrockenbehandlung auf einen hohen Wert von 3000 U/min.
In der Reinigungskammer 3 wird der Wafer W der Reinigung unterzogen, und ihre Innenmaße werden in Verbindung mit dem Wafertragabschnitt 11 des Waferdrehabschnitts 2 wie unten beschrieben bestimmt, und sie ergibt einen Reinigungsraum für den drehbar vom Waferdrehabschnitt 2 abgestützten Wafer W im äußeren Bereich des Waferdrehabschnitts 2.
Im Detail weist die Reinigungskammer 3 mehrere Stufen von ringförmigen Behandlungsbädern 15 bis 18 auf, die wie in 1 und 2 gezeigt senkrecht an ihrem inneren Umfang angeordnet sind, und sie ist so aufgebaut, dass sie im Verhältnis zum Waferdrehabschnitt 2 senkrecht hoch- und herunterfahren kann.
Bei der gezeigten bevorzugten Ausführungsform sind die vier Stufen der Behandlungsbäder 15 bis 18 vertikal und konzentrisch mit dem Wafer W angeordnet und umgeben daher den vom Wafertragabschnitt 11 des Waferdrehabschnitts 2 abgestützten Wafer W.
Die inneren Umfangsränder der ringförmigen Behandlungsbäder 15 bis 18 sind so angeordnet, dass die zwischen diesen Rändern definierten Ringspalte auf kleine Abstände eingestellt sind, so dass die flüssige(n) Chemikalie(n) und dergleichen nicht nach unten sickern kann (können) und auch nicht mit dem Außenrand des Wafertragabschnitts 11 des Waferdrehabschnitts 2 in Kontakt kommt (kommen).
Die Reinigungskammer 3 kann hoch- und herunterfahren, d. h. vertikal, mit Hilfe einer (nicht gezeigten) Hebeführung, und verfügt über einen Hubmechanismus 20, der die Kammer im Verhältnis zum Wafertragabschnitt 11 des Waferdrehabschnitts 2 um einen gegebenen Hub anheben kann.
Der Hubmechanismus 20 umfasst einen (nicht gezeigten) Vorschubspindelmechanismus, der einen Stützrahmen 21 für die Reinigungskammer 3 nach oben und unten verschiebt, und einen Antriebsmotor 22 zum Drehantrieb des Vorschubspindelmechanismus.
Je nach Reinigungsstufe wird die Reinigungskammer 3 vom Vorschubspindelmechanismus um einen gegebenen Hub senkrecht nach oben oder unten verstellt, wenn der Antriebsmotor 22 fährt, wobei diese Bewegung wie unten beschrieben so mit der Funktion des Waferdrehabschnitts 2 verriegelt ist, dass ein beliebiges ringförmiges Behandlungsbad 15 bis 18 für die Reinigungsstufe aus einer Höhenlage relativ zu dem vom Wafertragabschnitt 11 des Waferdrehabschnitts 2 abgestützten Wafer W aktiviert werden kann.
Mit der Außenseite der Vorrichtung kommunizierende Ablaufabschnitte (nicht im Detail gezeigt) sind an den vier ringförmigen Behandlungsbädern 15 bis 18 vorgesehen. Diese Ablaufabschnitte dienen zum Ablassen der flüssigen Chemikalie(n) oder des Inertgases in den ringförmigen Behandlungsbädern 15 bis 18 und sind so ausgelegt, dass sie nur während der Reinigungsbehandlung im betreffenden Bad geöffnet und während der Reinigungsbehandlung in den anderen Behandlungsbädern geschlossen sind.
Der Zufuhrabschnitt für flüssige Chemikalien 4 leitet die flüssige(n) Chemikalie(n) zur Oberfläche des drehbar vom Waferdrehabschnitt 2 abgestützten Wafers W, ist im oberen Teil des Reinigungsgehäuses 1 angeordnet und kann mit der Flüssigkeitsquelle 25 außen am Reinigungsgehäuse 1 kommunizieren.
Der Zufuhrabschnitt für flüssige Chemikalien 4 besteht aus Injektionsdüsen zur Injektion und Zufuhr der Reinigungsflüssigkeiten) zur Oberfläche des Wafers W von oben, wobei der Wafer W drehbar vom Wafertragabschnitt 11 des Waferdrehabschnitts 2 abgestützt wird. Der Zufuhrabschnitt für flüssige Chemikalien 4 ist so ausgelegt, dass er horizontal in Abwärtsrichtung über dem Reinigungsgehäuse 1 gedreht werden kann, und ist direkt mit einem schwenkbaren (nicht gezeigten) Antriebsmotor verbunden.
Der Zufuhrabschnitt für flüssige Chemikalien 4 ist zur Injektion und Zufuhr der Reinigungsflüssigkeit zu dem drehbar vom Wafertragabschnitt 11 des Waferdrehabschnitts 2 in horizontaler Lage abgestützten Wafers W ausgelegt, während die Oberfläche des Wafers horizontal vom Außenumfang zur Mitte hin gedreht wird.
Bei der in 1 bis 5 gezeigten bevorzugten Ausführungsform ist der Zufuhrabschnitt für flüssige Chemikalien 4 mit Düsenanschlüssen versehen, die jeweils durch eine der betreffenden Reinigungsflüssigkeit entsprechende Nummer gekennzeichnet sind. Insbesondere sind drei (nicht gezeigte) Düsenanschlüsse für die Zufuhr von APM, reinem Wasser und DHF vorgesehen.
Die Injektionsdüsen 26 werden am oberen Ende der Welle 10 entsprechend dem Zufuhrabschnitt für flüssige Chemikalien 4 geöffnet, haben die selbe Anzahl von Düsenanschlüssen wie der Zufuhrabschnitt für flüssige Chemikalien 4, d. h. drei, und sind so aufgebaut, dass sie Reinigungsflüssigkeit von unten aus injizieren und zur Rückseite des Wafers W leiten. Die Injektionsdüsen 26 können über ein Innenrohr der Welle 10 mit der Flüssigkeitsquelle 25 kommunizieren und sind für die Zufuhr von APM, reinem Wasser und DHF vorgesehen.
Der Wafer W kann also gleichzeitig oder selektiv vom und/oder hinten gereinigt werden.
Der Zufuhrabschnitt für Inertgas 5 liefert das die Oxidation der Oberfläche des jeweiligen drehbar vom Waferdrehabschnitt 2 abgestützten Wafers W verhindernde Inertgas und kann mit einer Inertgasquelle 27 oben auf dem Reinigungsgehäuse 1 kommunizieren. Bei der gezeigten bevorzugten Ausführungsform kommt ein N₂-Gas als Inertgas zur Anwendung.
Der in 3 im Detail gezeigte Zufuhrabschnitt für Inertgas 5 ist mit einem Gasinjektionsabschnitt 30 versehen, der von einem den geschlossenen Trockenraum A bildenden kreisrunden Abdeckkörper im äußeren Bereich der Oberfläche des drehbar vom Waferdrehabschnitt 2 abgestützten Wafers W besteht und mit der Reinigungskammer 3 zusammenwirkt.
Der Außenumfang des in 3 gezeigten Gasinjektionsabschnitts 30 kommt mit dem inneren Umfangsteil der Reinigungskammer 3 zum Eingriff, nämlich mit dem Außenumfang des obersten Behandlungsbades 18, wodurch am Außenumfang der Oberfläche des drehbar vom Waferdrehabschnitt 2 abgestützten Wafers W der geschlossene Trockenraum A mit dem nötigen nicht reduzierbaren Mindestvolumen gebildet wird.
Der Gasinjektionsabschnitt 30 besteht aus einem flachen Hohlkörper, der über ein Verbindungsrohr 33 auf der Innenseite der Inertgasquelle 27 mit dieser kommuniziert und unten – von oben, nämlich von der flachen Bodenplatte 31 aus, betrachtet – einen Zufuhranschluss 32 aufweist.
Der Zufuhranschluss 32 weist eine Vielzahl von Injektionsöffnungen 32a, 32a etc. auf, die radial verteilt und konzentrisch mit der Oberfläche des drehbar vom Waferdrehabschnitt 2 abgestützten Wafers W angeordnet sind (siehe 4) und so aufgebaut sind, dass der äußere Umfangsteil des Wafers W mehr N₂-Gas erhält als seine Mitte. Dieser Aufbau des Zufuhranschlusses 32 wird im Folgenden begründet.
Das Ausmaß der Oxidation des Wafers W hängt von der Sauerstoffkonzentration in der die Oberfläche des Wafers W umgebenden Atmosphäre ab, und von den Erfindern vorgenommene Forschung und Versuche haben erwiesen, dass die Sauerstoffkonzentration in der die Oberfläche des Wafers W umgebenden Atmosphäre im Normalfall im äußeren Umfangsteil der Oberfläche des Wafers W höher ist als in dessen Mitte, da er wie in 5 gezeigt dem äußeren Bereich des Wafers W zugeleitet wird.
Wenn also die Oxidation des Wafers W verhindert werden soll, muss die Sauerstoffkonzentration im äußeren Umfangsteil der Oberfläche des Wafers auf null (0) oder nahezu null (0) reduziert werden, und zu diesem Zweck muss das Reinigungsgehäuse 1 durch Zufuhr von Inertgas zu seinem Innenraum völlig gespült werden. Das erfordert jedoch wie bereits festgestellt ein beachtliches Inertgasvolumen, was die Betriebskosten erhöhen würde und daher unwirtschaftlich ist.
Wie ebenfalls bereits festgestellt, muss die zur Oberfläche des Wafers geleitete Inertgasmenge so beschaffen sein, dass der äußere Umfangsteil des Wafers mehr Gas erhält als die Mitte, so dass die Sauerstoffkonzentration null (0) oder nahezu null (0) wird, während der Inertgasverbrauch möglichst stark reduziert wird, wodurch die Oxidation der Oberfläche des Wafers verhindert wird.
Zur konkreten Bestimmung der zur Oberfläche des Wafers W zu leitenden Inertgasmenge ist vorgesehen, dass die Summe der Flächeninhalte der Injektionsöffnungen 32a, 32a etc. im äußeren Umfangsteil der Oberfläche des Wafers W größer ist als die in dessen Mitte, und Beispiele hierfür sind in 4(A), (B) und (C) zu sehen, da die Injektionsöffnungen zum äußeren Umfangsteil des Wafers W gerichtet sind.
Die in 4(A) gezeigten Injektionsöffnungen 32a, 32a etc. werden von Bogenschlitzen gebildet, und diese Bogenschlitze sind im äußeren Umfangsteil der Oberfläche des Wafers W größer als in dessen Mitte, da die Injektionsöffnungen zum äußeren Umfangsteil des Wafers W gerichtet sind.
Die in 4(B) gezeigten Injektionsöffnungen 32a, 32a etc. werden von radial verlaufenden Schlitzen gebildet, die im äußeren Umfangsteil der Oberfläche des Wafers W größer sind als in dessen Mitte, da die Injektionsöffnungen zum äußeren Umfangsteil des Wafers W gerichtet sind.
Die in 4(C) gezeigten Injektionsöffnungen 32a, 32a etc. werden von runden Öffnungen gebildet, die in vorgegebenen Abständen in Umfangs- und radialer Richtung angeordnet sind, und der Durchmesser der Öffnungen ist im äußeren Umfangsteil der Oberfläche des Wafers W größer als in dessen Mitte, da die Injektionsöffnungen zum äußeren Umfangsteil des Wafers W gerichtet sind.
Bei einer nicht gezeigten Alternative ist die Anzahl der Injektionsöffnungen 32a, 32a etc. im äußeren Umfangsteil der Oberfläche des Wafers W größer ist als die in dessen Mitte, oder die Anzahl der Injektionsöffnungen 32a, 32a etc. kann mit dem Flächeninhalt der in 4(A) bis (C) gezeigten Öffnungen kombiniert werden.
Obwohl die zugeleitete Inertgasmenge bereits durch entsprechende Einstellung der Anzahl oder des Flächeninhalts der Injektionsöffnungen 32a, 32a etc. gemäß der Erfindung geregelt werden kann, ist zusätzlich zum oben beschriebenen Aufbau im hohlen Teil des Gasinjektionsabschnitts 30 ein Leitblech 35 vorgesehen.
Das Leitblech 35 verhindert den direkten Zufluss des N₂-Gases zur Mitte des Zufuhranschlusses 32 und besteht aus einer scheibenförmigen Platte, deren Durchmesser kleiner ist als derjenige der Bodenplatte 31 des Gasinjektionsabschnitts 30.
Das über das Verbindungsrohr 33 zum Inneren des Gasinjektionsabschnitts 30 geleitete N₂-Gas strömt zu einem Außenrand entlang der Oberseite des Leitblechs 35, umströmt den Außenrand und erreicht den Zufuhranschluss 32 der Bodenplatte 31 so, dass der äußere Bereich des Zufuhranschlusses 32 ein großes N₂-Gasvolumen erhält.
Die Anzahl und Flächeninhalte der den Zufuhranschluss 32 bildenden Injektionsöffnungen 32a, 32a etc. wurden also unter Berücksichtigung der Funktion des Leitblechs 35 bestimmt, woraus sich ein Strömungsmodell für N₂-Gas ergibt, das eine Sauerstoffkonzentration null (0) in der die Oberfläche des Wafers W umgebenden Atmosphäre erreicht (siehe Pfeile in 2), während der N₂-Gasverbrauch möglichst stark reduziert wird.
Der Gasinjektionsabschnitt 30 kann ferner zwischen einer Gebrauchsstellung, in der er mit der Reinigungskammer 3 zusammenwirkt, d. h. der in 3 gezeigten Höhenlage, und einer Bereitschaftsstellung, in welcher der Gasinjektionsabschnitt 30 den Zufuhrabschnitt für flüssige Chemikalien 4 nicht stört, d. h. der in 1 gezeigten Höhenlage, hoch- und herunterfahren und ist antriebsmäßig an ein nicht gezeigtes Hubmittel angeschlossen.
Die Flüssigkeitsquelle 25 ist zur Zufuhr einer flüssigen Chemikalie zum Zufuhrabschnitt für flüssige Chemikalien 4, d. h. zu den Injektionsdüsen 4 und 26, ausgelegt und weist bei der gezeigten Ausführungsform zwei Flüssigkeitssysteme aus, wodurch der Wafer W mit APM (NH₄OH + H₂O₂ + H₂O) bzw. DHF (HF + H₂O) gereinigt wird. Ringförmige Behandlungsbäder 15 bis 18 in der Reinigungskammer 3 entsprechen diesen beiden Flüssigkeitssystemen; das unterste Behandlungsbad 15 dient zur Reinigung mit APM; das dritte Behandlungsbad von oben 16 zur Reinigung mit DHF, das zweite 17 zum Spülen mit reinem Wasser und das oberste 18 zum Trockenschleudern.
Wenn bei der Einzelwafer-Reinigungsvorrichtung des oben beschriebenen Aufbaus die Reinigungskammer 3 hoch- oder herunterfährt, wird/werden entweder der drehbar vom Wafertragabschnitt 11 des Waferdrehabschnitts 2 abgestützte Wafer W oder die kreisförmigen Behandlungsbäder 15 bis 18 der Reinigungskammer 3 selektiv positioniert, und der drehbar vom Wafertragabschnitt 11 abgestützte Wafer W kann vom Waferdrehabschnitt 2 horizontal mit vorgegebener Drehzahl gedreht werden.
Die Flüssigkeitsquelle 27 ist unter Zusammenwirken mit der Inertgasquelle 37 wie unten beschrieben zur selektiven Durchführung der Reinigungsstufen i) APM + DHF + (O₃ + DIW) + TROCKNEN, ii) APM + DHF + TROCKNEN, iii) APM + TROCKNEN, DHF + TROCKNEN oder dergleichen ausgelegt, indem ein geeignetes Rezept für die Reinigungsstufen ausgewählt wird.
Das Steuergerät 6 steuert die Bewegung dieser Bauteile der Einzelwafer-Reinigungsvorrichtung und ist mit den genannten Bauteilen so verriegelt, dass die Nassbehandlungsstufen automatisch wie folgt ablaufen:

(1) Der Wafer W wird vor seiner Reinigung über den (nicht gezeigten) Eingabe- und Entnahmeanschluss des Reinigungsgehäuses 1 auf den Wafertragabschnitt 11 in der Reinigungskammer 3 gelegt, und wenn die Reinigungskammer 3 geschlossen ist, wird der Wafer W in der Reinigungskammer 3, wenn die Reinigungskammer 3 hoch- und herunterfährt, in die Waferreinigungsstellung gebracht, worauf diverse Reinigungsbehandlungen in vorgegebener Reihenfolge ablaufen.
(2) Wenn zum Beispiel die oben genannte Behandlungsstufe ii) (APM + DHF + TROCKNEN) durchgeführt werden soll, wird der Wafer W auf dem Wafertragabschnitt 11 in das unterste Behandlungsbad 15 gebracht, wenn die Reinigungskammer 3 so hoch- und herunterfährt, dass APM aus der Injektionsdüse 4 zugeleitet wird, und der Wafer W wird unter langsamem Drehen des Waferdrehabschnitts 2 einer Reinigungsbehandlung unterzogen.
(3) Daraufhin wird der Wafer W in das zweite Behandlungsbad 17 von oben gebracht, aus der Injektionsdüse 4 wird reines Wasser zugeleitet, und der Wafer W wird unter langsamem Drehen des Waferdrehabschnitts 2 einer Spülbehandlung unterzogen.
(4) Daraufhin wird der Wafer W in das dritte Behandlungsbad 16 von oben gebracht, aus der Injektionsdüse 4 wird DHF zugeleitet, und der Wafer W wird unter langsamem Drehen des Waferdrehabschnitts 2 einer Reinigungsbehandlung unterzogen.
(5) Daraufhin wird der Wafer W in das zweite Behandlungsbad 17 von oben gebracht, aus der Injektionsdüse 4 wird reines Wasser zugeleitet, und der Wafer W wird unter langsamem Drehen des Waferdrehabschnitts 2 einer Spülbehandlung unterzogen.
(6) Schließlich wird der Wafer W in das oberste Behandlungsbad 18 gebracht, wo der Wafer W unter schnellem Drehen des Waferdrehabschnitts 2 trocken geschleudert wird.

Während der Trockenstufe wird der Gasinjektionsabschnitt 30 des Zufuhrabschnitts für Inertgas 5 in die in 3 gezeigte Lage heruntergelassen, um zur Bildung des geschlossenen Trockenraums A mit der Reinigungskammer 3 zusammenzuwirken, worauf das N₂-Gas in den geschlossenen Trockenraum A geleitet wird. Die zur Oberfläche des Wafers W geleitete N₂-Gasmenge ist so beschaffen, dass der äußere Umfangsteil der Oberfläche des Wafers W mehr N₂-Gas erhält als die Mitte.
Wenn also das Innere des geschlossenen Trockenraums A mit dem N₂-Gas behandelt wird, bzw. wenn die Gegebenheiten das verlangen, entsteht im Kanal zwischen dem Zufuhrabschnitt für Inertgas 5 und dem Ablaufabschnitt im geschlossenen Trockenraum A infolge des kräftigen N₂-Stroms aus dem Ablaufabschnitt des obersten Behandlungsbades 18 ein Luftstrom, und beim Trockenschleudern des Wafers W wird die Sauerstoffkonzentration im gesamten äußeren Bereich der Oberfläche des Wafers W auf null (0) oder nahezu null (0) reduziert.

(7) Nach dem Ablauf einer Reihe von Reinigungsbehandlungen in der Waferreinigungsvorrichtung wird der Wafer W über den Eingabe- und Entnahmeanschluss des Reinigungsgehäuses 1 herausgenommen.

Bei der Einzelwafer-Reinigungsvorrichtung mit dem oben beschriebenen Aufbau werden die Reinigungsstufen unter Anwendung von verschiedenen flüssigen Chemikalien im geschlossenen Reinigungsgehäuse 1 in vorgegebener Reihenfolge auf der Oberfläche des Wafers W durchgeführt. Daraufhin wird der Wafer W unter schnellem Drehen durch den Waferdrehabschnitt trocken geschleudert, während N₂-Gas auf die Oberfläche des Wafers W geleitet wird, um die Oxidation des Wafers W zu verhindern.
In diesem Fall ist die zur Oberfläche des Wafers W geleitete N₂-Gasmenge so beschaffen, dass der äußere Umfangsteil der Oberfläche des Wafers W mehr N₂-Gas erhält als die Mitte, wodurch der N₂-Gasverbrauch möglichst stark reduziert wird, während die Sauerstoffkonzentration auf (0) oder nahezu null (0) absinkt, wodurch die Oxidation der Oberfläche des Wafers W verhindert wird.
Obwohl die obige Ausführungsform die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung bildet, beschränkt sich die Erfindung nicht auf diese, sondern kann innerhalb des Umfangs der Erfindung unterschiedlich ausgelegt und auf verschiedene Art und Weise abgeändert werden.
Die Waferreinigungsvorrichtung kann zum Beispiel als Einzelvorrichtung oder als Grundelement eines Waferreinigungssystems mit Lade- und Entladeabschnitt oder mit anderen Geräten, wie zum Beispiel Positionier- oder Montagerobotern und dergleichen zur Anwendung kommen. Auch die bei der bevorzugten Ausführungsform zur Anwendung kommenden flüssigen Chemikalien sind lediglich als Beispiele zu verstehen, da je nach Zweck auch andere Flüssigkeiten, wie zum Beispiel HPM (HCL + H₂O₂ + H₂O), SPM (H₂SO₄ + H₂O₂ + H₂O) oder dergleichen verwendet werden können.

Claims

Substratreinigungsverfahren für Einzelwafer zur einzelnen Nassreinigung von nicht in einer Kassette befindlichen Wafern in einem geschlossenen Reinigungsgehäuse (1), wobei das besagte Verfahren das Trockenschleudern der einzelnen Wafer (W) umfasst, indem jeder Wafer im geschlossenen Reinigungsgehäuse in einer Trockenstufe mit hoher Drehzahl gedreht wird, während zur Verhinderung der Oxidation ein Inertgas auf die Oberfläche des Wafers geleitet wird, wobei die auf die Oberfläche eines jeden Wafers zu leitende Inertgasmenge so beschaffen ist, dass der äußere Umfangsteil mehr Inertgas erhält als die Mitte.
Substratreinigungsverfahren für Einzelwafer nach Anspruch 1, wobei im äußeren Umfangsteil der Oberfläche des Wafers ein geschlossener Trockenraum gebildet wird und das Inertgas so in das Innere des Trockenraums geleitet wird, dass dieser mit Inertgas gefüllt wird.
Substratreinigungsverfahren für Einzelwafer nach Anspruch 1, wobei als Inertgas ein Stickstoffgas zur Anwendung kommt.
Substratreinigungsvorrichtung für Einzelwafer zur einzelnen Reinigung von nicht in einer Kassette befindlichen Wafer (W) in einem Reinigungsgehäuse (1), wobei die besagte Vorrichtung folgende Teile umfasst: ein Waferdrehmittel (2) zum Abstützen und Drehen eines Einzelwafers in dem Reinigungsgehäuse in horizontaler Lage; eine im äußeren Umfangsteil des Waferdrehmittels vorgesehene Reinigungskammer (3) zur Bildung eines Behandlungsraums zur Reinigung der drehbar vom Waferdrehmittel abgestützten Einzelwafer; ein Zufuhrmittel für flüssige Chemikalien (4) zur Zufuhr von Reinigungsflüssigkeit(en) zur Oberfläche des drehbar vom Waferdrehmittel abgestützten Wafers; und ein Zufuhrmittel für Inertgas 5 zur Zufuhr von Inertgas zur Verhinderung der Oxidation der Oberfläche des drehbar vom Waferdrehmittel (2) abgestützten Wafers; wobei die Anzahl der Zufuhranschlüsse (32a) des Zufuhrmittels für Inertgas so beschaffen ist, dass die Anzahl der Zufuhranschlüsse im äußeren Umfangsteil der Oberfläche des Wafers größer ist als in dessen Mitte.
Substratreinigungsvorrichtung für Einzelwafer nach Anspruch 4, wobei das Zufuhrmittel für Inertgas einen Gasinjektionsabschnitt aufweist, der aus einem kreisrunden Abdeckkörper besteht, der unter Zusammenwirken mit der Reinigungskammer einen geschlossenen Trockenraum im äußeren Umfangsbereich der Oberfläche des drehbar vom Waferdrehmittel abgestützten Wafers bildet, wobei der Gasinjektionsabschnitt aus einem flachen Hohlkörper besteht, der mit einer Inertgasquelle auf seiner Innenseite kommuniziert und Zufuhranschlüsse am ebenen Bodenteil aufweist.
Substratreinigungsvorrichtung für Einzelwafer nach Anspruch 5, wobei die Zufuhranschlüsse des Gasinjektionsabschnitts aus einer Vielzahl von radial verteilten und konzentrisch mit der Oberfläche des Wafers angeordneten Injektionsöffnungen bestehen, und wobei die Summe der Flächeninhalte der Injektionsöffnungen im äußeren Umfangsteil der Oberfläche des Wafers größer ist als die in dessen Mitte, da die Injektionsöffnungen zum äußeren Umfangsteil des jeweiligen Wafers gerichtet sind.
Substratreinigungsvorrichtung für Einzelwafer nach Anspruch 6, wobei der Flächeninhalt der Injektionsöffnungen im äußeren Bereich der Oberfläche des Wafers größer ist als in dessen Mitte, da die Injektionsöffnungen zum äußeren Bereich des Wafers gerichtet sind.
Substratreinigungsvorrichtung für Einzelwafer nach Anspruch 6, wobei die Anzahl der Injektionsöffnungen im äußeren Bereich der Oberfläche des Wafers größer ist als in dessen Mitte, da die Injektionsöffnungen zum äußeren Umfangsteil des Wafers gerichtet sind.
Substratreinigungsvorrichtung für Einzelwafer nach Anspruch 6, die ferner ein im hohlen Abschnitt des Gasinjektionsabschnitts angeordnetes Leitblech aufweist, das den direkten Zufluss des Inertgases zu den mittleren Teilen der Zufuhranschlüsse für Inertgas verhindert.
Substratreinigungsvorrichtung für Einzelwafer einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei der Gasinjektionsabschnitt zwischen einer Gebrauchsstellung, in der er mit der Reinigungskammer zusammenwirkt, und einer Bereitschaftsstellung, in der er das Zufuhrmittel für flüssige Chemikalien nicht stört, bewegbar ist.
Substratreinigungsvorrichtung für Einzelwafer einem der Ansprüche 4 bis 10, wobei die Reinigungskammer im Verhältnis zum Waferdrehmittel hoch- und herunterfahren kann, und wobei die verschiedenen Stufen der den Behandlungsraum bildenden ringförmigen Reinigungsbäder vertikal in und konzentrisch mit dem inneren Umfangsteil der Reinigungskammer so angeordnet sind, dass sie den vom Waferdrehmittel abgestützten Wafer umgeben, und wobei je nach der durchzuführenden Behandlungsstufe eines der kreisrunden Behandlungsbäder in eine dem vom Waferdrehmittel abgestützten Wafer entsprechende Lage gebracht wird, wenn die Reinigungskammer hoch- oder herunterfahrt.
Substratreinigungsvorrichtung für Einzelwafer einem der Ansprüche 4 bis 11, wobei die Reinigungskammer so ausgelegt ist, dass der innere Umfangsteil der ringförmigen Behandlungsbäder nicht mit dem Außenumfang des Wafertragabschnitts des Waferdrehmittels in Kontakt kommt, und wobei der zwischen diesen Rändern definierte Ringspalt in sehr kleinen Anständen angeordnet ist, so dass keine flüssigen Chemikalien und kein reines Wasser herunter sickern können.
Substratreinigungsvorrichtung für Einzelwafer einem der Ansprüche 4 bis 12, wobei der Zufuhrabschnitt für flüssige Chemikalien aus Injektionsdüsen zum Injizieren und Zuleiten von Reinigungsflüssigkeit zur Oberfläche des jeweiligen vom Waferdrehmittel abgestützten Wafers von oben besteht, und wobei die nach unten gerichteten Injektionsdüsen horizontal drehbar sind und die Reinigungsflüssigkeit zur Oberfläche des jeweiligen vom Waferdrehmittel abgestützten Wafers injizieren und leiten, während er horizontal von äußeren Umfangsbereich zur Mitte hin gedreht oder bei Stillstand horizontal gedreht wird.
Substratreinigungsvorrichtung für Einzelwafer einem der Ansprüche 4 bis 13, wobei das Inertgas ein Stickstoffgas ist.