DE60225817T2 - Prozess und vorrichtung zur behandlung eines arbeitsstücks, wie zum beispiel eines halbleiterwafers - Google Patents

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Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Halbleitergeräte werden in fast allen Produkten der Unterhaltungselektronik, wie zum Beispiel Telefone, Computer, CD-Spieler, etc. als auch in Kommunikations-, Medizin-, industriellen, Militär- und Büroprodukten und -Ausrüstung weithin verwendet. Halbleitergeräte werden aus Halbleiter-Wafern hergestellt. Die Reinigung von Halbleiter-Wafern ist oft ein kritischer Schritt in den Herstellungsverfahren, die verwendet werden, um Halbleitergeräte herzustellen. Die Geometrien auf Wafern sind oft in einer Größenordnung von Bruchteilen eines Mikrometers, während die Filmdicken in der Größenordnung von 20 Ångström sein können. Dies macht die Geräte, die aus den Wafern hergestellt werden, sehr empfindlich gegenüber einer Leistungsverringerung oder einem Leistungsausfall aufgrund organischer, teilchenförmiger oder metallischer/ionischer Kontamination. Sogar Siliziumdioxid, welches in der Herstellungsstruktur verwendet wird, kann als eine Verunreinigung angesehen werden, wenn die Qualität oder Dicke des Oxids nicht den Entwurfsparametern entspricht.
  • Obwohl die Wafer-Reinigung eine lange Geschichte hat, werden im Allgemeinen die frühen 1970iger Jahre als Beginn der Ära der „modernen" Reinigungstechniken angesehen, als RCA eine Reinigungssequenz entwickelte, um die verschiedenen Arten der Kontamination anzusprechen. Obwohl andere im gleichen Zeitraum dieselben oder ähnliche Verfahren entwickelt haben, ist die allgemeine Reinigungssequenz in ihrer endgültigen Form grundsätzlich gleich.
  • Der erste Schritt der RCA Reinigungssequenz beinhaltet die Entfernung einer organischen Kontamination unter Verwendung von Schwefelsäure und Wasserstoffperoxid-Mischungen. Die Verhältnisse liegen typischerweise im Bereich von 2:1 bis 20:1, mit Temperaturen im Bereich von 90–140°C. Diese Mischung wird im Allgemeinen „Piranha" genannt. Eine kürzliche Verbesserung der Entfernung von organischer Kontamination ersetzt das Wasserstoffperoxid durch Ozon, das in die Schwefelsäureleitung eingeblasen oder injiziert wird.
  • Der zweite Schritt des Verfahrens beinhaltet die Entfernung von Oxidfilmen mit Wasser und HF (49%) in Verhältnissen von 200:1 bis 10:1, gewöhnlich bei Umgebungstemperatur. Dieses Verfahren hinterlässt typischerweise Bereiche auf dem Wafer in einer hydrophoben Bedingung.
  • Der nächste Schritt des Verfahrens beinhaltet das Entfernen von Teilchen und die Reoxidation der hydrophoben Siliziumoberflächen unter Verwendung einer Mischung von Wasser, Wasserstoffperoxid und Ammoniumhydroxid, gewöhnlich bei einer Temperatur von ungefähr 60–70°C. Historisch waren Bereiche dieser Komponenten in der Größenordnung von 5:1:1. In den letzten Jahren wurde das Verhältnis üblicherweise 5:1:0.25 oder noch verdünnter. Diese Mischung wird allgemein „SC1" (Standardreinigung 1) oder RCA1 genannt. Alternativ ist sie ebenfalls als HUANG1 bekannt. Obwohl dieser Teil des Verfahrens eine hervorragende Arbeit der Entfernung von Teilchen durch gleichzeitiges Wachsen und Wegätzen eines Siliziumdioxidfilms auf der Oberfläche eines reinen Silizium-Wafers macht (in Verbindung mit der Bildung eines Zeta-Potentials, welches die Teilchenentfernung bevorzugt), hat es den Nachteil, dass es Metalle, wie zum Beispiel Eisen und Aluminium, in Lösung dazu bringt, sich auf der Siliziumoberfläche abzuscheiden.
  • Im letzten Teil des Verfahrens werden Metalle mit einer Mischung aus Wasser, Wasserstoffperoxid und Salzsäure entfernt. Die Entfernung wird gewöhnlich bei ungefähr 60–70°C durchgeführt. Historisch waren die Verhältnisse in der Größenordnung von 5:1:1, aber letzte Entwicklungen haben gezeigt, dass eine verdünntere Chemie ebenfalls wirksam ist, einschließlich verdünnter Mischungen von Wasser und HCl. Diese Mischung wird allgemein als „SC2" (Standardreinigung 2), RCA2, oder HUANG2 bezeichnet.
  • Die vorgenannten Schritte werden oft nacheinander durchgeführt, was etwas bildet, das „Pre-Diffusionsreinigung" genannt wird. Diese Pre-Diffusionsreinigung stellt sicher, dass Wafer vor den thermischen Arbeitsgängen, welche Verunreinigungen in die Geräteschicht einführen können oder diese dazu bringen, in einer solchen Art und Weise zu diffundieren, dass das Gerät nutzlos wird, in einem hoch reinen Zustand sind. Obwohl dieser Vier-Stufen-Reinigungsprozess als Standardreinigungsprozess in der Halbleiterindustrie angesehen wird, gibt es viele Variationen des Verfahrens, die die gleichen Unterkomponenten verwenden. Zum Beispiel kann die Piranha-Lösung in dem Verfahren entfallen, was in einer Verfahrenssequenz von: HF → SC1 → SC2 resultiert. In den letzten Jahren waren dünne Oxide ein Grund der Bedenken in der Geräteleistung, so dass „Fluorwasserstoffsäure" Chemie entwickelt worden ist. In diesen Fällen werden ein oder mehrere der zuvor genannten Reinigungsschritte bei der Endreinigung, einschließlich Salzsäure, verwendet, um das Siliziumunterseide von der Wafer-Oberfläche zu entfernen.
  • Die Art und Weise, in der eine spezifische Chemie auf die Wafer angewendet wird, kann genauso wichtig sein, wie die tatsächlich verwendete Chemie. Zum Beispiel können HF-Eintauchverfahren auf nackten Silizium-Wafern so konfiguriert werden, um Teilchen-neutral zu sein. Aufsprühen von HF auf nackte Silizium-Wafer zeigt typischerweise Teilchenadditionen von ein paar Hundert oder mehr Teilchen mit 0.2 Mikrometern Nenndurchmesser.
  • Obwohl das oben beschriebene Vier-Chemie-Reinigungsverfahren über eine Anzahl von Jahren wirksam war, hat es nichtsdestotrotz bestimmte Nachteile. Diese Nachteile beinhalten die hohen Kosten für Chemikalien, die lange Verfahrenszeit, die benötigt wird, um die Wafer durch die verschiedenen Reinigungsschritte zu bringen, den hohen Wasserverbrauch aufgrund des Bedarfs eines extensiven Spülens zwischen den chemischen Schritten und hohe Entsorgungskosten. Das Ergebnis war ein Bestreben, alternative Reinigungsverfahren zu entwickeln, die zu Ergebnissen führen, die genauso gut sind oder besser als das existierende Vier-Chemie-Reinigungsverfahren sind, die aber wirtschaftlich attraktiver sind.
  • Verschiedene Verfahren und Apparate sind entwickelt worden in einem Versuch, die Reinigung von Werkstücken, einschließlich Halbleiter-Wafern, zu verbessern. Während diese Verfahren und Apparate zu einem variierenden Grad an Erfolg führten, bleiben Nachteile in Bezug auf die Reinigungswirksamkeit, den Zeitbedarf, die Verlässlichkeit, den Wasserverbrauch und den Verbrauch an chemischen Stoffen, die Kosten und die umweltfreundliche Entsorgung des verwendeten Wassers und der Chemikalien.
  • WO 99/52654 A offenbart eine neue Chemie und Anwendungstechnik, welche in einer chemischen Verfahrenssequenz verwendet wird, um die Kontaminationsbedenken der mikroelektronischen Herstellungsindustrie anzusprechen. Diese Bedenken sind namentlich: die Minimierung der Kontamination mit organischen Stoffen, Teilchen, Metall/Ionen und Siliziumdioxid.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Reinigung eines Werkstücks und einen Apparat zur Entfernung von Verunreinigungen von einem Werkstück, wie in den unabhängigen Ansprüchen 1, 19 und 25 genannt, bereit. Bevorzugte Ausführungsformen dieser Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 18, 20 bis 24 und 26 beschrieben.
  • In einem ersten Aspekt wird eine Grenzschicht einer erwärmten Flüssigkeit auf einem Werkstück gebildet, indem Flüssigkeit auf das Werkstück aufgetragen wird und die Dicke der Flüssigkeit auf dem Werkstück kontrolliert wird. Die Dicke kann durch Drehen des Werkstücks oder durch Kontrollieren der Flussgeschwindigkeit der Flüssigkeit kontrolliert werden. Tenside können optional ebenfalls verwendet werden. Ein Strahl einer unter Druck stehenden Flüssigkeit wird auf das Werkstück gerichtet. Das Einwirken oder der Aufprall des Strahls auf das Werkstück vertreibt oder entfernt eine Verunreinigung physikalisch von dem Werkstück. Bevorzugt beinhaltet die Flüssigkeit erwärmtes Wasser und kann ebenfalls ein chemisches Additiv beinhalten, um die Reinigung durch chemische Einwirkung als auch durch physikalische oder mechanische Flüssigkeitsstrahl-Aufprallreinigung zu erleichtern. Die Flüssigkeit, die die Grenzschicht auf dem Werkstück bildet, kommt vorteilhafterweise von dem Strahl, obwohl zusätzliche Flüssigkeitsquellen, wie zum Beispiel eine Sprühdüsen, ebenfalls verwendet werden können. Da die Grenzschicht dünn ist, dringt der Strahl durch die Grenzschicht und prallt auf das Werkstück, um das Werkstück über den Aufprall zu reinigen.
  • Das Werkstück und der Strahl der unter Druck stehenden Flüssigkeit werden relativ zueinander bewegt, so dass bevorzugt im Wesentlichen alle Bereiche der Werkstückoberfläche, die dem Strahl gegenüberstehen, dem Strahl zumindest für einen Moment ausgesetzt sind, um Verunreinigungen über die physikalische Einwirkung oder den Aufprall des Strahls auf die Werkstoffoberfläche zu entfernen. Das Rotieren des Werkstücks ermöglicht es, dass der Strahl der unter Druck stehenden Flüssigkeit mit mehreren Bereichen des Werkstücks in Kontakt kommt und kann ebenfalls verwendet werden, um die Grenzschicht aus Flüssigkeit zu bilden und aufrecht zu erhalten. Die Flüssigkeitsgrenzschicht, die sofort den Aufprallbereich, wo der Strahl auf das Werkstück aufprallt, umgibt, wird vorübergehende von dem Strahl verdrängt. Die Flüssigkeitsgrenzschicht bildet sich schnell hinter dem Strahl zurück, wenn sich der Strahl über oder entlang der Werkstückoberfläche bewegt.
  • Die erhöhte Temperatur fördert die Reaktionskinetiken. Eine hohe Konzentration von Ozon in der Gasphase fördert die Diffusion des Ozons durch den Flüssigkeitsfilm oder die Grenzschicht, sogar wenn die erhöhte Temperatur des Flüssigkeitsfilms nicht in einer Lösung mit einer hohen Konzentration darin gelösten Ozons resultiert. Der Aufprall des Strahls stellt eine mechanische Entfernung von Verunreinigungen bereit, während das Ozon (optional mit chemischen Additiven in dem Flüssigkeitsstrahl und der Grenzschicht) eine chemische Entfernung der Verunreinigung bereitstellt.
  • Ein Ozongenerator stellt Ozon in die Umgebung, die das Werkstück enthält, wie zum Beispiel eine Prozesskammer, bereit. Das Ozon diffundiert durch die Flüssigkeitsgrenzschicht, um chemisch mit den Verunreinigungen zu reagieren und diese zu entfernen. Alternativ kann das Ozongas in die Flüssigkeit, die den Strahl bildet, injiziert werden.
  • In einem zweiten und getrennten Aspekt wird eher Dampf als Flüssigkeit eingeführt oder auf das Werkstück ausgestoßen, wobei der Dampf bevorzugt physikalisch die Verunreinigung entfernt und ebenfalls das Werkstück erwärmt, um die chemische Reinigung zu beschleunigen.
  • In einem dritten und getrennten Aspekt wird das Werkstück mit elektromagnetischer Energie, wie zum Beispiel Ultraviolett-, Infrarot-, Mikrowellen-, Gamma- oder Röntgenstrahlung, bestrahlt.
  • In einem vierten und getrennten Aspekt lässt man Schallenergie, wie zum Beispiel Ultraschall- oder Megaschallenergie, durch direkten Kontakt zwischen dem Werkstück und dem Umwandler oder durch den Flüssigkeitsstrahl auf das Werkstück einwirken.
  • In einem fünften Aspekt beinhaltet ein Apparat zur Entfernen von Verunreinigungen von einem Werkstück eine Halterung zum Halten eines Werkstücks innerhalb einer Prozesskammer. Mindestens eine Strahldüse innerhalb der Kammer ist auf das Werkstück gerichtet. Die Strahldüse ist relativ zum Werkstück beweglich. Eine Quelle von Hochdruckflüssigkeit wird mit der Strahldüse verbunden. Ein sich schnell bewegender Hochdruckstrahl oder Flüssigkeitssäule aus der Düse bewegt sich im Wesentlichen über die gesamte Werkstoffoberfläche, die der Düse gegenüber steht, wenn sich die Düse und/oder das Werkstück relativ zueinander bewegen. Die Düse kann vorteilhafterweise von einem Schwenkarm getragen sein, welcher sich relativ zur Halterung dreht. Die Düse kann oberhalb oder unterhalb oder zu einer Seite des Werkstücks hin sein, so dass der Strahl vertikal nach oben oder unten oder horizontal wandert. Ozon wird in die Kammer zugeführt und diffundiert durch die Grenzschicht, um die Verunreinigungen zu entfernen. Ein Ofen erwärmt die Flüssigkeit, die verwendet wird, um den Strahl zu bilden.
  • Entsprechend ist es ein Ziel der Erfindung, ein verbessertes Reinigungsverfahren und einen verbesserten Reinigungsapparat bereitzustellen. Die Erfindung enthält ebenfalls Unterkombinationen der Merkmale, Komponenten, Schritte und Untersysteme, die gezeigt und beschrieben sind. Die optionalen Merkmale, die in einer Ausführungsform beschrieben sind oder in einer Zeichnung gezeigt sind, können gleichwertig ebenfalls in einer anderen Ausführungsform verwendet werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine schematische Blockdarstellung einer Apparatur zum Reinigen oder Verarbeiten eines Werkstücks, wie zum Beilspiel ein Halbleiter-Wafer, mit Ozon, das in die Flüssigkeit injiziert oder eingeblasen wird.
  • 2 ist eine Darstellung, das einen Verfahrensfluss zum Reinigen oder Verarbeiten eines Werkstücks unter Verwendung einer Flüssigkeit und Ozon veranschaulicht.
  • 3 ist eine schematische Darstellung einer Apparatur zum Reinigen oder Verarbeiten eines Werkstücks, bei dem das Halbleiterwerkstück eine Flüssigkeit und Ozon verwendet und ein chemisches Additiv.
  • 4 ist eine schematische Darstellung einer Apparatur zum Reinigen oder Verarbeiten eines Werkstücks unter Verwendung von Ozon und einer Flüssigkeit, wobei das Ozon eher in die Prozesskammer als in die Flüssigkeit, wie in 1 gezeigt, zugeführt wird.
  • 5 ist eine schematische Darstellung einer Apparatur zum Reinigen oder Verarbeiten eines Werkstücks unter Verwendung von unter Druck stehendem Dampf und Ozon.
  • 6 ist eine schematische Darstellung eines Apparats zum Reinigen oder Verarbeiten eines Werkstücks unter Verwendung von Flüssigkeit/Gas-Kontaktoren, um die kinetischen Reaktionen auf der Oberfläche des Werkstücks zu steigern.
  • 7 ist eine schematische Darstellung einer Apparatur, die der Apparatur von 4 ähnlich ist, und Flüssigkeit auf das Werkstück mit einem Hochdruckstrahl anwendet.
  • 8 ist eine schematische Darstellung der Apparatur, die in 7 gezeigt ist, mit zusätzlichen Merkmalen.
  • 9 ist eine Perspektivdarstellung eines Reinigungssystems, das eine oder mehrere der Apparaturen, die in den Figuren oben aufgelistet sind, beinhaltet.
  • 10 ist eine Draufsicht auf das System, das in 9 gezeigt ist.
  • 11 ist eine perspektivische Darstellung, in Teilen, einer Prozesskammer für die Verwendung in irgendeiner der Apparaturen, die in den 1–10 gezeigt sind.
  • 12 ist eine Teilansicht einer alternativen Prozesskammer für die Verwendung in einer solchen Apparatur.
  • 13 ist eine Draufsicht der Kammer, die in 12 gezeigt ist.
  • Die oben gelisteten schematischen Darstellungen zeigen konzeptionell einen Entwurf und einen Arbeitsgang von Aspekten der Erfindung. Die Positionen und Verbindungstechniken zwischen den Elementen oder Komponenten können natürlich auf verschiedene Art und Weisen hergestellt werden, wobei die Zeichnungen diese Elemente und Verbindungen schematisch zeigen und nicht physikalisch oder mechanisch. Gepunktete Linien in den Zeichnungen zeigen optionale und nicht-wesentliche Elemente oder Verbindungen an. Obwohl sie bevorzugte Entwürfe zeigen, beinhalten die Zeichnungen Elemente, die für die Erfindung wesentlich sein können oder nicht. Die Elemente, die wesentlich sind für die Erfindung, sind in den Ansprüchen dargelegt. Die Zeichnungen zeigen sowohl wesentliche als auch nicht-wesentliche Elemente.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Ein Werkstück oder ein mikroelektronisches Werkstück wird hier definiert, ein Werkstück zu beinhalten, das aus einem Substrat, aus dem mikroelektronische Schaltkreise oder Komponenten, Datenspeicherungselemente oder Schichten und/oder mikromechanische Elemente gebildet werden, gebildet wird. Die Apparate und Verfahren, die hier beschrieben werden, können verwendet werden, um Werkstücke, wie zum Beispiel Halbleiter-Wafer, als auch andere Werkstücke, wie zum Beispiel Flachbildschirmanzeigen, Festplatten-Medien, CD-Spiegel, Speichermedien etc., zu reinigen oder zu verarbeiten.
  • Obwohl der Apparat für die Verwendung bei einer einfachen Wafer-Verarbeitung veranschaulicht ist, können die Apparate und Verfahren der 1–6 ebenfalls bei einer Charge von Werkstücken verwendet werden. Kommen wir nun zu 1, in einem Verarbeitungs- oder Reinigungssystem 14 wird ein Werkstück 20 bevorzugt innerhalb einer Prozesskammer 15 von einem oder mehreren Träger 25, die sich zum Beispiel von einer Rotoranordnung 30 erstrecken, getragen. Die Rotoranordnung 30 schließt die Kammer ab. Die Rotoranordnung kann optional die Kammer 15 abdichten, um eine abgedichtete Verarbeitungsumgebung zu bilden, obwohl eine abgedichtete Kammer oder Umgebung nicht erforderlich ist. Die Rotoranordnung 30 dreht das Werkstück 20 über eine Drehachse 37 während oder nach dem Verarbeiten mit dem Ozon und der Prozessflüssigkeit. Die Drehachse 37 ist bevorzugt vertikal, obwohl sie ebenfalls andere Orientierungen haben kann.
  • Das Volumen der Kammer 15 ist bevorzugt so verkleinert, wie es durch Entwurfsüberlegungen für eine gegebene Kapazität zulässig ist (d. h. die Anzahl und die Größe des zu verarbeitenden Werkstücks). Die Kammer 15 ist bevorzugt zylindrisch für die Verarbeitung mehrerer Wafer in einer Charge. Eine diskförmige Flatterkammer wird bevorzugt für die Verarbeitung eines einzelnen Wafers verwendet. Typischerweise wird das Kammervolumen von ungefähr 5 Liter (für einen einzelnen Wafer) bis ungefähr 50 Liter (für ein System mit 50 Wafern) reichen.
  • Eine oder mehrere Düsen 40 sind innerhalb der Prozesskammer 15 angeordnet, um eine Sprühmischung aus Ozon und einer Flüssigkeit auf die Oberflächen des Werkstücks 20 zu richten. Die Düsen 40 richten bevorzugt ein Spray aus Flüssigkeit auf die Unterseite des Werkstücks 20. Das Spray kann jedoch alternativ oder zusätzlich auf die obere Fläche des Werkstücks 20 gerichtet werden. Die Flüssigkeit kann ebenfalls auf andere Art und Weisen neben dem Sprühen, wie zum Beispiel durch Fließen, Bulkablagerung, Eintauchen, Kondensation, etc., aufgetragen werden.
  • Die Verfahrensflüssigkeit und das Ozon können den Düsen 40 über eine einzelne Flüssigkeitsleitung, die das Ozon gemischt mit der Flüssigkeit trägt, zugeführt werden. Ein Reservoir 45 oder ein Tank weist die Flüssigkeit auf. Das Reservoir 45 ist mit dem Einlass einer Pumpe 55 verbunden. Die Pumpe 55 stellt die Flüssigkeit unter Druck entlang eines Flüssigkeitsfließweges 60 bereit, um sie den Düsen 40 zuzuführen. Obwohl die Verwendung eines Reservoirs bevorzugt ist, kann jede Flüssigkeitsquelle verwendet werden, einschließlich einer Pipeline.
  • Der Flüssigkeitsfließweg 60 kann optional einen Filter 65 beinhalten, um mikroskopische Verunreinigungen aus der Prozessflüssigkeit heraus zu filtern. Die Prozessflüssigkeit, die immer noch unter Druck steht, wird an dem Auslass des Filters 65 (wenn verwendet) entlang der Flüssigkeitsfliesleitung 70 bereitgestellt. Ein oder mehrere Heizungen 50 in dem Flüssigkeitsfließweg erwärmen die Prozessflüssigkeit. Eine Inline-Heizung oder eine Behälterheizung oder beides kann wie in 1 gezeigt verwendet werden.
  • Ozon wird in die Fließleitung 70 injiziert. Das Ozon wird von einem Ozongenerator 72 gebildet und wird entlang einer Ozonzufuhrleitung 80 unter mindestens Nenndruck der Flüssigkeitsfließleitung 70 zugeführt. Optional wird die Flüssigkeit, in die nun Ozon injiziert ist, dem Eingang eines Mixers 90, der das Ozon und die Prozessflüssigkeit mischt, zugeführt. Der Mixer 90 kann statisch oder aktiv sein. Von dem Mixer 90 werden die Prozessflüssigkeit und das Ozon zum Eingang der Düsen 40 bereitgestellt. Die Düsen sprühen die Flüssigkeit auf die Oberfläche des zu behandelnden Werkstücks 20 und führen weiter das Ozon in die Umgebung der Prozesskammer 15 ein.
  • Um das Ozon weiter in der Prozessflüssigkeit aufzukonzentrieren, kann eine Auslassleitung 77 des Ozongenerators 72 Ozon einer Dispersionseinheit 95 in dem Reservoir 45 zuführen. Die Dispersionseinheit 95 stellt einen dispergierten Fluss von Ozon durch die Prozessflüssigkeit bereit, um dabei der Flüssigkeit vor der Injektion einer weiteren Menge Ozon entlang des Flüssigkeitsweges 60 Ozon hinzuzugeben.
  • In der Ausführungsform von 1 wird verbrauchte Flüssigkeit in der Kammer 15 optional gesammelt und über eine Flüssigkeitsleitung 32 zum Beispiel zu einem Ventil 34 abgelassen. Das Ventil 34 kann betrieben werden, um die verbrauchte Flüssigkeit entweder einem Ablauf 36 oder zurück in das Reservoir 45 über eine Recycleleitung 38 bereitzustellen. Wiederholtes Cyclisieren der Prozessflüssigkeit durch das System und zurück zu dem Reservoir 45 trägt dazu bei, die Ozonkonzentration in der Flüssigkeit durch die wiederholte Ozoninjektion und/oder Ozondispersion zu erhöhen. Die verbrauchte Flüssigkeit kann alternativ aus der Kammer 15 zu einem Abfallkanal geleitet werden.
  • Der Ozongenerator 72 ist bevorzugt ein Hochkapazitäts-Ozongenerator. Ein Beispiel eines Hochkapazitäts-Ozongenerators ist der ASTeX 8403 Ozongenerator, der von Applied Science and Technology, Inc., Woburn, Massachusetts, USA, hergestellt wird. Der ASTeX 8403 hat eine Ozonherstellungsrate von 160 Gramm pro Stunde. Bei dieser Rate kann ein Fluss von ungefähr 12 Liter/Minute und mit einer Konzentration von 19 Gew.-% Ozon bereitgestellt werden. Ein anderes Beispiel eines geeigneten Hochkapazitäts-Ozongenerators ist der Sumitomo GR-RL Ozongenerator, der von Sumitomo Precision Products Co., Ltd., Hyogo, Japan, hergestellt wird, welcher eine Ozonherstellungsrate von 180 g/h hat. Der Ozongenerator 72 hat bevorzugt eine Kapazität von mindestens 90 oder 100 Gramm pro Stunde oder 110 oder 120 Gramm pro Stunde, wobei die Kapazität bevorzugter mindestens 135 Gramm pro Stunde ist. In Bezug auf die Fließgeschwindigkeit und Konzentration sollte die Kapazität mindestens 10 Liter pro Minute mit einer Konzentration von 12, 13, 14, 15 (oder höher) Gew.-% sein. Niedrigere Fliessgeschwindigkeits-Anwendungen, wie zum Beispiel bei der Verarbeitung eines einzelnen Wafers, können höhere Konzentrationen von zum Beispiel 16–19 oder größer haben.
  • Die Verwendung eines Hochkapazitäts-Ozongenerators ist besonders im Zusammenhang mit den Verfahren und Apparaturen der 4, 5 und 7 verwendbar, bei denen Ozon als ein Gas in die Prozesskammer oder die Umgebung um das Werkstück zugeführt wird, unabhängig von der Prozessflüssigkeit.
  • In den zuvor bekannten Verfahren ist Ozon in einer wässrigen Lösung gelöst worden, um es für das Oxidationsverfahren auf der Oberfläche eines Wafers verfügbar zu machen. Als Ergebnis war die Menge an Ozon, welche auf die Oberfläche des Wafers abgegeben werden konnte, auf die Menge an Ozon beschränkt, welche sich in der Prozessflüssigkeit lösen konnte. Entsprechend gab es keine Veranlassung, Hochkapazitäts-Ozongeneratoren zu verwenden, da jeder Überschuss an produziertem Ozon nicht von der Prozessflüssigkeit absorbiert worden wäre und sich eventuell abbauen würde und verloren wäre.
  • Erwärmen der Oberfläche des Werkstücks 20 mit einer erwärmten Flüssigkeit, die entlang eines Flusses von Ozon zugeführt wird, um eine Ozon-Atmosphäre zu kreieren, ist äußerst wirksam bei der Photolackablösung, der Ascheentfernung und/oder bei Reinigungsprozessen. Die Flüssigkeit wird der Oberfläche des Werkstücks bei einer erhöhten Temperatur zugeführt. Dies beschleunigt die Oberflächenreaktionen. Es ist ebenfalls möglich, das Werkstück direkt zu erwärmen, um die Reaktionen zu stimulieren. Eine solche Erwärmung kann zusätzlich zu oder anstelle der indirekten Erwärmung des Werkstücks durch Kontakt mit der erwärmten Prozessflüssigkeit stattfinden. Zum Beispiel können die Träger 25 optional Heizelemente 27 beinhalten, die das Werkstück 20 erwärmen. Die Kammer 15 kann optional eine Kammerheizung 29 zum Erwärmen der Kammer und zum indirekten Erwärmen des Werkstücks beinhalten.
  • Die bevorzugte Prozessflüssigkeit ist deionisiertes Wasser. Andere Prozessflüssigkeiten, wie zum Beispiel andere wässrige oder nicht wässrige Lösungen, können ebenfalls verwendet werden. Wasser kann einen kontinuierlichen Film auf der Werkstückoberfläche bilden. Dieser Film oder diese Schicht, wenn übermäßig dick, dient als eine Diffusionsbarriere für das Ozon, wobei sie dabei die Reaktionsgeschwindigkeiten verlangsamt. Die Dicke dieser Schicht wird durch Kontrollieren der Drehgeschwindigkeit des Werkstücks und kontrolliertes Sprühen der Prozessflüssigkeit oder eine Kombination von einer oder mehreren dieser Techniken kontrolliert, um die Flüssigkeitsschicht in eine dünne Grenzschicht zu bilden. Dies ermöglicht es dem Ozon, durch die Grenzschicht der Flüssigkeit zu der Oberfläche des Werkstücks zu diffundieren, wo es mit den organischen Materialien oder anderen Verunreinigungen, die entfernt werden sollen, reagiert. Ozon hat eine begrenzte Löslichkeit in der erwärmten Flüssigkeit (bevorzugt Wasser). Ozon ist jedoch leicht in der Lage, durch die Flüssigkeitsgrenzschicht zu diffundieren und mit der Oberfläche des Werkstücks oder des Wafers (egal ob es Silizium, Photolack, etc. ist) an der Flüssigkeit/Feststoffgrenzfläche zu reagieren. Somit ist eher die Diffusion als das Auflösen, der primäre Mechanismus, der verwendet wird, um Ozon auf die Oberflächen der Wafer abzugeben.
  • 2 veranschaulicht ein Verfahren, das in das System von 1 implementiert werden kann, wenn das System 14 verwendet wird, zum Beispiel um einen Photolack von den Oberflächen eines Werkstücks abzulösen. Bei Schritt 100 wird das abzulösende Werkstück 20 zum Beispiel in eine Halterung auf der Rotoranordnung 30 platziert. Für die Chargenverarbeitung wird eine Charge von Werkstücken in einer Kassette platziert werden. Alternativ können für die Chargenarbeitsgänge die Werkstücke 20 in einer Kammer 15 auf eine trägerlosen Art und Weise mit einem automatisierten Verarbeitungssystem, wie zum Beispiel in US-Patent Nr. 5,784,797 beschrieben, angeordnet werden.
  • Die Halterung oder Kassette wird in eine geschlossene Umgebung, wie zum Beispiel in der Kammer 15, platziert. Bei Schritt 102 wird erwärmtes deionisiertes Wasser auf die Oberflächen des/der Werkstück(s)/e 20 gesprüht. Das erwärmte deionisierte Wasser erwärmt die Oberflächen des/der Werkstücks/e 20 als auch die Umgebung der Kammer 15. Wenn das Sprühen abgebrochen wird, verbleibt ein dünner Flüssigkeitsfilm auf den Werkstückoberflächen. Wenn die Oberfläche hydrophob ist, kann ein Tensid zu dem deionisierten Wasser hinzu gegeben werden, um bei der Bildung einer dünnen Flüssigkeitsgrenzschicht auf den Werkstückoberflächen zu assistieren. Das Tensid kann ebenfalls zusammen mit hydrophilen Oberflächen verwendet werden. Korrosionsinhibitoren können ebenfalls verwendet werden.
  • Die Oberflächengrenzschicht des deionisierten Wassers wird in Schritt 104 unter Verwendung einer oder mehrerer Techniken kontrolliert. Zum Beispiel kann das/können die Werkstück(e) 20 um die Achse 37 mit dem Rotor 30 rotiert werden, um Zentrifugalkräfte zu erzeugen, die die Grenzschicht ausdünnen. Die Fließgeschwindigkeit des deionisierten Wassers kann ebenfalls verwendet werden, um die Dicke der Oberflächengrenzschicht zu kontrollieren. Eine Verringerung der Fließgeschwindigkeit resultiert in einer verringerten Grenzschichtdicke. Des Weiteren kann die Art und Weise, auf die das deionisierte Wasser in die Kammer 15 injiziert wird, verwendet werden, um die Grenzschichtdicke zu kontrollieren. Die Düsen 40 können so entworfen werden, um das deionisierte Wasser als Mikrotröpfchen bereitzustellen, was dabei in einer dünnen Grenzschicht resultiert.
  • Bei Schritt 106 wird Ozon in den Flüssigkeitsfließweg 60 während des Wassersprühens injiziert oder auf andere Weise direkt in die Kammer 15 bereitgestellt. Wenn die Apparatur von 1 verwendet wird, wird die Injektion des Ozons bevorzugt weitergeführt, nachdem das Sprühen des Wassers abgeschaltet wird. Wenn die Werkstückoberfläche zu trocknen beginnt, wird bevorzugt ein kurzes Sprühen aktiviert, um den Flüssigkeitsfilm auf der Werkstückoberfläche aufzufrischen. Dies stellt sicher, dass die freiliegenden Werkstückoberflächen zu jedem Zeitpunkt nass bleiben und stellt des Weiteren sicher, dass die Werkstücktemperatur bei der gewünschten Reaktionstemperatur erhöht bleibt und ist. Man hat herausgefunden, dass ein kontinuierliches Sprühen von deionisiertem Wasser mit einer Fliessgeschwindigkeit, die ausreichend ist, um die Werkstückoberflächen bei einer erhöhten Temperatur zu halten, und das hohe Rotationsgeschwindigkeiten (d. h. < 300 U/min, zwischen 300 und 800 U/min oder sogar so hoch wie oder größer als 1500 U/min) eine sehr dünne Grenzschicht erzeugt, was die Ozondiffusionsbarriere minimiert und dabei zu einer erhöhten Photolackablösegeschwindigkeit führt. Die Kontrolle der Grenzschichtdicke wird verwendet, um die Diffusion von Ozon auf die Oberfläche des Werkstücks zu regulieren.
  • Die Dicke der Flüssigkeitsgrenzschicht kann von ein paar Molekularschichten (zum Beispiel ungefähr 1 Mikrometer) bis zu 100 Mikrometern (typischerweise 50–100 Mikrometern) oder mehr reichen.
  • Während Ozon eine begrenzte Löslichkeit in dem erwärmten deionisierten Wasser hat, ist das Ozon in der Lage, durch die Wassergrenzschicht zu diffundieren und mit dem Photolack an der Flüssigkeit/Lackgrenzfläche zu reagieren. Das deionisierte Wasser selbst unterstützt offensichtlich weiter die Reaktionen durch Hydrolisieren der Kohlenstoff-Kohlenstoffbindungen der organischen Ablagerungen, wie zum Beispiel ein Photolack, auf der Oberfläche des Wafers. Die erhöhte Temperatur fördert die Reaktionskinetiken. Die hohe Konzentration von Ozon in der Gasphase fördert die Diffusion des Ozons durch die Flüssigkeitsgrenzschicht, sogar obwohl die hohe Temperatur der Flüssigkeitsgrenzschicht tatsächlich keine hohe Konzentration des gelösten Ozons hat.
  • Erhöhte oder höhere Temperaturen bedeuten Temperaturen oberhalb Umgebungs- oder Raumtemperatur, d. h. Temperaturen oberhalb 20 oder 25°C und bis zu ungefähr 200°C. Bevorzugte Temperaturbereiche sind 25–150°C, bevorzugter 55–120°C oder 75–115°C und noch bevorzugter 85–105°C. In den beschriebenen Verfahren können Temperaturen von 90–100°C und bevorzugt um 95°C verwendet werden.
  • Nachdem das/die Werkstücke) 20 durch die Reaktionen des Ozons und/oder der Flüssigkeit verarbeitet wurde(n), wird/werden das/die Werkstück(e) optional in Schritt 108 gespült und in Schritt 110 getrocknet. Zum Beispiel kann/können das/die Werkstück(e) mit einem Fluss an deionisiertem Wasser während des Spulens in Schritt 108 besprüht werden. Sie können dann irgendeiner oder mehreren bekannten Trocknungstechniken in Schritt 110 ausgesetzt werden.
  • Erhöhte Temperaturen werden verwendet, um die Reaktionsgeschwindigkeiten auf dem Werkstück oder der Wafer-Oberfläche zu beschleunigen. Eine Art, in der die Oberflächentemperatur des Werkstücks maximiert werden kann, ist es, eine konstante Abgabe von erwärmter Prozessflüssigkeit, wie zum Beispiel Wasser oder Dampf, während des Verfahrens aufrecht zu erhalten. Die erwärmte Prozessflüssigkeit kontaktiert und erwärmt das Werkstück während des Verarbeitens. Eine solche konstante Abgabe kann jedoch zu einer signifikanten Verschmutzung des Wassers oder anderer Prozessflüssigkeiten führen. Um Wasser zu konservieren und die dünnstmögliche Grenzschicht zu erreichen, kann ein „gepulster Fluss" von Flüssigkeit oder Dampf verwendet werden. Wenn der „gepulste Fluss" es nicht schafft, die erforderliche erhöhte Werkstückoberflächentemperatur aufrecht zu erhalten, kann eine alternative Art und Weise des Aufrechterhaltens der Oberflächentemperatur erforderlich sein. Eine solche Alternative ist die Verwendung eines „heißen Wand" Reaktors, der die Oberfläche und die Verarbeitungsumgebungstemperaturen auf einem gewünschten Niveau hält. Bis dahin kann die Prozesskammer durch einen Kammerheizung 29 in Form von zum Beispiel einem oder mehreren eingeschlossenen erwärmten rezirkulierenden Spiralen oder durch eine Heizdecke oder durch Bestrahlung durch eine thermische Quelle (zum Beispiel und Infrarotlampe) etc. erwärmt werden.
  • In Laborexperimenten wurde ein 150 mm Silizium-Wafer, der mit 1 Mikrometer Photolack beschichtet war, gemäß den Lehren des zuvor genannten Verfahrens abgelöst. Die Prozesskammer wurde durch Sprühen von deionisiertem Wasser, das auf 95°C erwärmt war, in die Prozesskammer für 10 Minuten vorgewärmt. Während des Reinigungsprozesses wurde ein gepulster Fluss an deionisiertem Wasser, das auf 95°C erwärmt war, verwendet. Der gepulste Fluss beinhaltet einen „An-Zeitraum" von ungefähr 5 Sekunden, gefolgt von einem „Aus-Zeitraum" von 10 Sekunden. Der Wafer wurde mit 800 U/min rotiert und der gepulste Fluss an deionisiertem Wasser wurde in die Prozesskammer durch neun Düsen mit einer Geschwindigkeit von 3 Liter pro Minute gesprüht. Ozon wurde durch einen separaten Verteiler mit einer Geschwindigkeit von 8 Liter pro Minute bei einer Konzentration von 12% in die Prozesskammer injiziert. Die resultierende Ablösegeschwindigkeit war 7234 Ångström/min.
  • Bei einer höheren Ozonfließgeschwindigkeit, die durch Verwendung eines Hochkapazitäts-Ozongenerators für das Injizieren von Ozon in die Prozesskammer mit eine Geschwindigkeit von 12 Liter pro Minute und mit einer Konzentration von 19% möglich gemacht wurde, können die resultierenden Ablösegeschwindigkeiten weiter bis zu mehr als 8800 Ångström/Minute erhöht werden.
  • Es gibt viele Vorzüge, die aus der Verwendung der oben beschriebenen Verfahren resultieren. Eine der signifikantesten Vorzüge ist, dass das herkömmliche 4-chem Reinigungsverfahren auf Verfahren mit zwei chemischen Schritten reduziert werden kann, während die Fähigkeit organischer Materialien zu entfernen, Teilchen zu entfernen, Metalle zu reduzieren und Siliziumdioxid zu entfernen, beibehalten wird. Die Prozesszeiten, der Chemikalienverbrauch, der Wasserverbrauch und die Abfallbildung sind alle ebenfalls signifikant verringert. Ein weiterer Vorzug des zuvor genannten Verfahrens ist seine Anwendbarkeit sowohl für FEOL- als auch BEOL-Wafer und Ablöseverfahren. Labortests zeigen, dass es keinen Angriff auf Metalle, wie zum Beispiel Aluminium, Titan, Wolfram, etc. gibt. Eine bekannte Ausnahme ist Kupfer, welches ein Kupferoxid in Gegenwart von Ozon bildet. Dieses Oxid ist kein „hartes" und einheitliches Passivierungsoxid, wie zum Beispiel das Oxid, das sich auf Metallen wie Aluminium bildet. Als ein Resultat kann das Oxid leicht entfernt werden.
  • Ein weiterer Vorzug sind die hohen Ozonfliessgeschwindigkeiten und Konzentrationen können verwendet werden, um höhere Ablöseraten unter verschiedenen Verarbeitungsbedingungen, einschließlich geringeren Wafer-Rotationsgeschwindigkeiten und verringerten Temperaturen, herzustellen. Die Verwendung von niedrigeren Temperaturen zwischen 25 und 75°C und bevorzugt 25–65°C (eher als zum Beispiel 95°C, wie oben beschrieben) können verwendbar sein, wo höhere Temperaturen unerwünscht sind.
  • Ein Beispiel, bei dem dies vorteilhaft ist, ist die Verwendung des Verfahrens mit BEOL-Wafern, bei denen Metallkorrosion auftreten kann, wenn die Metallfilme deionisiertem Wasser mit hoher Temperatur ausgesetzt werden. Entsprechend kann das Verarbeiten bei Raumtemperaturen bevorzugt sein. Die Zunahme der nicht realisiert Ablösegeschwindigkeiten als ein Ergebnis der Nichtverwendung höherer Temperaturen wird durch Erhöhen der Ablösegeschwindigkeit aufgrund der erhöhten Ozonflussraten und Konzentrationen ausgeglichen. Die Verwendung höherer Ozonkonzentrationen kann den Verlust an kinetischer Energie aus der Verwendung niedriger Temperaturen ausgleichen.
  • In Bezug erneut auf 2 wird erkannt werden, dass die Verfahrensschritte 102–106 auf im Wesentlichen gleichzeitige Art und Weise ausgeführt werden können. Zusätzlich wird erkannt werden, dass die Verfahrensschritte 102–106 nacheinander wiederholt werden können unter Verwendung verschiedener Prozessflüssigkeiten. In diesen Fällen kann jede der Prozessflüssigkeiten, die verwendet werden, spezifisch zugeschnitten sein, um ein entsprechendes Set an Verunreinigungen zu entfernen. Bevorzugt ist es jedoch wünschenswert, so wenig verschiedene Prozessflüssigkeiten wie möglich zu verwenden. Durch Verringern der Anzahl an verschiedenen verwendeten Prozessflüssigkeiten ist der Gesamtreinigungsprozess vereinfacht und die Verringerung der Anzahl an verschiedenen verwendeten Prozessflüssigkeiten minimiert den Chemikalienverbrauch.
  • Eine einzelne Prozessflüssigkeit kann verwendet werden, um organische Verunreinigungen, Metalle und Teilchen in einem einzigen Zyklus der Verfahrensschritte 102–106 zu entfernen. Die Prozessflüssigkeit umfasst eine Lösung von deionisiertem Wasser und eine oder mehrere Verbindungen, wie zum Beispiel HF oder HCl, aus den Chemikalienreservoiren 260A oder 260B, um eine saure Prozessflüssigkeitslösung zu bilden, wie in 3 gezeigt.
  • Die Verwendung einer Fluorwasserstoffsäsurelösung in den Verfahrensschritten, die in 102–106 dargestellt sind, stellt eine Vielzahl von Vorteilen bereit, einschließlich der folgenden:
    • 1. Entfernung von organischen Verunreinigungen – Die Oxidationsfähigkeit des Verfahrens ist wiederholt auf einem Photolack demonstriert worden. Die Ablösegeschwindigkeiten übersteigen oft 8800 A/Minute. Betrachtet man die Tatsache, dass in Reinigungsanwendungen organische Kontamination im Allgemeinen auf molekularem Niveau sind, hat das offenbarte Verfahren eine ausreichende Oxidationskapazität.
    • 2. Die Entfernung eines Oxids und die Regeneration eines kontrollierten chemischen Oxids-Abhängig von der Temperatur der Lösung und der Konzentration des HF in Lösung kann eine spezifische Ätzrate definiert werden. Das Ozon wird jedoch durch die kontrollierte Grenzschicht diffundieren und das Oxid regenerieren, um zu verhindern, dass der Wafer hydrophob wird. Eine 500:1 H2O:HF-Mischung bei 95°C wird SiO2 mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 6–8 A/Minuten ätzen. Dieselbe Lösung bei 25°C wird SiO2 mit ungefähr 2 A/Minuten ätzen. Ein typisches „natürliches" Oxid ist im Allgemeinen selbst auf eine Dicke von 8–12 A beschränkt, was im Allgemeinen die Zieldicke für die Oxidentfernung ist.
    • 3. Entfernung von Teilchen-Obwohl die sauren Lösungen nicht das bevorzugte Zeta-Potential, das in der oben genannten SC1 Reinigung vorhanden ist, haben, hat sich weiterhin gezeigt, dass die Teilchenentfernung in dem offenbarten Verfahren mit einer HF-Prozessflüssigkeit signifikant ist, da sie denselben Entfernungsmechanismus des Ätzens und Regenerierens der Oxidoberfläche verwendet.
    • 4. Entfernung von Metallen-In Laborexperimenten wurden Wafer absichtlich mit Eisen, Nickel und Kupfer kontaminiert. Das offenbarte Verfahren mit einer HF-haltigen Prozessflüssigkeit zeigte eine Verringerung der Metalle über drei Größenordnungen. Als eine zusätzliche Steigerung kann HCl anstelle von HF verwendet werden, um die Metallentfernung zu erreichen, obwohl dies nicht das gleiche Niveau an Oxid- und Teilchenentfernungskapazität hat. Die Kombination von HF und HCl ist ein weiterer Vorteil, da jede dieser Chemikalien signifikante Metallentfernungsfähigkeit hat, aber die Regeneration der Oxidoberfläche zusammen mit der Umwandlung der Metalle zu Metalloxiden und die symbiotische Wechselwirkung der zwei Säurehalogenide eine hervorragende bevorzugte Umgebung für die Metallentfernung erzeugt.
    • 5. Eine oxidfreie (hydrophobe) Oberfläche kann erzeugt werden, wenn gewünscht, durch Verwenden eines letzten HF-Schrittes in einer Eintauchzelle oder durch Verwendung eines HF-Dampfschritts nach der Metallentfernung.
  • Mit der Verwendung von HF und Ozon wird die Grenzschicht bevorzugt dick genug gehalten, um eine gute Ätzeinheitlichkeit zu erreichen, indem Flussraten der Flüssigkeit auf die Werkstückoberfläche und Entfernungsraten der Flüssigkeit von der Werkstückoberfläche ausgewählt werden. Die Grenzschicht der Flüssigkeit auf der Werkstückoberfläche wird bevorzugt dick genug gehalten, so dass die Ätzeinheitlichkeit in der Größenordnung von weniger als 5% und bevorzugt weniger als 3% oder 2% ist (3-Sigma geteilt durch den Mittelwert) ist.
  • In dem HF- und Ozonverfahren ist die Ozonkonzentration bevorzugt ungefähr 3–35 Gew.-% oder 10–20 Gew.-% (in Sauerstoff). Die Ozonkonzentration hängt hauptsächlich von der Ätzrate der wässrigen verwendeten HF-Lösung ab. Wenn Silizium verarbeitet wird, ist es wünschenswert, dass es der Siliziumoberfläche nicht ermöglicht wird, hydrophob zu werden, was das vollständige Ätzen der passivierten Siliziumdioxidoberfläche anzeigt. Die verwendete HF-Konzentration ist typischerweise 0.001 bis 10 Gew.-% oder 0.01 bis 1.0 Gew.-%. Im Allgemeinen sind niedrigere Konzentrationen bevorzugt, mit einer Konzentration von ungefähr 0.1%, die eine sehr gute Reinigungsleistung bereitstellt (mit einer Ätzgeschwindigkeit von 8A des thermischen Oxids pro Minute bei 95°C). Die HF-Lösung kann Salzsäure enthalten, um die Metallentfernungsfähigkeit zu steigern. Wenn verwendet, hat das HCl typischerweise einen Konzentrationsbereich, der den oben für HF beschriebenen Bereichen ähnlich ist.
  • In dem HF- und Ozonverfahren kann ein Temperaturbereich von 0°C bis zu 100°C verwendet werden. Höhere Temperaturen können verwendet werden, wenn das Verfahren unter Druck durchgeführt wird. Die Teilchenentfernungsfähigkeit dieses Verfahrens ist bei erhöhten Temperaturen gesteigert. Bei Umgebungstemperatur war die Teilchenentfernungswirksamkeit von getrockneten Siliziumdioxid Slurry-Teilchen mit Anfangszahlen von ungefähr 60.000 Teilchen größer als 0.15 Mikrometer ungefähr 95%. Bei 65°C erhöhte sich diese Effizienz auf 99%. Bei 95°C erhöhte sich diese Effizienz auf 99.7%. Obwohl dies als eine leichte Verbesserung erscheinen kann, ging der Unterschied in der endgültigen Teilchenzählung von 3000 auf 300 auf ungefähr 100 Teilchen, was bei der Herstellung von Halbleitergeräten sehr signifikant sein kann.
  • Das HF- und Ozonverfahren kann als Teil einer Reinigungssequenz enthalten sein, zum Beispiel: 3:00 (Minuten) HF/O3 > 3:00 SC1 > 3:00 HF/O3. Bei dieser Sequenz erhöhte sich die Reinigungseffizienz auf über 99.9%. Im Gegensatz dazu hatte das SC1 alleine eine Reinigungseffizienz von nur 50% oder weniger. Ähnliche Ergebnisse sind erreicht worden, wenn Siliziumnitridteilchen ebenfalls gereinigt wurden.
  • Die oben für das Ozonverfahren beschriebenen Schritte und Parameter treffen ebenfalls auf das Ozon mit HF und dem Ozonverfahren zu. Diese Verfahren können auf Chargen von Werkstücken in einer Apparatur, wie zum Beispiel im US-Patent Nr. 5,544,421 beschrieben, oder auf einzelnen Werkstücken in einer Apparatur, wie zum Beispiel in PCT/US 99/05676 beschrieben, durchgeführt werden.
  • Typische chemische Anwendungszeiten liegen im Bereich von 1:00 bis 5:00 Minuten. Verglichen mit einer 4-chem Reinigungsprozesszeit von ungefähr 20:00 Minuten, ist das Verfahren mit einer HF- und/oder HCl-haltigen Prozessflüssigkeit äußerst vorteilhaft. Typische H2O:HF:HCl Konzentrationsverhältnisse liegen im Bereich von 500:1:1 bis 50:1:1, mit und ohne HF und/oder HCl. Höhere Konzentrationen sind möglich, aber die wirtschaftlichen Vorzüge werden verringert. Es ist wichtig anzumerken, dass gasförmiges HF oder HCl in das Wasser injiziert werden könnten, um ebenfalls die gewünschte Reinigungschemie zu erzeugen. Aufgrund der Unterschiede der Prozessorkonfigurationen und der gewünschten Reinigungsanforderungen wird die Definition der spezifischen Reinigungsverfahrensparameter variieren, basierend auf diesen Unterschieden und Anforderungen.
  • Die Vorteile des Ozon-Diffusionsverfahrens beinhalten die folgenden:
    • 1. Verringerung der Menge und Arten der Chemikalien, die in dem Reinigungsverfahren verwendet werden.
    • 2. Verringerung des Wasserverbrauchs durch die Eliminierung der Vielzahl von erforderlich Zwischenspülschritten.
    • 3. Verringerung der Verarbeitungszeit.
    • 4. Vereinfachung der Verfahrens-Hardware.
  • Die oben beschriebenen Verfahren sind nicht eingängig. Es sind über eine Anzahl von Jahren Anstrengungen unternommen worden, um Wasserstoffperoxid durch Ozon in der Chemie, wie zum Beispiel SC1 und zu einem geringeren Grad SC2, zu ersetzen. Diese Anstrengungen sind größtenteils fehlgeschlagen, da sie nicht die Grenzschicht kontrollierten und nicht das Ozon auf eine solche Art und Weise eingeführt haben, dass anstelle einer Auflösung in der Grenzschicht die Diffusion durch die Grenzschicht der Kontrollmechanismus ist. Während die Reinigungswirksamkeit herkömmlicher Lösungen durch Erhöhen der Temperatur deutlich erhöht ist, wird erkannt, dass die Löslichkeit von Ozon in einer gegebenen Flüssigkeitslösung umgekehrt proportional zu der Temperatur der Lösung ist. Die Löslichkeit von Ozon in Wasser bei 1°C ist ungefähr 100 ppm. Bei 60°C fällt diese Löslichkeit auf unter 5 ppm. Bei erhöhten Temperaturen ist die Ozonkonzentration somit unzureichend, um eine Silizium-Wafer-Oberfläche schnell genug zu passivieren (oxidieren), um sicher zu stellen, dass das Anfressen der Siliziumoberfläche nicht auftreten wird. Somit sind diese beiden Mechanismen miteinander in Konflikt, wenn versucht wird, die Verfahrensleistung zu optimieren.
  • Tests haben gezeigt, dass es mit der Grenzschichtkontrolle/Ozondiffusionstechnik, die oben beschrieben ist, möglich ist, Silizium-Wafer zu verarbeiten unter Verwendung einer 2000:1 Wasser: Ammoniumhydroxidlösung bei 95°C und einen Anstieg der Oberflächenrauhigkeit (RMS) von weniger als 2 Ångstrom festzustellen. Wenn diese selbe Lösung in einem Eintauchsystem oder in ein herkömmliches Sprühsystem angewendet wird, erhöht sich die RMS-Oberflächenrauhigkeit, wie durch Atomkraftmikroskopie gemessen, um mehr als 20 Ångström und die maximale Oberflächenrauhigkeit steigt über 190 Ångström. Während ein herkömmliches Verfahren die Oberfläche in einem solchen Ausmaß angreifen wird, das die Oberfläche für einen Lichtstreuungs-Teilchenzähler unlesbar gemacht wird, hat die Grenzkontrolltechnik zusätzlich tatsächlich Teilchenverringerungen von bis zu 50% auf der Wafer-Oberfläche gezeigt.
  • Im Falle des Oxidierens und Entfernens organischer Kontamination zeigen herkömmliche wässrige Ozonverfahren eine Ablöserate auf dem Photolack (ein Kohlenwasserstofffilm) von ungefähr 200–700 Ångström pro Minute. In dem Grenzschicht kontrollierten System der offenbarten Verfahren ist die Geschwindigkeit auf 2500 bis 8800 Ångström pro Minute in einer Sprüh-kontrollierten Grenzschicht beschleunigt oder höher, wenn die Grenzschicht erzeugt wird und unter Verwendung eines Dampfes von 15 Psi und 126°C kontrolliert wird.
  • Die beschriebenen Verfahren sind für die Verwendung in einem weiten Bereich von mikroelektronischen Fabrikationsanwendungen verwendbar. Ein Sachverhalt, das bei der Herstellung von Halbleitergeräten zu beachten ist, ist Reflektionseinkerben. Um ein Muster auf einem Halbleiter-Wafer freizulegen, wird der Wafer mit einer photoaktiven Verbindung, die Photolack genannt wird, beschichtet. Der Widerstandsfilm wird einem Lichtmuster ausgesetzt, wobei dabei die Bereichen, auf die das Licht übertragen ist, „freigelegt" werden. Da topographische Merkmale unter dem Photolack existieren können, ist es jedoch für das Licht möglich, durch den Photolack zu passieren und von den topographischen Merkmalen zu reflektieren. Dies resultiert in einer Lackfreisetzung in einem unerwünschten Bereich. Dieses Phänomen ist als „Reflektionseinkerben" bekannt. Da sich die Gerätedichte erhöht, wird das Reflektionseinkerben zu mehr als einem Problem.
  • Ein ähnlicher Sachverhalt tritt auf als ein Resultat der normalen Brechung zum Einfallswinkel der Bestrahlung. Diese Brechung kann Verzerrungen in dem Einwirkungsstrahl durch das Phänomen der Standardwellenbildung erzeugen, was dabei in einer Musterverzerrung in dem Photolack resultiert. Um diese Phänomene zu verringern oder zu verhindern, werden Antireflektions-Beschichtungsschichten verwendet. Die Photolackfilme werden typischerweise entweder oberhalb oder unterhalb einer Antireflektions-Beschichtungsschicht aufgetragen. Da sowohl die Photolackschicht als auch die Antireflektions-Beschichtungsschicht nur „temporäre" Schichten sind, die in Zwischenfabrikationsschritten verwendet werden, müssen sie nach diesen Zwischenfabrikationsschritten vollständig entfernt werden.
  • Man hat herausgefunden, dass das Verfahren von 2 mit einer Prozessflüssigkeit verwendet werden kann, die Wasser und Ammoniumhydroxid umfasst, um sowohl den Photolack als auch die Antireflektions-Beschichtung in einem einzigen Verfahrensschritt (zum Beispiel die Schritte, die in 210–215 veranschaulicht sind) zu entfernen. Obwohl dies bei Konzentrationen zwischen 0.02 und 0.04 Gew.-% Ammoniumhydroxid in Wasser gezeigt worden ist, werden andere Konzentrationen ebenfalls als praktikabel betrachtet. Das Ammoniumhydroxid kann zu heißem DI Wasser aus einem Lagerreservoir 260C, wie in 3 gezeigt, hinzu gegeben werden.
  • Das Verfahren zur gleichzeitigen Entfernung von Photolack und der entsprechenden Antireflektionsschicht ist nicht notwendigerweise auf Prozessflüssigkeiten beschränkt, die Ammoniumhydroxid beinhalten. Das prinzipielle Ziel des Additivs ist es eher, den pH der Lösung, die auf die Wafer-Oberfläche aufgesprüht wird, zu erhöhen. Bevorzugt sollte sich der pH erhöhen, so dass er zwischen 8.5 und 11 ist. Obwohl Basen, wie zum Beispiel Natriumhydroxid und/oder Kaliumhydroxid, für eine solche Entfernung verwendet werden können, werden sie als weniger wünschenswert aufgrund der Bedenken der mobilen Innenkontamination angesehen. Die Chemie, wie zum Beispiel TMAH (Tetramethylammoniumhydroxid) ist jedoch geeignet und löst nicht das gleiche aus wie ein mobile Ionenkontaminationsbedenken. Ionisiertes Wasser, das reich an Hydroxylradikalen ist, kann ebenfalls verwendet werden.
  • Die verdünnte Ammoniumhydroxidlösung kann in dem Verfahren in irgendeiner Art und Weise aufgetragen werden. Zum Beispiel können Spritzenpumpen oder andere chemische Präzisionsapplikatoren verwendet werden, um eine einzelne Verwendung des Lösungsmittelstroms zu ermöglichen. In einer solchen Ausführungsform wird es möglich, den Photolack unter Verwendung eines Stroms an deionisiertem Wasser mit Ozon abzulösen und kann das Ablösen in einem kurzen Zeitraum, während dem Ammoniumhydroxid in den wässrigen Strom injiziert wird, abschließen. Dies hilft bei der Minimierung der Chemikalienverwendung und der Abfallbildung. Die Anwendungsapparatur kann ebenfalls den pH unter Verwendung geeigneter Sensoren und Aktuatoren, zum Beispiel durch die Verwendung von Mikroprozessorkontrolle, beobachten und kontrollieren.
  • Mit Bezug auf 4 sind in einem anderen Ozondiffusionsverfahrenssystem 54 eine oder mehrere Düsen 74 in der Prozesskammer 15 angeordnet, um das Ozon von dem Ozongenerator 72 direkt in die Reaktionsumgebung oder das Kammerinnere zu leiten. Die Injektion des Ozons in den Flüssigkeitsweg 60 ist optional. Das System der 4 ist ansonsten dasselbe wie das System in 1, wie oben beschrieben.
  • Mit Bezug auf 5 führt in einem anderen Ozondiffusionsverfahrenssystem 64 ein Dampfkessel 112 gesättigten Dampf unter Druck der Prozesskammer 15 zu. Es wird keine Pumpe benötigt. Die Reaktionskammer 15 ist bevorzugt abgedichtet, um eine Druckatmosphäre um das Werkstück zu bilden. Als ein Beispiel wird ein gesättigter Dampf bei 126°C durch den Dampfkessel 112 erzeugt und der Kammer 15 zugeführt, um einen Druck von 240 kPa darin während der Verarbeitung des Werkstücks zu erzeugen. Ozon kann direkt in die Kammer 15 wie gezeigt injiziert werden und/oder kann in den Weg 60 für gleichzeitiges Zuführen mit dem Dampf injiziert werden. Mit diesem Design steigen die Werkstückoberflächentemperaturen über 100°C, was weiter die Reaktionskinetiken beschleunigt. Während 4 und 5 die Flüssigkeit und das Ozon, die über getrennte Düsen 40 abgegeben werden, zeigen, können sie ebenfalls aus denselben Düsen unter Verwendung geeigneter Ventile abgegeben werden.
  • Die Verwendung von Dampf (Wasserdampf bei Temperaturen oberhalb 100°C) erhöht die Ablöserate des Photolacks in Gegenwart einer Ozonumgebung. Erstes Testen zeigt, dass ein Verfahren unter Verwendung von heißem Wasser von 95°C eine Photolackablöserate von ungefähr 3000–4000 Ångström pro Minute erzeugt. Das Durchführen eines ähnlichen Verfahrens unter Verwendung von Dampf bei 120–130°C resultiert in einer Ablöserate von ungefähr 7000–8000 Ångström pro Minute. Die resultierende Ablöserate ist jedoch nicht nachhaltig.
  • Die hohe Ablöserate wird nur erreicht, wenn der Dampf auf der Wafer-Oberfläche kondensiert. Die Wafer-Temperatur erreicht schnell ein thermisches Gleichgewicht mit dem Dampf und wenn ein Gleichgewicht erreicht ist, gibt es nicht länger einen thermischen Gradienten, um die Bildung des Kondensatfilms zu fördern. Dies resultiert in dem Verlust der Flüssigkeitsgrenzschicht auf der Wafer-Oberfläche. Die Grenzschicht scheint wesentlich zu sein, um die Oxidation der organischen Materialien auf der Wafer-Oberfläche zu fördern. Die Abwesenheit des Flüssigkeitsfilms resultiert in einem signifikanten Abfall der Ablöserate des Photolacks.
  • Wenn der Dampf aufhört auf der Wafer-Oberfläche zu kondensieren, erfährt die Reaktionsumgebung zusätzlich die Eliminierung einer Energiequelle, um die Reaktionskinetiken anzutreiben. Wenn Dampf auf der Wafer-Oberfläche kondensiert, muss er die Wärme der Verdampfung abgeben, was ungefähr 540 Kalorien pro Gramm sind. Diese Energie wird dann verfügbar, um andere Reaktionen, wie zum Beispiel die Oxidation von Kohlenstoffverbindungen in Gegenwart von Ozon oder sauerstofffreien Radikalen, zu fördern.
  • In Anbetracht dieser experimentellen Beobachtungen wird ein Verfahren zur Aufrechterhaltung der Temperatur einer Oberfläche, wie zum Beispiel eine Halbleiter-Wafer-Obefläche, bereitgestellt, um sicherzustellen, dass die Kondensation einer Dampfumgebung unbegrenzt weitergeht, was dabei die Verwendung von Dampf in Anwendungen, wie zum Beispiel als Photolackablösung in Gegenwart von Ozon, ermöglicht. Somit ist die Bildung der Flüssigkeitsgrenzschicht sichergestellt, als auch die Freisetzung signifikanter Mengen an Energie, wenn der Dampf kondensiert.
  • Um dies zu erreichen, muss die Wafer-Oberfläche bei einer Temperatur gehalten werden, die geringer ist als die des Dampfs, der in die Prozesskammer abgegeben wird. Dies kann durch Anbringen des Wafers auf eine Temperatur kontrollierte Oberfläche oder Platte 66, wie in 5 gezeigt, die als ein Kühlkörper dient, erreicht werden. Die Temperatur dieser Oberfläche kann dann entweder durch die Verwendung von Kühlspiralen, einen Festkörper-Wärmeaustauscher oder andere Mittel kontrolliert werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Temperatur kontrollierter Dampf von Flüssigkeit auf die Rückseite eines Wafers abgegeben, während Dampf und Ozon zu einem angeschlossenen Verfahrensbereich geliefert werden und es dem Dampf ermöglicht wird, auf der Wafer-Oberfläche zu kondensieren. Der Wafer kann rotiert werden, um eine gleichmäßige Verteilung der Grenzschicht zu fördern, als auch um zu helfen, die Dicke der Grenzschicht durch Zentrifugalkräfte zu definieren. Rotation ist jedoch kein absolutes Erfordernis. Der Kühlstrom muss bei einer Temperatur sein, die niedriger ist als der Dampf. Wenn der Kühlstrom Wasser ist, wird bevorzugt eine Temperatur von 75 oder 85–95°C verwendet, mit Dampftemperaturen oberhalb 100°C.
  • In einer anderen Ausführungsform und einer, die relativ leicht in einem Chargenverfahren zu implementieren ist, wird gepulstes Sprühen von Kühlflüssigkeit periodisch verwendet, um die Wafer-Temperatur zu verringern. Dampfabgabe kann entweder kontinuierlich oder ebenfalls gepulst sein.
  • Der Wafer kann in jeder Orientierung sein und Additive, wie zum Beispiel Fluorwasserstoffsäure, Ammoniumhydroxid oder einige andere Chemikalien, können zu dem System hinzu gegeben werden, um das Reinigen der Oberfläche oder die Entfernung spezieller Klassen von Materialien neben den oder zusätzlich zu organischen Materialien, zu fördern.
  • Dieses Verfahren ermöglicht die Verwendung von Temperaturen größer als 100°C, um die Reaktionskinetiken in dem Wasser/Ozon-System zum Zwecke der Entfernung organischer oder anderer Materialien von einer Oberfläche zu fördern. Es hilft die kontinuierliche Bildung eines Kondensationsfilms sicherzustellen, indem verhindern wird, dass die Oberfläche ein thermisches Gleichgewicht mit dem Dampf erreicht. Es macht sich ebenfalls die freigesetzte Wärme der Verdampfung zu nutze, um die Reaktionsraten zu fördern und potentiell die Entfernung von schwierigeren Materialien zu ermöglichen, was mehr Energie erfordern kann als in einem Heißwasserverfahren leicht abgegeben werden kann.
  • Eine Ultraviolett- oder Infrarotlampe 42 wird optional in irgendeinem der oben beschriebenen Designs verwendet, um die Oberfläche des Werkstücks 20 während des Verarbeitens zu bestrahlen. Diese Bestrahlung erhöht weiter die Reaktionskinetiken. Obwohl diese Bestrahlungstechnik auf Chargenwerkstückverarbeitung anwendbar ist, ist sie leichter und wirtschaftlicher in den veranschaulichten Ein-Wafer-Verarbeitungs-Designs zu implementieren, wobei das Werkstück leichter vollständig der Bestrahlung ausgesetzt ist. Megaschall- oder Ultraschalldüsen 40 können ebenfalls verwendet werden.
  • Mit Bezug auf 6 werden in einem anderen alternativen Ozonverarbeitungssystem 84 ein oder mehrere Flüssiggaskontaktoren 86 verwendet, um die Auflösung von Ozon in der Flüssigkeit zu fördern. Die Kontaktoren sind insbesondere verwendbar, wenn die Temperaturen der Verarbeitungsflüssigkeit zum Beispiel bei oder nahe Umgebungstemperatur ist. Solch niedrige Temperaturen können in einigen Anwendungen vorteilhaft sein, um Korrosion auf Filmen, wie zum Beispiel Aluminium/Silizium/Kupfer, zu kontrollieren.
  • Der Kontaktor 86 ist bevorzugt aus einem parallelen Flussdesign, bei dem Flüssigkeit in ein Ende eingeführt wird und das Ozongas in das gegenüberliegende Ende eingeführt wird. Solche Kontaktoren sind zum Beispiel von W. L. Gore Corporation, Newark, Delaware, USA, erhältlich. Diese Kontaktoren arbeiten unter Druck, typischerweise von ungefähr 1 bis 4 Atmosphären (Gauge). Das nicht gelöste Gas, das den Kontaktor 86 verlässt, kann optional zu der Prozesskammer 320 gerichtet werden, um Gasverluste zu minimieren. Die Ozonzuführung 72 für den Kontaktor 86 kann jedoch die gleiche wie die Zuführung für die direkte Abgabe in die Prozesskammer 15 sein oder nicht sein.
  • Wie beschrieben kann das Ozongas separat gesprüht oder auf andere Weise als ein Gas in die Prozesskammer eingeführt werden, wo es durch die Flüssigkeitsgrenzschicht auf das Werkstück diffundieren kann. Die Flüssigkeit wird bevorzugt erwärmt und aufgesprüht oder auf andere Weise auf das Werkstück aufgetragen ohne das Ozon bevor die Flüssigkeit auf das Werkstück aufgetragen wird in die Flüssigkeit injiziert wird.
  • Alternativ kann das Ozon in die Flüssigkeit injiziert werden und dann wird die Ozon-haltige Flüssigkeit auf das Werkstück aufgetragen. Bei dieser Ausführungsform wird, wenn die Flüssigkeit erwärmt wird, das Erwärmen bevorzugt ausgeführt bevor das Ozon in die Flüssigkeit injiziert wird, um die Menge von Ozonzersetzung in der Flüssigkeit während der Flüssigkeitserwärmung zu verringern. Typischerweise wird aufgrund der größeren Mengen an Ozon, die in die Flüssigkeit injiziert werden sollen, und der geringen Löslichkeit des Ozongases in der erwärmten Flüssigkeit, die Flüssigkeit etwas gelöstes Ozon enthalten und kann ebenfalls Ozonblasen enthalten.
  • Es ist ebenfalls möglich, Aspekte beider Ausführungsformen zu verwenden, d. h. Ozongas direkt in die Prozesskammer einzuführen und ebenfalls Ozon in die Flüssigkeit einzuführen, bevor die Flüssigkeit in die Prozesskammer abgegeben wird. Somit können verschiedene Verfahren für das Einführen von Ozon in die Kammer verwendet werden.
  • In Bezug auf 7 ist ein anderes alternatives System 120 dem System 54, das in 4 gezeigt ist, ähnlich, mit der Ausnahme, dass das System 120 nicht die Sprühdüsen 40 verwendet. Es werden eher eine oder mehrere Strahldüsen 56 verwendet, um einen Hochdruckstrahl aus Flüssigkeit zu bilden. Die Flüssigkeit 58, die in den Hochdruckstrahl 62 geformt wird, durchdringt die Grenzschicht 73 der Flüssigkeit auf der Werkstückoberfläche und prallt auf die Werkstückoberfläche mit wesentlich mehr kinetischer Energie ein, als bei herkömmlichen Wassersprühverfahren. Die erhöhte kinetische Energie des Strahls vertreibt und entfernt physikalisch Verunreinigungen.
  • Eine Hochdruckpumpe 272 setzt die Flüssigkeit 58 bevorzugt unter einen Druck von 700–105.000 oder 3.500–14.000 kPa und bevorzugter auf ungefähr 3.200–6.400 kPa unter Druck. Diese Drucke und der Durchmesser der Düsenöffnung und der Strahldurchmesser von 0.5–10 mm resultieren in der Bildung eines Strahls 62 oder einer im Wesentlichen festen oder kontinuierlichen Säule aus Flüssigkeit, die auf das Werkstück mit einer Geschwindigkeit von 1–100 Metern/Sekunde prallt. Im Gegensatz zu herkömmlichen Flüssigkeitssprühsystemen werden nur wenige, wenn überhaupt, Tropfen gebildet. Eher prallt ein konzentrierter Strahl oder Richtstrahl aus Flüssigkeit auf einen kleinen Punkt des Werkstücks ein. Die Geschwindigkeit der Flüssigkeit ist größtenteils nur durch den Pumpendruck und die Fließbegrenzungen begrenzt und das Erfordernis, Beschädigungen des Werkstücks zu vermeiden. Während kontinuierlicher Fluss bevorzugt ist, kann ein unterbrochener oder ausgesetzter Fluss, um einen einzelnen Flüssigkeitsaufprall zu bilden, ebenfalls verwendet werden.
  • Die Testdaten zeigen, dass das oben beschriebene Verfahren sowohl hart gebackene als auch implantierten Photolack entfernen kann, als auch teilchenförmige und metallische Verunreinigungen, bei niedrigeren Kosten als andere gerade verwendete Verfahren, die Plasma und Chemie beinhalten.
  • Das Flüssigkeitsstrahlsystem, das in 7 gezeigt ist, kann in einen Apparat zur Handhabung und Reinigung oder Verarbeitung von Werkstücken eingeschlossen sein. Die 8–13 zeigen optional weitere Entwürfe und Merkmale, die mit dem Flüssigkeitsstrahlsystem von 7 verwendet werden können. Als ein Beispiel in Bezug auf 9 beinhaltet ein Apparat 121, der das Strahlsystem beinhaltet, ein Bedienfeld 124 und einen Verfahrensschacht oder -raum 126 innerhalb eines Gehäuses 122. Wie in 10 gezeigt, wird ein Roboterarm 132 zwischen einer Lade/Entladesektion 128 und der Verfahrenssektion 126 positioniert. Die Werkstückbehälter oder Träger 130, die typischerweise eine Charge von Werkstücken 20 enthalten, werden in und aus der Lade/Entladesektion 128 bewegt, wenn die Werkstücke durch das System 121 zur Reinigung zyklisiert werden.
  • Die Prozesskammern 140 sind innerhalb der Prozesssektion 126 positioniert. In dem gezeigten Design werden zwei Prozesskammern 140 verwendet. Für bestimmte Anwendungen kann jedoch eine einzige Prozesskammer 140 ausreichend sein, wohingegen bei anderen Anwendungen mehrere Prozesskammern, zum Beispiel drei, vier, fünf, sechs oder mehr, verwendet werden können.
  • In Bezug nun auf die 10 und 11 beinhaltet jede Prozesskammer 140 einen Kopf 142 mit einer Halterung oder Fingern 148 zum Halten eines Werkstücks 20. Eine oder mehrere Strahldüsen 56 werden auf einem Verteiler 157 innerhalb der Prozesskammer 140 bereitgestellt. Der Verteiler 157 ist bevorzugt entlang einer Verteilerstrecke 158 über einen Streckenmotor 172 bewegbar. Ein Zuführleitung 174 führt der einen oder den mehreren Düsen 56 Hochdruckflüssigkeit zu.
  • Der Kopf 142 der Prozesskammer 140 beinhaltet bevorzugt (aber nicht notwendigerweise) einen Rotor 144, der an die Fingerhalter oder die Halterung 148 angebracht ist. Ein Motor 146 wird dann in dem Kopf 142 bereitgestellt, um den Rotor 144 und das Werkstück 20 zu drehen. Auf diesem Wege kann ein Strahl 62 aus Hochdruckflüssigkeit aus der einen oder den mehreren Düsen 56 im Wesentlichen alle Bereiche der unteren Oberfläche des Werkstücks 20 kontaktieren über die Rotation des Werkstücks 20 und die bevorzugt lineare Bewegung der Düsen 56. Alternativ kann die Düse 56 in Position fixiert werden (ohne dass ein Verteiler 154 verwendet wird) und das Werkstück 20 wird mit Präzession durch den Rotor 144 rotiert. Als eine andere Alternative kann sowohl das Werkstück 20 als auch die Düse 56 stationär verbleiben, während der Strahl aus Hochdruckflüssigkeit über eine Düse oder ein Strahlsteuerungsgerät gesteuert wird, so dass der Strahl über im Wesentlichen die gesamte untere Oberfläche des Werkstücks 20 passiert.
  • In Bezug auf 10 wird ein Kopfhebewerk 160, das an dem Kopf 142 angebracht ist, bereitgestellt, um den Kopf 142 in und aus der Schüssel 166 der Prozesskammer 140 zu heben und zu senken, um das Werkstück in den Kopf 142 zu laden und zu entladen. Der Kopf 142 wird an das Kopfhebewerk 160 über einen Kopfgelenkschaft 162 angebracht. Ein Gelenkantriebsmotor 164 dreht den Kopfgelenkschaft 162 und den Kopf 142, typischerweise um 180°, so dass der Kopf zum Laden und Entladen nach oben zeigt und zur Verarbeitung nach unten zeigt. Ein Abfluss 168 in der Nähe des Bodens der Schüssel 166 entfernt verbrauchte Flüssigkeit, wie in 11 gezeigt. Eine Abdichtung 152 wird optional zwischen dem Kopf 142 und der Schüssel 166 bereitgestellt.
  • In einer alternativen Prozesskammer 180, wie in 12 gezeigt, wird eine Strahldüse 56 auf eine Schwenkarmanordnung 190 bereitgestellt. Die Schwenkarmanordnung 190 wird von einer Achse 212 getragen, die sich nach unten durch einen Gelenkkragen 210, der durch den Boden einer Schüssel 166 läuft, erstreckt. Ein Armhebewerk 214 ist mit der Achse 212 durch eine Halterung oder eine Buchse 215 verbunden. Das Armhebewerk 214 ist mit einem Armhebewerkmotor 216 verbunden. Die Achse 212 ist ebenfalls direkt oder starr mit einem Armgelenkverbindungsstück 218, das über einen Armgelenkmotor 220 bewegt wird, verbunden. Konsequenterweise kann die Schwenkarmanordnung 190 durch den Armhebewerkmotor 216 gehoben oder gesenkt werden und kann ebenfalls unabhängig durch den Armgelenkmotor 220 gedreht werden.
  • Eine Spülkammer 230 und eine Spülsprühdüse 232 können auf einer Seite der Schüssel 166 zum Spülen und Saubermachen der Schwenkarmanordnung 190 bereitgestellt werden.
  • Wie in den 8 und 12 gezeigt, verbindet eine Hochdruckflüssigkeitseinspeiseleitung 196 die Düse 56, bevorzugt durch die Achse 212 und die Schwenkarmanordnung 190. Eine Dampfeinspeiseleitung 198 kann optional ähnlich an eine Dampfsprühdüse 200, die zur oder an die Schwenkarmvorrichtung 190 angebracht ist, verbinden. Schallumwandler 202, wie zum Beispiel Ultraschall- oder Megaschallumwandler, können um die Düse 56 auf der Schwenkarmvorrichtung 190 bereitgestellt werden, um Schallenergie in den Strahl aus Hochdruckflüssigkeit, der aus der Düse 56 entspringt, zu übermitteln. Eine elektromagnetische Strahlungsquelle wird ebenfalls optional auf der Schwenkarmvorrichtung bereitgestellt, um Strahlung auf das Werkstück 20 zu richten. Die elektromagnetische Strahlung kann Ultraviolett-, Infrarot-, Mikrowellen-, Gamma- oder Röntgenstrahlung sein. Eine elektrische Stromleitung, Faseroptikkabel oder Wellenleiter 208 ist mit der elektromagnetischen Strahlungsquelle 204 über die Achse 212 und die Schwenkarmanordnung 190 verbunden.
  • In Bezug auf 8 wird die Düsenflüssigkeit 58 in einem Bulk in einem Behälter oder einem Gefäß 256, das mit einer Heizung/Kälteanlage 264 über eine Zuführungsleitung 258 verbunden ist, gelagert. Eine chemische Flüssigkeitsquelle oder ein Behälter 260 ist optional mit dem Flüssigkeitsbehälter 256 über eine chemische Abgabeleitung 262 verbunden. Alternativ kann der chemische Zuführungsbehälter 260 mit der Flüssigkeitszuführungsleitung 258 an einem Punkt stromabwärts der Heizung/Kälteanlage 264 verbunden sein. Ein Ozongenerator 72 ist optional mit der Flüssigkeitszuführungsleitung 258 stromabwärts der Heizung/Kälteanlage 264 verbunden, um Ozon der Flüssigkeit zuzuführen. Der Ozongenerator 72 kann ebenfalls mit der Prozesskammer 180 an einem Ozoneingangsanschluss 206 verbunden sein, um Ozongas direkt in die Kammer zuzuführen.
  • Die Flüssigkeitszuführungsleitung 258 von der Heizung/Kälteanlage 264 ist mit einer Hochdruckpumpe 272 verbunden, die die Flüssigkeit, die in die Einspeiseleitung 296, die sich von der Düse 56 erstreckt, fließt, unter Druck setzt. Eine chemische Gaszuführungsleitung 276, die mit einem chemischen Gasanschluss 278 in der Prozesskammer 180 verbunden ist, kann optional bereitgestellt werden, zusätzlich zu dem Ozongenerator 72. Ein Dampfgenerator oder Boiler 112, der mit der Dampfleitung 198 auf der Schwenkarmanordnung 190 verbunden ist, kann ebenfalls bereitgestellt werden.
  • In Bezug auf 12 kann ein Schallumwandler 203 auf dem Kopf 142, der mit dem Werkstück 20, das durch die Halter oder die Halterung 148 gehalten wird, in Kontakt ist, bereitgestellt werden. Der direkte Kontaktumwandler 203 kann ein Megaschall- oder Ultraschallumwandler sein und kann anstelle oder zusätzlich zu den Schallumwandlern 202 an der Düse 56 verwendet werden.
  • Gleichzeitig können Dampfdüsen 201, die von der Innenfläche der Schüssel 166 getragen werden und mit dem Dampfgenerator 112 verbunden sind, anstelle von oder zusätzlich zu der Dampfdüse 200 auf der Schwenkarmanordnung 190 verwendet werden. Zusätzlich können elektromagnetische Strahlungsquellen 205, wie zum Beispiel eine UV-Lampe, innerhalb der Prozesskammer 180 bereitgestellt werden, um die Oberfläche des Werkstücks 20 zu bestrahlen.
  • Die vorangegangene Beschreibung des Designs und der Merkmale, die in 12 gezeigt sind, gilt ebenfalls für die Ausführungsform, die in 11 gezeigt ist, die eine linear bewegbare Düse (anstelle einer Düse, die sich entlang eines Radius R, wie in 13 gezeigt, bewegt) hat. Die vorangegangene Beschreibung ist ebenfalls für eine Ausführungsform mit einer fixierten Düse und einem Werkstück, welches rotiert und umgewandelt oder verarbeitet wird oder sich auf andere Weise bewegt, um im Wesentlichen die gesamte (nach unten zeigende) Oberfläche des Werkstücks dem Strahl 62 auszusetzen, anzuwenden.
  • Die flüssigen und gasförmigen chemischen Additive, Bestrahlungsquellen und Schallumwandler sind für das System oder die Verfahren nicht wesentlich, können aber in einigen Anwendungen bevorzugt sein. Die Heizung/Kälteanlage Ozon und der Dampf, obwohl für einige Anwendungen bevorzugt, kann ebenfalls weggelassen werden. Die wesentlichen Merkmale umfassen den Strahl der Hochdruckflüssigkeit und die Bewegung des Strahls über die Werkstückoberfläche.
  • Die Ventile, Messinstrumente, Filter und andere Standardkomponenten und Techniken, die im Design von Flüssigkeitssystemen gut bekannt sind, sind in 8 aus Gründen der Klarheit der Illustration weggelassen worden.
  • In Bezug auf 10 wird in Verwendung ein Werkstückbehälter oder Träger 130 in die Lade/Entladesektion 128 des Reinigungssystems 121 bewegt. Der Roboter 132 bewegt ein einzelnes Werkstück von dem Träger 130. Der Kopf 142 der Prozesskammer 140, die beladen werden soll, zeigt nach oben. Der Roboter 132 platziert das Werkstück 20 in den Haltern oder den Halterungen 148 auf dem nach oben zeigenden Kopf 142. Der Gelenkantriebsmotor 164 wird dann mit Energie versorgt, um den Kopf 142 (typischerweise 180°) in eine nach unten zeigende Position zu drehen. Das Kopfhebewerk 160 senkt dann den Kopf 142 und das Werkstück 20 nach unten, bis der Kopf 142 mit der Schüssel 166 abschließt.
  • In Bezug auf 11 mit dem Kopf 142, der mit der Schüssel 166 abschließt, und optional über die Abdichtung 152 abgedichtet ist, wird der Kopfdrehmotor 146 mit Energie versorgt, um das Werkstück 20 zu rotieren. Hochdruckflüssigkeit wird zu einer oder mehreren Düsen 56 über die Zuführungsleitung 258 und die Pumpe 272 bereitgestellt. Der Antriebsmotor 172 wird mit Energie versorgt, um die eine oder die mehreren Düsen 56 linear innerhalb der Prozesskammer 166 zu bewegen. Die Drehbewegung des Werkstücks 20 und die lineare Bewegung der einen oder der mehreren Düsen 56 stellt sicher, dass im Wesentlichen die gesamte Oberfläche des Werkstücks 20, das den Düsen 56 gegenüber steht, mit einem Strahl 62 der Hochdruckflüssigkeit in Kontakt kommen.
  • Die Durchführung der Ausführungsform, die in 12 gezeigt ist, ist ähnlich der Durchführung wie oben in Bezug auf 11 gezeigt, mit der Ausnahme, dass die Düse 56 sich auf einem Radius R, wie in 13 gezeigt, über die Achse 212 bewegt. Die elektromagnetische Bestrahlungsquelle 204, der Schallumwandler 194 und die Dampfdüse 200 (wenn verwendet), welche sich mit der Flüssigkeitsstrahldüse 56 auf der Schwenkarmanordnung 190 in 12 bewegen, können ebenfalls auf dem Verteiler 154 oder einer anderen Struktur um die Düse 56 in dem Design, das in 11 gezeigt ist, bereitgestellt werden, um eine elektromagnetische Strahlungs-, Schall- und Dampfquelle, die sich mit der Strahldüse 56 bewegt, bereitzustellen.
  • Obwohl die Strahldüsen 56 bevorzugt so orientiert sind, dass der Strahl 62 senkrecht zum Werkstück 20 ist, können Strahlen, die das Werkstück in einem Winkel treffen, ebenfalls verwendet werden. Obwohl die Strahldüsen in den 11 und 12 unterhalb des Werkstücks positioniert sind, können die Strahldüsen und das Werkstück mit der Düse vertikal oberhalb des Werkstücks oder an einer Seite des Werkstücks orientiert sein.
  • In Bezug auf die 8, 11 und 12 ist die Flüssigkeit innerhalb des Behälters 256 bevorzugt Wasser oder deionisiertes Wasser. Andere Flüssigkeiten können jedoch verwendet werden, allein oder gemischt mit Wasser. Zum Beispiel können organische Lösungsmittel, wie zum Beispiel Isopropylalkohol, N-Methylpyrrolidon, Schwefelsäure, Phosphorsäure oder halogenierte Kohlenwasserstoffe anstelle von oder gemischt mit Wasser verwendet werden. Wasser ist als Flüssigkeit in den meisten Anwendungen bevorzugt. Die Vorteile der Verwendung von Wasser beinhalten dessen geringe Kosten, die geringe Umweltbelastung, die thermische Kapazität und die Fähigkeit, viele Verunreinigungen zu lösen.
  • Die flüssigen chemischen Additive innerhalb der chemischen Behälter 260 können Fluorwasserstoffsäure, Salzsäure, Ammoniumhydroxid oder Wasserstoffperoxid beinhalten. Fluorwasserstoffsäure und Salzsäure können die Metallentfernungsfähigkeit steigern. Fluorwasserstoffsäure kann ebenfalls als ein Oxidätzmittel wirken. Ammoniumhydroxid erhöht den pH der Lösung, was das Zeta-Potential der Wafer-Oberfläche optimiert, wobei dabei das Potential für die Teilchenadhäsion an die Wafer-Oberfläche verringert wird. Wasserstoffperoxid kann hinzu gegeben werden, um die Entfernung organischer Materialien, wie zum Beispiel Hexamethyldisilazan, ein Photolackadhäsionspromoter, zu steigern. Während diese und ähnliche flüssige Chemikalien hinzu gegeben werden können oder allein verwendet werden können, kann das System und die beschriebenen Verfahren ebenfalls nur eine einzelne flüssige Komponente, wie zum Beispiel Wasser, ohne irgendwelche Additive verwenden.
  • Immer noch in Bezug auf 8 ist es vorteilhaft, die Flüssigkeit 58 zu erwärmen, um die Verarbeitung zu beschleunigen. Wenn die Flüssigkeit 58 Wasser ist, kann die Heizung/Kälteanlage 264 so ein gestellt werden, das die Flüssigkeit 58 auf eine Temperatur von zum Beispiel 25–99°C und bevorzugt 40–97°C erwärmt wird, wenn Wasser als die Flüssigkeit oder die hauptsächliche Flüssigkeitskomponente verwendet wird. Für viele Anwendungen wird die Flüssigkeit 58 bevorzugt bis kurz unterhalb ihres Siedepunkts erwärmt.
  • Der Flüssigkeitsstrahl 62 entfernt mechanisch oder physikalisch Verunreinigungen von dem Werkstück über kinetische Energie. Die kinetische Energie des Strahls, der Säule oder des Richtstrahls 62 kann erhöht werden, indem die Dichte der Flüssigkeit 58 erhöht wird. Wenn sich die Dichte der Flüssigkeit 58 erhöht, erhöht sich die Masse der Flüssigkeit, die pro Sekunde auf das Werkstück trifft. Die kinetische Energie, die für die Entfernung der Verunreinigungen verliehen und verfügbar ist, wird sich mit die folgende Gleichung erhöhen: Kinetische Energie = 0,5 × (Masse der Flüssigkeit) × (Geschwindigkeit der Flüssigkeit)2
  • Konsequenterweise erhöht sich die verfügbare kinetische Energie linear mit der Dichte der Flüssigkeit. Die Dichte der Flüssigkeit kann durch Kühlen der Flüssigkeit auf eine Temperatur unterhalb Umgebungstemperatur über die Heizung/Kälteanlage 264 erhöht werden.
  • Ozon, das durch den Ozongenerator 72 zugeführt wird, kann in die Flüssigkeitszuführungsleitung 258 oder direkt in die Prozesskammer 166 an dem Ozonanschluss 206 abgegeben werden. Wenn die Flüssigkeit 58 durch die Heizung/Kälteanlage 264 erwärmt wird, wird sich die Löslichkeit des Ozongases in der Flüssigkeit verringern. Konsequenterweise kann sich etwas Ozon, das in der Flüssigkeitszuführungsleitung 258 geliefert wird, in der Flüssigkeit lösen, während das überschüssige Ozon Blasen bilden kann, die mit der Flüssigkeit wandern. Sowohl das aufgelöste Ozon als auch die Ozonblasen in der Flüssigkeit, wenn überhaupt, sind in dem Reinigungsverfahren hilfreich.
  • Die Zuführung des chemischen Gases 276 kann beinhaltet sein, um ein Reduktionsmittel, wie zum Beispiel Wasserstoffgas, in die Kammer 180 bereitzustellen. Das Wasserstoffgas oder ein anderes Reduktionsmittel fördert die Entfernung von Verunreinigungsmaterialien, indem es mit diesen reagiert und ihre Löslichkeit in Wasser erhöht.
  • In Bezug auf die 8 und 12 stellt der Dampfgenerator 112 (wenn verwendet) den Dampfdüsen 200 und/oder 201 Dampf bereit. Bevorzugt sprühen die Düsen Dampf direkt auf oder über das Werkstück. Die gleichzeitige Einführung von Dampf auf die Werkstückoberfläche während des Hochdruckflüssigkeitsreinigungsprozesses fügt zusätzliches Ablöse- und Reinigungsfähigkeit hinzu. Die Dampftemperatur kann von 100–500°C variieren. Obwohl die gesteigerte molekulare Geschwindigkeit des Dampfs, der die Werkstückoberfläche trifft, wirken kann, um Verunreinigungen auf eine Art und Weise, die der des Hochdrucksflüssigkeitsstrahls ähnlich ist, physikalisch zu entfernen, gibt es einen anderen Mechanismus der Entfernung, der Dampf bereitstellt. Da Dampf auf der Werkstückoberfläche kondensiert, setzt er ungefähr 2300 Joule an Energie pro Gramm aufgrund der Wärme der Kondensation frei. Diese zusätzliche Energie ist dann verfügbar, um die Entfernung von Verunreinigungsmaterialien auf der Werkstückoberfläche zu fördern. Tabelle 1 zeigt unten die Zeit, die benötigt wird, um einen 2.0 Mikrometer dicken Photolack von einem Silizium-Wafer unter Verwendung verschiedener Wasser/Ozon Verfahren bei einer Einzel-Wafer-Plattform zu entfernen. TABELLE 1
    Prozess Prozesszeit
    Wasser (95°C) Sprühen + Ozon 5:500
    Dampf (210°C) + Ozon 3:00
    Wasser (95°C) bei Hochdruck + Ozon 1:30
    Dampf (210°C) + Wasser (95°C) bei Hochdruck + Ozon 0:20
  • Wie in Tabelle 1 gezeigt ist, wirkt das Dampf/Hochdruckflüssigkeits (Wasser) Verfahren mit Ozon synergistisch, um Photolack zu entfernen.
  • Immer noch in Bezug auf 8 entfernt der Flüssigkeitsstrahl 62 mechanisch organische Materialien, metallische Verunreinigungen und andere Verunreinigungen von dem Werkstück. Die Schallumwandler 202 und/oder 203 (wenn verwendet) erhöhen die Energie, die an das Werkstück weitergegeben wird. Das Bereitstellen von Schallenergie auf das Werkstück kann eine größere Einwirkungsenergie verursachen, wenn der Flüssigkeitsstrahl 62 das Werkstück trifft. Da der Flüssigkeitsstrahl 62 eine wesentliche nicht komprimierbare Säule aus Flüssigkeit bildet, wird Schallenergie von den Umwandlern 202 an der Düse 56 auf das Werkstück durch den Strahl 62 weitergegeben.
  • Die elektromagnetischen Strahlungsquellen 204 und/oder 205 (wenn verwendet) zielen und fokussieren auf die Oberfläche des Werkstücks, das gereinigt wird. Die gesamte Oberfläche des Werkstücks kann gleichzeitig bestrahlt werden. Alternativ kann die Quelle 204 am Einwirkungspunkt des Strahls 62 auf das Werkstück 20 über Linsen oder ein Faseroptikabgabegerät abzielen und fokussieren.
  • In der Ausführungsform, die in 12 gezeigt ist, dreht sich die Schwenkarmanordnung 190 auf der Achse 212 über einen Winkel θ, zum Beispiel 40°–70°, so dass mit der Rotationsbewegung des Werkstücks 20 der Strahl 62 von der Düse im Wesentlichen die gesamte Oberfläche der (nach unten zeigenden) Werkstückoberfläche kontaktiert. Der Motor 146 dreht das Werkstück 20 mit 1–5.000 U/min, abhängig von der Verunreinigung, die entfernt werden soll. Für die Photolackentfernung reichen bevorzugte Drehgeschwindigkeiten von 100–2.000 U/min.
  • Die Verwendung des Hochdruckflüssigkeitsstrahls 62 kann die Mengen der Chemikalien, die gegenwärtig für die Reinigung verwendet werden, eliminieren oder stark verringern. Die Verwendung des Hochdruckflüssigkeitsstrahls zur Reinigung, wie beschrieben, kann ebenfalls einige Trocken-Plasma-Ätzverfahren ersetzen, was das Bedürfnis für ein Trocken-Ätz-Plasmagenerator eliminiert. Konsequenterweise können Hersteller von Halbleiter- und ähnlichen mikroelektronischen Geräten und Werkstücken die Herstellungskosten verringern und die Umweltbelastung ihres Herstellungsverfahrens vermindern, ohne die Reinigungsleistung zu reduzieren.
  • Die Kombination verschiedener Energiequellen, um Oberflächenkotamination zu entfernen, einschließlich Photolack, Teilchen, organische Substanzen und Metalle, erhöht die Wirksamkeit des Entfernungsverfahrens. Oberflächenreinigung oder Herstellungsverfahren können durchgeführt werden, welche wirksamer sind von einem Standpunkt des Chemikalienverbrauchs aus mit reduzierter Umweltbelastung, verringerten Kosten und verbesserter Herstellung für Halbleiter und ähnliche Geräte.
  • Photolack ist ein Beispiel einer zu entfernenden Verunreinigung. Photolack ist eine Kohlenwasserstoffverbindung oder ein Polymer mit einer Kohlenwasserstoffzusammensetzung. Photolack kann entfernt werden, indem chemisch die Polymerverbindung mit einem Lösungsmittel kombiniert wird. Das Lösungsmittel kann eine Nasschemikalie, wie zum Beispiel Schwefelsäure, oder eine Mischung mit Wasser und einem Oxidationsmittel, wie zum Beispiel Ozon, sein. Alternativ kann der Photolack durch eine Kombination mit einem Oxidationsmittel, wie zum Beispiel Sauerstoff, das geeignet Energie hat, wie zum Beispiel elektrisch angeregtes organisches Plasma, entfernt werden. in jedem Fall erfordert die Entfernung der Verunreinigung, zum Beispiel des Photolacks, die Bindungs- und/oder mechanische Energie, die den Kohlenwasserstoff zusammenhält, die überwunden werden muss, so dass getrennte Bestandteile mit Oxidationsmitteln oder anderen Lösungsmitteln kombiniert werden können.
  • Die Verwendung von Wasser dient zur Hydrolyse von Kohlenstoff-Kohlenstoffbindungen von organischen Molekülen zur Kombination mit dem H-C-Polymer und dient dazu, einen gewissen Grad an Bindungsenergie mit und zwischen den Kohlenwasserstoffen zu entfernen. Wasser beschleunigt ebenfalls die Oxidation der Siliziumoberflächen durch Hydrolyse von Silizium-Wasserstoff oder Silizium-Hydroxylbindungen. Die Verwendung eines Oxidationsmittels zusätzlich zu Wasser erhöht die Wirksamkeit des Oxidationsmittels. In den Fällen, bei denen die Lackbehandlung das Aussetzen gegenüber einem hoch geladenen Medium, das zur Implantation in das Silizium verwendet wird, wie zum Beispiel Bor oder Arsen, beinhaltet, wird der Lack vernetzt oder stärker gebunden. In diesem Fall kann die Verwendung eines weniger aggressiven Mediums, wie zum Beispiel Ozon und Wasser, nicht genug sein, um den Photolack zu entfernen. Ein gewisser Grad an Angriff oder Oxidation findet jedoch statt, obwohl in einem geringeren Ausmaß aufgrund des Vernetzungsphänomens. Konsequenterweise ist das Kombinieren zusätzlicher Formen von Energie (akustische, elektromagnetische, thermische und/oder mechanische Energie) vorteilhaft, um die Entfernungswirksamkeit zu erhöhen. Die Verwendung von Megaschall oder Ultraschall sind Beispiele für akustische Energie, wohingegen UV ein Beispiel für elektromagnetische Energie ist. Hochdrucksprühen ist ein Beispiel von mechanischer Energie. Thermische Energie kann in Form von Dampf, Infraroterwärmung oder anderen Mitteln zum Erhöhen der Temperatur des Werkstücks kommen.
  • Die Kombination von zwei oder mehreren dieser Energiequellen stellt neue Techniken zur Entfernung von Kontamination bereit. Zum Beispiel erhöht die Kombination von thermischer Energie in der Form von Infrarotenergie mit Ozon und Wasser die Temperatur der Werkstück- oder der Wafer-Oberfläche, während gleichzeitig Oxidationsmittel bereitgestellt werden. Die Verwendung von Hochdruckwasser zusammen mit Ozon und einer Chemikalie, wie zum Beispiel Ammoniak, stellt eine Kombination von Komplementärenergiequellen bereit, um Kontamination oder Photolack zu machen.

Claims (26)

  1. Ein Verfahren zur Reinigung eines Werkstücks (20) unter Verwendung von Ozon und einer Schicht einer erwärmten Flüssigkeit auf dem Werkstück (20), gekennzeichnet durch: Richten eines Strahls (62) einer Flüssigkeit durch die Schicht der erwärmten Flüssigkeit, wobei der Strahl (62) durch die Schicht dringt und auf die Oberfläche des Werkstücks (20) einwirkt, um eine Verunreinigung von der Oberfläche des Werkstücks (20) physikalisch zu entfernen.
  2. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Flüssigkeit Wasser beinhaltet.
  3. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Flüssigkeit auf ungefähr 3.500–14.000 kPa unter Druck gesetzt wird.
  4. Das Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das weiter durch Erwärmen des Werkstücks (20) charakterisiert wird.
  5. Das Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das weiter durch Erwärmen der Flüssigkeit auf 25–99°C charakterisiert wird.
  6. Das Verfahren nach Anspruch 1, das weiter durch Bereitstellen des Ozons als ein Trockengas in die Umgebung um das Werkstück (20) charakterisiert wird.
  7. Das Verfahren nach Anspruch 6, das weiter durch Bereitstellen des Ozons in die Umgebung um das Werkstück (20) charakterisiert wird, indem das Ozon in die Flüssigkeit, die verwendet wird, um den Strahl (62) zu bilden, eingebracht wird.
  8. Das Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das weiter durch Drehen des Werkstücks (20) charakterisiert wird, um die Bildung der Grenzschicht zu unterstützen.
  9. Das Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Flüssigkeit Fluorwasserstoffsäure, Salzsäure, Ammoniumhydroxid, Schwefelsäure, Phosphorsäure, halogenierte Kohlenwasserstoffe oder Wasserstoffperoxid beinhaltet.
  10. Das Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das weiter durch Bestrahlen des Werkstücks (20) mit Ultraviolet-, Infrarot-, Mikrowellen-, Gamma- und Röntgenstrahlung charakterisiert wird.
  11. Das Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das weiter durch Bewegen des Strahls (62) von unter Druck stehender Flüssigkeit relativ zu dem Werkstück (20) charakterisiert wird, so dass im wesentlichen alle Bereiche der Werkstückoberfläche, die dem Strahl (62) gegenüberliegen, mindestens für einen Moment dem Strahl (62) ausgesetzt werden.
  12. Das Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Strahl (62) senkrecht zu dem Werkstück (20) oder in einem schiefen Winkel zu dem Werkstück (20) ist.
  13. Das Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das weiter den Schritt des Bewegens des Strahls (62) auf einem Schwenkarm (190) innerhalb der Kammer beinhaltet.
  14. Das Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das weiter durch Leiten von Schallenergie zu dem Werkstück (20) charakterisiert wird.
  15. Das Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Schallenergie zu dem Werkstück (20) geleitet wird indem Schallenergie in eine Düse (56), die die Flüssigkeit zu dem Strahl (62) formt, geleitet wird.
  16. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Strahl (62) einen Durchmesser von ungefähr 0.5–10 mm hat.
  17. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Strahl (62) von unten gegen die untere Fläche des Werkstücks (20) gerichtet wird.
  18. Das Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Erwärmen durch Einleiten von Dampf zu dem Werkstück (20) durchgeführt wird.
  19. Ein Apparat zur Entfernung von Verunreinigungen von einem Werkstück (20), wobei der Apparat eine Prozesskammer (15, 180, 166); eine Ozonquelle (72) zum Einleiten von Ozon in die Kammer; eine Halterung (30, 144) in der Kammer (15, 180, 166) zum Halten von einem oder mehreren Werkstücken (20); mindestens eine Strahldüse (56) in der Kammer (15, 180, 166), die in Richtung des Werkstücks (20) gerichtet ist; und einen Düsen- oder Werkstückantrieb (220) zum Bewegen der Düse (56) relativ zum Werkstück (20) hat; charakterisiert durch: eine Hochdruckquelle (272, 264, 256) einer erwärmten Flüssigkeit, die mit einer Düse (56) verbunden ist, wobei die Düse (56) so konfiguriert ist, um einen Strahl (62) der Flüssigkeit durch eine Schicht erwärmter Flüssigkeit auf dem Werkstück (20) zu richten, wobei der Strahl (62) auf die Oberfläche des Werkstücks (20) einwirkt, um eine Verunreinigung von der Oberfläche des Werkstücks (20) physikalisch zu entfernen.
  20. Der Apparat nach Anspruch 19, wobei die Quelle (272, 264, 256) der Hochdruckflüssigkeit Flüssigkeit in die Düse (56) bei einem Druck von 3.500–14.000 kPa bereitstellt.
  21. Der Apparat nach Anspruch 19, wobei die Halterung (30, 144) innerhalb der Kammer (15, 180, 166) rotiert.
  22. Der Apparat nach Anspruch 19, wobei die Düsenantrieb durch einen Schwenkarm (190) charakterisiert ist, der die Düse (56) und einen Antrieb (220), der an den Schwenkarm (190) angebracht ist, trägt.
  23. Der Apparat nach Anspruch 19, der weiter charakterisiert ist durch: die Prozesskammer (15, 180, 166) mit einer offenen Position zum Beladen und Entladen eines Werkstücks (20) und einer geschlossenen Position zum Bearbeiten des Werkstücks (20), einen Rotor (144) in der Kammer (15, 180, 166) zum Halten und Rotieren des Werkstücks (20), mindestens eine Strahldüse (56) in der Kammer (15, 180, 166), die in Richtung des Werkstücks (20) gerichtet ist, und einen Düsenantrieb (220), der mindestens indirekt an die Düse (56) angebracht ist, zum Bewegen der Düse (56) relativ zum Werkstück (20), und einen Roboter (132) zum Beladen und Entladen des Werkstücks (20) in und aus der Prozesskammer (15, 180, 166).
  24. Der Apparat nach Anspruch 19, der weiter eine Düse (40) in der Prozesskammer (15) zum Richten eines separaten Sprühnebels von Ozon auf die Oberfläche des Werkstücks (20) beinhaltet.
  25. Ein Verfahren zum Reinigen eines Werkstücks (20) unter Verwendung von Ozon und einer Schicht einer erwärmten Flüssigkeit auf dem Werkstück (20), charakterisiert durch: Richten eines Strahls (62) von Dampf durch die Schicht der Flüssigkeit, wobei der Strahl (62) durch die Schicht dringt und auf die Oberfläche des Werkstücks (20) einwirkt, um eine Verunreinigung von der Oberfläche des Werkstücks (20) physikalisch zu entfernen.
  26. Das Verfahren nach Anspruch 25, das weiter durch Bilden der Schicht von erwärmter Flüssigkeit mittels Kondensation des Dampfs charakterisiert wird.
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