DE68909422T2

DE68909422T2 - Berührungsloses Reinigungsverfahren für Oberflächen mit Hilfe eines flachen Luftkissenlagers.

Info

Publication number: DE68909422T2
Application number: DE1989609422
Authority: DE
Inventors: Robert L Dean; Lee H Veneklasen; Lydia J Young
Original assignee: Etec Systems Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 1988-01-11
Filing date: 1989-01-10
Publication date: 1994-01-27
Anticipated expiration: 2009-01-11
Also published as: EP0324435A3; CA1315923C; DE68909422D1; JP2755643B2; EP0324435A2; JPH01225125A; EP0324435B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein berührungsloses Reinigungsverfahren für Oberflächen zum Entfernen von kleinen Teilchen in der Größenordnung von einigen wenigen Mikrometern.
Bei der Herstellung von integrierten Halbleiterschaltungen, bei der ein Halbleitersubstrat verschiedenen lithographischen Prozessen unterworfen wird, ist es notwendig, daß die Substratoberfläche so sauber wie möglich gehalten wird, um die Zahl der Defekte in dem letztendlichen Produkt zu minimieren, und es ist zudem notwendig, daß die Reinigungsverfahren die Substratoberfläche in keiner Weise beschädigen. Die vorliegende Erfindung schafft einen einfachen, berürungsfreien und wirksamen Weg, um diese Substratoberflächen von Teilchen bis zu einer kleinsten Größe von 1 oder 2 µm zu reinigen.
Obwohl diese Erfindung im Zusammenhang mit dein Reinigen von Halbleitersubstratoberflächen beschrieben werden wird, ist die Erfindung jedoch so zu verstehen, daß sie immer dann verwendet werden kann, wenn es notwendig ist, kleine Teilchen von einer Oberfläche zu entfernen.
Es ist daher eine vordringliche Aufgabe dieser Erfindung, ein berührungsfreies Verfahren zum Entfernen von aus kleinen Teilchen bestehendein Material von Oberflächen zu schaffen.
Die vorliegende Erfinndung löst die vorhergehende Aufgabe durch ein Reinigungsverfanren für sehr kleine Teilchen, in der Größenordnung von 1 oder 2 µm, von einer Oberfläche, das die folgenden Schritte umfaßt:
Bilden eines dünnen Gasfilms auf der Oberfläche zwischen einer Reinigungsvorrichtung und der Oberfläche, indem unter Druck stehendes Gas auf die Oberfläche auftrifft, wobei der Gasfilm planar ist und eine Dicke in der Größenordnung von 20 bis 30 µm hat, und Bilden eines Gasflusses mit hoher Geschwindigkeit zwischen der Reinigungsvorrichtung und der Oberfläche, und Bewegen des Gasfilms über die Oberfläche.
Der Gasfilm, der zudem eine Gaslagerung darstellt, lagert die Reinigungsvorrichtung und bildet daher eine selbstregulierende Lücke zwischen der Reinigungsvorrichtung und der Oberfläche, so daß die Reinigungsvorrichtung niemals die zu reinigende Oberfläche berührt. Die Reinigungsvorrichtung umfaßt eine Vielzahl von Öffnungen, um Gas auf die Oberfläche zu lenken, und eine Vakuumöffnung. Vorzugsweise sind die Öffnungen in einem Kreis angeordnet, und die Vakuumöffnung ist in der Mitte davon gelegen. Die Gasfilmdicke ist eine Funktion des Eingangsgasdrucks und des Vakuums. Ausführungsformen der Erfindung umfassen Bereiche zum Erzeugen von Turbulenz und turbulenten Strömungen, um die Entfernung der Teilchen zu unterstützen. Diese Bereiche werden durch Ausbilden von Taschen bzw. Schlitzen in der Reinigungsvorrichtung erzeugt, um den Gasfluß zu stören. Das Verfahren umfaßt die Verwendung von ionisiertem Gas und das Bewegen der Reinigungsvorrichtung relativ zu der Oberfläche, oder das Bewegen der Oberfläche relativ zu der Reinigungsvorrichtung.
Anerkanntermaßen wird nach dem Stand der Technik die Kombination von Luftdruck und Vakuum gezeigt, jedoch ist nach diesem Stand der Technik diese Kombination nicht verwendet, um eine ebene Gaslagerung mit einer Filmdicke und einer hohen Flußgeschwindigkeit, die sehr kleine (1 oder 2 µm) Teilchen loslösen und entfernen kann, zu erzeugen. Ein typisches Beispiel für den Stand der Technik ist in den Patenten von Till et al, No. 4 026 701 gezeigt, die das Reinigen der Abbildungsoberfläche eines elektrostatographischen Abbildungsteils mit Lücken in der Größenordnung von 76 µm bis ungefähr 0,38 mm (0,003 bis ungefähr 0,015 Inches) zum Entfernen von Teilchen in der Größenordnung von 76 µm bis 0,25 mm (0,003 bis 0,010 Inches) abhandeln. Diese Reinigungsvorrichtungen werden in vollkommen unterschiedlichen Umgebungen betrieben; das ist beim Umgehen mit Papier und beim Drucken, wo die entfernten Teilchen viel größer sind als die durch diese Erfindung entfernten Teilchen.
Im folgenden soll die Erfindung anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert und beschrieben werden. In den Zeichnungen zeigen:
Fig.1 eine Querschnittsansicht einer Ausführungsforin der Reinigungsvorrichtung, die von einer zu reinigenden Oberfläche beabstandet gezeigt ist, und die den Gasfluß über die Oberfläche zeigt;
Fig.2 eine Ansicht von unten auf die Reinigungsvorrichtung, die entlang der Linie 2-2 der Figur 1 gelegen ist, und die in Richtung der Pfeile gerichtet ist und eine Vielzahl von Öffnungen für den Fluß von unter Druck stehendem Gas und eine zentrale Vakuumöffnung zeigt;
Fig.3 den relativ zu einem rotierenden Vakuumhalter, der das zu reinigende Halbleitersubstrat hält, beabstandeten Reinigungskopf; und
Fig. 4 eine gegenüber den Figuren 1-3 vergrößerte Teilguerschnittsansicht, die eine Gegenbohrung in einer der Öffnungen der Reinigungsvorrichtung als eine alternative Ausführungsform zeigt.
Wie in den Zeichnungen dargestellt ist, wird ein Gasfilm 10 zwischen benachbarten Oberflächen 12 und 14 gebildet, der zudem eine Gaslagerung bildet, um die Oberfläche 12 der Reinigungsvorrichtung 16 von der Oberfläche 14 eines Substrats 20 in einem Abstand zu halten. Dieser Abstand ist in der Zeichnung auch als Lücke G bezeichnet. Die Reinigungsvorrichtung wird oft als eine "Scheibe (puck)" bezeichnet. Durch Einstellen eines geeigneten Gasdrucks kann eine schmale Lücke G in der Größenordnung von 20 bis 50 µm, und folglich eine hohe Gasflußgeschwindigkeit erzielt werden. Diese hohe Gasflußgeschwindigkeit entfernt schmale Teilchen in der Größenordnung von einigen wenigen Mikrometern von der Oberfläche 14 und schafft ein berührungsfreies Reinigungsverfahren für die Oberfläche 14.
In den Figuren 1 und 2 sieht man, daß der "Puck" 16 einen zylindrischen Körper mit einer Vielzahl von Öffnugnen 22 umfaßt, die vorzugsweise in einem Kreis um eine in der Mitte angeordnete größere Öffnung 24 angeordnet sind (dennoch können andere Geometrien, wie z.B. ein Oval, eine gerade Linie, etc. sich als günstig erweisen). Die Öffnungen 22 sind durch einen kreisförmigen Kanal 26 und eine Öffnung 30 mit einer Quelle von unter Druck stehendem Gas, die als ein Darstellungsblock 32 gezeigt ist, verbunden, und die im Zentrum liegende Öffnung 24 ist mit einer ebenfalls als Darstellungsblock gezeigten Vakuumpumpe 34 verbunden, wobei diese beiden in der Figur 3 gezeigt sind. Die Öffnungen 22 sind so ausgerichtet, daß sie das unter Druck stehende Gas auf die Oberfläche 14 lenken, und die Oberfläche 24 ist so ausgerichtet, daß Gas und teilchenförmige Materie in dem Bereich um die Mitte der Oberfläche 12 entfernt wird. In der dargestellten Ausführungsform besteht aus Herstellungsgründen der "Puck" aus zwei Teilen 16a und 16b, die geeignet aneinander gekoppelt sind, wobei der Kanal 26 und die Öffnung 30 für den Fluß des unter Druck stehenden Gases durch und zwischen den beiden Teilen gebildet werden.
Die Größe der Lücke G ist selbstregulierend und durch den Gasdruck von ungefähr 0,4 Nmm&supmin;² (60 psi) und ein Vakuum von ungefähr 1 bis 13 mbar (1 is 10 Torr) bestimmt. Bei solchen Werten und bei Öffnungen 22 mit ungefähr 0,25 mm (0,010 Inches) Durchmesser liegt die resultierende Größe der Lücke G zwischen 20 und 50 Mikrometer, was die richtigen Eigenschaften zum Entfernen von Teilchen bis zu einer Größe von 1 oder 2 µm mit hoher Wirksamkeit schafft.
Wie man leicht versteht, ist die Reinigungsvorrichtung 16 relativ zu der Oberfläche 14 oder umgekehrt beweglich, 50 daß die gesamte Oberfläche gereinigt werden kann. Die Figur 3 zeigt eine Art zum Reinigen der Oberfläche 14 durch Anbringen des Substrats 20 auf einem sich drehenden Vakuumhalter 36 und Bewegen der Reinigungsvorrichtung in radialer Richtung, um die gesamte Oberfläche 14 zu reinigen.
Um die Reinigungsfähigkeit des Gasfilms zu verbessern, ist die Oberfläche 12 des "Pucks" mit einer kreisförmigen Rille 40 von ungefähr 1 mm (0,04 Inches) Tiefe, die die Öffnung 24 umgibt, und einer äußeren Abstufung 42 von ungefähr derselben Größe versehen. Diese angegebene Tiefe dient nur dem Beispiel, und es ist dem Fachmann offensichtlich, daß andere Werte für die Tiefe verwendbar sind. Somit werden Turbulenzen und turbulente Strömungen in dem Gasfluß mit hoher Geschwindigkeit erzeugt, um die kleinen Teilchen zu lösen und zu entfernen.
Nach einer anderen Ausführungsfonn werden die Turbulenzen und die verwirbelten Strömungen in dein Hochgeschwindigkeitsfluß dadurch erzeugt, daß die Öffnungen 22 mit Gegenbohrungen 22a von ungefähr 25 bis 50 µm (0,001 bis 0,002 Inches) Tiefe versehen sind. Die angegebene Tiefe dient nur dem Beispiel und es ist dem Fachmann offensichtlich, daß andere Werte für die Tiefe verwendet werden können.
Schließlich kann, falls es gewünscht ist, das Entfernen von kleinen Teilchen weiter durch die Verwendung eines ionisierten Gases aus der Quelle 32 weiter verstärkt werden.
Es ist dem Fachmann offensichtlich, daß das, was diese Erfindung so einzigartig macht, in der sehr geringen Lücke, die das Entfernen von sehr kleinen Teilchen bewirkt, besteht, und daß es viele Verwendungen für diese Erfindung gibt, z.B. das Reinigen von flachen, optischen Oberflächen oder von optischen Oberflächen mit einem Krümmungsradius, der sehr viel größer ist als die Ausdehnung des "Pucks" mit einigen wenigen Zentimetern (Inches).

Claims

1. Ein Verfahren zum Reinigen einer Oberfläche von sehr kleinen Teilchen in der Größenordnung von 1 oder 2 µm mit den Schritten:

Bilden eines dünnen Gasfilms auf der Oberfläche zwischen einer Reinigungsvorrichtung und der Oberfläche, indem ein unter Druck stehendes Gas auf die Oberfläche auftrifft,

wobei der Gasfilm planar ist und eine Dicke in der Größenordnung von 20 bis 30 µm hat und einen Gasfluß mit hoher Geschwindigkeit zwischen der Reinigungsvorrichtung und der Oberfläche schafft, und

Bewegen des Films über die Oberfläche.

2. Das Verfahren nach Anspruch 1, das weiter den Schritt des Schaffens einer Vakuumquelle, die im Zusammenspiel mit dem Gasfilm wirkt, einschließt.

3. Das Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Vakuumquelle in einem mittleren Bereich des Gasfilms ist.

4. Das Verfahren nach Anspruch 3, das den Schritt einschließt, daß der Gasfilm durch Einströmen von Gas in einer einen zentral gelegenen Vakuumbereich umgebenden Anordnung erzeugt wird.

5. Das Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Anordnung des einströmenden Gases zirkular ist.

6. Das Verfahren nach Anspruch 4, das weiter den Schritt einschließt, Turbulenzbereiche zwischen dem Vakuumbereich und der Anordnung des einströmenden Gases zu bilden.

7. Das Verfahren nach Anspruch 4, das weiter den Schritt einschließt, Tubulenzbereiche in dem Gasfilm außerhalb des Bereichs zwischen der Anordnung des einströmenden Gases zu bilden.

8. Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das weiter den Schritt einschließt, den Gasfilm zu ionisieren.