DE69732392T2

DE69732392T2 - Vorrichtung und Verfahren zur Nassreinigung oder zum Ätzen eines flachen Substrats

Info

Publication number: DE69732392T2
Application number: DE69732392T
Authority: DE
Inventors: Marc Meuris; Paul Mertens; Marc Heyns
Original assignee: Interuniversitair Microelektronica Centrum vzw IMEC
Current assignee: Interuniversitair Microelektronica Centrum vzw IMEC
Priority date: 1996-06-24
Filing date: 1997-06-23
Publication date: 2006-01-26
Also published as: US6530385B2; US20010000575A1; JP4597176B2; US6247481B1; JP4421686B2; ATE288622T1; JPH10180196A; JP2008103712A; US20030145878A1; DE69732392D1; DE69732392T8; KR100495441B1; KR19980063342A

Description

Anwendungsbereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von flachen Substraten wie z.B. Halbleiter-Wafern, flachen Anzeigetafeln, Solarzellen für Anwendungen in der Mikroelektronik oder von flachen Substraten für sonstige Anwendungen, die einen Reinigungs- oder Ätzprozessschritt des besagten Substrats während des Herstellungsprozesses erfordern.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein Gerät und ein Verfahren zum Nassreinigen oder Nassätzen des besagten flachen Substrats.
Hintergrund der Erfindung
Bei der Bearbeitung von Halbleiter-Wafern ist die Vorbereitung der Halbleiteroberfläche vor den verschiedenen Prozessschritten wie Oxidation, Abscheidungs- oder Diffusionsprozessen zu einem der kritischsten Punkte geworden. Bei dem schnellen Konzept mit Konstruktionsregeln unterhalb der halben μ-Grenze können sich sehr kleine Partikel mit Abmessungen unterhalb des μ-Bereichs und die niedrigen Grenzen für Metallverunreinigungen (– 10¹⁰ Atome/cm²) auf den Nutzen von Prozessen negativ auswirken. Ein gewöhnlich angewandtes Verfahren zur Reduzierung der Verunreinigungswert der Fremdkörpermenge auf Halbleiteroberflächen ist das Eintauchen von Wafern in Flüssigkeiten wie z.B. in chemische Lösungen. Die Halbleiter-Wafer werden gewöhnlich in einen Vorratsbehälter oder Kessel oder eine Nassbank gelegt, welche eine Flüssigkeit zum Reinigen oder Ätzen enthalten. Besagter Vorratsbehälter oder Kessel oder Nassbank sind in einer Reinraumumgebung untergebracht. Häufig enthält eine Nassbank mehrere Kessel oder Vorratsbehälter.
Halbleiter-Wafer oder Substrate können vom oberen Teil des Vorratsbehälters her in die Flüssigkeit eingetaucht werden. Eine andere Möglichkeit, die Substrate mit der Flüssigkeit in Kontakt zu bringen besteht darin, eine Tür oder einen Eingang an der Seitenwand des Vorratsbehälters zu benutzen und so den ganzen Satz von Wafern in den Vorratsbehälter zu stellen. Nach dem Schließen und Abdichten der Tür wird eine Flüssigkeit in den Vorratsbehälter eingelassen, um erneut den Kontakt zwischen der Reinigungs- oder Ätzflüssigkeit und den Substraten herzustellen. In beiden Fällen kann man im gleichen Vorratsbehälter von einer Flüssigkeit zur anderen umschalten. Dieses Verfahren wird gewöhnlich als Einzelvorratsbehälterverfahren bezeichnet. Variationen dieser beiden Verfahren werden auch zum Reinigen oder Ätzen von einzelnen Wafern benutzt. In einem solchen Fall kann ein Wafer in einem kleinen Kessel untergebracht werden, der größer als der Wafer sein kann. In einigen Fällen werden die Wafer in die Flüssigkeit eingetaucht, in anderen Fällen werden die Wafer in einem leeren Kessel untergebracht, und die Flüssigkeit wird in den Kessel eingelassen.
Ein spezielles Gerät, das zum Reinigen oder Ätzen von Halbleiter-Wafern zum Einsatz kommt, wird in EP 0 385 536 offengelegt.
EP-A-407-044 legt ein System mit zwei Kammern offen, die je eine Flüssigkeit enthalten. Das System kann bei einem Produktionsband für Halbleiter-Wafer benutzt werden und ermöglicht den Transport eines Wafers von einer Kammer zu einer anderen Kammer des Systems, ohne dass sich die Flüssigkeiten vermischen können. Zu diesem Zweck wird der Flüssigkeitsspiegel in beiden Kammern angepasst, um die entsprechenden Flüssigkeitsdrücke einzustellen, und das System enthält einen komplizierten Klappenverschluss zum Öffnen und Schließen einer Öffnung zwischen den beiden Kammern, ohne dass ein Vermischen der Flüssigkeiten infolge Strömungen und Turbulenzen verursacht werden kann.
Ein erster Nachteil der oben erwähnten Werkzeuge und Verfahren ist deren notwendige Standfläche, das bedeutet, die Grundfläche innerhalb eines Reinraums, die vom Vorratsbehälter oder Kessel zwecks Unterbringung eingenommen wird. Mit den oben genannten Werkzeugen werden unter Verwendung eines Vorratsbehälters oder Kessels ein großer Raum und eine große Fläche innerhalb eines Reinraums eingenommen. Man muss verstehen, dass die Fläche eines Reinraumes aufgrund der Unterhaltskosten für eine ultrareine Atmosphäre sehr teuer ist.
Ein weiterer Nachteil ist der Durchsatz von Wafern. Wird z.B. ein Ein-Vorratsbehälter-Verfahren eingesetzt, dann erfordert das Umschalten von einer Flüssigkeit zur anderen Flüssigkeit Zeit, und das System weist einen geringeren Durchsatz auf als beim klassischen Konzept mit der Nassbank.
Noch ein Nachteil bei der früheren Technik der Reinigungs- oder Ätzwerkzeuge und -Verfahren besteht darin, dass Ungleichmäßigkeiten beim Reinigungs- oder Ätzprozess vorkommen und zurückbleiben. Dies muss man so verstehen: Wenn ein Wafer in einen Vorratsbehälter eingetaucht wird, verweilt der untere Teil des Wafers immer etwas länger in der Reinigungs- oder Ätzflüssigkeit als der obere Teil des Wafers. Deshalb ist die jeweilige Kontaktdauer verschiedener Teile des Wafern nicht identisch.
Ein weiterer Nachteil bei der früheren Technik der Reinigungs- oder Ätzwerkzeuge und -Verfahren besteht darin, dass nach einem Reinigungs- oder Ätzprozess ein Trocknungs- und/oder Spülvorgang notwendig ist. Dieser Trocknungs- und/oder Spülvorgang erfordert zusätzliche Zeit und erhöht deshalb die Prozessdauer von Wafern.
Ziel der Erfindung
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung gemäß den Ansprüchen 1 und 19 ein Gerät und ein Verfahren zum Nassreinigen oder Nassätzen eines flachen Substrats zu liefern, bei denen sich die oben erwähnten Nachteile der Werkzeuge und Verfahren nach der früheren Technik weniger auswirken. Gerät und Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglichen einen hohen Durchsatz von flachen Substraten und höhere Taktzahlen, eine gleichmäßigere Kontaktdauer für verschiedene Teile eines Wafers, die Entwicklung von Produktionsmitteln mit einer kleinen Standfläche und die Herstellung von flachen Substraten, bei denen der Nassreinigungs- und Nassätzschritt und das notwendige Trocknungsverfahren in einem einzigen Prozessschritt ausgeführt werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Der erste Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Gerät zum Nassreinigen oder Nassätzen eines flachen Substrats, das einen Vorratsbehälter mit einer Öffnung für besagtes Substrat enthält, wobei besagter Vorratsbehälter eine Reinigungs- oder Ätzflüssigkeit enthält und in einer Umgebung untergebracht ist, die im Wesentlichen aus einem Gas oder einer Mischung von Gasen besteht, wie z.B. einem Reinraum.
Besagte Öffnung befindet sich unterhalb des Flüssigkeitsspiegels. Das Gerät enthält ferner Hilfsmittel, die verhindern, dass die Flüssigkeit durch die Öffnung aus dem Vorratsbehälter herausfließt und in die Umgebung gelangt.
Vorteilhafterweise wird das Substrat von innerhalb besagter Umgebung aus durch besagte Öffnung in besagtes Gerät hinein transportiert. Besagtes Gerät kann beispielsweise als Teil eines Produktionsbandes zur Produktion besagter flacher Substrate benutzt werden, oder als Teil eines Produktionsbandes zur Entwicklung von Funktionsmerkmalen in besagtem Substrat wie z.B. bei integrierten Schaltkreisen in einem Silikon-Wafer.
In einer ersten Erscheinungsform des Gerätes gemäß der Erfindung sind besagte Hilfsmittel durch die Abmessungen der Öffnung festgelegt, wobei besagte Öffnung so schmal ist, dass die Flüssigkeit aufgrund der Oberflächenspannung und/oder aufgrund der Kapillarwirkung besagter Flüssigkeit daran gehindert wird, hindurchzufließen.
Eine erste Ausführungsform des Geräts ist zu diesem Zweck dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung geringfügig größer ist als die Dicke des besagten Substrats und dass sie in Bezug auf die Wandstärke der Vorratsbehälter einen aufgeweiteten Durchgang aufweist.
Eine zweite Ausführungsform des Geräts ist zu diesem Zweck dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung geringfügig größer ist als die Dicke des besagten Substrats und dass sie zur Seite der Umgebung hin einen spitz zulaufenden Durchgang aufweist.
In einer zweiten Erscheinungsform der vorliegenden Erfindung enthalten besagte Hilfsmittel einen Teilbereich innerhalb des Vorratsbehälters, der sich über der Flüssigkeit befindet und mit einem Gas oder einem Gasgemisch gefüllt ist, deren Druck niedriger ist als der Gasdruck innerhalb besagter Umgebung. Eine zu diesem Zweck vorteilhafte Ausführungsform des Gerätes ist dadurch gekennzeichnet, dass besagte Hilfsmittel eine Pumpe enthalten, die mit besagtem Teilbereich in dem Vorratsbehälter verbunden ist, um das Gas anzusaugen und dadurch den Gasdruck in dem Vorratsbehälter zu verringern und den Flüssigkeitsdruck in der Nähe der Öffnung nachfolgend zu verringern.
Bei einer dritten Erscheinungsform des Geräts der Erfindung enthalten besagte Hilfsmittel einen Raum unmittelbar neben besagtem Vorratsbehälter, wobei besagter Raum eine Öffnung für das besagte Substrat besitzt und besagter Raum mit einem Gas oder mit einem Gasgemisch gefüllt wird deren Druck höher ist als der Druck innerhalb besagter Umgebung. Der Wafer wird von besagter Umgebung aus durch besagten Raum in besagten Vorratsbehälter hinein geschoben.
Bei einer vierten Erscheinungsform des Gerätes gemäß der Erfindung kann sich besagter Vorratsbehälter neben einer Prozesskammer befinden, in welcher beispielsweise ein Gasphasen-Ätzprozess von Halbleiter-Wafern stattfinden kann. Bei dieser Ausführungsform werden die Wafer aus besagter Umgebung heraus durch besagten Vorratsbehälter in besagte Prozesskammer hineingeführt. Auf diese Weise kann die Prozesskammer von der Umgebung isoliert werden, wodurch vermieden wird, dass Feuchtigkeit, Sauerstoff oder sonstige Überschussgase in die Kammer eindringen. Auch kann die Einführung eines Wafers durch besagten Vorratsbehälter hindurch in die Prozesskammer mit einer relativ einfachen automatisierten Einrichtung erfolgen. Vorzugsweise wird ein Vorratsbehälter unmittelbar neben der Prozesskammer an der Einlassöffnung besagter Prozesskammer angeordnet und ein weiterer Vorratsbehälter wird unmittelbar neben der Prozesskammer an der Auslassöffnung besagter Prozesskammer angeordnet. Besagte Prozesskammer kann als Teileinrichtungen des Produktionsbandes für besagtes Substrat eine Ätzeinrichtung oder ein RTP-System oder ein EPI-System oder noch ein anderes System enthalten.
Bei einer fünften Erscheinungsform des Gerätes der Erfindung enthalten besagte Hilfsmittel außerhalb des Vorratsbehälters Hilfsmittel, welche eine Gasströmung zur Öffnung hinlenken. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung enthält der Gasstrom N₂. Bei einer anderen Ausführungsform enthält der Gasstrom einen Dampf, der auf besagtem Substrat an besagter Öffnung nicht kondensiert, wobei besagter Dampf aus einer Gruppe von Stoffen ausgewählt wird, die mit besagter Flüssigkeit mischbar sind und die mit besagter Flüssigkeit eine Mischung bilden, welche eine Oberflächenspannung aufweist, die geringer ist als die der besagten Flüssigkeit alleine. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Dampf um einen IPA-Dampf.
Bei einer weiteren Erscheinungsform des Gerätes der Erfindung enthält besagtes Gerät eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung. Bei besagter Einlassöffnung kann es sich um einen Schlitz in einer ersten Seitenwand des besagten Vorratsbehälters handeln und besagte Auslassöffnung kann sich in einer anderen Wand des besagten Vorratsbehälters befinden, wobei besagtes Substrat im Wesentlichen waagerecht durch besagtes Gerät hindurch geschoben wird. Bei einer weiteren Ausführungsform befindet sich besagte Einlassöffnung als Schlitz im Boden des besagten Vorratsbehälters und besagte Auslassöffnung befindet sich ganz oben im besagten Vorratsbehälter, wobei die Substrate im Wesentlichen in vertikaler Richtung durch besagtes Gerät hindurch geschoben werden.
Aber noch eine andere Ausführungsform des Gerätes gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsbehälter darüber hinaus noch eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung für besagte Flüssigkeit enthält, wobei besagter Auslass sich in der Nähe besagter Öffnung befindet und besagtes Hilfsmittel eine Pumpe enthält, die mit dem Auslass verbunden ist, um die Flüssigkeit herauszusaugen und um dadurch den Flüssigkeitsdruck in der Nähe der Öffnung zu verringern.
Darüber hinaus gehört zu der Erfindung als ein zweiter Gegenstand ein Verfahren zum Nassreinigen oder Nassätzen eines flachen Substrats, vor allem eines Halbleiter-Wafers, einschließlich der Prozessschritte zum Einbringen eines Substrats über die Öffnung in den Vorratsbehälter und zum Herausziehen aus dem Vorratsbehälter, der mit einer Reinigungs- oder Ätzflüssigkeit gefüllt ist. Das Verfahren gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat in die Reinigungs- oder Ätzflüssigkeit hineingebracht und/oder aus ihr herausgenommen wird, und zwar unterhalb des Flüssigkeitsspiegels mit Hilfe einer Öffnung, die sich im Vorratsbehälter unterhalb des Flüssigkeitsspiegels befindet, wodurch somit verhindert wird, dass die Flüssigkeit durch die Öffnung aus dem Vorratsbehälter herausfließt.
Ferner gehört dazu insbesondere das Verfahren der Nassreinigung oder des Nassätzens eines flachen Substrates in einem Vorratsbehälter, der mit mindestens einer Reinigungs- oder Ätzflüssigkeit gefüllt ist, wobei besagtes Verfahren diese Einzelschritte enthält:

– Einschieben des besagten Substrats aus einer gasförmigen Umgebung kommend durch eine Einlassöffnung in besagten Vorratsbehälter, wobei sich besagte Einlassöffnung in einer Höhe unterhalb der Oberfläche der besagten Flüssigkeit befindet; und
– Herausnehmen des besagten Substrats aus dem Vorratsbehälter in besagte gasförmige Umgebung hinein, während ein Herausfließen besagter Flüssigkeit aus besagtem Vorratsbehälter verhindert wird.

Eine Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Gas, das sich über der Flüssigkeit im Vorratsbehälter befindet in der Nähe besagter Öffnung aus dem Vorratsbehälter herausgesaugt wird, um den Druck im Innern des Vorratsbehälters zu verringern.
Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit in der Nähe besagter Öffnung aus dem Behälter herausgesaugt wird, um den Flüssigkeitsdruck in der Nähe der Öffnung zu verringern.
Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Gasströmung von außerhalb des Vorratsbehälters auf besagte Öffnung hingelenkt wird, um das Substrat zu trocknen und um zu verhindern, dass die Flüssigkeit aus dem Vorratsbehälter herausfließt.
Das Verfahren des Nassreinigens oder Nassätzens eines flachen Substrates enthält den Prozessschritt der Übertragung besagten Substrates aus einer gasförmigen Umgebung heraus durch einen mit einer Reinigungs- oder Ätzflüssigkeit gefüllten Vorratsbehälter, wobei besagtes Substrat durch eine Einlassöffnung in besagten Vorratsbehälter hinein geschoben und aus einer Auslassöffnung unterhalb des Flüssigkeitsspiegels aus besagtem Vorratsbehälter herausgezogen, und dabei mit einer gleichförmigen Geschwindigkeit durch besagte Flüssigkeit gezogen wird, und wobei dadurch im Wesentlichen jedes Teil des besagten Substrats der besagten Flüssigkeit während der gleichen zeitlichen Dauer ausgesetzt ist.
Besagtes Gerät und besagtes Verfahren eröffnen die vorteilhafte Möglichkeit, die Vorratsbehälter nicht mehr nebeneinander anordnen zu müssen, sondern übereinander anordnen zu können. Mit diesem Ansatz ist es möglich, die Grundfläche eines Reinigungs- oder Ätzsystems beträchtlich zu verringern und dabei einen hohen Ausstoß beizubehalten. Es kann auch noch ein Vorratsbehälter zur Reinigung unmittelbar neben einem weiteren Gerät zur weiteren Bearbeitung angeordnet werden. Darüber hinaus ist die Grundfläche des Geräts der Erfindung viel kleiner als die Grundfläche einer klassischen Nassbank. Das Gerät und das Verfahren, die in vorliegender Anmeldung offengelegt werden ermöglichen gleichzeitig einen hohen Durchsatz. Besagtes Gerät und besagtes Verfahren bieten als weiteren Vorteil die Möglichkeit, ein gleichmäßiges Reinigen oder Ätzen bei Wafern zu erzielen, die in besagtem Vorratsbehälter durch die Reinigungs- oder Ätzflüssigkeit gezogen werden. Nachdem man die Wafer mit einer gleichförmigen Geschwindigkeit durch besagten Vorratsbehälter ziehen kann, wird jedes Teil der besagten Wafer während einer gleich langen Zeitdauer der besagten Reinigungs- oder Ätzflüssigkeit ausgesetzt. Ein weiterer Vorteil des besagten Gerätes und des besagten Verfahrens ist es, dass durch die Benutzung von verdünnten chemischen Mischungen als Reinigungsflüssigkeit in besagtem Vorratsbehälter ein Spülvorgang nach besagtem Reinigungs- oder Ätzvorgang in besagtem Vorratsbehälter entfallen kann. Auf diese Weise können eine kurze Bearbeitungsdauer und ein großer Durchsatz erzielt werden. Bei der früheren Technik wird offengelegt, dass, wenn eine Reinigungslösung hinreichend verdünnt ist und vorzugsweise mit DI-Wasser verdünnt wird, die Wafer nach dem Reinigen oder Ätzen ohne Spülen mit ultra-reinem Wasser sofort getrocknet werden können. Folglich bleiben auf den Oberflächen der Wafer keine schädliche Reststoffe zurück. Dies funktioniert gut beispielsweise mit verdünntem HCl, das mit DI-Wasser im pH-Bereich von 2 – 4 verdünnt wird. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass man einen Reinigungsvorgang mit stark verdünntem SCl und einem Volumen-Mischungsverhältnis von NH₄OH/H₂O₂/H₂O im Bereich von 1/1/1000 benutzt . Eine weitere mögliche Lösung, die man zu diesem Zweck benutzen kann ist der Einsatz von Ozonwasser. Eine ausführliche Beschreibung der Verwendung von solchen verdünnten Chemikalien zum Reinigen/Spülen von Wafern ist in der ebenfalls anhängigen Patentanmeldung EP 96309145.9 „Trocknen von Wafern direkt aus dem chemischen Bad ohne Spülen mit ultra-reinem Wasser" ("Drying of Wafers Directly From Chemical Baths with No Ultra-Pure Water Rinse") enthalten, für die IMEC und Texas Instruments die Miteigentümer sind.
Es muss verstanden werden, dass das in diesem Dokument offengelegte Gerät und Verfahren zum Reinigen und Ätzen jeder beliebigen Art eines flachen Substrates eingesetzt werden kann. Somit können unter Verwendung einer speziellen Ausführungsform des Gerätes gemäß dieser Erfindung Substrate von flachen Anzeigetafeln oder Substrate von Solarzellen oder von Glas oder Metallplatten oder Leiterplatten mit gedruckten Schaltungen gereinigt oder geätzt werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nun anhand beispielhafter Ausführungsformen des Gerätes und des Verfahrens gemäß der Erfindung so wie in den Zeichnungen gezeigt noch näher erläutert.
Hierzu folgendes:
1 zeigt einen senkrechten Querschnitt der ersten Ausführungsform des Geräts gemäß der Erfindung;
2 zeigt einen waagrechten Querschnitt des Geräts gemäß der ersten Ausführungsform;
3 zeigt einen senkrechten Querschnitt eines Details des Geräts in der Nähe einer Öffnung gemäß der ersten Ausführungsform;
4 zeigt einen weiteren senkrechten Querschnitt eines Details des Geräts in der Nähe einer Öffnung;
5 zeigt eine senkrechten Querschnitt einer zweiten Ausführungsform des Geräts gemäß der Erfindung gemäß der zweiten Ausführungsform;
6 zeigt einen waagrechten Querschnitt des Geräts gemäß der zweiten Ausführungsform;
7 zeigt die Situation bei Verwendung eines anderen Gases;
8 zeigt einen senkrechten Querschnitt einer dritten Ausführungsform des Geräts gemäß der Erfindung;
9 zeigt einen senkrechten Querschnitt einer vierten Ausführungsform des Geräts gemäß der Erfindung; und
10 zeigt eine unterschiedliche Befestigung der ersten Ausführungsform des Geräts.
11 zeigt eine spezielle Ausführungsform des Geräts der vorliegenden Erfindung mit einem Überdruck-Raum unmittelbar neben besagtem Gerät.
Ausführliche Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen
1 zeigt eine erste Ausführungsform des Geräts gemäß der Erfindung für das Nassreinigen oder Nassätzen von flachen Substraten, insbesondere von Halbleiter-Wafern. Gerät 1 enthält einen Vorratsbehälter 3 mit einer Einlass- und einer Auslassöffnung 5, 7 für ein Substrat 9. Der Vorratsbehälter 3 enthält die Reinigungs- oder Ätzflüssigkeit 11 und ist in einer gasförmigen Umgebung 13, beispielsweise in einem Reinraum untergebracht. Die Öffnungen befinden sich unterhalb des Flüssigkeitsspiegels 15. Die Öffnungen 5, 7 sind so schmal, dass die Flüssigkeit 11 wegen der Oberflächenspannung und/oder der Kapillarwirkung besagter Flüssigkeit daran gehindert wird, durch die Öffnungen hindurchzufließen. 2 zeigt einen waagrechten Querschnitt des Geräts mit dem Substrat 9, teilweise in den Vorratsbehälter 3 hinein- und durch das Gerät hindurch geschoben. An beiden Seiten des Vorratsbehälters 3 befinden sich die Führungsschlitze 17, 19 für den Transport des Substrats.
Bei den 3 und 4 werden verbesserte Formen der Öffnungen zwecks maximaler Verhinderung der Leckage gezeigt. Bei der Ausführung der 3 besitzt die Öffnung 5 einen geneigten Winkel 21 und läuft spitz zur Seite der Umgebung 13. Die Öffnung ist geringfügig größer als die Dicke des Substrats. Bei der Ausführungsform der 4 wird die Öffnung 5 in Bezug auf die Wandstärke vom Vorratsbehälter 3 aufgeweitet.
Die Form des Meniskus 23 wird auch vom Grad der hydrophoben Eigenschaften des Materials der Vorratsbehälterwand abhängen. Es ist möglich, dass das Material der Vorratsbehälterwand so behandelt werden muss, dass der Kontaktwinkel gegenüber der Flüssigkeit, d.h. die Oberflächenspannung des Materials, während des Vorgangs des Beschickens des flachen Substrates 9 in den Vorratsbehälter 3 stabil bleiben muss.
Vorteilhafterweise besteht die Vorratsbehälterwand aus einem Material, das die Kapillarwirkung besagter Flüssigkeit erhöht. Bei einem solchen Material kann es sich um Plastikmaterial handeln.
Der Vorratsbehälter 3 enthält einen Teil 25 über der Flüssigkeit 11, wie aus 1 ersichtlich. Dieser Teil 25 wird mit einem Gas oder einem Gasgemisch gefüllt, deren Druck geringer ist als der Druck innerhalb der Umgebung 13. Um diesen geringeren Druck aufrecht zu erhalten, kann eine Pumpe 27 mit einem Teil 25 verbunden werden, um das Gas herauszusaugen und dadurch den Gasdruck im Vorratsbehälter zu verringern und um nachfolgend den Flüssigkeitsdruck in der Nähe der Öffnungen zu verringern. Dies verhindert ferner, dass die Flüssigkeit durch die Öffnungen 5, 7 aus dem Vorratsbehälter herausfließt. Es ist vorteilhaft, den Druck so zu regulieren, dass keine Luftblasen durch die Öffnungen gesaugt werden. Der Druck in dem Teil 25 kann beispielsweise 2 bis 3 mbar unter dem Druck der Umgebung 13 liegen. Der bevorzugte Druck im Teil 25 hängt von der Höhe des Flüssigkeitsspiegels über den Öffnungen 5, 7 ab. Der Druck wird vorteilhafterweise so eingestellt, dass die Flüssigkeit in dem Vorratsbehälter daran gehindert wird, aus dem Vorratsbehälter herauszufließen.
5 zeigt eine zweite Ausführungsform des Geräts gemäß der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform enthält das Gerät 31 Werkzeuge 33 außerhalb des Vorratsbehälters 35, mit denen ein Gasstrom 37 auf die Öffnung 39 hingelenkt wird, um das Substrat 41 zu trocknen und um die Flüssigkeit 43 daran zu hindern, aus dem Vorratsbehälter 35 herauszufließen. Es ist auch möglich, weitere Hilfsmittel 45 in der Nähe der Auslassöffnung 47 zu haben. Bei der in 6 gezeigten Situation wird ein IPA-Dampf benutzt. Die Hilfsmittel können ein Rohr 49 enthalten, welches einen Dampf, der IPA enthält möglicherweise mit einem anderen Gas gemischt verströmt. Die Einlass- und/oder Auslassatmosphäre des Vorratsbehälters kann mit besagtem Dampf gesättigt sein. Das Substrat 41 kann durch den Einsatz des Dampfstroms 51 über der Auslassöffnung des Vorratsbehälters trocken herausgenommen werden. Der Marangoni-Effekt wird benutzt, um die Oberflächenspannung an der Öffnung zu verändern.
Bei der in 7 gezeigten Situation wird N₂ statt IPA-Dampf verwendet. Man kann eine Trocknungswirkung beim Strömungsstoß selbst beobachten. Deshalb hat man die Wahl, das Substrat mit der Kraft eines N₂-Strömungsstoßes oder mit dem Marangoni-Effekt zu trocknen, oder mit Hilfe einer Kombination beider Wirkungen.
Ein weiterer Weg zur Verbesserung des Geräts der Erfindung ist die Nutzung der Kapillarkraft, um den Druck an den Einlass- und Auslassöffnungen zu verringern. Dies kann dadurch erreicht werden, dass man vertikale Unterteilungen nutzt, die eine Kapillarkraft auf die Flüssigkeit ausüben, wodurch die Flüssigkeit im Vorratsbehälter bleibt. 8 zeigt eine dritte Ausführungsform des Geräts gemäß der Erfindung. Im Innern des Vorratsbehälters 55 befinden sich Unterteilungen 57 zur Erhöhung der Kapillarkraft, wodurch der Flüssigkeitsdruck in der Nähe der Öffnungen 59, 61 verringert wird.
Der Einsatz eines Vorratsbehälters mit Kapillar-Dimensionen von nur wenigen Millimetern Breite (in den Zeichnungen nicht gezeigt) stellt eine Modifizierung dieser Lösung dar. Das Substrat wird in einem Vorratsbehälter bearbeitet und das Substrat wird auf einer Geraden von nur wenigen Millimetern Flüssigkeits-Breite berührt. Eine weitere Modifizierung dieser Lösung ist die Verwendung eines Vorratsbehälters, der nur einige wenige Millimeter hoch ist, so dass die Flüssigkeit aufgrund der Kapillarkräfte im Vorratsbehälter bleibt.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, eine Pumpe zu benutzen, um an den Auslass- und Einlassöffnungen einen geringeren Differenzdruck gegenüber der Umgebung zu erzeugen. Diese Situation wird von 9 gezeigt. Der Vorratsbehälter 61 enthält einen Einlas 63 und einen Auslas 65 für die Reinigungs- oder Ätzflüssigkeit 67. Vertikale Platten 69 werden eingesetzt, um die Strömung wie in der Figur gezeigt zu leiten. Eine Pumpe 75 ist mit dem Auslas zwecks Absaugen der Flüssigkeit verbunden, wodurch sich der Flüssigkeitsdruck in der Nähe der Öffnung verringert. Wenn die Platten 69 sich nahe genug an dem Substrat 77 befinden, dann erreicht die Flüssigkeit in der Nähe der Substratoberfläche eine Geschwindigkeit, die groß genug ist, um die Zufuhr mit frischer Lösung zu verbessern.
Bei den oben genannten Ausführungsformen stellt die Einlassöffnung einen Schlitz in der Seitenwand des Vorratsbehälters dar, die Auslassöffnung befindet sich in einer anderen Wand des Vorratsbehälters, und die Substrate werden im Wesentlichen waagerecht durch das Gerät gezogen. Es ist möglich, dass nur die Auslassöffnung sich unterhalb des Flüssigkeitsspiegels und sich somit in Kontakt mit der Flüssigkeit befindet, während sich die Einlassöffnung mit der Flüssigkeit nicht in Kontakt befindet. Es ist auch möglich (nicht in den Zeichnungen dargestellt), die Einlassöffnung als Schlitz im Boden des Vorratsbehälters auszuführen und die Auslassöffnung ganz oben im Vorratsbehälter anzuordnen, so dass die Substrate im Wesentlichen in vertikaler Richtung durch das Gerät gezogen werden.
Eine andere Ausführungsform des Geräts gemäß der Erfindung besitzt einen Raum 81 unmittelbar neben besagtem Vorratsbehälter 80, wobei besagter Raum 81 eine Öffnung für besagte Substrate enthält und besagter Raum 81 mit einem Gas oder einem Gasgemisch mit einem Druck gefüllt ist, der größer ist als der Druck in besagter Umgebung, und wobei der Druck über besagter Flüssigkeit in dem Vorratsbehälter 80 gleich oder geringer ist als der Druck besagter Umgebung. Vorteilhafterweise liegt die Öffnung von besagtem Raum 81 auf gleicher Höhe wie die Öffnung von besagtem Vorratsbehälter 80.
Zur Erzeugung eines Überdrucks im Raum 81 wird eine Verbindung 82 an besagtem Raum 81 hergestellt, vorzugsweise mit Hilfe eines Gasstroms, der bei einem Druck gehalten wird, der größer ist als der Druck besagter Umgebung.
Obwohl die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen bis hierher erläutert und diskutiert wurde, sollte man beachten, dass die Erfindung in keiner Weise auf nur diese Ausführungsformen beschränkt ist, die in den Zeichnungen abgebildet sind. Die Erfindung umfasst auch alle abgeleiteten Ausführungsformen, die von den abgebildeten Zeichnungen innerhalb des in den Ansprüchen festgelegten Bereiches abweichen. Beispielsweise ist es auch möglich, den Einlas des Vorratsbehälters zu verbessern und das Einschieben des Substrats in den Vorratsbehälter zu erleichtern, indem man das Gerät kippt. Dies wird in 10 gezeigt. Diese Ausführungsform besitzt das Potential, dass am Einlas keine Marangoni-Trocknungswirkung oder sonstige Trocknungskraft notwendig ist, während man das Substrat in das Gerät einschiebt.

Claims

Gerät zum Nassreinigen oder Nassätzen eines flachen Substrates, welches einen Vorratsbehälter mit einer Öffnung für besagtes Substrat enthält, wobei besagte Öffnung sich unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche befindet und wobei der besagte Vorratsbehälter im Betriebszustand mindestens eine Reinigungs- oder Ätzflüssigkeit enthält und in einer Umgebung installiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die besagte Umgebung hauptsächlich aus einem Gas oder aus einer Mischung von Gasen besteht, und dass besagtes Gerät Hilfsmittel enthält, um während des Betriebs zu verhindern, dass besagte Flüssigkeit als Folge einer Oberflächenspannung oder einer Kapillarwirkung durch besagte Öffnung aus besagtem Vorratsbehälter heraus in besagte Umgebung fließt.
Gerät gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass besagte Hilfsmittel aufgrund der Abmessungen der besagten Öffnung ausgeführt sind und dass die besagte Öffnung so schmal ist, dass die Flüssigkeit aufgrund der Oberflächenspannung und/oder der Kapillarwirkung besagter Flüssigkeit daran gehindert wird durch hindurch durch die Öffnung zu fließen.
Gerät gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass besagte Öffnung geringfügig größer ist als die Dicke des besagten Substrates.
Gerät gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass besagte Öffnung geringfügig größer ist als die Dicke des besagten Substrates, wobei besagte Öffnung in Bezug auf die Dicke der Wand des Vorratsbehälters einen aufgeweiteten Durchgang darstellt.
Gerät gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass besagte Öffnung geringfügig größer ist als die Dicke des besagten Substrates, wobei besagte Öffnung zur besagten Umgebung hin zuläuft.
Gerät gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass besagte Hilfsmittel einen Raum unmittelbar neben dem besagten Vorratsbehälter enthalten, wobei besagter Raum eine Öffnung für besagte Substrate besitzt und besagter Raum mit Gas oder mit einer Gasmischung gefüllt ist, welche einen Druck aufweisen, der höher ist als der Druck innerhalb der besagten Umgebung.
Gerät gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass besagte Hilfsmittel in dem Vorratsbehälter einen zweiten Teil enthalten, wobei sich besagter zweiter Teil über besagter Flüssigkeit befindet und mit einem Gas oder mit einem Gasgemisch gefüllt ist, wobei dieser zweite Teil einen Druck aufweist, der geringer ist als der Druck innerhalb besagter Umgebung.
Gerät gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass besagte Hilfsmittel eine Pumpe enthalten, die mit besagtem zweiten Teil in dem Tank verbunden ist, um das Gas anzusaugen und dadurch den Gasdruck in besagtem zweiten Teil zu verringern und anschließend den Flüssigkeitsdruck in der Nähe besagter Öffnung zu verringern.
Gerät gemäß irgendeinem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass besagte Hilfsmittel Unterteilungen innerhalb des Vorratsbehälters enthalten, um die Kapillarkraft zu erhöhen, und um dadurch den Flüssigkeitsdruck in der Nähe der Öffnung zu verringern.
Gerät gemäß irgendeinem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass besagte Flüssigkeit eine verdünnte Chemikalie ist.
Gerät gemäß irgendeinem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass besagte Hilfsmittel außerhalb des Vorratsbehälters ein Hilfsmittel enthalten, das eine Gasströmung in Richtung auf die besagte Öffnung lenkt.
Gerät gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass besagte Gasströmung N₂ als Bestandteil der strömenden Gasmischung enthält.
Gerät gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass besagte Gasströmung einen Dampf enthält, der auf besagtem Substrat an besagter Öffnung nicht kondensiert, wobei besagter Dampf aus der Gruppe von Stoffen ausgewählt wurde, die mit besagter Flüssigkeit mischbar sind und die mit besagter Flüssigkeit eine Mischung bilden, die eine geringere Oberflächenspannung als diejenige der besagten Flüssigkeit alleine aufweist.
Gerät gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampf einen IPA enthält.
Gerät gemäß irgend einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass besagtes Gerät eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung enthält, wobei besagte Einlassöffnung aus einem Schlitz in einer ersten Seitenwand des besagten Vorratsbehälters besteht und wobei besagte Auslassöffnung sich in einer zweiten Wand des besagten Vorratsbehälters befindet, und wobei besagtes Substrat im wesentlichen waagerecht durch besagtes Gerät hindurch geschoben werden kann.
Gerät gemäß irgendeinem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass besagtes Gerät eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung enthält, wobei besagte Einlassöffnung aus einem Schlitz im Boden des besagten Vorratsbehälters besteht und wobei sich besagte Auslassöffnung ganz oben in besagtem Vorratsbehälter befindet, so dass das besagte Substrat im wesentlichen in vertikaler Richtung durch besagtes Gerät geschoben werden kann.
Gerät gemäß irgendeinem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass besagtes flaches Substrat ein Halbleiter-Wafer und besagte Umgebung ein Reinraum ist.
Gerät gemäß Anspruch 1, wobei sich besagtes Gerät unmittelbar neben einer Prozesskammer befindet, die einen Teil des Fertigungsbandes des besagten Substrates darstellt, wobei besagtes Substrat von innerhalb des besagten Geräts aus in besagte Prozesskammer hinein geschoben wird.
Verfahren zur Nassreinigung oder zum Nassätzen eines flachen Substrates in einem Vorratsbehälter, der mit mindestens einer Reinigungs- oder einer Ätzflüssigkeit gefüllt ist, wobei besagtes Verfahren die folgenden Einzelschritte enthält: – Einschieben des besagten Substrats aus einer gasförmigen Umgebung kommend in besagten Vorratsbehälter in einer Höhe unterhalb der Oberfläche der besagten Flüssigkeit; und – Herausnehmen des besagten Substrats aus dem Vorratsbehälter in besagte gasförmige Umgebung hinein, während ein Herausfließen besagter Flüssigkeit aus besagtem Vorratsbehälter als eine Folge einer Oberflächenspannung oder einer Kapillarwirkung somit verhindert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass sich über der Flüssigkeit in dem Vorratsbehälter ein Gas befindet, wobei besagtes Gas aus dem Vorratsbehälter herausgesaugt wird, um den Druck im Innern des Vorratsbehälters zu verringern.
Verfahren gemäß Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit aus dem Vorratsbehälter herausgesaugt wird, um den Flüssigkeitsdruck in der Nähe der Öffnung zu verringern.
Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gasströmung von außerhalb des Vorratsbehälters in Richtung auf die besagte Öffnung gelenkt wird, wobei besagte Gasströmung das Substrat trocknet und die Flüssigkeit daran gehindert wird, aus dem Vorratsbehälter herauszufließen.
Verfahren zum Nassreinigen oder zum Nassätzen eines flachen Substrats gemäß Anspruch 19, welches den Schritt enthält, bei dem von der gasförmigen Umgebung ausgehend besagte Wafer durch einen Vorratsbehälter geschoben werden, der mit einer Reinigungs- oder Ätzflüssigkeit gefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, dass besagte Substrate in besagten Vorratsbehälter durch eine Einlassöffnung eingeführt werden und durch eine Auslassöffnung unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche aus besagtem Vorratsbehälter herausgenommen und mit einer gleichmäßigen Geschwindigkeit durch besagte Flüssigkeit hindurch geführt werden, wobei somit im wesentlichen ein jeder Teil des besagten Substrates während der gleichen Zeitdauer der besagten Flüssigkeit ausgesetzt ist.