DE69832554T2

DE69832554T2 - Doppelseitenreinigungsmaschine für Halbleitersubstrat

Info

Publication number: DE69832554T2
Application number: DE69832554T
Authority: DE
Inventors: Naoto Minato-ku Miyashita; Masahiro Minato-ku Abe
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-05-15
Filing date: 1998-05-14
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2018-05-15
Also published as: KR100396421B1; US6167583B1; EP0878831A3; EP0878831B1; JPH10321572A; EP0878831A2; KR19980087037A; DE69832554D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiter-Wafer Reinigungseinrichtung, und genauer auf eine Einrichtung zum Reinigen der oberen und unteren Oberfläche eines Halbleiter-Wafers.
Bei den Wafer-Verarbeitungsschritten zum Ausbilden von Halbleiterelementen, beispielweise integrierte Schaltungen, auf einem Halbleiter-Wafer, wird viel Aufwand darauf verwendet, um Staub zu entfernen, welcher an der Oberfläche des Wafers anhaftet.
Aus diesem Grund wird der Halbleiter-Wafer unter Verwendung von beispielsweise destilliertem Wasser, ultra-destilliertem Wasser oder elektrolytisch ionisiertem Wasser, welches durch Elektrolyse von destilliertem Wasser oder ultra-destilliertem Wasser erlangt wird, gereinigt. Obwohl ein auf Fluor basierendes Lösemittel, beispielsweise Flon, zuvor verwendet wurde um den Halbleiter-Wafer zu reinigen, wurde es jüngst gemieden, da es nachteilig die Umwelt beeinflusst, und es wurde damit begonnen, Wasser, wie beispielsweise destilliertes Wasser oder ultra-destilliertes Wasser, als Lösemittel zu verwenden.
Destilliertes Wasser gehört zu hochreinem Wasser, welches eine Widerstandsfähigkeit von ungefähr 5 MΩcm bis 18 MΩcm hat, aus welchem Verschmutzungen, wie beispielsweise Ionen, feine Partikel, Bakterien, organische Substanzen, und dergleichen, nahezu entfernt sind. Ultra-destilliertes Wasser gehört zu sehr hochreinem Wasser, welches durch hochwirksames Entfernen von Schwebematerialien und aufgelösten Materialien aus destilliertem Wasser hergestellt ist. Wenn ein solches Wasser (destilliertes Wasser und ultra-destilliertes Wasser werden hiernach im Allgemeinen destilliertes Wasser genannt) einer Elektrolyse unterzogen wird, können elektrolytisch ionisiertes Wasser, beispielsweise Anoden-ionisiertes Wasser (saures Wasser), welches hochoxidierende Eigenschaften hat, und Kathoden-ionisiertes Wasser (alkalisches Wasser), welches hochreduzierende Eigenschaften hat, erzeugt werden.
Um den Halbleiter-Wafer zu reinigen, wird der Wafer an einer Vakuum Spannvorrichtung/Dreh-Spannvorrichtung gehalten und rotiert. In diesem Zustand wird eine Reinigungsflüssigkeit auf eine rotierende Rollenbürste getropft. Die Rollenbürste kommt mit dem Halbleiter-Wafer in Kontakt, um daran anhaftenden Staub zu entfernen. Danach wird das Auftropfen der Reinigungsflüssigkeit beendet, und der Halbleiter-Wafer wird bei einer hohen Geschwindigkeit rotiert, wodurch die Oberfläche des Halbleiter-Wafers getrocknet wird.
Gemäß dem oben beschriebenen Reinigungsverfahren, kann Staub auf der Oberfläche des Halbleiter-Wafers, wo die aktive Region ausgebildet wird, entfernt werden. Jedoch, mit steigendem Integrationsgrad der Halbleiter integrierten Schaltvorrichtungen, beispielsweise ICs und LSIs, werden die integrierten Schaltungen bei einer höheren Dichte mikrogemustert. Bei dem Schritt, wie beispielsweise Fotolithografie oder Ätzen, kann der Einfluss sogar von Staub auf der unteren oder seitlichen Oberfläche des Halbleiter-Wafers bei der Verarbeitung nicht vernachlässigt werden.
Als eine Gegenmaßnahme dazu, können die obere und untere Oberfläche des Halbleiter-Wafers gleichzeitig gereinigt werden. Da ein Halbleiter-Wafer während einer Reinigung durch ein bestimmtes Mittel gehalten werden muss, ist es schwierig, seine obere und untere Oberfläche ausreichend zu reinigen. Bei einer herkömmlichen Rollentyp Einzelwafer-Reinigungseinrichtung, wird das Reinigen durch Zuführen von Verarbeitungsflüssigkeiten, beispielsweise Chemikalien und destilliertes Wasser, von den äußeren Kreisumfängen der Rollen durchgeführt. Daher verursachen eine Rollen-Festsetzung und Gegen-Kontamination, welche durch die Rollen verursacht werden, ein Problem. Zusätzlich, um den Wafer zu trocknen, muss der Wafer an eine Trockenstufe bewegt werden, welches zu einer komplizierten, großen Einrichtung führt.
Die WO 97/13590 offenbart eine Einrichtung zum Reinigen von beiden Seiten eines Wafers, wobei eine Reinigungslösung dem Substrat durch Hohlbürsten zugeführt wird, welche aus Bürsten oder Schwamm gemacht sind, so dass die Reinigungslösung gleichförmig über die Halbleiteroberfläche verteilt wird. Die chemische Lösung wird durch den Hohlkern der Bürste geliefert. Eine Bürste wird mit der Lösung gesättigt, während sie rotiert wird, indem die Lösung durch Schlitze oder Löcher im Außenrand des Hohlkerns absorbiert wird. Während die Bürsten rotiert werden, wird die Lösung dem Substrat zugeführt, während das Substrat geschrubbt wird um Kontaminationen zu entfernen.
PATENT ABSTRACTS Of JAPAN, vol. 018, no. 266 (E-1551), 20. Mai 1994 (1994-05-20) – und JP 06 045302 A offenbart eine Verarbeitungseinrichtung zum Verarbeiten eines Halbleiter-Wafers, während dieser Wafer rotiert wird, wobei die Einrichtung einen Kantenabschnitt-Reinigungsmechanismus zum Ausführen der Reinigungsverarbeitung während eines Zuführens einer Verarbeitungsflüssigkeit an den Kantenabschnitt des Halbleiter-Wafers enthält. Dieser Kanten-Reinigungsmechanismus enthält eine Düse zum Zuführen der Verarbeitungsflüssigkeit zum Kantenabschnitt des Halbleiter-Wafers, und eine rotierbare Bürste zum Scheuern des Kantenabschnitts.
Die US-A-5 846 335 offenbart die Verwendung von Polyurethan-Schaum oder eines Vliesstoff-Gewebes, welches Fasern enthält, welche durch Urethan-Kunstharz zusammen gebunden sind, um einen Halbleiter-Wafer zu schrubben.
Die US-A-5 547 515 offenbart eine Einrichtung zum Reinigen von einer oberen und unteren Oberfläche eines Halbleitersubstrats, welche ein Paar an Rollenbürsten enthält, welche drehbar angeordnet sind um dazwischen das Halbleitersubstrat einzulegen. Insbesondere wird dieses Paar von Rollenbürsten dazu gezwungen, voneinander entfernt zu sein, bevor ein Wafer in den Raum zwischen diesem Paar von Rollenbürsten gebracht wird. Nachdem ein Wafer zwischen den rotierenden Bürsten gehalten wird, werden die Bürsten dazu veranlasst, sich zueinander zu nähern und den Wafer zwischen ihnen zu drücken, d.h., mit dem Wafer in Kontakt zu kommen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Doppelseiten-Reinigungseinrichtung für ein Halbleitersubstrat bereitzustellen, welche in der Lage ist, während einer Verarbeitung des Halbleitersubstrats, wirksam Staub zu entfernen, welcher an der oberen und unteren Oberfläche des Halbleitersubstrats anhaftet, und zwar innerhalb einer kurzen Zeitperiode.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Doppelseiten-Reinigungseinrichtung bereitzustellen, welche nicht nur in der Lage ist, das Halbleitersubstrat zu reinigen, sondern ebenfalls das gereinigte Halbleitersubstrat schnell zu trocknen, ohne es zu kontaminieren.
Um die obigen Aufgaben zu lösen, ist gemäß der vorliegenden Erfindung eine Einrichtung zum Reinigen von einer oberen und unteren Oberfläche eines Halbleitersubstrats, wie in Anspruch 1 bestimmt, bereitgestellt.
Durch diese Anordnung können die obere und untere Oberfläche des Halbleiter-Wafers gleichzeitig und wirksam gereinigt werden.
Ferner kann eine Einrichtung eine Serie von Verarbeitungsbetrieben, beginnend mit einer Reinigung und beendigend mit einer Trocknung, durchführen, so dass die Reinigungswirksamkeit verbessert wird. Da die Anzahl an Schritten reduziert ist, kann das Risiko einer Kontamination des Halbleitersubstrats reduziert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform, hat die Einrichtung zusätzlich eine Seitenoberflächen-Reinigungsbürste. Diese Seitenoberflächen-Reinigungsbürste stößt gegen einen Kantenabschnitt des Halbleitersubstrats an, während die obere und untere Oberfläche des Halbleitersubstrats durch die Rollen-Reinigungsbürsten gereinigt werden, um die Seitenoberfläche des Halbleitersubstrats zu reinigen.
Durch diese Anordnung können nicht nur die obere und untere Oberfläche, sondern ebenfalls die Seitenoberfläche des Halbleitersubstrats, welche herkömmlicherweise nicht gereinigt wird, gereinigt werden. Dies verbessert die Zuverlässigkeit der Halbleiter-Verarbeitungsschritte.
Diese Erfindung kann anhand der folgenden detaillierten Beschreibung besser verstanden werden, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen genommen wird, in denen:
1 eine perspektivische Ansicht einer Doppelseiten-Reinigungseinrichtung gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine Teilansicht von einem Paar an Rollenbürsten, welche in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden, und einem Halbleiter-Wafer ist;
3A bis 3C perspektivische Ansichten zum Erläutern des Reinigungsschritts sind, welcher die Einrichtung der vorliegenden Erfindung verwendet;
4A und 4B perspektivische Ansichten zum Erläutern des Reinigungsschritts sind, welcher die Einrichtung der vorliegenden Erfindung verwendet;
5A und 5B perspektivische Ansichten zum Erläutern des Reinigungsschritts sind, welcher die Einrichtung der vorliegenden Erfindung verwendet;
6 ein Blockdiagramm eines Poliersystems ist, welches die Doppelseiten-Reinigungseinrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung verwendet;
7 eine Teilansicht von einer Rollenbürste ist, welche in der Einrichtung der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann; und
8 eine Teilansicht eines Generators für ionisiertes Wasser ist.
Die vorliegende Erfindung wird mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine schematische Ansicht, welche die Anordnung einer Doppelseiten-Reinigungseinrichtung zeigt, welche ein Paar an Rollenbürsten 3 und 4 zum Reinigen eines Halbleiter-Wafers 1 hat. Ein Paar an Rollenbürsten 3 und 4 hat Hohlanschnitte 3a und 4a, und eine Reinigungs-Verarbeitungsflüssigkeit wird in die Hohlabschnitte 3a und 4a zugeführt. Genauer gesagt, sind Verarbeitungsflüssigkeits-Zuführröhren 5 und 6 zum Zuführen der Verarbeitungsflüssigkeit in die Hohlabschnitte 3a und 4a der Rollenbürsten 3 und 4 jeweils mit den Endabschnitten der Rollenbürsten 3 und 4 verbunden. Die Rollenbürsten 3 und 4 sind substitutionsgleiche Strukturen aus synthetischem Veloursleder, welche durch Imprägnieren thermoplastischer, synthetischer Fasern erlangt werden, wobei die Oberflächen derer durch Polyurethan oder dergleichen erhaben sind, oder sind aus porösem Polyurethan gemacht, welches wie ein Schwamm ausgebildet ist. Somit wird die Verarbeitungsflüssigkeit, welche in die Hohlabschnitte 3a und 4a der Rollenbürsten 3 und 4 zugeführt wird, einfach aufgrund der Differenz zwischen dem inneren und äußeren Druck entladen.
Die Verarbeitungsflüssigkeits-Zuführröhren 5 und 6 sind mit einer Verarbeitungsflüssigkeits-Zuführeinheit 29 verbunden. Die Verarbeitungsflüssigkeits-Zuführeinheit 29 führt eines aus Isopropanol (IPA) 16, Ozon-Wasser (ORP+) 17, ionisiertes Wasser (saures Wasser ist ORP+ und alkalisches Wasser ist ORP–) 18, und destilliertes Wasser 20 den Hohlabschnitten 3a und 4a der Rollenbürsten 3 und 4 jeweils durch die Verarbeitungsflüssigkeits-Zuführröhren 5 und 6 zu. Das ionisierte Wasser 18 wird durch Elektrolyse von destilliertem Wasser oder dergleichen erlangt, und enthält alkalisches, ionisiertes Wasser und saures, ionisiertes Wasser.
Wasserdruck-Steuerungen 27 und 28, welche in 1 gezeigt sind, werden jeweils an den Verarbeitungsflüssigkeits-Zuführröhren 5 und 6 befestigt. Die Wasserdruck-Steuerungen 27 und 28 sind beispielsweise durch Kompressionspumpen gebildet. Zweigröhren 30 und 31, welche an Vakuumpumpen 25 und 26 verbunden sind, sind jeweils mit den stromaufwärtigen Seiten der Wasserdruck-Steuerungen 27 und 28 durch Zweigventile 23 und 24 verbunden. Ultraschall-Vibratoren (1 MHz bis 1000 MHz) 21 und 22 sind jeweils zwischen dem Zweigventil 23 und der Rollenbürste 3, und zwischen dem Zweigventil 24 und der Rollenbürste 4 verbunden.
Ionisiertes Wasser als Verarbeitungsflüssigkeit wird durch einen Generator für ionisiertes Wasser erzeugt. 8 ist eine schematische Teilansicht, welche den Generator für ionisiertes Wasser zeigt.
Dieser Generator für ionisiertes Wasser erzeugt ionisiertes Wasser durch Elektrolyse von destilliertem Wasser oder ultra-destilliertem Wasser. Destilliertes Wasser gehört zu hochreinem Wasser, welches eine Leitfähigkeit von ungefähr 5 MΩcm bis 18 MΩcm hat, aus welchem Verschmutzungen, wie beispielsweise Ionen, feine Partikel, Bakterien, organische Substanzen, und dergleichen, nahezu entfernt sind. Ultra-destilliertes Wasser gehört zu sehr hochreinem Wasser, welches eine höhere Reinheit als die von destilliertem Wasser hat, und welches durch hochwirksames Entfernen von Schwebematerialien und aufgelösten Materialien aus Wasser durch eine Herstellungseinheit für ultra-destilliertes Wasser hergestellt wird. Wenn ein solches Wasser einer Elektrolyse unterzogen wird, können elektrolytisch ionisiertes Wasser, beispielsweise Anoden-ionisiertes Wasser (saures Wasser), welches hochoxidierende Eigenschaften hat, und Kathoden-ionisiertes Wasser (alkalisches Wasser), welches hochreduzierende Eigenschaften hat, erzeugt werden.
Eine Kathodenkammer 13 und eine Anodenkammer 14 sind in den Elektrolysezellen eines Generators für Ionisiertes Wasser 12 ausgebildet. Eine Kathode ist in der Kathodenkammer 13 angeordnet, während eine Anode in der Anodenkammer 14 angeordnet ist. Diese Elektroden sind aus einem Metall wie beispielsweise Platin oder Titan, oder Kohlenstoff gemacht. Um wirksam Kathoden-ionisiertes Wasser, welches in der Kathodenkammer 13 erzeugt wird, und Anoden-ionisiertes Wasser, welches in der Anodenkammer 14 erzeugt wird, voneinander zu trennen, sind die Kathodenkammer 13 und Anodenkammer 14 voneinander durch einen keramischen oder polymeren porösen Trennfilm 15 getrennt. Die Kathode der Elektrolysezelle ist mit dem negativen Pol der DC-Energieversorgung verbunden, und die Anode ist mit dem positiven Pol der DC-Energieversorgung verbunden. In der Elektrolysezelle wird eine verdünnte Elektrolyt-Lösung, welche durch Hinzufügen eines Unterstützungs-Elektrolyts, beispielsweise Amoniumchlorid, zum destillierten Wasser 20, welches durch die ultra-destilliertes Wasser Zuführleitung von der Elektrolysezelle zugeführt wird, erhalten wird, einer Elektrolyse unterzogen, indem daran eine Energieversorgungsspannung von der Energieversorgung angelegt wird. Das Kathoden-ionisierte Wasser und Anoden-ionisierte Wasser, welches jeweils an der Kathodenseite und Anodenseite erzeugt wird, und zwar als Ergebnis diese Elektrolyse, werden jeweils alkalisches Wasser und saures Wasser.
Das durch die Kathodenkammer 13 erzeugte Kathoden-ionisierte Wasser wird nach außen durch eine Zuführleitung für Kathoden-ionisiertes Wasser zugeführt, und das durch die Anodenkammer 14 erzeugte Anoden-ionisierte Wasser wird nach außen durch eine Zuführleitung für Anoden-ionisiertes Wasser zugeführt. Die Zuführleitungen für Kathoden- und Anoden-ionisiertes Wasser werden durch ein Ventil 19 zu einer Zuführleitung für ionisiertes Wasser, zusammengefügt, und Anoden- oder Kathoden-ionisiertes Wasser wird durch das Ventil 19 nach außen als das ionisierte Wasser 18 zugeführt.
Für gewöhnlich wird alkalisches Wasser in der Kathodenkammer 13 erzeugt. Es wird angenommen, dass eine Poliereinheit, welche bei der Herstellung von einer Halbleitervorrichtung verwendet wird, angewendet wird. Um ein Polieren unter Verwendung des alkalischen Wassers durchzuführen, wird das alkalische Wasser den Schleifleinen (abrasive cloth) von der Poliereinheit unter Verwendung der Zuführleitung für Kathoden-ionisiertes Wasser, welche mit der Elektrolysezelle verbunden ist, als die Zuführleitung für ionisiertes Wasser zugeführt. In diesem Fall, ist das in der Anodenkammer 14 erzeugte saure Wasser nicht notwendig, und verbleibt daher ungenutzt.
Um ein Polieren unter Verwendung von saurem Wasser durchzuführen, wird das saure Wasser dem Schleifpolster (abrasive pad) unter Verwendung der Zuführleitung für Anoden-ionisiertes Wasser, welche mit der Elektrolysezelle verbunden ist, als die Zuführleitung für ionisiertes Wasser zugeführt. In diesem Fall ist das in der Kathodenkammer 13 erzeugte alkalische Wasser nicht notwendig und verbleibt daher ungenutzt.
Wie oben beschrieben, enthält ionisiertes Wasser alkalisches Wasser und saures Wasser. Ionisiertes Wasser, welches einen beliebigen pH Wert hat, wird durch Elektrolyse von einer Elektrolyselösung aus HCl, NHO₃, NH₄Cl, NH₄F oder dergleichen erzeugt, welche in der Elektrolysezelle verdünnt ist.
Das durch den Generator für ionisiertes Wasser erzeugte ionisierte Wasser wird der in 1 gezeigten Doppelseiten-Reinigungseinrichtung zugeführt, und wird dazu verwendet, Halbleiter-Wafer 1 zu reinigen. Genauer gesagt, wird die Verarbeitungsflüssigkeit, welche das ionisierte Wasser enthält, durch die Kompressionspumpen 27 und 28 mit Druck beaufschlagt, und in die Hohlabschnitte 3a und 4a der Rollenbürsten 3 und 4 zugeführt. Die Bürsten 3 und 4 sind derart ausgebildet, dass sie einen Durchmesser von beispielsweise 50 mm haben, und in entgegengesetzte Richtungen rotiert werden.
Wie in 1 gezeigt, hält eine Mehrzahl von Rotations-Endstellen 11 einen Halbleiter-Wafer 1, welcher zwischen Rollenbürsten 3 und 4 angeordnet ist, während er rotiert. Zumindest eine der Rotations-Endstellen 11 ist aus einem leitfähigen Material, beispielsweise Kohlenstoff, gemacht, und wird als Potential-Steuerung verwendet. Die Rotations-Endstelle 11 als die Potential-Steuerung wird durch Verflechtung von garnähnlichem Kohlenstoff, Stricken des verflechteten Garns zu einer Schnur und Verarbeiten der Schnur-Struktur ausgebildet. Das Potential an der Oberfläche des Halbleiter-Wafers 1 kann bei Bedarf auf einen vorbestimmten Wert gesteuert werden, indem die Potential-Steuerung 11 verwendet wird. Wenn das Potential auf diese Weise gesteuert wird, kann der an der Oberfläche des Halbleiter-Wafers 1 anhaftende Staub einfach entfernt werden.
Wie in 2 gezeigt, wird die mit Druck beaufschlagte Verarbeitungsflüssigkeit aus den Hohlabschnitten 3a und 4a der Rollenbürsten 3 und 4 ausgesprüht, um in Richtung der oberen und unteren Oberfläche des Halbleiter-Wafers 1 geblasen zu werden, wie durch Pfeile angezeigt. Da die Blasdrücke von beiden Hohlabschnitten 3a und 4a gleich sind, wird der Halbleiter-Wafer 1, welcher einen Wafer-Durchmesser von beispielsweise 15,24 cm bis 30,48 cm (6 inches bis 12 inches) hat, derart zwischen die Rollenbürsten 3 und 4 gehalten, dass er nicht mit ihnen in Kontakt ist. Genauer gesagt, wird ein Flüssigkeitsfilm auf den zwei Hauptoberflächen des Halbleiter-Wafers aufgrund des Wassergleit-Phänomens ausgebildet. Somit kann der Halbleiter-Wafer auf eine kontaktlose Weise gehalten werden.
Die Rollenbürsten 3 und 4 sind derart angeordnet, dass sie vertikal den Halbleiter-Wafer 1 zwischenlegen. Um die Blasdrücke von allen Hohlabschnitten 3a und 4a im Wesentlichen auszugleichen, muss der Druck von der Verarbeitungsflüssigkeit, welche dem Hohlabschnitt der oberen Rollenbürste 4 zugeführt wird, verringert werden. Mit anderen Worten, ist es vorteilhaft, den Druck von der Wasserdruck-Steuerung 27 höher einzustellen als den Druck von der Wasserdruck-Steuerung 28.
Wie in 1 gezeigt, sind plattenähnliche Abrichter (dressers) 34 und 35 zum Wiederherstellen der Bürsten-Eigenschaften von den Rollenbürsten 3 und 4 an Positionen nahe der Rollenbürsten 3 und 4 angeordnet.
Diese Abrichter 34 und 35 sind keramische Abrichter, und sind mit dem gleichen Krümmungsradius wie jener der Rollenbürsten 3 und 4 gebogen. Durch Abrichten derer, kommen die Abrichter 34 und 35 in nahem Kontakt mit den rotierenden Rollenbürsten 3 und 4, und die Oberflächen von den Rollenbürsten und 3 und 4 werden gleichförmig abgerichtet. Die keramischen Abrichter 34 und 35 können durch Formpressen des Pulvers aus anorganischem Gran, beispielsweise Aluminium, Quarz, SiC, SiN, oder dergleichen, und durch Kalzinieren des geformten Körpers bei einer hohen Temperatur erlangt werden.
Diese Einrichtung hat ebenfalls eine Seitenoberflächen-Bürste 2, welche die Seitenoberfläche des Halbleiter-Wafers 1 bürstet, während der Halbleiter-Wafer 1 durch die Rollenbürsten 3 und 4 gereinigt wird. Die Seitenoberflächen-Bürste 2 ist eine substitutionsgleiche Struktur aus synthetischem Veloursleder, welche durch Imprägnieren thermoplastischer, synthetischer Fasern erlangt wird, wobei die Oberflächen derer durch Polyurethan oder dergleichen erhaben sind, oder ist aus porösem Polyurethan gemacht, welches ähnlich wie ein Schwamm ausgebildet ist, und zwar ähnlich der Rollenbürsten 3 und 4. Die Seitenoberflächen-Bürste 2 stößt gegen die Seitenoberfläche des rotierenden Halbleiter-Wafers 1 an, um daran anhaftenden Staub zu entfernen.
Die Verarbeitungsflüssigkeit kann gleichermaßen in die Seitenoberflächen-Bürste 2 zugeführt werden, und zwar auf dieselbe Weise wie bei den Rollenbürsten 3 und 4. In diesem Fall kann die Verarbeitungsflüssigkeits-Zuführeinheit 25, 26 dieselbe Anordnung haben wie jene der Zuführeinheit 25, 25 für die Rollenbürsten 3 und 4, und wird nicht dargestellt.
Durch die oben beschriebene Reinigungseinrichtung können die obere und untere Oberfläche des Halbleiter-Wafers 1 ausreichend gereinigt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Rotationsgeschwindigkeit der Rollenbürsten 3 und 4 gleich 10 rps bis 1000 rps. Beispielsweise ist die substitutionsgleiche Struktur aus synthetischem Veloursleder als das Material der Rollenbürsten 3 und 4, welche durch Imprägnieren der thermoplastischen, synthetischen Fasern mit Polyurethan oder dergleichen erlangt wird, wobei die Oberflächen derer erhaben sind, aus 65 wt% aus Polyester und 35 wt% aus Polyurethan gemacht, hat ein Gewicht von 125 g/m² und eine Zugfestigkeit von 4,0 kg/cm in vertikaler Richtung und 3,0 kg/cm in horizontaler Richtung. Jede Rollenbürste wird durch Abbohren der substitutionsgleichen Struktur aus synthetischem Veloursleder ausgebildet, welche zu einer zylindrischen Form ausgebildet ist. Da das Vorhandensein eines Metalls die Eigenschaften des Halbleiter-Wafers beeinträchtigt, sind sowohl das Teil welches die Seitenoberfläche der Rollenbürste abdichtet, als auch die Verarbeitungsflüssigkeits-Zuführröhre aus Teflon und nicht aus Metall gemacht.
Nachdem der Halbleiter-Wafer 1 durch die Rollenbürste 3 und 4 gereinigt ist, wird der Halbleiter-Wafer 1 getrocknet. Die Verarbeitungsflüssigkeit in den Verarbeitungsflüssigkeits-Zuführröhren 5 und 6 wird entfernt, und danach werden die Hohlabschnitte 3a und 4a in den Rollenbürsten 3 und 4 unter Verwendung der Vakuumpumpen 25 und 26 evakuiert, wodurch die Oberfläche des rotierenden Halbleiter-Wafers 1 durch Vakuum getrocknet wird.
Der Reinigungsschritt des Halbleiter-Wafers 1 wird mit Bezug auf 3A bis 5B beschrieben.
Der Halbleiter-Wafer 1, beispielweise ein Silizium-Wafer, wird der Reinigungsposition der Doppelseiten-Reinigungseinrichtung unter Verwendung eines Roboterarms 32 zugeführt (3A). Wenn der Halbleiter-Wafer 1 der Reinigungsposition zugeführt ist, werden Rotations-Endstellen 11 bewegt, um den Halbleiter-Wafer 1 zu halten (3B). Obwohl in 3B vier Rotations-Endstellen 11 angeordnet sind, ist es vorteilhaft, sechs Rotations-Endstellen 11 anzuordnen, weil dies einen Halt und eine Rotation des Halbleiter-Wafers 1 stabilisiert.
Die distalen Endabschnitte von jeder Rotations-Endstelle 11 ist wie in 3C gezeigt ausgebildet, und ihr Zentralabschnitt ist derart ausgebildet, dass er einen kleinen Durchmesser hat, um die Kante des Halbleiter-Wafers 1 zu halten. Da sich das Material der Rotations-Endstelle 11 von jenem unterscheidet, welches für eine Potential-Steuerung verwendet wird, kann, wenn Silikonkautschuk verwendet wird, die Rotation des Halbleiter-Wafers 1 sanft durchgeführt werden.
Sobald der Halbleiter-Wafer 1 durch die Rotations-Endstellen 11 gehalten wird, wird der Roboterarm 32 aus der Reinigungsposition entfernt, und die Rollenbürsten 3 und 4 werden nahe der Oberseite und Unterseite des Halbleiter-Wafers 1 hinbewegt (3B). Gleichzeitig wird die Seitenoberflächen-Bürste 2 derart bewegt, dass sie gegen die Seitenoberfläche des Halbleiter-Wafers 1 anstößt. Während die Rollenbürsten 3 und 4 in entgegengesetzte Richtungen rotiert werden, wird die Verarbeitungsflüssigkeit, welche von den Verarbeitungsflüssigkeits-Zuführröhren 5 und 6 zugeführt wird, der oberen und unteren Oberfläche des rotierenden Halbleiter-Wafers 1 zugeführt, um sie derart zu reinigen, dass die Bürsten 3 und 4 nicht mit ihnen in Kontakt treten (4A). Während der Reinigung durch die Rollenbürsten 3 und 4 wird die Seitenoberflächen-Bürste 2 rotiert, um ebenfalls die Seitenoberfläche des Halbleiter-Wafers 1 zu reinigen.
Wenn die Wafer-Reinigung beendet ist, wird die Zufuhr der Verarbeitungsflüssigkeit beendet, und die Hohlabschnitte 3a und 4a der Rollenbürsten 3 und 4 werden durch die Vakuumpumpen 25 und 26 (Vakuumpumpen), welche an den Verarbeitungsflüssigkeits-Zuführröhren 5 und 6 angebracht sind, evakuiert, wodurch der rotierende Halbleiter-Wafer 1 getrocknet wird (Vakuum-Trocknung). Wenn die Vakuum-Trocknung beendet ist, werden die Rollenbürsten 3 und 4 und die Seitenoberflächen-Bürste 2 wegbewegt (4B). Danach wird der Halbleiter-Wafer 1 durch den Roboterarm 32 gehalten, und die Rotations-Endstellen 11 werden vom Halbleiter-Wafer 1 entfernt, und werden von ihm weg bewegt (5A). Der Halbleiter-Wafer 1 wird zur Trockenkammer befördert und durch Drehen getrocknet, wenn erforderlich (5B). Der getrocknete Halbleiter-Wafer 1 wird zum nächsten Schritt befördert. Eine Trocknung unter Verwendung von IPA kann vor einer Vakuum-Trocknung durchgeführt werden.
Bei dieser Reinigungseinrichtung wird eine Reinigung, welche die Verarbeitungsflüssigkeit verwendet, nach einem Schritt, beispielsweise Polieren, durchgeführt. Eine Poliereinheit zur Durchführung eines Polierens wird kurz beschrieben.
6 ist ein Blockdiagramm eines Systems, welches die Poliereinheit enthält. Dieses System nimmt den Halbleiter-Wafer 1 aus dem vorhergehenden Schritt an, führt ein Polieren durch planares Auftragen des Polier-Zielfilms, beispielsweise ein Polysilikon-Film, ein Isolier-Film, ein Metall-Film, oder dergleichen, welcher an der Hauptoberfläche des Halbleiter-Wafers 1 gemäß CMP (Chemical Mechanical Polishing) ausgebildet ist, durch, führt die Nachverarbeitung einer Reinigung und Trocknung durch, und sendet den Halbleiter-Wafer 1 zum nachfolgenden Schritt. Dieses System hat die Poliereinheit, eine Wafer-Reinigungs-/Trocknungs-Einheit und eine Wafer-Lade-/Entlade-Einheit.
In der Poliereinheit ist ein Schleifpolster 64 an einer rotierenden Schleifscheibe (nicht gezeigt) befestigt. Das Schleifpolster ist aus geschäumtem Polyurethan, einer ungewebten Polyurethanfaser, oder dergleichen gemacht. Ein rotierender Halbleiter-Wafer 62 wird mit einem vorbestimmten Druck gegen das rotierende Schleifpolster 64 gedrängt, wodurch der Polier-Zielfilm an der Oberfläche des Halbleiter-Wafers 62 poliert wird. Die Rotationsgeschwindigkeit der Schleifscheibe während des Polierens beträgt ungefähr 20 rpm bis 200 rpm, und der Andruck des Halbleiter-Wafers 62 beträgt 50 g/cm² bis 500 g/cm².
Ein Polieren des Halbleiter-Wafers 62 auf dem Schleifpolster 64 wird durchgeführt, während ein Schleifmittel (Schlamm), welches von einer Schleifmittel-Zuführröhre 61 zugeführt wird, auf die Polieroberfläche des Schleifpolster 64 getröpfelt wird.
Im Allgemeinen werden bei jedem Polieren eines Wafers mit einem Schleifpolster die Schleifeigenschaften des Schleifpolsters verschlechtert. Für gewöhnlich wird, nachdem das Schleifpolster einen aus einer Mehrzahl an Wafern poliert hat, die Schleifoberfläche des Schleifpolsters durch Abrichter abgerichtet.
In dieser Ausführungsform wird, während der Halbleiter-Wafer 62 poliert wird, ein Abrichter 63 gegen die Polieroberfläche des Polierpolsters gedrückt, um sie abzurichten. Abrichten und Polieren werden nämlich gleichzeitig durchgeführt. Dann kann das Schleifpolster immer mit guten Poliereigenschaften verwendet werden. Als Abrichter 63 wird ein keramischer Abrichter, ein Diamant-Abrichter, oder dergleichen verwendet.
Während der Wafer-Verarbeitung wird der Halbleiter-Wafer 62 von einer Wafer-Zuführeinheit 66 des Wafer-Lade-/Entlade-Abschnitts 60 zum Poliereinheit-Abschnitt befördert. Nachdem er poliert wurde, wird der Halbleiter-Wafer 62 an eine Wafer-Reinigungs-/Trocknungs-Einheit 65 gesendet, und wird durch die Doppelseiten-Reinigungseinrichtung der vorliegenden Erfindung gereinigt und getrocknet. Der getrocknete Halbleiter-Wafer 62 wird zum Wafer-Lade-/Entlade-Abschnitt 60 gesendet, und wird durch eine Wafer-Ausgabesektion 67 zum nächsten Schritt befördert.
Die zur Reinigung verwendete Verarbeitungsflüssigkeit enthält IPA, Ozon-Wasser, destilliertes Wasser und ionisiertes Wasser, wie in 1 gezeigt, und eine Reinigung wird durch geeignetes Auswählen dieser Verarbeitungsflüssigkeiten durchgeführt. Auswahl und Kombination der Verarbeitungsflüssigkeiten werden durch den Typ des vorangehenden Schritts bestimmt. Als Verarbeitungsflüssigkeit sind, im Gegensatz zu den oben beschriebenen, Zusatzmaterialien, beispielsweise Tensid, Fluorwasserstoffsäure oder Chlorwasserstoffsäure erhältlich. Es ist zu erwähnen, dass ionisiertes Wasser saures Wasser und alkalisches Wasser enthält. Genauer gesagt, gestalten sich Beispiele der Reinigungssequenz aus: A. Reinigen mit alkalischem Wasser -> Reinigen mit saurem Wasser -> Vakuum-Trocknung; B. Reinigen mit alkalischem Wasser -> Reinigen mit destilliertem Wasser -> Reinigen mit saurem Wasser -> Reinigen mit destilliertem Wasser -> Vakuum-Trocknung; C. Reinigen mit alkalischem Wasser -> Reinigen mit saurem Wasser -> Reinigen mit destilliertem Wasser -> Reinigen durch IPA -> Vakuum-Trocknung; D. Reinigen mit Tensid hinzugefügten saurem Wasser -> Vakuum-Trocknung; und E. Reinigen mit Ozon-Wasser, welches Fluorwasserstoffsäure oder Chlorwasserstoffsäure enthält -> Trocknen durch IPA -> Vakuum-Trocknung. IPA verhindert die Erzeugung von Wasserglas auf der Oberfläche des Wafers.
Eine Reinigung des polierten Halbleiter-Wafers wird durch unterschiedliche Sequenzen gemäß dem Material des Polierfilms durchgeführt, welcher auf dem Halbleiter-Wafer ausgebildet ist. Die oben beschriebene Sequenz D ist zur Reinigung eines Halbleiter-Wafers geeignet, welcher einen Polysilikon-Film oder Silikonoxid-Film als Polier-Zielfilm hat. Um den Halbleiter-Wafer zu reinigen, welcher einen Metall-Film als den Polier-Zielfilm hat, wird die Sequenz (F), bei welcher eine Reinigung mit saurem Wasser und Trocknung durch verdünnte Chlorwasserstoffsäure abwechselnd wiederholt werden, durchgeführt.
Unter Verwendung der Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Reinigungszeit auf ein Drittel jener im herkömmlichen Fall reduziert werden.
Wie oben beschrieben, werden durch die obige Anordnung die obere und untere Oberfläche des Halbleiter-Wafers auf eine kontaktlose Weise durchgeführt, und demgemäss kann Staub wirksam innerhalb einer kurzen Zeitperiode und eines kleinen Raumes entfernt werden. Staub kann nicht nur wirksam von der oberen und unteren Oberfläche, sondern ebenfalls von der Seitenoberfläche des Halbleiter-Wafers entfernt werden. Da eine Reinigung und Trocknung durch dieselbe Einrichtung durchgeführt werden, kann eine Wafer-Verarbeitung schnell durchgeführt werden. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern es können verschiedene Änderungen und Modifikationen durchgeführt werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, wie durch die Ansprüche bestimmt.
Beispielsweise kann die Rollenbürste 3 eine wie in 7 gezeigte Anordnung haben.
7 ist eine Teilansicht von einer Rollenbürste 3. Die Rollenbürste 3 ist hohl, jedoch sind ihre Seitenoberflächen durch Abdicht-Körper 36 und 36' abgedichtet, welche aus einem Isolierteil gemacht sind, welches beispielsweise aus Teflon gemacht ist. Eine Verarbeitungsflüssigkeits-Zuführröhre 5 ist mit dem Abdicht-Körper 36 verbunden, und eine Verarbeitungsflüssigkeit wird durch die Verarbeitungsflüssigkeits-Zuführröhre 5 zugeführt.

Claims

Einrichtung zum Reinigen einer oberen und unteren Oberfläche eines Halbleitersubstrats, mit: einem Halbleiter-Haltemechanismus (7, 11) zum Halten des Halbleitersubstrats (1); einem Paar an Rollenbürsten (3, 4), welche aus porösem Material mit Hohlabschnitten (3a, 4a) gemacht sind, und drehbar angeordnet sind um dazwischen ein Halbleitersubstrat (1) einzulegen, welches durch den Haltemechanismus gehalten wird; einer Verarbeitungsflüssigkeits-Zuführvorrichtung (29) zum Zuführen einer Hochdruck-Verarbeitungsflüssigkeit in die Hohlabschnitte (3a, 4a) der Rollenbürsten (3, 4), und zum Blasen der Verarbeitungsflüssigkeit an die obere und untere Oberfläche des Halbleitersubstrats (1) bei im wesentlichen gleichen Drücken von Außenoberflächen der Rollenbürsten (3, 4) aus, um die obere und untere Oberfläche des Halbleitersubstrats (1) gleichzeitig zu reinigen; und dadurch gekennzeichnet, dass das Paar an Rollenbürsten derart angeordnet ist, dass sie nicht mit einem durch den Haltemechanismus gehaltenen Halbleitersubstrat in Kontakt treten, wobei die Einrichtung ferner eine Druckreduktionseinheit (25, 28) enthält, welche mit den Hohlabschnitten (3a, 4a) der Rollenbürsten (3, 4) gekoppelt ist, um den Druck darin derart zu reduzieren, um in der Lage zu sein die obere und untere Oberfläche des Halbleitersubstrats (1) anzuziehen und dadurch das Halbleitersubstrat (1) zu trocknen.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner eine Seitenoberflächen-Reinigungsbürste (2) enthält, um gegen einen Kantenabschnitt des Halbleitersubstrats (1) anzustoßen, während die obere und untere Oberfläche des Halbleitersubstrats (1) durch die Rollenbürsten (3, 4) gereinigt werden, um die Seitenoberfläche des Halbleitersubstrats zu reinigen.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiter-Haltemechanismus (7, 11) ein Halteteil (11) zum Anstoßen gegen die Seitenoberfläche des Halbleitersubstrats (1) hat, um das Halbleitersubstrat (1) drehbar zu halten.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner eine elektrische Potentialsteuereinheit (11) enthält, welche nahe der Rollenbürsten (3, 4) angeordnet ist, und welche dazu angepasst ist, mit dem Halbleitersubstrat (1) in Kontakt zu treten, um das elektrische Potential des Halbleitersubstrats (1) zu steuern.
Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Potentialsteuereinheit (11) einen Kohlen-Drehanschluss (11) enthält.
Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiter-Haltemechanismus (7, 11) ein Halteteil (11) zum Anstoßen gegen eine Seitenoberfläche des Halbleitersubstrats (1) hat, um das Halbleitersubstrat (1) drehbar zu halten, und der Kohlen-Drehanschluss (11) im Halteteil (11) angeordnet ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungsflüssigkeits-Zuführeinheit (29) ein Mittel zum Erhöhen des Druckes der Verarbeitungsflüssigkeit enthält, welche dem Hohlabschnitt (3a) zugeführt wird, welcher in der unteren Rollenbürste (3) bereitgestellt ist, so dass er größer ist als der Druck der Verarbeitungsflüssigkeit, welche dem Hohlabschnitt (4a) zugeführt wird, welcher in der oberen Rollenbürste (4) bereitgestellt ist, um den Druck der Verarbeitungsflüssigkeit auszugleichen, welche an die obere und untere Oberfläche des Halbleitersubstrats (1) geblasen wird.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollenbürsten (3, 4) substitutionsgleiche Strukturen aus synthetischem Veloursleder haben, welche durch Imprägnieren thermoplastischer, synthetischer Fasern erlangt werden, wobei die Oberflächen derer durch Polyurethan erhaben sind.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollenbürsten (3, 4) aus porösem Polyurethan gemacht sind, welche ähnlich wie ein Schwamm aufgeschäumt sind.