DE9218850U1 - Vorrichtung zur Feinstreinigung scheibenförmiger Objekte - Google Patents

Description

Beschreibung

Titel der Erfindung:

Vorrichtung zur Feinstreinigung scheibenförmiger Objekte

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Feinstreinigung von scheibenförmigen Objekten, insbesondere für die Reinigung der Funktionsflächen von Halbleiterwafern.

Die Funktionsflächen von Substratscheiben aus Halbleiterwerkstoffen erfordern in Vorbereitung der Prozeßschritte bei der Herstellung von Halbleiterschaltkreisen einen sehr hohen Grad an Sauberkeit im Hinblick auf die Belegung der Funktionsflächen der Substratscheiben mit kleinen und kleinsten Partikeln. Vor Hochtemperatur-, Beschichtungs- oder Lithografieprozessen bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen ist eine möglichst geringe Partikeldichte auf den Funktionsflächen der Substratscheiben zu erzielen, um eine möglichst hohe Ausbeute an elektronischen Bauelementen pro Halbleitersubstratscheibe zu erzielen und um die geforderten Eigenschaften der elektronischen Bauelemente realisieren zu können.

Üblicherweise werden vor kritischen Arbeitsprozessen bei der Herstellung von elektronischen Halbleiterbauelementen die Halbleitersubstratscheiben einer Feinstreinigung unterzogen, bei welcher nach unterschiedlichsten Behandlungen der Substratscheiben in mehr oder weniger aggressiven Lösungen, so z. B. in H₂SO₄ /H₂O₂; HNO₃; HCl /H₂O₂/H₂O und NH3/H2O₂/H₂O - Gemischen eine nachfolgende Spülung in hochreinem und gefiltertem Wasser erfolgt. Zur Reinigung des für den Spülprozeß notwendigen Wassers werden feinporige Filter mit einer Porenweite von 0,2 - 0,5 &mgr;&eegr;&igr; verwendet. Nicht zu vermeiden ist dabei, daß nach dem Abschleudern der gereinigten Substratscheiben in geeigneten Zentrifugen die hochaktiven frischgereinigten Funktionsflächen der Scheiben mit kleinsten mehr oder weniger stark absorbierten Partikeln bedeckt sind, insbesondere derartigen Partikeln, die kleiner sind als die Porenweite der Filter oder mit Trochenrückständen von im Spülwasser trotz dessen Filtration vorhandener kolloider bzw. gelöster Stoffe.

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Eine weitere bekannte Methode, um den Partikelbelag von Halbleiterscheiben vor kritischen Bearbeitungsschritten zu reduzieren, ist die Spülung der Funktionsflächen von Halbleiterscheiben durch einen feinen Wasserstrahl extrem hoher Geschwindigkeit. Der Wasserstrahl weist dabei einen Druck von 50-100 atü auf, wodurch die entsprechenden Funktionsflächen der relativ zum Wasserstrahl bewegten Substratscheiben von für die nachfolgenden kritischen Prozeßschritte störenden Partikeln befreit werden sollen. Hierbei ergeben sich jedoch Probleme durch die Wasseraufbereitung. Das Spülwasser kann auf Grund des Abriebs der für diesen Prozeß notwendigen Druckpumpen Metallionen aufnehmen, die beim Reinigungsprozeß auf die Halbleiteroberfläche gelangen und die bei den nachfolgenden Bearbeitungsprozessen zu Qualitätsminderungen der Halbleiterscheiben führen.

Bei der Reinigung von Substratscheiben hat deshalb das Bürstenreinigungsverfahren vor kritischen Prozessen der Fertigung von elektronischen Bauelementen einige Bedeutung erlangt. Dabei dienen rotierende Bürsten verschiedenster Abmessungen, Formen, Bürstenhaarhärte und Anpassungsfähigkeit an die Oberflächenstruktur der zu reinigenden Oberfläche dazu, die auf den Funktionsflächen der Halbleiterscheiben haftenden Partikel zu entfernen. Die zu reinigende Halbleiterscheibe rotiert dabei zumeist in einer, zur sich drehenden Bürste, senkrechten Ebene. Auch bei diesem Reinigungsprozeß erfolgt meist gleichzeitig eine Spülung mit filtriertem und gereinigtem Wasser. Die Nachteile dieser Reinigungsmethode bestehen dabei darin, daß Partikel oder Bakterien, welche aus den Bürstenhaaren schwer zu entfernen sind, auf die zu reinigende Scheibenoberfläche gelangen. Der Reinigungseffekt auf der Scheibenoberfläche wird dabei stark gemindert, die an den Bürstenhaaren haftenden Partikel können zu Schleif- oder Wischspuren auf der Scheibenoberfläche führen. Weiterhin hat sich gezeigt, daß bei der Bürstenreinigung von bereits mikrostrukturierten Scheibenoberflächen mit steilen Strukturkanten Verunreinigungen oder Bestandteile der weichen Bürstenhaare, hervorgerufen durch einen mechanischen Abrieb der Bürsten, in den Kantenregionen der Mikrostrukturen bevorzugt angelagert werden. Dies führt in den nachfolgenden Fertigungsprozessen zu Fehlern und Bauelementeausfällen.

Derartige, das Substrat berührende Reinigungsverfahren besitzen aber mehrere Nachteile, u. a. wird das Substrat durch die Bürste flächig kontaminiert. Um dies bei der Reinigung von Funktionflächen von Halbleitermaterialwafern zu vermeiden, sind Partikelabsaugvorrichtungen entwickelt worden. Dabei werden die Partikel durch gezielte Strömungsführung von der Halbleitermaterialoberfläche abtransportiert, zuvor werden die Partikel, die durch statische Aufladung an der Substratoberfläche haften, entladen. Durch Anblasen der Substratoberfläche werden diese dann strömungstechnisch gelöst.

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Ein Wiederansetzen dieser Partikel wird durch eine Absaugvorrichtung unterbunden. In der modernen Mikroelektroniktechnologie werden heute Reinheitsanforderungen gestellt, die im atomaren Bereich liegen. Diese sind mit dem herkömmlichen Reinigungsvorrichtungen nicht mehr zu erreichen. Um für bestimmte Prozeßschritte der Mikroelektroniktechnologie, die im wesentlichen atomar reine Oberflächen erfordern, wie insbesondere die Molekularstrahlepitaxie, ist die Integration der Reinigung in die die einzelnen Prozeßschritte realisierenden Anlagen unumgänglich.

Wirksame, im wesentlichen atomare Reinheit erzielende Reinigungsverfahren, wie beispielsweise die Reinigung der Oberfläche des Halbleitersubstrates durch chemische Reaktionen mit O₂ oder mit H₂, die ein Erwärmen der zu reinigenden Oberfläche auf oberhalb 700 ⁰C erforderlich machen, sind dabei gerätespezifisch bedingt oft nicht anwendbar, und zwar dann nicht, wenn die Geräteinnenwand sich beim Erwärmungsprozeß der zu reinigenden Scheibe mit erhitzen kann. Die Verwendung reaktiver Gase, wie beispielsweise EL führt so zur

Schädigung von Anlagenteilen. Die Anwendung von O₂ führt zur Entstehung von Sauerstoff-Kohlenstoffverbindungen die von der Oberfläche des Halbleitersubstrates innerhalb der Anlage nur sehr schwer zu beseitigen sind und Verunreinigungen innerhalb der Anlage zur Folge haben. Reinigungsmethoden, die chemische Reaktionen auf der Oberfläche der zu rei-

2Q nigenden Substratscheibe bedingen, sind für die Reinigung von Substratscheiben innerhalb Molekularstrahlepitaxieanlagen nicht geeignet. Zur Reinigung der Oberflächen von Substratscheiben in Vorbereitung von Molekulastrahlepitaxieprozessen wird elektromagnetische Strahlung, die die Bindungskräfte vor allem auf der Oberfläche vorhandener störender Kohlenstoffverbindungen überwindet, eingesetzt. Von der zu reinigenden Oberfläche schwer lösbare Verbindungen werden so aufgebrochen, daß die Komponenten dann mittels konventioneller Reinigungsmethoden beispielsweise Ätzen und oxidierende Behandlung, unter Beibehaltung der diesen Reinigungsmethoden bekannten Nachteile entfernt.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung zur Feinstreinigung scheibenförmiger 2Q Objekte, insbesondere für die Reinigung der Funktionsflächen von Halbleiterwafern, anzugeben, die den hohen Reinheitsanforderungen nachfolgender kritischer Arbeitsschritte bei der Herstellung von aktiven Halbleiterschichten weitgehend Rechnung trägt, mechanische Beschädigung und Verunreinigungsablagerungen im wesentlichen vollständig ausschließt.

Der Erfindung liegt dabei die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Feinstreinigung von scheibenförmigen Objekten, insbesondere für die Reinigung der Funktionsflächen von Halbleiterwafern, anzugeben, die eine erneute Entstehung von den nachfolgenden Prozeßschritt

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der Herstellung elektronischer Bauelemente störenden Verunreinigungen der Funktionsfläche ausschließt. Zur Lösung dieser Aufgabe wird die Vorrichtung gemäß der Erfindung derart ausgebildet, daß in einer das Substrat mittels heizbarer Substratauflagevorrichtung aufnehmende Vakuumkammer, die mit dem Reaktionsraum einer physikalischen Ultrahochvakuumbeschichtungsanlage verbunden ist, eine die Substratscheibenoberfläche mit energiereicher elektromagnetischer Strahlung beauflagende Beleuchtungsquelle angeordnet ist und daß diese Kammer eine Öffnung zur Zuführung des sauerstoffhaltigen Reaktionsgases aufweist und weiterhin mit einer Absaugvorrichtung verbunden ist.

Die Erfindung wird anhand einer Ausführungsbeispielbeschreibung näher erläutert.

Die Vorrichtung besteht aus einem kugelförmigen Hohlkörper, dessen Mantelfläche zwei rechtwinklig zueinander angeordnete Flansche aufweist. Einer der Flansche dient der Verbindung der Vorrichtung mit der Molekularstrahlepitaxieanlage, der andere Flansch mit seiner hohlzylinderförmigen Verlängerung der Aufnahme der Beleuchtungsquelle, dem An-Schluß für die Zuführung des Reaktionsgases, die auf bzw. in einer den Flansch abschließenden kreisförmigen Platte installiert sind. Der kugelförmige Hohlkörper verfügt über einen weiteren Flansch, der dem Einbringen der zu reinigenden Substratscheibe auf die im Inneren des kugelförmigen Hohlkörpers befindliche heizbare Substratauflagevorrichtung dient. Über den Anschluß der Absaugvorrichtung in der kreisförmigen Platte wird bei Inbetriebnahme der Absaugvorrichtung ein Vakuum erzeugt. Die energiereiche Strahlung, ausgehend von der Beleuchtungsquelle, korrespondierend mit der zu reinigenden Oberfläche der Substratscheibe bricht auf der Oberfläche vorhandenen, insbesondere Kohlenstoffverbindungen auf, die sich im Raum der Vorrichtung mit dem zugeführten Sauerstoff verbinden. Über die Absaugvorrichtung werden diese zumeist gasförmigen Verbindungen, resultierend aus der chemischen Reaktion der Komponenten der die Funktionsflächenkontamination verursachten Verbindungen und den Sauerstoff, abtransportiert. Die Vorrichtung sichert so im wesentlichen die für die Molekularstrahlepitaxie notwendige Reinheit der zu bearbeitenden Funktionflächen von Halbleitersubstratscheiben. Durch das Aufbrechen der Bindungen unter Vakuumbedingungen und die durch die Sauerstoffeinleitung verursachte chemische Reaktion der Bindungskomponenten innerhalb des Innenraumes der Vorrichtung ist ein schneller und effizienter Abtransport der dann gasförmigen Verunreinigungen von der Oberfläche der Halbleitermaterialscheibe gewährleistet. Da eine erneute Berührung der Funktionsfläche der Halbleitermaterialscheibe mit kontaminierungsfähigem Material bis zu Prozeßbeginn der Schichtherstellung nicht erfolgt, kann keine Fremdstoffkontamination der Halbleitermaterialscheibe erfolgen.

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Claims (1)

1. 5 Schutzanspruch:

   Vorrichtung zur Feinstreinigung von scheibenförmigen Objekten, insbesondere für die Reinigung der Funktionsflächen von Halbleiterwafern, dadurch gekennzeichnet, daß in einer das

   10 Substrat mittels heizbarer Substratauflagenvorrichtung aufnehmenden Vakuumkammer, die mit dem Reaktionsraum einer Ultrahochvakuumanlage für Beschichtung verbunden ist, eine die Substratscheibenoberfläche mit energiereicher elektromagnetischer Strahlung beauflagende Beleuchtungsquelle mit definierter Form und definiertem Abstand zum Substrat angeordnet ist und daß diese Kammer in definierter Weise die Zuführung des sauerstoffhaltigen Reak-

   15 tionsgases aufweist und mit einer Absaugvorrichtung verbunden ist.

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