WO2004051722A1 - Verfahren zum trocknen von substraten - Google Patents

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WO2004051722A1
WO2004051722A1 PCT/EP2003/012689 EP0312689W WO2004051722A1 WO 2004051722 A1 WO2004051722 A1 WO 2004051722A1 EP 0312689 W EP0312689 W EP 0312689W WO 2004051722 A1 WO2004051722 A1 WO 2004051722A1
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WO
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concentration
active component
liquid
gas mixture
gas
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PCT/EP2003/012689
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French (fr)
Inventor
Christiane Buchgeister
Christoph Eichler
Original Assignee
Scp Germany Gmbh
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
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    • H—ELECTRICITY
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Definitions

  • the present invention relates to a method for drying substrates, in particular semiconductor wafers after a wet treatment in a treatment liquid, in which a gas mixture reducing the surface tension of the treatment liquid consisting of a carrier gas and an active component is applied to the treatment liquid and the substrates from the liquid be moved out.
  • Such a method is known, for example, from DE-A-197 03 646, which goes back to the same applicant.
  • the semiconductor wafers are first treated in a basin filled with treatment liquid, wherein different liquids can be introduced into the treatment basin in order to carry out different treatment steps.
  • DI water i.e. Deionized water is introduced into the treatment basin to rinse the wafers.
  • the wafers are then slowly moved out of the basin, with a gas mixture of nitrogen and isopropyl alcohol (IPA) being passed onto the DI water beforehand.
  • IPA isopropyl alcohol
  • the nitrogen serves as a carrier gas
  • the IPA is an active component that mixes with the DI water and thereby reduces the surface tension.
  • liquid IPA liquid IPA
  • a constant nitrogen volume flow is set, which is kept constant during the entire drying process.
  • the IPA cools due to the uptake of the IPA in the nitrogen, reducing the overall temperature of the IPA.
  • LEL is expected, for example, in the case of semiconductor drying, 100% LEL corresponding to approximately 2% by volume of IPA in the gas mixture. At an IPA temperature of 15 ° C, the I PA concentration would correspond to 20% LEL, for example. A typical temperature difference that can occur during successive drying processes is 2 to 3 ° C, which can correspond to a change in the concentration of the IPA of up to 5% LEL.
  • I PA concentration can significantly affect the drying process, with a concentration that is too low leads to insufficient drying, and a concentration that is too high leads to condensation of IPA on the wafers, which in turn leads to staining and impairment of the wafer quality can bring himself.
  • the present invention is therefore based on the object of providing a selectable, preferably constant I PA concentration at any point in the drying process.
  • a uniform concentration should be provided at the interface between the gas mixture and a treatment liquid.
  • Another object of the invention is to enable a controllably changeable I PA concentration in the gas mixture over the process time. The change should be possible in particular from the point of view of providing a uniform I PA concentration at the interface between the gas mixture and the treatment liquid.
  • Another general task is the provision of optimized drying conditions without the risk of I PA condensation on the wafers.
  • the object is achieved in a method of the type mentioned at the outset by controlling or regulating the concentration of the active component in the gas mixture in order to achieve optimized drying conditions without the risk of condensation of the active component on the substrates.
  • the gas mixture which reduces the surface tension of the treatment liquid is formed by mixing essentially pure carrier gas and a mixture of carrier gas and the active component.
  • the concentration of the active component in the final gas mixture can be adjusted by simply adjusting the volume flow of the pure carrier gas or the mixture.
  • a constant concentration of the active component can be achieved even if the concentration in the mixture of carrier gas and the active component drops, for example by reducing the feed of the pure carrier gas.
  • an increase or decrease in the concentration of the active component in the gas mixture can be easily achieved in order to be able to respond to changing process conditions.
  • the mixture of carrier gas and the active component is formed by passing the carrier gas through a liquid of the active component and the temperature of the liquid of the active component is controlled or regulated to control the concentration of the liquid via the temperature control of the liquid to influence the active component.
  • the temperature of the liquid of the active component is kept substantially constant in order to maintain a substantially constant concentration of the active component in the Provide mixture of carrier gas and the active component, wherein a change in concentration in the final gas mixture can take place via the feed line of the pure carrier gas.
  • the temperature of the liquid of the active component is changed in a controlled manner over a drying process.
  • the concentration of the active component in the mixture of carrier gas and the active component is preferably measured and the temperature of the liquid of the active component is adjusted as a function of the measured concentration in order to be able to provide a desired concentration at any time.
  • the volume flow of the carrier gas is changed over a drying process.
  • concentration of the active component is preferably measured in the mixture of carrier gas and the active component and the volume flow of the carrier gas is adjusted as a function of the measured concentration in order to achieve the desired concentration of the active component in the final gas mixture.
  • the object on which the invention is based is further achieved by a method for drying substrates of the type mentioned at the outset in that the gas mixture is formed at least partially by introducing a predetermined amount of the carrier gas and a predetermined amount of a liquid of the active component into an evaporator.
  • the formation of the gas mixture reducing the surface tension of the treatment liquid at least partially in an evaporator, in which predetermined amounts of a carrier gas and a liquid of the active component are introduced enables very precise concentration control of the active component in the gas mixture.
  • this method enables the concentration to be changed very quickly, in particular especially a very rapid increase in concentration if necessary.
  • the concentration of the active component in the gas mixture is preferably controlled or regulated.
  • the concentration of the active component after the evaporator is measured and the volume flow of the carrier gas and / or the liquid of the active component is set as a function of the measured concentration. In this way, a desired concentration of the active component can be ensured.
  • the concentration of the active component in the gas mixture is changed depending on the position of the substrate relative to the liquid surface. This can ensure that the concentration of the active component, in particular in the area of the interface between the gas mixture and the treatment liquid, has a desired concentration at all times. Flow-related changes in concentration at the gas mixture / treatment liquid interface can be compensated for by changing the concentration of the introduced gas mixture.
  • the concentration of the active component in the gas mixture is changed as a function of an intersection between the substrates and the treatment liquid.
  • the concentration of the active component in the gas mixture is preferably increased as the cutting area increases and is reduced as the cutting area decreases.
  • the active component is isopropyl alcohol (IPA) and the average IPA concentration in the gas mixture is kept below 15%, in particular below 10%, of the lower explosion level (LEL).
  • IPA isopropyl alcohol
  • LEL lower explosion level
  • the Average I PA concentration in the gas mixture between approximately 3% and approximately 10% of the lower LEL.
  • 1 is a schematic illustration of a semiconductor treatment device of the present invention
  • 2 shows a schematic illustration of a gas wash bottle or a bubbler according to a preferred embodiment of the invention
  • FIG. 3 is a schematic illustration of an alternative system for generating a drying gas in accordance with the present invention.
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of a further device for generating a drying gas according to the present invention
  • the device has a wet treatment part 4, as is known, for example, from DE-A-197 03 646, which goes back to the same applicant, to which reference is made is taken to avoid repetitions.
  • the wet treatment part 4 has a treatment basin 6 with an overflow 7.
  • the treatment basin 6 is suitable for accommodating a multiplicity of semiconductor wafers 2 which lie one behind the other in the sheet plane in FIG. 1.
  • the treatment basin 6 can have guides on the side walls, or the wafers 2 can be accommodated in the basin 6 via a substrate carrier.
  • the treatment basin 6 has at least one feed line (not shown) for a treatment liquid, with different wet areas in the treatment basin 6. actions can be carried out in a known manner one after the other.
  • the treatment basin 6 also has an outlet 11 for draining off the treatment liquid. This outlet 11 is usually designed as a quick drain to allow the treatment liquid to be drained off quickly after the treatment.
  • the treatment device 1 also has a drying part 13, which in the exemplary embodiment 1 shown in FIG. 1 essentially consists of a hood 15 with a gas inlet 16.
  • the hood 15 serves in a known manner to receive the semiconductor wafers 2 after the wet treatment and can have lateral guide rails for this purpose.
  • the hood 15 can also be movable in a known manner for transporting the semiconductor wafers 2 accommodated therein.
  • the hood 15 is shown such that it is placed over the treatment basin 6, so that the semiconductor wafers 2 come out of the treatment basin 6 could be moved directly into the hood 15.
  • the gas inlet 16 of the hood 15 serves to admit a drying gas into the hood 15.
  • gas inlet 16 is shown at an upper end of the hood 15, the gas inlet could be located at different positions of the hood and could have different configurations ,
  • a plurality of gas inlet nozzles can be provided, which are arranged such that they are directed specifically into the spaces between the wafers received by the hood 15.
  • the treatment device 1 also has a device 20 for generating the drying gas.
  • the currently preferred drying gas is a gas mixture of a carrier gas, especially nitrogen and an active component, especially isopropyl alcohol (IPA).
  • IPA isopropyl alcohol
  • the IPA as the active component serves to reduce the surface tension of the liquid in the area of the meniscus that always occurs when a wafer is moved out in such a way that the treatment liquid flows completely away from the wafer 2. This process is known in the art as drying according to the Marangoni principle.
  • the device 20 has a supply line 22 for nitrogen, which is connected to two mass flow control devices, which are also referred to as mass flow controllers (MFC).
  • MFC mass flow controllers
  • the MFC 24 has an outlet line 29 which leads into a gas wash bottle 31, which is also referred to as a bubbler.
  • Liquid isopropyl alcohol (IPA) is contained in the bubbler 3, and the outlet line 29 of the MFC 24 extends in an area below the surface of the IPA liquid.
  • the bubbler 31 also has an outlet line 34 which leads to the inlet 16 of the hood 15. An inlet 35 of the outlet line 34 of the bubbler 31 lies above the IPA liquid 32.
  • Nitrogen gas which is passed through the MFC 24, thus flows through the line 29 into the IPA liquid 32 and rises in the IPA liquid 32.
  • part of the IPA liquid 32 is taken up in the nitrogen gas in a known manner, which results in a mixture of nitrogen gas and gaseous IPA above the liquid 32.
  • This mixture is passed via line 34 to inlet 16 of hood 15, where it is used as a drying gas.
  • the concentration of the IPA in the gas mixture depends, among other things, on the temperature of the nitrogen introduced, the temperature of the IPA liquid and the pressure in the bubbler. A higher temperature of the nitrogen gas and the IPA liquid lead to a higher concentration of the IPA in the gas mixture, since the absorption of the IPA liquid is promoted. Furthermore, a low pressure in the bubbler 31 also leads to an increased concentration of IPA in the gas mixture.
  • the second MFC 25 is arranged parallel to the first MFC 24.
  • An outlet line 37 of the MFC 25 is connected to the outlet line device 34 of the bubbler 31 in connection, namely before the outlet line 34 opens into the inlet 16 of the hood 15.
  • the outlet line 37 opens at 40 into the outlet line 34, so that at this point and in a line section 42 which lies between the point 40 and the inlet 16 of the hood 15, the gases from the MFC 25 and the bubbler 31 are mixed ,
  • a concentration measuring unit 44 is arranged in the line section 42, which measures the concentration of the IPA in the nitrogen gas-I PA mixture and forwards the result of the measurement to the control unit 27.
  • the semiconductor wafers 2 are inserted into the treatment tank 6 filled with a treatment liquid, and then treated with one or more treatment liquid in a known manner. As the last step of the treatment, the semiconductor wafers 2 are rinsed in deionized water (DI water).
  • DI water deionized water
  • a gas mixture of nitrogen and isopropyl alcohol produced in section 20 is introduced into the hood 15 and thereby applied to the surface of the DI water.
  • the IPA concentration in the gas mixture is detected by the measuring unit 44, and the concentration is set to a predetermined value by controlling the volume flow through the MFC 24 and 25. For example, a slightly higher concentration can be selected first in order to quickly provide sufficient IPA on the water surface. The concentration can then first be reduced to a desired value required for drying.
  • the IPA in the gas mixture causing the water 2 to drain completely from the wafers 2 in accordance with the Marangoni effect.
  • the wafer 2 is being lifted out of the DI water increases the cut surface of the wafer with the liquid. This leads to an increase in the fluid surface in the area of the meniscus.
  • absolutely more IPA is absorbed in the surface liquid.
  • the I PA concentration in the gas mixture decreases with increasing cutting area or increases with decreasing cutting area.
  • the I PA concentration of the gas mixture is preferably kept below 15% of the lower explosion level (LEL), 100% LEL corresponding to two volume percent IPA in the gas mixture.
  • the IPA concentration is preferably set below 10% LEL, in particular between 3 and 10% LEL, depending on the process condition.
  • DI water is no longer supplied and the treatment liquid located in the treatment tank 6 is drained off via the outlet 11. Due to the lack of overflow, surface water enriched with IPA can no longer be removed while the DI water is being drained. The water becomes saturated with IPA, which leads to the concentration in the gas mixture accumulating above the water surface.
  • This increase in the I PA concentration can be recorded on the concentration measuring unit 44 and compensated for by the control device 27 by setting the volume flows in a corresponding manner by means of the MFC 24 or 25.
  • the device can essentially predictively change the gas flows through the MFC 24 or 25 as soon as the overflow flow is stopped and while the DI water is being drained off.
  • the hood 15 is then flushed with pure nitrogen and the semiconductor wafers 2 are removed in a suitable manner either in the hood 15 or in some other way.
  • the device according to the invention and in particular the method according to the invention thus enables the I PA concentration in the hood 15 to be set.
  • a concentration measuring unit 44 is used in FIG. 1 to provide regulation of the I PA concentration, the device could also do without a concentration measurement by controlling the volume flows through the MFC 24 and 25 using specified parameters.
  • a concentration measuring unit in the line section 42 i.e. To provide between the point 40 and the inlet 16 of the hood 15, it is also possible to provide a concentration measurement in the line 34 before the point 40, the I PA concentration of the gas mixture emerging from the bubbler 31 then being measured.
  • FIG. 2 shows an alternative embodiment of a gas generation section 20 of the treatment device 1, the same reference numerals being used in FIG. 2 as in FIG. 1 if the same or equivalent elements are concerned.
  • the gas generating section 20 has a nitrogen supply line 22 which is connected to an MFC 24.
  • An output line 29 of the MFC 24 extends into a bubbler 31 which is filled with liquid IPA 32.
  • a load line 34 of the bubbler 31 leads to an inlet 16, not shown, of a hood 15.
  • no second MFC is provided, which is connected to the nitrogen supply line 22 and the outlet line 34 of the bubbler 31.
  • a second MFC as in the first exemplary embodiment according to FIG. 1 could be provided.
  • the bubbler 31 has a heating coil 50 which lies within the liquid IPA 32 and surrounds the outlet line 29 of the MFC 24.
  • the heating coil 50 is connected to a control unit 52 for controlling the heating coil 50.
  • the control unit 52 is also connected to a temperature sensor 54 arranged in the bubbler 31 and to a concentration measuring unit 56 arranged in the outlet line 34 of the bubbler 31.
  • the bubbler 31 is introduced via the MFC 24 in such a way that the nitrogen flows through the liquid IPA 32 and thereby takes up IPA in the nitrogen.
  • the uptake of the IPA leads to a cooling of the remaining liquid IPA 32.
  • the temperature of the liquid IPA 32 is measured via the temperature sensor 54 and passed on to the control unit 52.
  • the control unit 52 controls the heating coil 50 as a function of the measured temperature in order to compensate for the cooling of the liquid IPA 32, ie an attempt is made to maintain a predetermined temperature of the liquid IPA 32.
  • the heating coil 50 thus essentially serves to compensate for the temperature losses in the liquid IPA that occur due to the IPA recording.
  • a substantially predetermined I PA concentration is generated in the nitrogen gas when the nitrogen is passed through. This is measured by the concentration measuring unit 56 in the outlet line 34 of the bubbler 31. The measurement result is forwarded to the control unit 52. If the measured I PA concentration is from a desired I PA concentration in the gas mixture If the control unit 52 deviates, the control unit 52 can control the heating coil 50 in such a way that the temperature of the liquid IPA 32 is changed in order to achieve an increased or reduced absorption of the IPA in the nitrogen gas, but this does not lead to an evaporation of the liquid IPA by the heating coil should come. The control unit 52 can thus control the heating coil 50 as a function of the temperature sensor 54 and / or as a function of the measured concentration at the concentration measuring unit 56, and thus change the IPA uptake by the nitrogen gas, primarily providing temperature compensation.
  • the control unit 52 is thus able to prevent a gradual change in the I PA concentration due to a cooling of the IPA liquid.
  • the control unit 52 is also able to also compensate for fluctuations in concentration, which arise, for example, from changing pressure conditions.
  • the control unit 52 can make a conscious change in the concentration of the absorbed IPA by heating or cooling the liquid IPA 32, for example in order to provide an increased concentration of the IPA in the gas mixture when wafers are being excavated.
  • heating coil 50 is provided as a temperature control element in FIG. 2, a heating / cooling device could of course also be provided in the bubbler 31, through which, for example, a heated or a cooled liquid flows. This is particularly advantageous if an active concentration setting via cooling of the liquid IPA 32 is desired. It is also not necessary to use the heating coil or an alternative heating / cooling device in the bubbler, i.e. in the liquid IPA. Rather, the heating coil or an alternative heating / cooling device could be provided outside the bubbler.
  • FIG. 3 shows a further alternative embodiment of a gas generation section 20 of the treatment device 1.
  • the gas generation section has a first MFC 60 for nitrogen gas and a second MFC 62 for liquid isopropyl alcohol (IPA).
  • the first and second MFC 60, 62 are connected to an evaporator 64 via corresponding lines.
  • the introduced liquid IPA is evaporated while supplying heat and mixed with the introduced nitrogen gas.
  • An outlet line 66 of the evaporator is connected to the hood 15 of the treatment device 1 according to FIG. 1.
  • a concentration measuring unit 68 is provided for measuring the I PA concentration in the resulting gas mixture.
  • the concentration measuring unit 68 is connected to a control unit 70, which in turn controls the MFC 60 and 62 via corresponding lines.
  • the operation of the gas generating section 20 according to FIG. 3 is explained in more detail below with reference to FIG. 3.
  • a predetermined amount of a nitrogen gas is continuously fed into the evaporator 64 via the MFC 60, while at the same time a predetermined amount of liquid IPA is fed into the evaporator 64 via the MFC 62.
  • the liquid IPA is evaporated in the evaporator 64 and mixed with the nitrogen gas.
  • the resulting gas mixture is passed via line 66 into the hood 15.
  • the I PA concentration in line 66 is measured via concentration measuring unit 68 and the measurement result is forwarded to control unit 70. If the measured concentration deviates from a desired concentration, the control unit can change the volume flow of the nitrogen gas through the MFC 60, or the volume flow of liquid IPA through the MFC 62, in order to bring about a change in concentration.
  • the concentration of the resulting gas mixture can be changed rapidly in the gas generation section 20 shown in FIG. 3 according to predetermined process parameters.
  • concentration measurement unit 68 is shown in FIG. 3, this could be omitted because the MFC 60 and the MFC 62 control the introduction of certain amounts of nitrogen gas or liquid IPA into the Enable evaporator 64 so that the gas mixture resulting in evaporator 64 has a predetermined concentration. A subsequent concentration measurement with subsequent regulation of the volume flows by the MFC 60 or 62 is therefore not absolutely necessary.
  • FIG. 4 shows a further embodiment of a gas generation section 20.
  • the same reference numerals are used as in FIG. 1, provided the same or equivalent elements are concerned.
  • the gas generation section 20 has a feed line 22 for nitrogen gas, which is connected to a first MFC 24 and a second MFC 25.
  • the MFC 24 has an output line 29, which is connected to a bubbler 31 in the same way as shown in FIG. 1.
  • the bubbler 31 has a schematically illustrated temperature control device 74 for setting the temperature of the liquid IPA in the bubbler 31.
  • the temperature setting device 74 can, for example, have the structure shown in FIG. 2 or any other one that controls or regulates the temperature of the liquid IPA in the bubbler 31.
  • the bubbler 31 has an output line 34 which leads to an MFC 76.
  • An output line 78 of the MFC 76 in turn leads to the hood shown in FIG. 1.
  • the MFC 25 also has an output line 37 which is connected to the MFC 76.
  • the MFCs 24 and 25 are controlled by a control unit 80, while the MFC 76 is controlled by a control unit 81. Although two separate control units 80, 81 are shown in FIG. 4, these could also be combined in a single control unit.
  • a concentration measuring unit in the output line 34 of the bubbler or in the output line 78 of the MFC 76, the measurement result of which is forwarded to the control unit 80 and / or the temperature setting device 74 in order to, as described with reference to FIG. 1 or as described with reference to FIG. 2, a change in IPA in the gas mixture of IPA and nitrogen.
  • the operation of the gas generating section 20 is carried out in a manner corresponding to the gas generating section according to FIG. 1, wherein temperature control, as described with reference to FIG. 2, is additionally possible.
  • an MFC 76 is additionally provided in the gas generation section 20 according to FIG. 4, which in turn specifically introduces a certain amount of the gas mixture of IPA and nitrogen into the hood 15.
  • FIG. 5 shows a curve which shows the change in the I PA concentration during a conventional drying process for semiconductor wafers in a system with a treatment basin and a hood.
  • the plotted points show the concentration curve in% LEL with a constant nitrogen volume flow through a conventional bubbler without flow and / or temperature compensation, the I PA concentration being measured in the area of the water surface.
  • the characteristic curve was recorded during the drying of 200 mm wafers which were arranged at half the normal distance from one another.
  • the Y-axis shows the I PA concentration in% LEL in a nitrogen-J PA gas mixture
  • the X-axis defines a time axis with the time t in seconds. Different phases of the process are explained below.
  • the I PA concentration within the gas mixture initially rises, which is due, among other things, to an enrichment of the IPA in the gas mixture, which occurs because DI water enriched with IPA is no longer due to the lack of overflow is transported away.
  • the surge in IPA The concentration drops sharply, which is due to the termination of the IPA supply line and a subsequent brief flushing with pure nitrogen. As a result, the 1 PA concentration drops to zero.
  • the invention has been described with reference to preferred exemplary embodiments of the invention, without being restricted to the specifically illustrated exemplary embodiments.
  • the principles of the present invention can also be used in a system in which the wafers are not lifted out of the treatment liquid by a lifting device, but are moved out of the treatment liquid by draining off the treatment liquid.
  • the features of the different exemplary embodiments can be freely combined or exchanged with one another, provided they are compatible.

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Abstract

Um bei einem Verfahren zum Trocknen von Substraten, insbesondere Halbleiterwafern, nach einer Naßbehandlung in einer Behandlungsflüssigkeit, bei dem ein die Oberflächenspannung der Behandlungsflüssigkeit reduzierendes Gasgemisch bestehend aus einem Trägergas und einer aktiven Komponente auf die Behandlungsflüssigkeit aufgebracht wird und die Substrate durch Erzeugen einer Relativbewegung zwischen den Substraten und der Flüssigkeit aus ihr herausbewegt werden eine wählbare, vorzugsweise konstante IPA-Konzentration zu jedem Zeitpunkt des Trocknungsprozesses vorzusehen, wird die Konzentration der aktiven Komponente im Gasgemisch aktiv gesteuert oder geregelt. Alternativ wird das Gasgemisch wenigstens teilweise durch Einleiten einer vorbestimmten Menge des Trägergases und einer vorbestimmten Menge einer Flüssigkeit der aktiven Komponente in einen Verdampfer gebildet.

Description

Verfahren zum Trocknen von Substraten
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Trocknen von Substraten, insbesondere Halbleiterwafern nach einer Nassbehandlung in einer Behandlungsflüssigkeit, bei dem ein die Oberflächenspannung der Behandlungsflüssigkeit reduzierendes Gasgemisch bestehend aus einem Trägergas und einer aktiven Komponente auf die Behandlungsflüssigkeit aufgebracht wird und die Substrate aus der Flüssigkeit herausbewegt werden.
Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der auf dieselbe Anmelderin zurückgehenden DE-A-197 03 646 bekannt. Bei dem bekannten Verfahren werden die Halbleiterwafer zunächst in einem mit Behandlungsflüssigkeit gefüllten Becken behandelt, wobei unterschiedliche Flüssigkeiten in das Be- handlungsbecken eingeleitet werden können, um unterschiedliche Behandlungsschritte durchzuführen. Als letzter Behandlungsschritt wird üblicherweise Dl-Wasser, d.h. deionisiertes Wasser in das Behandlungsbecken eingeleitet, um die Wafer zu spülen.
Anschließend werden die Wafer langsam aus dem Becken herausbewegt, wobei zuvor eine Gasmischung aus Stickstoff und Isopropylalkohol (IPA) auf das Dl-Wasser geleitet wird. Der Stickstoff dient dabei als Trägergas, während der IPA eine aktive Komponente darstellt, welche sich mit dem Dl- Wasser vermischt und dabei die Oberflächenspannung verringert. Beim Her- ausbewegen der Wafer aus dem Dl-Wasser wird das Wasser durch den sogenannten Marangoni-Effekt von den Wafern abgeleitet, so dass sie über der Wasseroberfläche vollständig trocken sind.
Zur Herstellung des Gasgemisches wird in der Regel Stickstoff durch flüssi- gen IPA hindurchgeleitet, wodurch der Stickstoff einen Teil des IPA aufnimmt. Bei dem bekannten Verfahren wird ein konstanter Stickstoff-Volumenstrom eingestellt, der während des gesamten Trocknungsvorgangs konstant gehalten wird. Während des Hindurchleitens des Stickstoffs kühlt der IPA jedoch aufgrund der Aufnahme des IPA im Stickstoff ab, wodurch sich die gesamte Temperatur des IPA verringert. Eine Temperaturänderung des flüssigen IPA führt jedoch dazu, dass sich die Konzentration des IPA in dem Gasgemisch verändert, da die Aufnahmefähigkeit des Stickstoffs für IPA bei sinkender Temperatur abnimmt. Beispielsweise wäre bei einer I PA-Temperatur von 22°C die IPA- Konzentration in dem Gasgemisch bei ungefähr 30 % einer unteren Explosionsgrenze (LEL = Lower Explosive Level). Es sei bemerkt, dass beispielswei- se bei der Halbleitertrocknung mit LEL gerechnet wird, wobei 100 % LEL etwa 2 Volumenprozent IPA in dem Gasgemisch entsprechen. Bei einer IPA- Temperatur von 15°C würde die I PA-Konzentration beispielsweise 20 % LEL entsprechen. Eine typische Temperaturdifferenz, die während aufeinanderfolgender Trocknungsvorgänge auftreten können, beträgt 2 bis 3°C, was einer Konzentrationsänderung des IPA von bis zu 5 % LEL entsprechen kann.
Eine Veränderung der I PA-Konzentration kann jedoch den Trocknungsvorgang erheblich beeinflussen, wobei eine zu niedrige Konzentration zu einer unzureichenden Trocknung führt, und eine zu starke Konzentration zu einer Kondensation von IPA auf den Wafern führt, was wiederum eine Fleckenbildung und eine Beeinträchtigung der Waferqualität mit sich bringen kann.
Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, eine wählbare, vorzugsweise konstante I PA-Konzentration zu jedem Zeitpunkt des Trocknungsprozesses vorzusehen. Dabei sollte insbesondere an der Grenzfläche zwischen dem Gasgemisch und einer Behandlungsflüssigkeit eine gleichmäßige Konzentration vorgesehen werden. Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine kontrolliert veränderbare I PA-Konzentration in dem Gasgemisch über die Prozesszeit hin- weg zu ermöglichen. Die Änderung soll insbesondere unter dem Gesichtspunkt möglich sein, eine gleichmäßige I PA-Konzentration an der Grenzfläche zwischen dem Gasgemisch und der Behandlungsflüssigkeit vorzusehen. Als weitere allgemeine Aufgabe ist das Vorsehen von optimierten Trocknungsbe- dingungen ohne die Gefahr einer I PA-Kondensation auf den Wafern vorzusehen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs ge- nannten Art dadurch gelöst, dass die Konzentration der aktiven Komponente im Gasgemisch gesteuert oder geregelt wird, um optimierte Trocknungsbedingungen ohne die Gefahr einer Kondensation der aktiven Komponente auf den Substraten zu erreichen.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Oberflächenspannung der Behandlungsflüssigkeit reduzierende Gasgemisch durch Mischen von im Wesentlichen reinen Trägergas und einer Mischung aus Trägergas und der aktiven Komponente gebildet wird. Bei diesem Verfahren läßt sich durch einfache Einstellung des Volumenstroms des reinen Trä- gergases oder der Mischung die Konzentration der aktiven Komponente in der schlussendlichen Gasmischung einstellen. Insbesondere lässt sich eine konstante Konzentration der aktiven Komponente erzielen, selbst wenn die Konzentration in der Mischung aus Trägergas und der aktiven Komponente abfällt, in dem beispielsweise die Zuleitung des reinen Trägergases reduziert wird. Ferner läßt sich leicht eine Erhöhung oder Erniedrigung der Konzentration der aktiven Komponente in dem Gasgemisch erreichen, um auf sich verändernde Prozessbedingungen eingehen zu können.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird die Mischung aus Trägergas und der aktiven Komponente durch Leiten des Trägergases durch eine Flüssigkeit der aktiven Komponente gebildet und die Temperatur der Flüssigkeit der aktiven Komponente auf eine vorbestimmte Temperatur gesteuert oder geregelt, um über die Temperatursteuerung der Flüssigkeit die Konzentration der aktiven Komponente zu beeinflussen.
Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung wird die Temperatur der Flüssigkeit der aktiven Komponente im Wesentlichen konstant gehalten, um eine im Wesentlichen konstante Konzentration der aktiven Komponente in der Mischung aus Trägergas und der aktiven Komponente vorzusehen, wobei eine Konzentrationsveränderung in der schlussendlichen Gasmischung über die Zuleitung des reinen Trägergases erfolgen kann.
Für eine alternative Einstellung der Konzentration wird die Temperatur der Flüssigkeit der aktiven Komponente über einen Trocknungsvorgang hinweg kontrolliert verändert. Dabei wird vorzugsweise die Konzentration der aktiven Komponente in der Mischung aus Trägergas und der aktiven Komponente gemessen und die Temperatur der Flüssigkeit der aktiven Komponente in Ab- hängigkeit von der gemessenen Konzentration eingestellt, um zu jedem Zeitpunkt eine gewünschte Konzentration vorsehen zu können.
Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung wird zum Erreichen einer veränderten Konzentration der aktiven Komponente im Gasgemisch der Volumenstrom des Trägergases über einen Trocknungsvorgang hinweg verändert. Dabei wird die Konzentration der aktiven Komponente vorzugsweise in der Mischung aus Trägergas und der aktiven Komponente gemessen und der Volumenstrom des Trägergases in Abhängigkeit von der gemessenen Konzentration eingestellt, um die gewünschte Konzentration der aktiven Kompo- nente im schlussendlichen Gasgemisch zu erreichen.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren zum Trocknen von Substraten der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass das Gasgemisch wenigstens teilweise durch Einleiten einer vorbe- stimmten Menge des Trägergases und einer vorbestimmten Menge einer Flüssigkeit der aktiven Komponente in einen Verdampfer gebildet wird. Die Bildung des die Oberflächenspannung der Behandlungsflüssigkeit reduzierenden Gasgemisches wenigstens teilweise in einem Verdampfer, in dem vorbestimmte Mengen eines Trägergases und einer Flüssigkeit der aktiven Kom- ponente eingeleitet werden, ermöglicht eine sehr genaue Konzentrationssteuerung der aktiven Komponente im Gasgemisch. Darüber hinaus ermöglicht dieses Verfahren eine sehr rasche Veränderung der Konzentration, ins- besondere eine sehr rasche Erhöhung der Konzentration, falls dies notwendig ist.
Dabei wird die Konzentration der aktiven Komponente im Gasgemisch vor- zugsweise gesteuert oder geregelt. Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird die Konzentration der aktiven Komponente nach dem Verdampfer gemessen und der Volumenstrom des Trägergases und/oder der Flüssigkeit der aktiven Komponente in Abhängigkeit von der gemessenen Konzentration eingestellt. Hierdurch kann eine gewünschte Konzentration der aktiven Kompo- nente sichergestellt werden. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Konzentration der aktiven Komponente im Gasgemisch in Abhängigkeit von der Position des Substrates relativ zur Flüssigkeitsoberfläche verändert. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass die Konzentration der aktiven Komponente insbesondere im Bereich der Grenz- fläche zwischen dem Gasgemisch und der Behandlungsflüssigkeit zu jedem Zeitpunkt eine gewünschte Konzentration aufweist. Strömungsbedingte Konzentrationsänderungen an der Grenzfläche Gasgemisch/Behandlungsflüssigkeit können durch eine Konzentrationsänderung des eingeleiteten Gasgemisches ausgeglichen werden. Dabei wird insbesondere die Konzentration der aktiven Komponente im Gasgemisch in Abhängigkeit von einer Schnittfläche zwischen den Substraten und der Behandlungsflüssigkeit verändert. Vorzugsweise wird die Konzentration der aktiven Komponente im Gasgemisch bei anwachsender Schnittfläche erhöht und bei sich verringernder Schnittfläche verringert.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die aktive Komponente Isopropylalkohol (IPA) und die durchschnittliche IPA- Konzentration im Gasgemisch wird unter 15 %, insbesondere unter 10 % des unteren Explosionsniveaus (LEL) gehalten. Eine Konzentrationseinstellung, insbesondere in Abhängigkeit von der Position der Substrate, ermöglicht es eine durchschnittlich niedrigere I PA-Konzentration vorzusehen, die unter dem üblichen Niveau liegt, da Schwankungen ausgeglichen werden können. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt die durch- schnittliche I PA-Konzentration im Gasgemisch zwischen ungefähr 3 % und ungefähr 10 % des unteren LEL.
Die Erfindung wird Nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Halbleiterbehandlungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung; Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Gaswaschflasche bzw. eines Bubblers gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines alternativen Systems zum Erzeugen eines Trocknungsgases gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer weiteren Vorrichtung zur Erzeu- gung eines Trocknungsgases gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 eine Kurve, welche die Veränderung der I PA-Konzentration während eines Trocknungsvorgangs von Halbleiterwafern zeigt.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 1 zum Behan- dein von Halbleiterwafern 2. Die Vorrichtung besitzt einen Nassbehandlungs- teil 4, wie er beispielsweise aus der auf dieselbe Anmelderin zurückgehenden DE-A-197 03 646 bekannt ist, auf die insofern Bezug genommen wird, um Wiederholungen zu vermeiden. Der Nassbehandlungsteil 4 weist ein Behandlungsbecken 6 mit einem Überlauf 7 auf. Das Behandlungsbecken 6 ist zur Aufnahme einer Vielzahl von Halbleiterwafern 2, die in Fig. 1 in der Blattebene hintereinander liegen, geeignet. Hierzu kann das Behandlungsbecken 6 an den Seitenwänden Führungen aufweisen, oder die Wafer 2 können über einen Substratträger in dem Becken 6 aufgenommen sein. Unterhalb der Wafer 2 ist ein Hubelement 9, das üblicherweise als Messer bezeichnet wird, vorgesehen, um die Wafer 2 in dem Becken 6 in Vertikalrichtung zum Einsetzen und Entnehmen der Wafer 2 zu bewegen. Das Behandlungsbecken 6 weist wenigstens eine nicht dargestellte Zuleitung für eine Behandlungsflüssigkeit auf, wobei in dem Behandlungsbecken 6 unterschiedliche Nassbe- handlungen in bekannter Art und Weise nacheinander ausgeführt werden können. Das Behandlungsbecken 6 weist ferner einen Auslass 11 zum Ablassen der Behandlungsflüssigkeit auf. Dieser Auslass 11 ist üblicherweise als Schnellablass ausgebildet, um ein rasches Ablassen der Behandlungsflüssig- keit nach der Behandlung zu ermöglichen.
Die Behandlungsvorrichtung 1 weist ferner einen Trocknungsteil 13 auf, der bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel 1 im Wesentlichen aus einer Haube 15 mit einem Gaseinlass 16 besteht. Die Haube 15 dient in be- kannter Weise zur Aufnahme der Halbleiterwafer 2 nach der Nassbehandlung und kann zu diesem Zweck seitliche Führungsschienen aufweisen. Die Haube 15 kann ferner in bekannter Art und Weise bewegbar sein, für einen Transport der darin aufgenommenen Halbleiterwafer 2. In Fig. 1 ist die Haube 15 so dargestellt, dass sie über dem Behandlungsbecken 6 plaziert ist, so dass die Halbleiterwafer 2 aus dem Behandlungsbecken 6 direkt in die Haube 15 bewegt werden könnten. Der Gaseinlass 16 der Haube 15 dient für den Einlass eines Trocknungsgases in die Haube 15. Obwohl der Gaseinlass 16 an einem oberen Ende der Haube 15 dargestellt ist, könnte der Gaseinlass an unterschiedlichen Positionen der Haube angeordnet sein, und er könnte unter- schiedliche Konfigurationen besitzen. So könnten z.B. eine Vielzahl von Gaseinlassdüsen vorgesehen sein, die derart angeordnet sind, dass sie speziell in die Zwischenräume der von der Haube 15 aufgenommenen Wafer gerichtet sind.
Die Behandlungsvorrichtung 1 besitzt ferner eine Vorrichtung 20 zum Erzeugen des Trocknungsgases. Das derzeit bevorzugte Trocknungsgas ist ein Gasgemisch aus einem Trägergas, insbesondere Stickstoff und einer aktiven Komponente, insbesondere Isopropylalkohol (IPA). Das IPA als aktive Komponente dient dazu, die Oberflächenspannung der Flüssigkeit im Bereich des beim Herausbewegen eines Wafers stets auftretenden Meniskus derart zu reduzieren, dass die Behandlungsflüssigkeit vollständig von dem Wafer 2 abfließt. Dieses Verfahren ist in der Technik als Trocknung nach dem Marango- ni-Prinzip bekannt. Die Vorrichtung 20 besitzt eine Zuleitung 22 für Stickstoff, die mit zwei Men- gendurchfluss-Steuereinrichtungen, die auch als mass-flow-controller (MFC) bezeichnet werden, verbunden ist. Die beiden MFC 24, 25 stehen mit einer Steuereinheit 27 in Verbindung, wie nachfolgend noch näher beschrieben wird.
Die MFC 24 besitzt eine Auslassleitung 29, die in eine Gaswaschflasche 31 , die auch als Bubbler bezeichnet wird, führt. In dem Bubbler 3 ist flüssiger Iso- propylalkohol (IPA) enthalten, und die Auslassleitung 29 des MFC 24 erstreckt sich in einem Bereich unterhalb der Oberfläche der IPA-Flüssigkeit. Der Bubbler 31 besitzt ferner eine Auslassleitung 34, die zum Einlass 16 der Haube 15 führt. Ein Einlass 35 der Auslassleitung 34 des Bubblers 31 liegt oberhalb der IPA-Flüssigkeit 32.
Stickstoffgas, das durch die MFC 24 geleitet wird, strömt somit durch die Leitung 29 in die IPA-Flüssigkeit 32 hinein, und steigt in der IPA-Flüssigkeit 32 auf. Beim Aufsteigen wird ein Teil der IPA-Flüssigkeit 32 in bekannter Weise in dem Stickstoffgas aufgenommen, wodurch sich oberhalb der Flüssigkeit 32 eine Mischung aus Stickstoffgas und gasförmigem IPA ergibt. Diese Mischung wird über die Leitung 34 zum Einlass 16 der Haube 15 geleitet, wo es als Trocknungsgas verwendet wird.
Die Konzentration des IPA in der Gasmischung hängt unter anderem von der Temperatur des eingeleiteten Stickstoff, der Temperatur der IPA-Flüssigkeit und dem Druck in dem Bubbler ab. Eine höhere Temperatur des Stickstoffgases und der IPA-Flüssigkeit führen zu einer höheren Konzentration des IPA in der Gasmischung, da die Aufnahme der IPA-Flüssigkeit gefördert wird. Femer führt ein niedriger Druck im Bubbler 31 ebenfalls zu einer erhöhten Konzen- tration von IPA in der Gasmischung.
Die zweite MFC 25 ist, wie in Fig. 1 zu erkennen ist, parallel zur ersten MFC 24 angeordnet. Eine Auslassleitung 37 der MFC 25 steht mit der Auslasslei- tung 34 des Bubblers 31 in Verbindung, und zwar bevor die Auslassleitung 34 in den Anlass 16 der Haube 15 mündet. Die Auslassleitung 37 mündet bei 40 in die Auslassleitung 34, so dass an diesem Punkt und in einem Leitungsabschnitt 42, der zwischen der Stelle 40 und dem Einlass 16 der Haube 15 liegt, eine Ver nischung der Gase aus der MFC 25 und dem Bubbler 31 erfolgt. In dem Leitungsabschnitt 42 ist eine Konzentrationsmesseinheit 44 angeordnet, welche die Konzentration des IPA in dem Stickstoffgas-I PA-Gemisch misst, und das Ergebnis der Messung an die Steuereinheit 27 weiterleitet.
Anhand der Fig. 1 wird nachfolgend der Betrieb der Behandlungsvorrichtung 1 näher erläutert.
Zunächst werden die Halbleiterwafer 2 in das mit einer Behandlungsflüssigkeit gefüllte Behandlungsbecken 6 eingesetzt, und anschließend in bekannter Weise mit einer oder mehreren Behandlungsflüssigkeit behandelt. Als letzter Schritt der Behandlung werden die Halbleiterwafer 2 in deionsiertem Wasser (Dl-Wasser) gespült.
Nach dem Spülvorgang wird ein im Abschnitt 20 hergestelltes Gasgemisch aus Stickstoff und Isopropylalkohol in die Haube 15 eingeleitet und dadurch auf die Oberfläche des Dl-Wassers aufgebracht. Dabei wird die IPA- Konzentration im Gasgemisch durch die Messeinheit 44 erfasst, und durch eine Steuerung des Volumenstroms durch die MFC 24 und 25 wird die Konzentration auf einen vorbestimmten Wert eingestellt. Beispielsweise kann zu- nächst eine etwas höhere Konzentration gewählt werden, um rasch ausreichend IPA auf der Wasseroberfläche bereitzustellen. Anschließend kann die Konzentration zunächst auf einen gewünschten, für die Trocknung erforderlichen Wert, verringert werden.
Anschließend werden bei weiterer Einleitung des Gasgemisches die Wafer 2 langsam aus dem Dl-Wasser herausgehoben, wobei das IPA in dem Gasgemisch ein vollständiges Ablaufen des Wassers von den Wafern 2 gemäß dem Marangoni-Effekt bewirkt. Während des Heraushebens der Wafer 2 aus dem Dl-Wasser vergrößert sich die Schnittfläche der Wafer mit der Flüssigkeit. Dies führt zu einer Zunahme der Flüssigkeitsoberfläche im Bereich des Meniskus. Somit wird mit zunehmender Schnittfläche absolut mehr IPA in der Oberflächenflüssigkeit absorbiert. Folglich sinkt die I PA-Konzentration im Gasgemisch mit zunehmender Schnittfläche bzw. erhöht sich mit abnehmender Schnittfläche. Somit ergibt sich eine Abhängigkeit zwischen der Schnittfläche der Substrate mit dem Dl-Wasser und der Konzentrationsänderung des IPA an der Grenzfläche zwischen dem Gasgemisch und dem Dl-Wasser gegenüber der Konzentration des am Einlass 16 eingeleiteten Gasgemisches. Um sicherzustellen, dass trotz dieser Konzentrationsänderung ausreichend IPA für eine vollständige Trocknung der Wafer 2 zur Verfügung steht, wird die Konzentration des IPA im Gasgemisch während des Heraushebens der Wafer 2 erhöht, und zwar bis die Wafer 2 bis zur Hälfte aus der Behandlungsflüssigkeit herausgehoben sind, und anschließend wird die I PA-Konzentration wieder verringert.
Die I PA-Konzentration des Gasgemisches wird vorzugsweise unter 15 % des unteren Explosionsniveaus (LEL) gehalten, wobei 100 % LEL zwei Volumenprozent IPA in dem Gasgemisch entsprechen. Vorzugsweise wird die IPA- Konzentration unter 10 % LEL, insbesondere zwischen 3 und 10 % LEL eingestellt, und zwar je nach Prozessbedingung.
Nachdem die Halbleiterwafer 2 vollständig aus dem Dl-Wasser herausgehoben sind, wird kein Dl-Wasser mehr zugeführt und die im Behandlungsbecken 6 befindliche Behandlungsflüssigkeit wird über den Auslass 11 abgelassen. Während des Ablassens des Dl-Wassers kann aufgrund des fehlenden Over- flows mit IPA angereichertes Oberflächenwasser nicht mehr abtransportiert werden. Es tritt eine Sättigung des Wassers mit IPA ein, die dazu führt, dass sich die Konzentration im Gasgemisch über der Wasseroberfläche anreichert. Dieser Anstieg der I PA-Konzentration kann an der Konzentrationsmesseinheit 44 erfasst und über die Steuereinrichtung 27 ausgeglichen werden, in dem die Volumenströme durch die MFC 24 oder 25 in entsprechender Weise eingestellt werden. Statt zunächst eine Konzentrationserhöhung zu bewirken, die an der Konzentrationsmesseinheit 44 erkannt wird, kann die Vorrichtung im Wesentlichen vorausschauend die Gasströmungen durch die MFC 24 bzw. 25 verändern, sobald die Überlaufströmung gestoppt wird und während das Dl- Wasser abgelassen wird. Anschließend wird die Haube 15 mit reinem Stick- stoff gespült und die Halbleiterwafer 2 werden in geeigneter Weise entweder in der Haube 15 oder auf andere Weise abtransportiert.
Die erfüllungsgemäße Vorrichtung und speziell das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit eine Einstellung der I PA-Konzentration in der Haube 15. Obwohl in Fig. 1 eine Konzentrationsmesseinheit 44 verwendet wird, um eine Regelung der I PA-Konzentration vorzusehen, könnte die Vorrichtung auch ohne Konzentrationsmessung auskommen, indem die Volumenströme durch die MFC 24 und 25 anhand vorgegebener Parameter gesteuert werden. Statt einer Konzentrationsmesseinheit in dem Leitungsabschnitt 42, d.h. zwi- sehen dem Punkt 40 und dem Einlass 16 der Haube 15 vorzusehen, ist es auch möglich, eine Konzentrationsmessung in der Leitung 34 vor dem Punkt 40 vorzusehen, wobei dann die I PA-Konzentration des aus dem Bubbler 31 austretenden Gasgemisches gemessen wird.
Fig. 2 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Gaserzeugungsabschnittes 20 der Behandlungsvorrichtung 1 , wobei in Fig. 2 dieselben Bezugszeichen verwendet werden, wie in Fig. 1 , sofern dieselben oder äquivalente Elemente betroffen sind.
Der Gaserzeugungsabschnitt 20 besitzt eine Stickstoffzuleitung 22, die mit einem MFC 24 verbunden ist. Eine Ausgangsleitung 29 des MFC 24 erstreckt sich in einen Bubbler 31 , der mit flüssigem IPA 32 gefüllt ist. Eine Auslastleitung 34 des Bubblers 31 führt zu einem nicht dargestellten Einlass 16 einer Haube 15.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist keine zweite MFC vorgesehen, die mit der Stickstoffzuleitung 22 und der Auslassleitung 34 des Bubblers 31 in Verbindung steht. Es sei jedoch bemerkt, dass optional auch eine zweite MFC wie beim ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 vorgesehen sein könnte.
Der Bubbler 31 besitzt eine Heizspule 50, die innerhalb des flüssigen IPA 32 liegt, und die Ausgangsleitung 29 der MFC 24 umgibt. Die Heizspule 50 steht mit einer Steuereinheit 52 zum Steuern der Heizspule 50 in Verbindung. Die Steuereinheit 52 steht ferner mit einem im Bubbler 31 angeordneten Temperatursensor 54 sowie einer in der Auslassleitung 34 des Bubblers 31 angeordnete Konzentrationsmesseinheit 56 in Verbindung.
Der Betrieb des Gaserzeugungsabschnitts 20 gemäß Fig. 2 wird nachfolgend näher erläutert.
Zum Erzeugen eines Gasgemisches aus Stickstoff und IPA wird über die MFC 24 derart in den Bubbler 31 eingeleitet, dass der Stickstoff durch den flüssigen IPA 32 hindurchströmt und dabei IPA in dem Stickstoff aufnimmt. Die Aufnahme des IPA führt zu einer Abkühlung des verbleibenden flüssigen IPA 32. Um jedoch eine bestimmte IPA-Aufnahme durch den Stickstoff zu gewährleisten, wird die Temperatur des flüssigen IPA 32 über den Temperatur- sensor 54 gemessen und an die Steuereinheit 52 weitergeleitet. Die Steuereinheit 52 steuert in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur die Heizspirale 50 an, um die Abkühlung des flüssigen IPA 32 auszugleichen, das heisst es wird versucht, eine vorbestimmte Temperatur des flüssigen IPA 32 beizubehalten. Die Heizspirale 50 dient somit im Wesentlichen zur Kompen- sation der durch die IPA-Aufnahme auftretenden Temperaturverluste im flüssigen IPA.
Bei einer vorgegebenen Temperatur des flüssigen IPA 32 wird beim Hindurchleiten des Stickstoffs eine im Wesentlichen vorbestimmte I PA-Konzentration in dem Stickstoffgas erzeugt. Diese wird durch die Konzentrationsmesseinheit 56 in der Auslassleitung 34 des Bubblers 31 gemessen. Das Messergebnis wird an die Steuereinheit 52 weitergeleitet. Wenn die gemessene I PA- Konzentration von einer gewünschten I PA-Konzentration in dem Gasgemisch abweicht, kann die Steuereinheit 52 die Heizspule 50 derart ansteuern, dass die Temperatur des flüssigen IPA 32 geändert wird, um hierdurch eine erhöhte oder verringerte Aufnahme des IPA in dem Stickstoffgas zu erreichen, wobei es jedoch nicht zu einer Verdampfung des flüssigen IPA durch die Heizspirale kommen sollte. Die Steuereinheit 52 kann die Heizspule 50 somit in Abhängigkeit von dem Temperatursensor 54 und/oder in Abhängigkeit von der gemessenen Konzentration an der Konzentrationsmesseinheit 56 ansteuern, und somit die IPA-Aufnahme durch das Stickstoffgas verändern, wobei primär eine Temperaturkompensation vorgesehen ist.
Die Steuereinheit 52 ist somit in der Lage, eine allmähliche Veränderung der I PA-Konzentration infolge einer Abkühlung der IPA-Flüssigkeit zu verhindern. Die Steuereinheit 52 ist ferner in der Lage, Konzentrationsschwankungen, die beispielsweise durch sich ändernde Druckverhältnisse entstehen, ebenfalls auszugleichen. Darüber hinaus kann die Steuereinheit 52 eine bewusste Konzentrationsänderung des aufgenommenen IPA vornehmen durch Erhitzen oder Abkühlen des flüssigen IPA 32, um beispielsweise beim Ausheben von Wafern eine erhöhte Konzentration des IPA in dem Gasgemisch zur Verfügung zu stellen.
Obwohl in Fig. 2 nur eine Heizspule 50 als Temperatursteuerelement vorgesehen ist, könnte natürlich auch eine Heiz-/Kühlvorrichtung in dem Bubbler 31 vorgesehen sein, durch die beispielsweise wahlweise eine erhitzte oder eine abgekühlte Flüssigkeit strömt. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn eine aktive Konzentrationseinstellung über eine Kühlung des flüssigen IPA 32 gewünscht ist. Auch ist es nicht notwendig, die Heizspirale oder eine alternative Heiz-Kühlvorrichtung im Bubbler, d.h. in dem flüssigen IPA, vorzusehen. Vielmehr könnte die Heizspirale oder eine alternative Heiz-Kühlvorrichtung außerhalb des Bubblers vorgesehen sein.
Fig. 3 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform eines Gaserzeugungsabschnitts 20 der Behandlungsvorrichtung 1. Der Gaserzeugungsabschnitt besitzt einen ersten MFC 60 für Stickstoffgas und einen zweiten MFC 62 für flüssigen Isopropylalkohol (IPA). Die ersten und zweiten MFC 60, 62 stehen über entsprechende Leitungen mit einem Verdampfer 64 in Verbindung. In dem Verdampfer 64 wird das eingeleitete flüssige IPA unter Wärmezufuhr verdampft und mit dem eingeleiteten Stickstoffgas vermischt. Eine Aus- gangsleitung 66 des Verdampfers steht mit der Haube 15 der Behandlungsvorrichtung 1 gemäß Fig. 1 in Verbindung. In der Leitung 66 zwischen Verdampfer 64 und Haube 15 ist eine Konzentrationsmesseinheit 68 zur Messung der I PA-Konzentration in dem entstehenden Gasgemisch vorgesehen. Die Konzentrationsmesseinheit 68 steht mit einer Steuereinheit 70 in Verbindung, die wiederum die MFC 60 und 62 über entsprechende Leitungen ansteuert. Der Betrieb des Gaserzeugungsabschnitts 20 gemäß Fig. 3 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 3 näher erläutert.
Über den MFC 60 wird kontinuierlich eine vorbestimmte Menge eines Stick- stoffgases in den Verdampfer 64 geleitet, während gleichzeitig über den MFC 62 eine vorbestimmte Menge von flüssigem IPA in den Verdampfer 64 geleitet wird. In dem Verdampfer 64 wird das flüssige IPA verdampft und mit dem Stickstoffgas vermischt. Das dabei entstehende Gasgemisch wird über die Leitung 66 in die Haube 15 geleitet.
Die l PA-Konzentration in der Leitung 66 wird über die Konzentrationsmesseinheit 68 gemessen und das Messergebnis wird an die Steuereinheit 70 weitergeleitet. Wenn die gemessene Konzentration von einer gewünschten Konzentration abweicht, kann die Steuereinheit den Volumenstrom des Stick- stoffgases durch den MFC 60, oder den Volumenstrom von flüssigem IPA durch den MFC 62 verändern, um hierdurch eine Konzentrationsänderung herbeizuführen. Die Konzentration des sich ergebenden Gasgemisches kann bei dem dargestellten Gaserzeugungsabschnitt 20 gemäß Fig. 3 gemäß vorgegebener Prozessparameter rasch verändert werden.
Obwohl in Fig. 3 eine Konzentrationsmesseinheit 68 dargestellt ist, könnte diese weggelassen werden, da der MFC 60 und der MFC 62 das kontrollierte Einleiten bestimmter Mengen von Stickstoffgas bzw. flüssigem IPA in den Verdampfer 64 ermöglichen, so dass das sich im Verdampfer 64 ergebende Gasgemisch eine vorbestimmte Konzentration besitzt. Eine nachträgliche Konzentrationsmessung ist mit anschließender Regelung der Volumenströme durch den MFC 60 oder 62 ist daher nicht unbedingt notwendig.
Fig. 4 stellt eine weitere Ausführungsform eines Gaserzeugungsabschnitts 20 dar. In Fig. 4 werden dieselben Bezugszeichen verwendet wie in Fig. 1 , sofern dieselben oder äquivalente Elemente betroffen sind.
Der Gaserzeugungsabschnitt 20 weist eine Zuleitung 22 für Stickstoffgas auf, die mit einem ersten MFC 24 sowie einem zweiten MFC 25 verbunden ist. Die MFC 24 besitzt eine Ausgangsleitung 29, die in gleicher weise wie in Fig. 1 gezeigt ist, mit einem Bubbler 31 in Verbindung steht. Der Bubbler 31 besitzt eine schematisch dargestellte Temperatursteuereinrichtung 74 zum Einstellen der Temperatur des flüssigen IPA in dem Bubbler 31. Die Temperatureinstellvorrichtung 74 kann beispielsweise den in Fig. 2 gezeigten Aufbau besitzen oder einen beliebigen anderen, der eine Steuerung oder Regelung der Temperatur des flüssigen IPA in dem Bubbler 31 ermöglicht.
Der Bubbler 31 besitzt eine Ausgangsleitung 34, die zu einem MFC 76 führt. Eine Ausgangsleitung 78 des MFC 76 führt wiederum zu der in Fig. 1 dargestellten Haube. Die MFC 25 besitzt ebenfalls eine Ausgangsleitung 37, die mit dem MFC 76 in Verbindung steht. Die MFCs 24 und 25 werden über eine Steuereinheit 80 angesteuert, während die MFC 76 über eine Steuereinheit 81 angesteuert wird. Obwohl in Fig. 4 zwei getrennte Steuereinheiten 80, 81 dargestellt sind, könnten diese auch in einer einzelnen Steuereinheit kombiniert werden.
Ferner ist es möglich, in der Ausgangsleitung 34 des Bubblers bzw. in der Ausgangsleitung 78 der MFC 76 eine Konzentrationsmesseinheit vorzusehen, deren Messergebnis an die Steuereinheit 80 und/oder die Temperatureinstellvorrichtung 74 weitergeleitet wird, um wie unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben bzw. wie unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben, eine Konzen- trationsänderung von IPA in dem Gasgemisch aus IPA und Stickstoff zu erreichen.
Der Betrieb des Gaserzeugungsabschnitts 20 erfolgt in entsprechender Weise wie bei dem Gaserzeugungsabschnitt gemäß Fig. 1 , wobei zusätzlich eine Temperatursteuerung, wie sie unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben wurde, möglich ist. Jedoch ist bei dem Gaserzeugungsabschnitt 20 gemäß Fig. 4 zusätzlich eine MFC 76 vorgesehen, der wiederum speziell eine bestimmte Menge des Gasgemisches aus IPA und Stickstoff in die Haube 15 einleitet.
Fig. 5 zeigt eine Kurve, welche die Veränderung der I PA-Konzentration während eines herkömmlichen Trocknungsvorgangs von Halbleiterwafern in einem System mit Behandlungsbecken und Haube zeigt. Die aufgetragenen Punkte zeigen den Konzentrationsverlauf in % LEL bei gleichbleibendem Stickstoff-Volumenstrom durch einen herkömmlichen Bubbler ohne Strö- mungs- und/oder Temperaturkompensation, wobei die I PA-Konzentration im Bereich der Wasseroberfläche gemessen wurde. Die Kennlinie wurde bei der Trocknung von 200 mm Wafern, die mit halben Normalabstand zueinander angeordnet waren, aufgezeichnet.
Die Y-Achse zeigt die I PA-Konzentration in % LEL in einem Stickstoff-J PA- Gasgemisch, und die X-Achse definiert eine Zeitachse mit der Zeit t in Sekunden. Unterschiedliche Phasen des Prozesses werden nachfolgend erläutert.
Während einer anfänglichen - nicht dargestellten - Spülphase, bei der die Halbleiterwafer in Dl-Wasser gespült werden, wird kein Gasgemisch in die Haube eingeleitet. Während der Spülphase wird Dl-Wasser mit hohem Durchfluß durch das Behandlungsbecken 6 hindurchgeleitet, so dass es in den Überlauf 7 überläuft. Nach dem Spülen wird der Durchfluß des Dl-Wassers verringert und es bildet sich eine im Wesentlichen flache Wasseroberfläche.
Zum Zeitpunkt t = 0 wird der Stickstoff- Volumenstrom durch den Bubbler gestartet, sodaß kurze Zeit später eine ansteigende I PA-Konzentration in der Haube gemessen wird. Wie zu erkennen ist, steigt die Konzentration bis ungefähr zum Zeitpunkt t = 105 kontinuierlich an und pendelt sich dann auf ein durchschnittliches Niveau von ungefähr 22 % LEL ein. Nach dem Erreichen eines im Wesentlichen konstanten Niveaus wird ungefähr zum Zeitpunkt t = 120 damit begonnen die Wafer langsam aus dem Dl-Wasser auszuheben. Dies geschieht durch Anheben eines entsprechenden Hubelementes, das die Wafer aus dem Dl-Wasser heraushebt. Spätestens zu diesem Zeitpunkt sollte der Durchfluß des Dl-Wassers verringert sein, um die im Wesentlichen flache Wasseroberfläche zu bilden.
Zum Zeitpunkt t = 225 sind die Wafer ungefähr zur Hälfte ausgehoben und zum Zeitpunkt t = 375 wird die Hubbewegung des Hubelements gestoppt. Zu diesem Zeitpunkt sind die Wafer vollständig ausgehoben und befinden sich über der Wasseroberfläche.
Während des Heraushebens der Wafer kommt es, wie in Fig. 5 zu erkennen ist, zu einem zwischenzeitlichen Absinken der I PA-Konzentration auf unter 20 % LEL, obwohl der Stickstoff-Volumenstrom durch den Bubbler konstant beibehalten wurde. Dieses Absinken und das anschließende Ansteigen der IPA- Konzentration auf das Anfangsniveau - vor dem Ausheben - ist durch Veränderung der Meniskusoberfläche und die dadurch folgende Veränderung der absoluten Menge gelöstem IPA's in der Wasseroberfläche während des Heraushebens der Wafer aus dem Dl-Wasser bedingt, wie schon Eingangs erwähnt.
Anschließend wird zum Zeitpunkt t = 435 mit dem Ablassen des Dl-Wasser begonnen, was üblicherweise über ein Schnellablassventil erfolgt. Zum Zeitpunkt t = 450 wird die IPA-Zuleitung eingestellt und zum Zeitpunkt t = 465 wird der Stickstoff-Volumenstrom eingestellt. Wie in Fig. 5 zu erkennen ist, steigt die I PA-Konzentration innerhalb des Gasgemisches zunächst an, was unter Anderem auf eine Anreicherung des IPA im Gasgemisch zurückzuführen ist, welche eintritt, da durch den fehlenden Überlauf mit IPA angereichertes Dl-Wasser nicht mehr abtransportiert wird. Nach dem Anstieg der IPA- Konzentration fällt sie stark ab, was durch das Beenden der IPA-Zuleitung und eine Anschließende kurze Spülung mit reinem Stickstoff bedingt ist. Dies führt dazu, dass die l PA-Konzentration auf Null abfällt.
Die Erfindung wurde anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben, ohne auf die speziell dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt zu sein. Beispielsweise können die Prinzipien der vorliegenden Erfindung auch bei einem System eingesetzt werden, bei dem die Wafer nicht durch eine Hubvorrichtung aus der Behandlungsflüssigkeit herausgehoben werden, sondern durch Ablassen der Behandlungsflüssigkeit aus ihr heraus bewegt werden. Die Merkmale der unterschiedlichen Ausführungsbeispiele sind frei miteinander kombinierbar bzw. austauschbar, sofern sie kompatibel sind.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Trocknen von Substraten, insbesondere Halbleiterwafern, nach einer Naßbehandlung in einer Behandlungsflüssigkeit, bei dem ein die Oberflächenspannung der Behandlungsflüssigkeit reduzierendes Gasgemisch bestehend aus einem Trägergas und einer aktiven Komponente auf die Behandlungsflüssigkeit aufgebracht wird und die Substrate durch Erzeugen einer Relativbewegung zwischen den Substraten und der Flüssigkeit aus dieser herausbewegt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration der aktiven Komponente im
Gasgemisch aktiv gesteuert oder geregelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, das Gasgemisch durch Mischen von in Wesentlichem reinen Trägergas und einer Mi- schung aus Trägergas und der aktiven Komponente gebildet wird..
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung aus Trägergas und der aktiven Komponente durch Leiten des Trägergases durch eine Flüssigkeit der aktiven Komponente gebildet wird und die Temperatur der Flüssigkeit der aktiven Komponente auf eine vorbestimmte Temperatur gesteuert oder geregelt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Flüssigkeit der aktiven Komponente im Wesentlichen konstant gehalten wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Flüssigkeit der aktiven Komponente über einen Trocknungsvorgang hinweg kontrolliert verändert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration der aktiven Komponente in der Mischung aus Trägergas und der aktiven Komponente gemessen wird und die Temperatur der Flüs- sigkeit der aktiven Komponente in Abhängigkeit von der gemessenen Konzentration eingestellt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenstrom des Trägergases gesteuert oder geregelt wird und insbesondere über einen Trocknungsvorgang hinweg verändert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kon- zentration der aktiven Komponente in der Mischung aus Trägergas und der aktiven Komponente gemessen wird und der Volumenstrom des Trägergases in Abhängigkeit von der gemessenen Konzentration eingestellt wird.
9. Verfahren zum Trocknen von Substraten, insbesondere Halbleiterwafern, nach einer Naßbehandlung in einer Behandlungsflüssigkeit, bei dem ein die Oberflächenspannung der Behandlungsflüssigkeit reduzierendes Gasgemisch bestehend aus einem Trägergas und einer aktiven Komponente auf die Behandlungsflüssigkeit aufgebracht wird und die Substrate durch Erzeugen einer Relativbewegung zwischen den Substraten und der Flüssigkeit aus dieser herausbewegt werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasgemisch wenigstens teilweise durch Einleiten einer vorbestimmten Menge des Trägergases und einer vorbestimmten Menge einer Flüssigkeit der aktiven Komponente in einen Verdampfer gebildet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration der aktiven Komponente im Gasgemisch gesteuert oder geregelt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration der aktiven Komponente im Gasgemisch nach dem Verdampfer gemessen und der Volumenstrom des Trägerga- ses und/oder der Flüssigkeit der aktiven Komponente in Abhängigkeit von der gemessenen Konzentration eingestellt wird, um eine vorgegebene Konzentration zu erhalten.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration der aktiven Komponente im Gasgemisch in Abhängigkeit von der Position des Substrates relativ zur Oberfläche verändert wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration der aktiven Komponente im Gasgemisch bei anwachsender Schnittfläche zwischen den Substraten und der Behandlungsflüssigkeit erhöht und bei sich verringernder Schnittfläche verringert wird.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Komponente Isopropylalkohol (IPA) ist, und die durchschnittliche I PA-Konzentration im Gasgemisch unter 15%, insbesondere unter 10% des unteren Explosionsniveaus (LEL) gehalten wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die durchschnittliche I PA-Konzentration im Gasgemisch zwischen 3% und 10% des unteren Explosionsniveaus (LEL) gehalten wird.
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