DE69727113T2

DE69727113T2 - Vorrichtung und Verfahren zum Reinigen

Info

Publication number: DE69727113T2
Application number: DE69727113T
Authority: DE
Inventors: Shigeyoshi Netsu; Yasuysuki Tama-shi Harada; Kazuhiko Shizuoka-shi Shiba
Original assignee: Pre Tech Co Ltd
Current assignee: Pre Tech Co Ltd
Priority date: 1996-10-30
Filing date: 1997-10-30
Publication date: 2004-11-18
Anticipated expiration: 2017-10-31
Also published as: DE69727113D1; CN1188326A; JPH10128249A; KR19980033351A; EP0839586B1; EP0839586A3; KR100311180B1; CN1084525C; TW379147B; EP0839586A2; JP3286539B2; US6003527A; MY123121A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Reinigungsvorrichtung sowie auf ein Reinigungsverfahren zum Reinigen eines zu reinigenden Substrats wie zum Beispiel eines Halbleitersubstrats (Halbleiterwafer), eines Substrats aus flüssigem Kristallglas oder einer Magnetplatte, und insbesondere auf eine Reinigungsvorrichtung und ein Reinigungsverfahren, mit welchen sich bei den Schritten zur Reinigung bei der Herstellung von Einkristallwafern aus Silizium oder den Reinigungsschritten während der Herstellung von Halbleiter-Bauelementen unter Verwendung solcher Wafer eine bemerkenswerte Reinigungsleistung erzielen lässt.
Halbleiterwafer, Substrate aus flüssigem Kristallglas und Magnetplatten müssen immer dann gereinigt werden, wenn sie bearbeitet werden, da darauf verschiedene Filmschichten und Muster gebildet werden.
Der Grad, zu dem Halbleiter-Bauelemente, die Halbleiterwafer verwenden, als Ausgangsmaterialien integriert werden, erhöht sich laufend von Jahr zu Jahr. Dementsprechend wird es immer wichtiger, in einem Umfeld, in dem Halbleiter-Bauelemente industriell gefertigt werden, ein hohes Maß an Reinheit aufrechtzuerhalten und die Wafer als Ausgangsmaterialien zu reinigen.
Ein Hauptzweck bei der Reinigung von Wafern besteht darin, Teilchen und Verunreinigungen wie zum Beispiel metallische Verunreinigungen, organische Substanzen, Oberflächenfilme (natürlich gebildete Oxidfilmschichten und auf der Oberflä che adsorbierte Substanzen) zu entfernen, die an der Oberfläche der Wafer anhaften bzw. kleben. Ein zweiter Zweck besteht darin, die Planarität der Oberfläche des Wafers noch perfekter zu gestalten, um Störungen bei der Herstellung von Halbleiter-Bauelementen zu beseitigen, wodurch die Ausbeute in der Fertigung erhöht und die Zuverlässigkeit in den Bauelementen verbessert wird.
Dem Fachmann auf diesem Gebiet ist als herkömmliches Verfahren zum Reinigen von Wafern die von Herrn Kern und anderen bei der RCA Corp. in den 60er Jahren entwickelte RCA-Reinigung am besten bekannt. Eine repräsentative Abfolge bei der Reinigung, die auf dieser Verfahrensweise aufbaut, umfasst zwei Stufen. In der ersten Stufe werden mittels einer SC-1-Reinigungslösung (RCA. Standard Clean-1), die auf einem Gemisch aus Ammoniak/Nasserstoffperoxid/Wasser (NH₄OH/H₂O₂/H₂O) aufbaut, Teilchen und organische Substanzen entfernt. In der zweiten Stufe wird eine SC-2-Reinigungslösung (RCA Standard Clean-2) eingesetzt, die auf einem Gemisch von Chlorwasserstoff/Wasserstoffperoxid/Wasser (HCl/H₂O₂/H₂O) aufbaut, um metallische Verunreinigungen zu entfernen. Ebenso wird in manchen Fällen unter Verwendung von Wasserstofffluorid/Wasser (HF/H₂O) eine DHF-Reinigung (Dilute HF) mit der vorstehend umrissenen Grundkombination kombiniert, um Filmschichten von der Oberfläche zu entfernen.
Die SC-1-Reinigungslösung, die bei dem RCA-Reinigungsverfahren eingesetzt wird, dient dazu, Teilchen und organische Substanzen von der Oberfläche des Wafers zu entfernen, indem man sich die Ätzwirkung des Ammoniaks zunutze macht, das in der Reinigungslösung enthalten ist.
Leider enthält ein Einkristall-Block aus Silizium, der nach dem CZ-Verfahren gezogen wird, Kristallfehler, die als so genannte gewachsene Defekte bezeichnet werden, und sich während des Wachstums des Blocks ausbilden. Wenn deshalb die sich dabei ergebende Oberfläche des Wafers geätzt wird, werden Bereiche, in denen diese Defekte vorhanden sind, schneller geätzt als die Bereiche, in denen keine Defekte vorhanden sind. Infolgedessen schreitet der Ätzvorgang an den mit Defekten behafteten Bereichen selektiv voran, um feine Grübchen in der Oberfläche des Wafers auszubilden. Wird dann die Oberfläche des Wafers, in der solche Grübchen ausgebildet wurden, mit einem Laserstrahl bestrahlt, um Teilchen auf der Oberfläche des Wafers unter Verwendung eines Teilchenzählers zum Messen des gestreuten Lichts (helle Punkte) zu messen, dann wird auch das von jedem Grübchen gestreute Licht ebenfalls erfasst. Damit wird die Erfassung einer richtigen Teilchenzählung unmöglich. Dieses Grübchen wird als COP bezeichnet (Crystal Originated Particle; Grübchen, dessen Ursprung im Kristall liegt).
Das COP kann bei einem Halbleiter-Bauelement die Charakteristik in der Stromdurchschlagspannung einer Oxidfilmschicht an einem Schaltelement beeinträchtigen. Da die Packungsdichte der Halbleiter-Bauelemente weiterhin ansteigt, wurde deshalb eine Gegenmaßnahme gegen die COP-Bildung, auf die bisher nicht ernsthaft geachtet wurde, zu einem wichtigen Problempunkt, den es zu lösen gilt.
Die Reinigungslösung SC-1 entwickelt eine hohe Leistung bei der Entfernung auf einem Metall wie zum Beispiel Cu, das mit Ammoniak leicht einen Komplex bildet. Die Reinigungsleistung der SC-1-Reinigungslösung gegenüber metallischen Verunreinigungen liegt im Allgemeinen unter der Wirksamkeit von Reinigungslösungen, bei denen Säuren zum Einsatz kommen.
Andererseits entwickelt die SC-2-Reinigungslösung gegenüber metallischen Verunreinigungen eine bemerkenswerte Reinigungswirkung, auch wenn ihre Reinigungsleistung gegenüber Teilchen und organischen Substanzen schwach ist. Auf der Oberfläche des Wafers bildet sich jedoch infolge von Wasserstoffperoxid, das in der chemischen Lösung enthalten ist, eine Filmschicht aus Siliziumdioxid aus. Es wird deshalb davon ausgegangen, dass sich die Wirkung dieser Reinigungslösung abschwächt, wenn die Konzentration der metallischen Verunreinigungen hoch ist.
Das Reinigungsverfahren, bei dem die vorstehend beschriebenen chemischen Lösungen zum Einsatz kommen, löst Metalle wie zum Beispiel freiliegendes Aluminium auf, das zur Bildung von Zwischenverbindungen in einem Reinigungsschritt im Verlauf der Fertigung von Halbleiter-Bauelementen verwendet wird. Während dieser Reinigung können außerdem sogar Zwischenverbindungen durch feiene Spalte oder feine Löcher hindurch korrodieren, die in Zwischenschichten eingelassen sind. Dies setzt der Anwendung des Reinigungsverfahrens Grenzen.
Die herkömmlichen Reinigungsverfahren, für die das RCA-Verfahren repräsentativ steht, weisen, wie vorstehend beschrieben, die Probleme auf, die ihren Ursprung in den chemischen Lösungen wie Ammoniak und Säuren haben, die bei den Reinigungsschritten zum Einsatz kommen. Außerdem werden drei oder vier Arten von Reinigungslösungen, die unterschiedlichen Reinigungszwecken dienen und verschiedene Reinigungswirkungen entfalten, in Kombination mit einander verwendet. Dies verlängert notwendigerweise die Reinigungsschritte und setzt mehrere Stufen in den Vorrichtungen und mehrere chemische Lösungen voraus. Durch die mehreren Stufen, die sich aus der Reinigung mit chemischen Lösungen ergeben, erhöhen sich schließlich die Anlagenkosten, die Arbeitskosten und die Kosten der Werkstoffe und Materialien, wie zum Beispiel der chemischen Lösungen und von reinem Wasser. Außerdem erreichen die Kosten von Gegenmaßnahmen gegen Umweltverschmutzungen, wie zum Beispiel Abfallflüssigkeiten, einen beträchtlichen Betrag.
Zur Lösung dieser Probleme wird in der japanischen Patentanmeldung KOKAI Publication No. 6-260480 ein Reinigungsverfahren beschrieben, mit welchem der Einsatz chemischer Lösungen auf ein Mindestmaß verringert wird bzw. möglichst keine chemischen Lösungen zum Einsatz kommen.
Dies bedeutet, dass bei der in der vorstehend genannten Vorveröffentlichung beschriebenen Erfindung eine Kathodenstange und eine Anodenstange in zwei Kammern angeordnet werden, die durch einen porösen Film von einander getrennt sind und ein Elektrolytbad enthalten. Reines Wasser, das eine kleine Menge einer Substanz enthält, welche die Wirksamkeit der Elektrolyse erhöht, wird in die beiden getrennten Kammern eingeleitet, um so mit OH^– ionisiertes Wasser auf der Kathodenseite und mit H⁺ ionisiertes Wasser auf der Seite der Anode zu erzeugen. Diese beiden ionisierten Wasserarten werden in zwei Verarbeitungsbäder eingeleitet, die in Form getrennter Kammern vorgesehen sind, um so zu reinigende Gegenstände zu reinigen.
Bei diesem Reinigungsverfahren gilt die Bearbeitung auf der Seite mit dem mit OH^– ionisierten Wasser als Äquivalent zu der Reinigung mit SC-1 bei dem vorstehend beschriebenen RCA-Reinigungsverfahren. In der japanischen Patentanmel dung KOKAI Publication No. 6-260480 wird beschrieben, dass ausschließlich OH^–-Ionen die Oberfläche des Aluminiums stabilisieren, das durch die Bearbeitung mit H⁺-Ionen aktiviert wurde, oder kolloidales Siliziumdioxid entfernen, das nach einem Polier- oder Planierungsvorgang verbleibt. Diese Vorveröffentlichung beschreibt nicht die Entfernung allgemeiner Teilchen als Hauptaufgabe der herkömmlichen Reinigung mit SC-1 und auch nicht eine positivere Auswirkung als Gegenmaßnahme gegen die COP-Bildung, was einen Nachteil des Verfahrens darstellt.
Andererseits stellt die Bearbeitung auf der Seite mit dem mit H⁺ ionisiertem Wasser ein Äquivalent zu der SC-2-Reinigung bei dem RCA-Reinigungsverfahren dar, da der Zweck der Bearbeitung darin besteht, dass ausschließlich metallische Verunreinigungen von einem Siliziumwafer entfernt werden. In der vorstehend genannten Vorveröffentlichung wird jedoch beschrieben, dass die bei dieser Bearbeitung angelegte Spannung eine hohe Gleichspannung von 10³ bis 10⁴ V/cm sein muss, so dass die Bearbeitung äußerst gefährlich ist. Außerdem bestehen das mit OH^– ionisierte Wasser und das mit H⁺ ionisierte Wasser, die in den beiden getrennten Kammern gebildet werden, aus instabilen Ionen und kehren im Laufe der Zeit wieder zum Zustand der neutralen Lösung zurück. Deshalb sinken die Konzentrationen dieser ionisierten Wasserarten ab, ehe sie die beiden Bearbeitungsbäder erreichen, die als getrennte Kammern vorgesehen sind. Infolgedessen werden die Wirkungen dieser ionisierten Wasserarten schwächer oder ihre Konzentrationen werden schwerer steuerbar.
Die japanische Patentschrift JP07-155709 A bezieht sich auf den Einsatz von reinem Wasser zu Reinigungszwecken, in dem Ozon oder Sauerstoffgas gelöst wurde, das man durch Elektrolyse des Wassers erhält.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Reinigungsvorrichtung zu schaffen, bei der einer Aufsprüheinrichtung zum Aufsprühen einer Reinigungslösung selbst die Funktion der Bildung von mit OH^– ionisiertem Wasser und von mit H⁺ ionisiertem Wasser zugeordnet wird und die mit OH^– ionisiertes Wasser und mit H⁺ ionisiertes Wasser als Reinigungslösung unmittelbar nach seiner Bildung auf einen zu reinigenden Gegenstand aufsprüht, wobei entweder das mit OH^– ionisierte Wasser oder das mit H⁺ ionisierte Wasser gezielt als Reinigungslösung verwendet werden kann.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer Reinigungsvorrichtung, bei welcher einer Aufsprüheinrichtung zum Aufsprühen einer Reinigungslösung selbst die Funktion der Bildung von mit OH^– ionisiertem Wasser und von mit H⁺ ionisiertem Wasser zugeordnet wird, und die mit OH^– ionisiertes und mit H⁺ ionisiertes Wasser als Reinigungslösung unmittelbar nach seiner Bildung auf einen zu reinigenden Gegenstand aufsprüht indem das Wasser auf Ultraschallwellen befördert wird, wobei entweder das mit OH^– ionisierte Wasser oder das mit H⁺ ionisierte Wasser gezielt als Reinigungslösung verwendet werden kann.
Eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Reinigungsverfahren zu entwickeln, das in der Lage ist, ein zu reinigendes Substrat unter Verwendung der vorstehend umrissenen Reinigungsvorrichtungen präzise zu reinigen, ohne dabei die Anzahl der Arbeitsschritte zu erhöhen.
Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Reinigungsvorrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, sowohl die obere als auch die untere Oberfläche eines zu reinigenden drehbaren Substrats präzise gleichzeitig zu reinigen, indem eine Aufsprüheinrichtung zum Aufsprühen einer Reinigungslösung, welcher die Funktion zugeordnet wird, mit OH^– ionisiertes Wasser und mit H⁺ ionisiertes Wasser zu bilden, über dem Substrat angeordnet wird, und eine weitere Aufsprüheinrichtung zum Aufsprühen einer Reinigungslösung, welche den gleichen oder einen anderen Aufbau besitzt, unter dem Substrat angeordnet wird.
Die vorliegende Erfindung wird durch die Ansprüche 1 bis 18 umrissen und bezieht sich auf eine Reinigungsvorrichtung, welche folgendes aufweist: eine Substrathaltevorrichtung zum Halten eines zu reinigenden Substrats; eine Aufsprüheinrichtung zum Aufsprühen einer Reinigungslösung, welche einen zylinderförmigen Hauptkorpus mit einer Düse aufweist, in deren einem Ende eine kreisförmige Auslassöffnung für eine Reinigungslösung offen ausgebildet ist, welche aus der Düse auf das Substrat eine Reinigungslösung aufsprüht. Ein Bauelement zur elektrolytischen Ionenerzeugung, welches reines Wasser in der Reinigungslösung radikalisch aktiviert oder ionisiert, umfasst eine Membran für den Austausch von H⁺-Ionen, die in der Weise angeordnet ist, dass sie den zylindrischen Hauptkorpus der Sprüheinrichtung zum Aufsprühen der Reinigungslösung in einen äußeren Bereich und einen Mittelbereich unterteilt, wobei Elektrodenplatten, welche zu beiden Seiten der Membran für den Austausch von H⁺-Ionen angeordnet sind, unterschiedliche Polaritäten aufweisen und wobei eine Gleichstromversorgung mit den Elektrodenplatten verbunden ist.
Des Weiteren wird die Erfindung durch die Ansprüche 19 bis 21 umrissen und bezieht sich auf ein Reinigungsverfahren zum Reinigen eines Substrats mit Hilfe einer Reinigungsvorrichtung, welche folgendes aufweist: eine Substrathaltevorrichtung zum Halten des Substrats und eine Aufsprüheinrichtung zum Aufsprühen einer Reinigungslösung. Die Aufsprüheinrichtung weist dabei ein Teil zur elektrolytischen Ionenerzeugung auf, welches eine Membran für den Austausch von H⁺-Ionen aufweist, welche die Unterteilung in einen äußeren Bereich und einen Mittelbereich vornimmt, wobei Elektrodenplatten zu beiden Seiten der Membran für den Austausch von H⁺-Ionen angeordnet sind und unterschiedliche Polarität aufweisen. Dabei wird reines Wasser in die außen liegende Bearbeitungskammer und die in der Mitte liegende Bearbeitungskammer eingeleitet, während an die Elektrodenplatten mit unterschiedlicher Polarität eine Gleichspannung angelegt wird, und eine Reinigungslösung, die durch radikalisches Aktivieren oder Ionisieren des reinen Wassers in der in der Mitte liegenden Bearbeitungskammer auf das Substrat aufgesprüht wird und dadurch das Substrat reinigt.
Nachstehend wird nun die Erfindung zum besseren Verständnis in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen ausführlicher beschrieben, in welchen:
1 eine perspektivische Ansicht ist, welche eine erfindungsgemäße Reinigungsvorrichtung darstellt;
2A eine zylinderförmige Aufsprüheinrichtung zum Aufsprühen einer Reinigungslösung aus 1 in Draufsicht zeigt;
2B ein Querschnitt entlang einer Linie B-B aus 2A ist;
3 eine auseinander gezogene Ansicht der zylinderförmigen Aufsprüheinrichtung zum Aufsprühen einer Reinigungslösung aus 1 ist;
4A die zylinderförmige Aufsprüheinrichtung zum Aufsprühen einer Reinigungslösung aus 1 in Draufsicht zeigt;
4B ein Querschnitt entlang einer Linie B-B aus 4A ist;
4C ein Querschnitt entlang einer Linie C-C aus 4A ist;
5A die zylinderförmige Aufsprüheinrichtung zum Aufsprühen von Reinigungslösung aus 1 in Draufsicht darstellt;
5B eine Schnittansicht entlang einer Linie B-B aus 5A ist;
6 die Aufsprüheinrichtung zum Aufsprühen einer Reinigungslösung aus 1 mit den zugehörigen peripheren Einrichtungen in schematischer Ansicht darstellt;
7 eine Schnittansicht mit der Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung ist;
8 eine perspektivische Ansicht ist, welche noch eine weitere erfindungsgemäße Reinigungsvorrichtung darstellt:
9 eine stangenförmige Aufsprüheinrichtung zum Aufsprühen einer Reinigungslösung aus 8 in Vorderansicht zeigt;
10 die stangenförmige Aufsprüheinrichtung zum Aufsprühen einer Reinigungslösung aus 8 in Draufsicht darstellt;
11 eine Ansicht der stangenförmigen Aufsprüheinrichtung zum Aufsprühen einer Reinigungslösung aus 8 von unten ist;
12 einen Schnitt durch die stangenförmige Aufsprüheinrichtung zum Aufsprühen einer Reinigungslösung entlang einer Linie XII-XII aus 9 zeigt,
13 ein Schnitt durch die stangenförmige Aufsprüheinrichtung zum Aufsprühen einer Reinigungslösung entlang einer Linie XIII-XIII aus 9 ist; und
14 eine Schnittansicht der stangenförmigen Aufsprüheinrichtung zum Aufsprühen einer Reinigungslösung entlang einer Linie IVX-IVX aus 12 darstellt.
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf 1 bis 6 eine erfindungsgemäße Reinigungsvorrichtung im Einzelnen beschrieben.
1 ist eine perspektivische Ansicht, welche die Reinigungsvorrichtung darstellt. 2A zeigt eine zylinderförmige Aufsprüheinrichtung zum Aufsprühen einer Reinigungslösung aus 1 in Draufsicht. 2B ist ein Querschnitt der zylinderförmigen Aufsprüheinrichtung zum Aufsprühen einer Reinigungslösung entlang einer Linie B-B (entlang einer Energie-Einspeiseeinrichtung) aus 2A. 3 ist eine auseinander gezogene Ansicht der Aufsprüheinrichtung zum Aufsprühen einer Reinigungslösung aus 1. 4A zeigt die zylinderförmige Aufsprüheinrichtung zum Aufsprühen einer Reinigungslösung aus 1 in Draufsicht. 4B stellt einen Querschnitt der zylinderförmigen Aufsprühreinrichtung zum Aufsprühen einer Reinigungslösung entlang einer Linie B-B (entlang einer Wasserversorgungseinheit für die äußere Prozesskammer) aus 4A dar. 4C zeigt einen Querschnitt entlang einer Linie C-C aus 4A. 5A stellt die zylinderförmige Aufsprüheinrichtung zum Aufsprühen von Reinigungslösung aus 1 in Draufsicht dar. 5B ist eine Schnittansicht entlang einer Linie B-B (entlang einer Wasserversorgungseinheit für die innere Prozesskammer) aus 5A. 6 zeigt die Aufsprüheinrichtung zum Aufsprühen einer Reinigungslösung aus 1 mit den zugehörigen peripheren Einrichtungen in schematischer Ansicht.
Die Kante eines zu reinigenden Substrats (z. B. eines Halbleiterwafers) 1 wird von einer hier nicht dargestellten Substrathaltevorrichtung gehalten. Eine zylinderförmige Aufsprüheinrichtung 2 zum Aufsprühen einer Reinigungslösung sprüht eine Reinigungslösung 3 auf den Halbleiterwafer 1. Die Aufsprüheinrichtung 2 für die Reinigungslösung wird dabei von einer (hier nicht dargestellten) Verschiebemechanik in die X-Richtung und die Y-Richtung bewegt, wobei die Mechanik mit einem Handhabungselement 18 verbunden ist, das sich von der Umfangsfläche der Aufsprühvorrichtung 2 aus erstreckt.
Die zylinderförmige Aufsprüheinrichtung 2 zum Aufsprühen der Reinigungslösung weist einen zylinderförmigen Hauptkorpus 6 mit einer Düse 5 auf, an deren unterem Ende eine Auslassöffnung 4 für die Reinigungslösung offen ausgebildet ist. Dieser Hauptkorpus 6 weist einen Zylinder 7 zum Abdichten des oberen Endes auf, einen Zylinder (Trennwand) 9 zum Abdichten des unteren Endes, sowie eine Düsenöffnung 10, einen Fixierring 13 und eine ringförmige Mutter 14 auf. Der Zylinder 9 zum Abdichten des unteren Endes ist konzentrisch in dem Zylinder 7 zum Abdichten des oberen Endes angeordnet und besitzt am unteren Ende einen ringförmigen Flansch 8. Die Düsenöffnung 10 verläuft durch einen Abschnitt der Trennwand 9, der zum Abdichten des unteren Endes dient. Der Fixierring 13 steht mit dem unteren Ende des Zylinders 7 über eine Ringdichtung 11 in Eingriff, sowie über einen O-Ring 12 mit der äußeren Umfangsfläche des Flansches 8. Die ringförmige Mutter 14 steht mittels eines Gewindes mit der äußeren Umfangsfläche des unteren Endes des Zylinders 7 in Eingriff und befestigt den Deckel 13 am Zylinder 7 und der Trennwand 9.
Die Düse 5 steht über ein Gewinde mit der inneren Umfangsfläche des Flansches 8 der Trennwand 9 in Eingriff und steht mit der Düsenöffnung 10 in Strömungsverbindung. Ein erster zylindrischer freier Raum 15 ist zwischen der zylindrischen Trennwand 9 und der Innenfläche des Zylinders 7 ausgebildet. Ein zweiter Raum 16 ist im Inneren der Trennwand 9 so ausgebildet, dass er mit der Düse 5 durch die Düsenöffnung 10 hindurch in Strömungsverbindung steht. Ein Bauelement, das nachstehend noch beschrieben wird, dient zur Erzeugung von Ultraschallwellen und ist in dem zweiten Raum 16 angeordnet. Gemäß der Darstellung in 4C ist in dem Abschnitt der zylindrischen Trennwand 9 zum Abdichten des unteren Endes eine Vielzahl von Kanälen 17 für die Reinigungslösung ausgebildet und steht mit dem ersten und dem zweiten Raum 15 bzw. 16 in Strömungsverbindung.
Eine zylinderförmige Membran 19 für den Austausch von H⁺-Ionen ist in dem ersten Raum 15 des zylindrischen Hauptkorpus 6 so angeordnet, dass sie konzentrisch zu der zylinderförmigen Trennwand 9 verläuft. Diese Trennwand 9 unterteilt den ersten Raum 15 in eine innen liegende, zylinderförmige Bearbeitungskammer 20₁ und eine außen liegende, zylinderförmige Bearbeitungskammer 20₂ . Das obere Ende der Membran 19 für den H⁺-Ionenaustausch ist in dem Abschnitt des Zylinders 7, der das obere Ende abdichtet, über eine Ringdichtung 21 eingepasst. Das untere Ende der Membran 19 für den Austausch der H⁺-Ionen ist in den Befestigungsring 13 über eine Ringdichtung 22 eingepasst.
Gemäß der Darstellung in den 2A, 2B und 3 ist an der Oberfläche der Membran 19 für den Austausch von H⁺-Ionen auf der Seite der innen liegenden Bearbeitungskammer 20₁ eine zylinderförmige Innenelektrode 23 befestigt, die aus einer porösen Platte besteht, in der eine große Anzahl von Poren ausgebildet ist. Diese innen liegende Elektrode 23 besteht aus einem Werkstoff wie zum Beispiel Platin-Platinoxid oder mit Platin plattiertem Titan oder Tantal. Ein Kopf eines innen liegenden Innenanschlusses 24, der mit einem Isolierrohr überdeckt ist, ist mit der Innenelektrode 23 verbunden. Dieser innen liegende Innenanschluss 24 erstreckt sich durch den Abschnitt des Zylinders 7 zum Abdichten des oberen Endes hindurch zur Außenseite. Dieser innen liegende Innenanschluss 24 ist in eine Kabelgarnitur 25 eingeführt, die aus einem isolierenden Werkstoff hergestellt ist. Die Kabelgarnitur 25 steht über ein Gewinde mit dem Abschnitt des Zylinders 7 zum Abdichten des oberen Endes in Eingriff, von dem aus sich der innen liegende Innenanschluss 24 erstreckt. Ein innen liegendes Außenkabel 26, das mit einem Isolierrohr überdeckt ist, ist in die Kabelgarnitur 25 eingepasst, und eine Kabelseele am Ende des innen liegenden Außenkabels 26 ist mit dem innen liegenden Innenanschluss 24 verbunden. Eine Kappe 27 steht über ein Gewinde mit dem oberen Abschnitt der Kabelgarnitur 25 in Eingriff. Das innen liegende Außenkabel 26 wird in der Kabelgarnitur 25 befestigt, indem ein Keil 28 eingedrückt wird, der auf das innen liegende Außenkabel 26 aufgepasst wird.
Gemäß der Darstellung in 2A, 2B und 3 ist an der Oberfläche der Membran 19 für den Austausch von H⁺-Ionen auf der Seite der außen liegenden Bearbeitungskammer 20₂ eine zylinderförmige Außenelektrode 29 befestigt, die aus einer porösen Platte gefertigt ist, in der eine große Anzahl von Poren ausgebildet ist. Diese Außenelektrode 29 besteht aus einem Werkstoff wie zum Beispiel Platin-Platinoxid oder aus mit Platin beschichteten Titan oder Tantal. Über eine Streifen-Anschlussplatte 31, die in Richtung der Höhe der Außenelektrode 29 verbunden ist, ist ein Kopf eines außen liegenden Innenanschlusses 30 mit der Außenelektrode 29 verbunden und ist dabei mit einem Isolierrohr überdeckt. Dieser außen liegende Innenanschluss 30 erstreckt sich durch den Abschnitt des Zylinders 7 zum Abdichten des oberen Endes hindurch zur Außenseite. Der außen liegende Innenanschluss 30 ist in eine Kabelgarnitur 32 eingeführt, das aus einem isolierenden Werkstoff hergestellt ist. Die Kabelgarnitur 32 steht über ein Gewinde mit dem Abschnitt des Zylinders 7 zum Abdichten des oberen Endes in Eingriff, von dem aus sich der Innenanschluss 30 erstreckt. Ein außen liegendes Außenkabel 33, das mit einem Isolierrohr überdeckt ist, wird in die Kabelgarnitur 32 eingesetzt und eine Kabelseele am Ende des außen liegenden Außenkabels 33 ist mit dem außen liegenden Innenanschluss 30 verbunden. Eine Kappe 34 steht dabei über ein Gewinde mit dem oberen Abschnitt der Kabelgarnitur 32 in Eingriff. Das außen liegende Außenkabel 33 wird in der Kabelgarnitur 32 dadurch befestigt, dass ein Keil 35, der auf das außen liegende Außenkabel 33 aufgepasst ist, eingedrückt wird.
Gemäß der Darstellung in 6 sind das innen und das außen liegende Außenkabel 26 und 33 an eine Gleichstromversorgung 36 angeschlossen. Ein Auslassrohr 37 zum Auslassen von Wasser zur Elektrolytbearbeitung ist mit einem unteren Abschnitt der Umfangsfläche des Zylinders 7 verbunden und leitet das Bearbeitungswasser in der außenliegenden Bearbeitungskammer 20₂ nach außen ab.
Die Membran 19 für den Austausch von H⁺-Ionen, die innen liegende Bearbeitungskammer 20₁ , die Innenelektrode 23, die außen liegende Bearbeitungskammer 20₂ , die Außenelektrode 29 und die Gleichstromversorgung 36 bilden zusammen ein Bauelement zur Erzeugung von Ionen für die Elektrolyse.
Gemäß der Darstellung in 4A bis 4C ist in eine Rippe 40, die auf der äußeren Umfangswandung der zylindrischen Trennwand 9 gebildet ist, eine innen liegende Düse 39 zum Zuführen von reinem Wasser eingesetzt, in der eine Vielzahl von Aussprühlöchern 38 in Längsrichtung ausgebildet ist. Auslässe 41 für reines Wasser sind in der Rippe 40 in der Weise offen ausgebildet, dass sie den Aussprühlöchern 38 gegenüber liegen. Dies bedeutet, dass reines Wasser, das von der innen liegenden Zuführdüse 39 zum Zuführen von reinem Wasser zugeführt wird, in die innen liegende Bearbeitungskammer 20₁ des zylindrischen Hauptkorpus 6 durch die Aussprühlöcher 38 und die Auslässe 41 für reines Wasser eingeleitet wird. Die innen liegende Zuführdüse 39 zum Zuführen von reinem Wasser erstreckt sich durch den Abschnitt des Zylinders 7 zum Abdichten des oberen Endes hindurch und wird in ein Rohrmuffenteil 42 eingeführt, das in den Abschnitt zum Abdichten des oberen Endes eingeführt wird. Ein innen liegendes Zuführrohr 43 zum Zuführen von reinem Wasser ist mit der Düse 39 in dem Rohrmuffenteil 42 verbunden und wird von einer Kappe 44 fixiert, die über ein Gewinde in Eingriff mit dem Muffenteil 42 und einem zwischen der Kappe 44 und dem Zuführrohr 43 eingesetzten Federrohr 45 steht.
Ein innen liegendes Entlüftungsloch 46 verläuft in vertikaler Richtung durch den Mittelabschnitt des Zylinders 7 hindurch und erstreckt sich von der Einführposition des innen liegenden Zuführrohres 43 zum Zuführen von reinem Wasser aus und dem Abschnitt des Zylinders 7 zum Abdichten des oberen Endes auf der gegenüber liegenden Seite aus. Ein Rohrmuffenteil 47 ist in den Abschnitt des Zylinders 7 zum Abdichten des oberen Endes in der Weise eingeführt, dass es in Strömungsverbindung mit dem Entlüftungsloch 46 steht. In das Rohrmuffenteil 47 ist ein innen liegendes Entlüftungsrohr 48 eingeführt und wird mittels einer Kappe 49 fixiert, die über ein Gewinde in Eingriff mit dem Muffenteil 47 und einem zwischen der Kappe 49 und dem Entlüftungsrohr 48 eingesetzten Federrohr 50 steht.
Gemäß der Darstellung in 6 wird von einer Reinwasserversorgung 51 aus dem innen liegenden Versorgungsrohr 43 zum Zuführen von reinem Wasser reines Wasser zugeführt, wobei in der Mitte des Versorgungsrohres 43 zum Zuführen von reinem Wasser ein innen liegendes Steuerventil 52 zum Steuern der Durchflussmenge eingesetzt ist. In der Mitte des Entlüftungsrohres 48 ist ein Steuerventil 53 zum Steuern der Durchflussmenge eingesetzt. Da die Steuerventile 52 und 53 zum Steuern der Durchflussmenge somit in der Mitte entlang des innen liegenden Zuführrohres 43 zum Zuführen von reinem Wasser und des Ent lüftungsrohres 48 eingesetzt sind, lässt sich dadurch, dass der Druckausgleich in der innen liegenden Bearbeitungskammer 20₁ durch Regelung des Öffnungsgrades dieser Ventile gesteuert wird, die Menge der Prozesslösung für die Elektrolyse (Reinigungslösung) steuern, die zusammen mit dem Gas aus der Entlüftungsleitung 48 ausgelassen wird. Wenn in der innen liegenden Bearbeitungskammer 20₁ durch elektrolytische Verarbeitung OH^–-Ionen gebildet werden, handelt es sich bei dem Gas, das zusammen mit der elektrolytischen Prozesslösung aus dem Entlüftungsrohr 48 ausgetragen wird, in erster Linie um Sauerstoff. Deshalb wird das Gas direkt ausgelassen, ohne dass dabei in irgendeiner Weise eine Bearbeitung zum Gasauslass vorgenommen wird.
Gemäß der Darstellung in 5A und 5B verläuft ein außen liegendes Loch 54 zur Zuführung von reinem Wasser in vertikaler Richtung durch den Abschnitt des Zylinders 7 zum Abdichten des oberen Endes hindurch. Dabei ist in den Abschnitt des Zylinders 7 zum Abdichten des oberen Endes ein Rohrformstück 55 in der Weise eingeführt, dass es mit diesem Zuführloch 54 in Strömungsverbindung steht. Ein außen liegendes Zuführrohr 56 zum Zuführen von reinem Wasser ist in das Rohrformstück 55 eingeführt und wird mit Hilfe einer Kappe 57 befestigt, die über ein Gewinde mit dem Formstück 55 und einem zwischen der Kappe 57 und dem Zuführrohr 56 eingesetzten Federrohr 58 in Eingriff steht.
Ein außen liegendes Entlüftungsloch 59 verläuft in vertikaler Richtung durch den Mittelabschnitt des Zylinders 7 und erstreckt sich dabei von der Einführposition des außen liegenden Zuführrohres 56 zum Zuführen von reinem Wasser sowie von dem Abschnitt des Zylinders 7 zum Abdichten des oberen Endes auf der gegenüber liegenden Seite aus. Ein Rohrformstück 60 ist in den Abschnitt des Zylinders 7 zum Abdichten des oberen Endes in der Weise eingeführt, dass es mit dem Entlüftungsloch 59 in Strömungsverbindung steht. Ein außen liegendes Entlüftungsrohr 61 ist in das Rohrformstück 60 eingeführt und wird mittels einer Kappe 62 befestigt, die über ein Gewinde mit dem Formstück 60 und einem Federrohr 63 in Eingriff steht, das zwischen der Kappe 62 und dem Entlüftungsrohr 61 eingesetzt ist.
Gemäß der Darstellung in 6 wird von der Versorgungsquelle 61 zum Zuführen von reinem Wasser zu dem außen liegenden Zuführrohr 56 zum Zuleiten von reinem Wasser reines Wasser zugeführt, während in der Mitte des außen liegenden Zuführrohres 56 zum Zuleiten von reinem Wasser ein außen liegendes Steuerventil 64 zum Steuern der Durchflussmenge von reinem Wasser eingesetzt ist. Das außen liegende Entlüftungsrohr 61 ist mit einem Separator 65 zur Trennung von Gas und Flüssigkeit verbunden. Dieser Separator 65 zum Trennen von Gas und Flüssigkeit ist mit einem Bearbeitungsturm 66 verbunden, der einen Katalysator zum Verarbeiten von Wasserstoffgas enthält.
Das innen liegende Entlüftungsrohr 48 ist mit dem Separator 65 zum Trennen von Gas und Flüssigkeit verbunden, wie dies durch die gestrichelte Linie in 6 angedeutet ist, wenn der in 6 dargestellte Zustand – d. h. der Zustand, in dem die positiven und negativen Anschlüsse der Gleichstromversorgung 36 jeweils mit der innen liegenden und der außen liegenden Elektrode 23 bzw. 29 verbunden ist (in diesem Zustand werden H⁺-Ionen in der innen liegenden Bearbeitungskammer 20₁ erzeugt, während in der außen liegenden Bearbeitungskammer 20₂ OH^–-Ionen gebildet werden) – in einen Zustand umgeschaltet wird, in dem die positiven und negativen Elektroden mit der Außenelektrode 29 bzw. der Innenelektrode 23 verbunden sind (in diesem Zustand werden in der innen liegenden Bearbeitungskammer 20₁ OH^–-Ionen gebildet und in der außen liegenden Bearbeitungskammer 20₂ H⁺-Ionen). Andererseits handelt es sich bei dem Gas, das zusammen mit der elektrolytischen Prozesslösung von dem außen liegenden Entlüftungsrohr 61 ausgelassen wird, in erster Linie um Sauerstoff. Deshalb wird dieses Gas direkt ausgetragen, ohne dass in irgendeiner Weise eine Bearbeitung des Gasauslasses erfolgt.
Ein ringförmiges Halteteil 68, das einen scheibenähnlichen Schwingungserzeuger 67 hält, steht mit der Trennwand 9 auf dem inneren unteren Rand des zweiten Raumes 16 in dem zylindrischen Hauptteil 6 in Eingriff. Ein zylindrisches Schutzteil 69 und ein isolierender Führungszylinder 70 sind auf dem ringförmigen Halteteil 68 bzw. dem Schwingungserzeuger 67 in dem zweiten Raum 16 angeordnet. Zwei scheibenförmige Stromversorgungsanschlüsse 72a und 72b, zwischen denen eine Feder 71 eingesetzt ist, sind in den isolierenden Führungszylinder 70 eingesetzt.
Eine scheibenförmige Führung 73 ist auf dem zylindrischen Schutzteil 69 in dem zweiten Raum 16 über einen O-Ring 74 eingesetzt. Ein ringförmiger Deckel 75 steht mit einer Öffnung 76 in der Mitte des Abschnitts des Zylinders 7 zum Abdichten des oberen Endes in Eingriff. Der Endabschnitt eines Stromkabels 77 ist an den Stromversorgungsanschluss 72b im oberen Abschnitt durch den ringförmigen Deckel 75 und die scheibenförmige Führung 73 hindurch in Eingriff. Das Stromkabel 77 ist mit Hilfe einer zylinderförmigen Garnitur 78 befestigt, die mit dem ringförmigen Deckel 75 mittels eines Gewindes in Eingriff steht. Der Schwingungserzeuger 67, die Stromversorgungsanschlüsse 72a und 72b und das Stromkabel 77 bilden zusammen eine Einheit zur Erzeugung von Ultraschallwellen. Außerdem ist das Stromkabel 77 gemäß der Darstellung in 6 mit einem Hochfrequenz-Oszillator 79 verbunden.
Nachstehend wird nun ein Verfahren beschrieben, mit welchem die in 2 bis 6 dargestellte Reinigungsvorrichtung ein zu reinigendes Substrat reinigt.
1-1) Zunächst wird entsprechend der Darstellung in 1 der Endabschnitt des zu reinigenden Substrats (z. B. eines Halbleiterwafers) 1 von dem (hier nicht dargestellten) Substrathalteteil gehalten.
1-2) Gemäß der Darstellung in 4A bis 4C und 6 versorgt der Versorgungsvorrat 51 für reines Wasser die Zuführdüse 39 für reines Wasser, die in die Trennwand 9 des zylindrischen Hauptkorpus 6 eingesetzt ist, über die innen liegende Zuführleitung 43 für reines Wasser mit Reinwasser. Dieses reine Wasser wird in die innen liegende Bearbeitungskammer 20₁ eingeleitet, die durch die zylinderförmige Membran 19 für den H⁺-Ionenaustausch und die Trennwand 9 unterteilt wird, sowie durch die Aussprühlöcher 38 der Zuführdüse 39 für reines Wasser und die in der Trennwand 9 offenen Auslässe 41 für reines Wasser. Das reine Wasser fließt entlang der zylinderförmigen Innenelektrode 23, die an der zylindrischen Membran 19 für den Ionenaustausch befestigt ist, nach unten in die innen liegende Bearbeitungskammer 20₁ und strömt in die Düsenöffnung 10 in der Mitte der Trennwand 9 durch die in der Trennwand 9 gebildeten Kanäle 17 für die Reinigungslösung.
Gleichzeitig führt der Versorgungsvorrat 51 für reines Wasser gemäß der Darstellung in 5A, 5B und 6 das reine Wasser der außen liegenden Zuführleitung 56 für reines Wasser zu. Dieses reine Wasser wird in die außen liegende Bearbeitungskammer 20₂ eingeleitet, die durch die zylindrische Membran 19 für den H⁺-Ionenaustausch und den Zylinder 7 unterteilt ist, durch das in dem Abschnitt des zylindrischen Hauptkorpus 6 zum Abdichten des oberen Endes offene äußere Zuführloch 54 für reines Wasser, wobei eine Strömungsverbindung mit der Zuführleitung 56 für reines Wasser besteht. Das reine Wasser fließt entlang der zylinderförmigen Außenelektrode 29, die an der zylinderförmigen Membran 19 für den Ionenaustausch befestigt ist, nach unten in die außen liegende Bearbeitungskammer 20₂ und wird von der Abführleitung 37 zum Abführen des Prozesswassers aus dem Elektrolyseprozess nach außen abgeleitet, wobei die Abführleitung mit dem unteren Bereich des zylinderförmigen Hauptkorpus 6 verbunden ist.
1-3) Während entsprechend 6 das reine Wasser somit der innen liegenden Bearbeitungskammer 20₁ und der außen liegenden Bearbeitungskammer 20₂ zugeführt wird, ist der positive Anschluss der Gleichstromversorgung 36 mit der an der Oberfläche der Membran 19 für den H⁺-Ionenaustausch auf der Seite der innen liegenden Bearbeitungskammer 20₁ angebrachten Innenelektrode 23 über das innen liegende Außenkabel 26 und den innen liegenden Innenanschluss 24 verbunden. Andererseits ist der negative Anschluss mit der auf der Oberfläche der Membran 19 für den H⁺-Ionenaustausch auf der Seite der außen liegenden Bearbeitungskammer 20₂ befestigten Außenelektrode 29 über den außen liegenden Innenanschluss 30 und die Streifenanschlussplatte 31 verbunden. Den so geschalteten Elektroden 23 und 29 werden nun eine vorbestimmte Spannung und ein vorgegebener Strom zugeführt. Infolgedessen kommt es an der positiven Elektrode (Innenelektrode) 23 zu einer Elektrolysereaktion – 2H₂O – 4e^– → O₂ + 4H⁺ – und in der innen liegenden Bearbeitungskammer, 20₁ wird H⁺ gebildet. Diese an H⁺-Ionen reiche Lösung strömt aus der innen liegenden Bearbeitungskammer 20₁ in die Düsenöffnung 10 in der Mitte der Trennwand 9 über die in der Trennwand 9 ausgebildeten Kanäle 17 für die Reinigungslösung. Die Lösung durchfließt die Düse 5, die mit der Düsenöffnung 10 in Strömungsverbindung steht, und wird aus dem kreisrunden Auslassanschluss 4 am unteren Ende der Düse 5 ausgesprüht.
Dabei ist zu beachten, dass die an OH^–-Ionen reiche Lösung in der außen liegenden Bearbeitungskammer 20₂ gebildet und aus dem Ableitrohr 37 zum Abführen des Prozesswassers aus dem Elektrolysevorgang nach außen ausgetragen wird, wie dies bereits erläutert wurde.
Wenn die Bearbeitung des reinen Wassers durch Elektrolyse in dem zylinderförmigen Hauptkorpus 6 vorgenommen wird, dann wird gasförmiger Sauerstoff (O₂), der zusammen mit den H⁺-Ionen in der innen liegenden Bearbeitungskammer 20₁ gebildet wird, freigesetzt. Gemäß der Darstellung in 4B wird dieser in der innen liegenden Bearbeitungskammer 20₁ freigesetzte gasförmige Sauerstoff zusammen mit der an H⁺-Ionen reichen Lösung nach außen ausgetragen, und zwar durch das innen liegende Entlüftungsloch 46, das in dem Abschnitt des Zylinders 7 zum Abdichten des oberen Endes geöffnet ist, sowie durch das Rohrformstück 47 und das innen liegende Entlüftungsrohr 48. Gemäß der Darstellung in 6 lässt sich der Austrag von Gas und der an H⁺-Ionen reichen Lösung (Reinigungslösung) aus der Entlüftungsleitung 48 dadurch unterdrücken, dass der Druckausgleich in der innen liegenden Bearbeitungskammer 20₁ dadurch gesteuert wird, dass der Öffnungsgrad der Steuerventile für die Durchflussmenge 52 und 53 geregelt wird, die in der Mitte entlang der innen liegenden Zuführleitungen 43 für reines Wasser und entlang der Entlüftungsleitung 48 eingesetzt sind.
Wenn außerdem die Bearbeitung des reinen Wassers zur Elektrolyse in dem zylinderförmigen Hauptkorpus 6 vorgenommen wird, dann wird zusammen mit den OH^–-Ionen in der außen liegenden Bearbeitungskammer 20₂ gasförmiger Wasserstoff (H₂) freigesetzt.
Gemäß der Darstellung in 5B wird dieser gasförmige Wasserstoff, der in der außen liegenden Bearbeitungskammer 20₂ gebildet wird, zusammen mit der an OH^–-Ionen reichen Lösung durch das außen liegende Entlüftungsloch 59, das in dem Abschnitt des Zylinders 7 zum Abdichten des oberen Endes geöffnet ist, durch das Rohrformstück 60 und die außen liegende Entlüftungsleitung 61 ausgetragen. Da diese ausgetragene Lösung Wasserstoff enthält und gefährlich ist, wird die Lösung in den Separator 65 zum Trennen von Gas und Flüssigkeit ausgeleitet, der in 6 dargestellt ist. Der von dem Separator zum Trennen von Gas und Flüssigkeit abgespaltene Wasserstoff wird über die Prozesssäule 66 entfernt, welche einen Katalysator zum Bearbeiten des gasförmigen Wasserstoffs enthält, und unter sicheren Bedingungen ausgetragen.
1-4) Nach der Stabilisierung der Bildung der an H⁺-Ionen reichen Lösung in der innen liegenden Bearbeitungskammer 20₁ wird die zylinderförmige Aufsprüheinrichtung 2 zum Aufsprühen von Reinigungslösung in eine Position über dem Halbleiterwafer 1 bewegt, wie dies in 1 dargestellt ist, und zwar mit Hilfe der (hier nicht dargestellten) Bewegungsmechanik, die mit dem Handhabungsteil 18 verbunden ist. Gleichzeitig wird die an H⁺-Ionen reiche Lösung (Reinigungslösung) aus dem Auslassanschluss 4 in der Düse 5 der Aufsprüheinrichtung 2 für die Reinigungslösung auf den Halbleiterwafer 1 aufgesprüht, während sich die Aufsprüheinrichtung 2 in der X-Richtung und der Y-Richtung bewegt, wodurch auf der gesamten Oberfläche des Halbleiterwafers 1 eine Säurereinigung (äquivalent zur SC-2-Reinigung) vorgenommen wird.
Als nächstes wird nun der Reinigungsvorgang beschrieben, der durch Umschalten der Verbindungen zwischen der Gleichstromversorgung 36 und der Innenelektrode 23 und der Außenelektrode 29 vorgenommen wird.
2-1) Während der innen liegenden Bearbeitungskammer 20₁ und der außen liegenden Bearbeitungskammer 20₂ wie in den vorstehend beschriebenen Arbeitsschritten 1-1) und 1-2) reines Wasser zugeführt wird, ist der negative Anschluss der Gleichstromversorgung 36 mit der Innenelektrode 23 verbunden, die an der Oberfläche der Membran 19 für den H⁺-Ionenaustausch auf der Seite der innen liegenden Bearbeitungskammer 20₁ befestigt ist. Andererseits ist der positive Anschluss mit der Außenelektrode 29 verbunden, die an der Oberfläche der Membran 19 für den H⁺-Ionenaustausch auf der Seite der außen liegenden Bearbeitungskammer 20₂ befestigt ist.
An die so geschalteten Elektroden 23 und 29 legt man nun eine vorgegebene Spannung und einen vorbestimmten Strom an. Infolgedessen findet auf der negativen Elektrode (Innenelektrode) 23 eine Elektrolysereaktion statt – 2H₂O + 2e^– → H₂ + 2OH^– – und in der innen liegenden Bearbeitungskammer 20₁ wird OH^– gebildet. Wie in 4B dargestellt, strömt diese an OH^–-Ionen reiche Lösung aus der innen liegenden Bearbeitungskammer 20₁ in die Düsenöffnung 10 in der Mitte der Trennwand 9 durch die in der Trennwand 9 gebildeten Kanäle 17 für die Reinigungslösung aus. Die Lösung strömt durch die Düse 5, die mit der Düsenöffnung 10 in Strömungsverbindung steht, und wird aus dem kreisrunden Auslassanschluss 4 am unteren Ende der Düse 5 ausgesprüht.
Dabei ist zu beachten, dass in der außen liegenden Bearbeitungskammer 20₂ eine an H⁺-Ionen reiche Lösung gebildet und aus der Austragleitung 37 zum Abführen der Bearbeitungslösung aus der Elektrolyse nach außen ausgetragen wird, wie dies bereits vorstehend erläutert wurde. Wenn außerdem die Elektrolysebearbeitung mit reinem Wasser in dem zylinderförmigen Hauptkorpus 6 vorgenommen wird, bildet sich in der innen liegenden Bearbeitungskammer 20₁ zusätzlich gasförmiger Wasserstoff. Dieses Wasserstoffgas strömt durch die innen liegende Entlüftungsöffnung 46, das Rohrformstück 47, die innen liegende Entlüftungsleitung 48 und das in gestrichelten Linien in 6 dargestellte Kanalsystem und wird unter sicheren Bedingungen über den Separator 65 zum Trennen von Gas und Flüssigkeit und die Prozesssäule 66 ausgelassen. Außerdem wird der in der außen liegenden Bearbeitungskammer 20₂ zusätzlich gebildete gasförmige Sauerstoff zusammen mit der an H⁺-Ionen reichen Lösung durch die außen liegende Entlüftungsöffnung 59, das Rohrformstück 60 und die außen liegende Entlüftungsleitung 61 abgeführt.
2-2) Nach der Stabilisierung der Bildung der an OH^–-Ionen reichen Lösung in der innen liegenden Bearbeitungskammer 20₁ wird die zylinderförmige Aufsprüheinrichtung 2 zum Aufsprühen von Reinigungslösung in eine Position über dem Halbleiterwafer 1 bewegt, wie dies in 1 dargestellt ist, wozu die (hier nicht dargestellte) Bewegungsmechanik vorgesehen ist, die mit dem Handhabungsteil 18 verbunden ist. Gleichzeitig wird die an OH^–-Ionen reiche Lösung (Reinigungslösung) aus dem Auslassanschluss 4 in der Düse 5 der Aufsprüheinrichtung 2 zum Aufsprühen von Reinigungslösung auf dem Halbleiterwafer, versprüht, während sich die Aufsprüheinrichtung 2 in der X-Richtung und der Y-Richtung bewegt, wodurch eine alkalische Reinigung (äquivalent zur SC-1-Reinigung) auf der gesamten Oberfläche des Halbleiterwafers 1 vorgenommen wird. Im Unterschied zur herkömmlichen Reinigung unter Verwendung einer Chemikalienlösung wird bei dieser alkalischen Reinigung nur reines Wasser eingesetzt. Deshalb ist die Ätzwirkung auf den Halbleiterwafer 1 extrem schwach. Infolgedessen ist es möglich, die Bildung von Grübchen, deren Ursprung im Kristall liegt (COP) auf dem Wafer 1 zu verhindern.
Bei dem vorstehend beschriebenen sauren Reinigungsvorgang und alkalischen Reinigungsvorgang wird die Beziehung zwischen der Spannung und dem Strom, die an die Innen- und Außenelektroden 23 und 29 angelegt werden, durch den Abstand zwischen den Elektroden, die Elektrodenflächen und die Kennwerte und durch die Stärke der Membran für den Austausch von H⁺-Ionen definiert. Dementsprechend lassen sich für diese numerischen Werte keine Bereiche angeben. Wenn jedoch die Wirksamkeit der Elektrolysereaktion und die Betriebssicherheit berücksichtigt werden, dann sollten vorzugsweise Bereiche zwischen 10 V und mehreren Zehnfachen von Volt sowie zwischen 0,05 und 0,5 A/cm² eingestellt werden.
Bei dem vorstehend beschriebenen Reinigungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung lässt sich eine Reinigungslösung wie beispielsweise die an H⁺-Ionen reiche Lösung (bzw. die an OH^–-Ionen reiche Lösung), die in der innen liegenden Bearbeitungskammer 20₁ der zylinderförmigen Aufsprüheinrichtung 2 zum Aufsprühen der Reinigungslösung hergestellt wird, rasch, ohne Verzögerung aus dem Auslassanschluss 4 der Düse auf den Halbleiterwafer 1 versprühen.
Außerdem kann durch Umschalten der Polaritäten der Innenelektrode 23 und der Außenelektrode 29 durch die Gleichstromversorgung 36 problemlos die saure Reinigung oder die alkalische Reinigung gewählt werden. Darüber hinaus kann im Vergleich zur Elektrolysebearbeitung in einem gemeinsamen Bearbeitungsbad die Verbrauchsmenge an reinem Wasser verringert werden.
Gemäß der Darstellung in 3 und 4A bis 4C ist die Membran 19 für den Austausch von H⁺-Ionen konzentrisch in dem zylinderförmigen Hauptkorpus 6 angeordnet und sind die zylindrische Innenelektrode 23 und die Außenelektrode 29 zu beiden Seiten der Membran 19 für den H⁺-Ionenaustausch angeordnet. Wenn somit in dem zylinderförmigen Hauptkorpus eine Elektrolysereaktion abläuft, dann schreitet diese Elektrolysereaktion in der innen liegenden und der außen liegenden Bearbeitungskammer 20₁ und 20₂ wirksam voran und es bildet sich in der innen liegenden Bearbeitungskammer 20₁ eine Lösung, die an H⁺-Ionen (oder auch an OH^–-Ionen) äußerst reich ist. Infolgedessen lässt sich die Reinigungswirkung auf dem Halbleiterwafer 1 noch weiter steigern.
Da außerdem die innen liegende Elektrode 23 und die außen liegende Elektrode. 29 (insbesondere die innen liegende Elektrode 23) auf beiden Seiten der Membran 19 für den Austausch von H⁺-Ionen angeordnet (befestigt) und aus einer zylinderförmigen porösen Platte gebildet sind, läuft die Elektrolysereaktion mit dem reinen Wasser problemlos ab. Dadurch verbessert sich die Leistung bei der Bildung von H⁺ (bzw. OH^–) noch weiter. Vorzugsweise werden Poren mit einem Durchmesser von etwa 2 bis 3 mm bei einem Porenabstand von 2 bis 3 mm in dieser zylinderförmigen porösen Platte ausgebildet.
Nachstehend wird nun ein Verfahren zur Vornahme der Reinigung beschrieben, bei dem das in den zylinderförmigen Hauptkorpus 6 der Aufsprüheinrichtung 2 für die Reinigungslösung einbezogene Bauelement zur Ultraschallerzeugung angesteuert wird.
Im Anschluss an die vorstehend beschriebenen Arbeitsschritte 1-1 bis 1-3) bildet sich in der innen liegenden Bearbeitungskammer 20₁ des zylinderförmigen Hauptkorpus 6 eine an H⁺-Ionen reiche Lösung. Gemäß der Darstellung in 4A bis 4C wird ein Ausströmen dieser Lösung aus der innen liegenden Bearbeitungskammer 20₁ in die Düsenöffnung 10 in der Mitte der Trennwand 9 durch die in der Trennwand 9 gebildeten Kanäle 17 für die Reinigungslösung herbeigeführt. Gleichzeitig versorgt der Hochfrequenzoszillator 79 den scheibenförmigen Schwingungserzeuger 67 mit einer Hochfrequenz direkt über der Düsenöffnung 10 durch das Stromkabel 77 und über die beiden scheibenförmigen Stromversorgungsanschlüsse 72a und 72b, zwischen denen die Feder 71 eingesetzt ist. Durch die Versorgung mit dieser Hochfrequenz schwingt der Schwingungserzeuger 67 mit einer Frequenz von beispielsweise 500 kHz bis 3 MHz und damit wirken auf die an H⁺-Ionen reiche Lösung in der Düsenöffnung 10 Ultraschallwellen ein. Wie aus 1 ersichtlich ist, wird die an H⁺-Ionen reiche Lösung (Reinigungslösung) 3 unter dem Einfluss der Ultraschallwellen aus dem Auslassanschluss 4 der Düse 5 auf den Halbleiterwafer 1 aufgesprüht. Infolgedessen werden auch alle Teilchen auf der Oberfläche des Wafers 1 gut entfernt. Es ist auch möglich, zusätzlich zur Entfernung der Teilchen einen neuen Effekt zu erzielen.
Mit anderen Worten wird die an H⁺-Ionen reiche Lösung, die aus der innen liegenden Bearbeitungskammer 20₁ durch die Kanäle 17 für die Reinigungslösung in die Düsenöffnung 10 eingeleitet wird, durch die von dem Schwingungserzeuger 67 erzeugten Ultraschallwellen radikalisiert und aktiviert. Dieser aktivierte Zustand der an H⁺-Ionen reichen Lösung (Reinigungslösung) wird nahezu unverändert aufrecht erhalten, während die an H⁺-Ionen reiche aktivierte Lösung aus dem Auslassanschluss 4 der Düse 5 im unteren Bereich des zylinderförmigen Hauptkorpus 6 auf die Oberfläche des Halbleiterwafers aufgesprüht wird. Aus diesem Grund lässt sich eine starke saure Reinigungswirkung erzielen, mit welcher der Halbleiterwafer 1 durch das Zusammenspiel zwischen der an H⁺-Ionen reichen Lösung und den in der Lösung enthaltenen Radikalen bearbeitet wird. Infolgedessen lässt sich durch die Kombination dieser Wirkung mit der vorstehend beschriebenen Entfernung von Teilchen von der Oberfläche des Wafers 1 eine präzise Reinigungsleistung herbeiführen.
Zusätzlich werden die Verbindungen zwischen der Gleichstromversorgung 36 und der Innenelektrode 23 bzw. der Außenelektrode 29 umgeschaltet. Mit anderen Worten wird durch die Verbindung des negativen und positiven Anschlusses der Gleichstromversorgung 36 mit der Innenelektrode 23 bzw. der Außenelektrode 29 in der innen liegenden Bearbeitungskammer 20₁ eine an OH^–-Ionen reiche Lösung gebildet. Diese an OH^–-Ionen reiche Lösung wird über die Kanäle 17 für die Reinigungslösung aus der innen liegenden Bearbeitungskammer 20₁ in die Düsenöffnung 10 geleitet, wobei auf sie die vom Schwingungserzeuger 67 erzeugten Ultraschallwellen einwirken, und wird dann aus dem Auslassanschluss 4 der Düse 5 im unteren Bereich des zylinderförmigen Hauptkorpus 6 auf die Oberfläche des Halbleiterwafers 1 aufgesprüht. Bei diesem Sprühvorgang lässt sich eine starke alkalische Reinigungswirkung erzielen, mit der durch das Zusammenspiel zwischen der an OH^–-Ionen reichen Lösung und den in der Lösung enthaltenen Radikalen auf den Halbleiterwafer 1 eingewirkt wird. Infolgedessen lässt sich durch die Kombination dieser Wirkung mit der vorstehend beschriebenen Entfernung von Teilchen von der Oberfläche des Wafers eine präzise Reinigung vornehmen.
Nachstehend wird nun unter Bezugnahme auf 7 eine andere erfindungsgemäße Reinigungsvorrichtung beschrieben.
7 stellt eine Schnittansicht dar, die eine weitere Reinigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Dabei ist in einem zylinderförmigen Stützteil 103 ein Motor 102 untergebracht, dessen Antriebswelle 101 sich in vertikaler Richtung erstreckt. Auf dem zylinderförmigen Stützteil 103 ist mit Hilfe einer Vielzahl von Schrauben 105 eine Stützplatte 104 fest angebracht. In einem Teil der Stützplatte 104, welcher zur Antriebswelle 101 korrespondiert, ist ein Loch 106 ausgebildet. In einem Teil der Stützplatte 104, die sich von dem Stützteil 103 aus nach links erstreckt, ist ein Loch 107 ausgebildet. Eine Scheibenplatte 110 weist ein Loch 108 in der Mitte auf, sowie einen ringförmigen Vorsprung 109 um das Loch 108, während sie auf der Stützplatte 104 mit Hilfe einer Vielzahl von Schrauben 111 fest angebracht ist, die von der Unterseite der Stützplatte 104 her zur Platte 109 hin eingeschraubt sind.
Über der Scheibenplatte 110 befindet sich ein Bearbeitungsbad 112. Das Bearbeitungsbad 112 weist ein zylinderförmiges Teil mit geschlossenem Ende und einen zylindrischen Abschnitt 113 auf, der von der Mitte des Bodens aus nach oben vorsteht. An einen Bereich des Bodens ist an einer Wandung auf der linken Seite des Bearbeitungsbades 112 eine Auslassleitung 114 angeschlossen. Dabei ist zu beachten, dass das Bearbeitungsbad 112 von einem (hier nicht dargestellten) Rahmen abgestützt und fixiert wird, so dass der zylinderförmige Abschnitt 113 konzentrisch zum Loch 108 in der Scheibenplatte 110 positioniert ist.
Eine drehbare Scheibe 116 mit einem Zylinder 115, der von einem mittleren Abschnitt aus nach unten vorsteht, ist in dem Bearbeitungsbad 112 horizontal angeordnet. Da die drehbare Scheibe 116 in dieser Weise angebracht ist, erstreckt sich der Zylinder 115 konzentrisch durch den zylinderförmigen Abschnitt 113 des Bearbeitungsbades 112 und verläuft zur Außenseite des Bearbeitungsbades 112 hin. Ein ringförmiger Eingriffsbereich 117 erstreckt sich horizontal von der inneren Umfangsfläche aus in der Nähe eines unteren Abschnitts des Zylinders 115. Vier Stützstangen 118 mit oberen und unteren Bereichen, die mit einem Gewinde versehen sind, sind in den Rand der drehbaren Scheibe 116 so eingesetzt, dass sie sich in vertikaler Richtung in gleichen Winkelabständen (90°) auf dem Umfang erstrecken. Diese Stützstangen 118 sind an der drehbaren Scheibe 116 so befestigt, dass sie im Eingriff mit einem Gewinde der Muttern 119 stehen, wobei die unteren Abschnitte der Stützstangen, die mit einem Gewinde versehen sind, von der Unterseite der drehbaren Scheibe 116 aus vorstehen. Säulenförmige Auflageblöcke 120, die in Gewindeeingriff mit den Gewinden auf den oberen Abschnitten der Stützstangen 118 stehen, sind so positioniert, dass sie auf gleicher Höhe liegen.
Eine feststehende zylinderförmige Welle 122 mit einem ringförmigen Flansch 121 in der Nähe des Mittelbereichs und mit einer äußeren Umfangsfläche mit Gewinde in einem unteren Abschnitt erstreckt sich konzentrisch von dem Bearbeitungsbad 112 weg durch den Zylinder 115 der drehbaren Scheibe 116 und ist in das Loch 108 der Scheibenplatte 110 eingesetzt. Diese feststehende Welle 122 steht von der Unterseite der Platte 110 aus nach unten vor und ist dadurch an der Platte 110 befestigt, dass ein Gewindeeingriff mit einer Mutter 123 mit diesem vorstehenden Abschnitt vorgesehen ist. In der Öffnung der feststehenden Welle 122 am unteren Ende ist ein Anlenkbereich 124 für eine Zuführleitung für die Reinigungslösung ausgebildet. Eine (hier nicht dargestellte) Zuführleitung für eine Reinigungslösung ist mit diesem Anlenkbereich 124 verbunden. Im Inneren einer sich in horizontaler Richtung erstreckenden Dusch- bzw. Aufsprühdüse (zweite Aufsprüheinrichtung zum Aufsprühen von Reinigungslösung) 127 ist ein Kanal 125 für die Reinigungslösung ausgebildet. Eine Vielzahl von Sprühöffnungen 126, die mit diesem Kanal 125 in Strömungsverbindung stehen, öffnet sich in dem unteren Bereich der Sprühdüse 127. Die Sprühdüse 127 ist in einem Raum positioniert, der von den vier Stützstangen 118 umgeben ist, die in den Rand der drehbaren Scheibe 116 eingeführt und daran befestigt sind, und ist dabei integral mit dem Endbereich der feststehenden Welle 122 in der Weise ausgebildet, dass ein hohler Abschnitt 128 und der Kanal 125 mit einander in Strömungsverbindung stehen. Zwei Lager 129a und 129b sind in einem Raum angeordnet, der durch die Innenfläche des Zylinders 115, die äußere Umfangsfläche der feststehenden Welle 122, den ringförmigen Flansch 121 der feststehenden Welle 122 und den ringförmigen Vorsprung 109 der Platte 110 unterteilt wird. Diese Lager 129a und 129b sind unter Einhaltung eines gewünschten Abstands zwischen ihnen mittels eines ringförmigen Abstandsstücks 130 in vertikaler Richtung angeordnet. Die Unterseite des oberen Lagers 129a steht mit der Oberseite des ringförmigen Eingriffsbereichs 117 in Eingriff, der auf der inneren Umfangsfläche in der Nähe des unteren Abschnitts des Zylinders 115 ausgebildet ist. Die Oberseite des unteren Lagers 129b steht mit der Unterseite des ringförmigen Eingriffsbereichs 117 in Eingriff. Ein V-Ring 131 aus Gummi ist zwischen der oberen inneren Umfangsfläche des Zylinders der drehbaren Scheibe 116 und der feststehenden Welle 122 eingesetzt. Dieser V-Ring 131 verhindert, dass die Reinigungslösung aus der Sprühdüse (die nachstehend noch erläutert wird) zwischen die innere Umfangsfläche des Zylinders 115 und die feststehende Welle 122 fließt.
Eine Abtriebs-Zahnriemenscheibe 132 ist auf den unteren Außenumfang des Zylinders 115 aufgepasst und wird mittels einer Vielzahl von Schrauben 133 an dem Zylinder 115 befestigt. Eine Antriebs-Zahnriemenscheibe 134 ist auf die Antriebswelle 101 des Motors 102 aufgepasst und mittels eines Verriegelungsteils 135 an der Antriebswelle 101 befestigt, das dazwischen angebracht ist. Ein Zahnriemen 136 ist um die Zahnriemenscheiben 132 und 134 geführt. Wenn dementsprechend die Antriebswelle 101 des Motors 102 in Drehung versetzt wird, um die an der Antriebswelle 101 befestigte Antriebs-Zahnriemenscheibe 134 zu drehen, wird die Drehkraft über den Zahnriemen 136 auf die Abtriebs-Zahnriemenscheibe 132 übertragen. Infolgedessen dreht sich die drehbare Scheibe 116 mit dem Zylinder 115, an dem der Zahnriemen 132 angebracht ist, um die feststehende Welle 122.
Die Antriebswelle 101, der Motor 102, die drehbare Scheibe 116, die Stützstangen 118, die Auflageblöcke 120, die feststehende Welle 122, die Lager 129a und 129b, die Zahnriemenscheiben 132 und 134 und der Zahnriemen 136 bilden zusammen eine Dreheinrichtung.
Eine zylinderförmige Aufsprüheinrichtung zum Aufsprühen einer Reinigungslösung (erste Aufsprüheinrichtung für die Reinigungslösung) 2 weist den in 1 bis 6 dargestellten Aufbau auf. Die zylinderförmige Aufsprüheinrichtung 2 zum Aufsprühen einer Reinigungslösung ist über der drehbaren Scheibe 116 angeordnet und bewegt sich innerhalb eines Bereichs hin und her, der äquivalent zum Radius der drehbaren Scheibe 116 ist, wie dies durch einen Pfeil A angegeben ist.
Nachstehend wird nun ein Verfahren beschrieben, mit welchem die erfindungsgemäße Reinigungsvorrichtung ein zu reinigendes Substrat (z. B. ein Halbleiterwafer) reinigt.
3-1) Zunächst wird ein zu reinigendes Substrat (z. B. ein Halbleiterwafer) 137 in horizontaler Lage auf die Auflageblöcke 120 aufgelegt, die an den vier Stützstangen 118 der drehbaren Scheibe 116 angebracht sind. Dann wird der Motor 102 in Betrieb versetzt, um die Antriebswelle 101 anzutreiben und dadurch die Antriebs-Zahnriemenscheibe 134, die an der Antriebswelle 101 befestigt ist, in Drehung zu versetzen. Die Antriebskraft wird über den Zahnriemen 136 auf die anzutreibende Zahnriemenscheibe 132 übertragen, und damit dreht sich die drehbare Scheibe 116 mit dem Zylinder 115, an dem die Zahnriemenscheibe 132 angebracht ist, um die feststehende Welle 122. Infolgedessen läuft der Halbleiterwafer 137, der auf die Auflageblöcke 120 an den oberen Enden der vier Stützstangen 118 aufgelegt ist, die in die drehbare Scheibe 116 eingesetzt und an dieser befestigt sind, um. Während der Halbleiterwafer 137 sich somit dreht, wird der (hier nicht dargestellten) Zuführleitung für die Reinigungslösung, die mit dem Anlenkbereich 124 der zylindrischen feststehenden Welle 122 verbunden ist, eine Reinigungslösung, z. B. reines Wasser, zugeführt. Dieses reine Wasser strömt durch den hohlen Bereich 128 der feststellenden Welle 122, wird in den Kanal 125 der Sprühdüse 127 eingeleitet, die in Strömungsverbindung mit dem hohlen Abschnitt 128 steht, und wird aus den Sprühöffnungen 126 im oberen Abschnitt der Düse 127 nach oben gesprüht. Die Sprühdüse 27 ist in dem Raum positioniert, der von den vier Stützstangen 118 umgeben wird, die in den Rand der drehbaren Scheibe 116 eingesetzt und an diesem befestigt sind. Deshalb wird das reine Wasser aus der Sprühdüse 127 auf die Unterseite des sich drehenden Halbleiterwafers 137 aufgesprüht, während dieser auf den Auflageblöcken 120 der Stützstangen 118 aufgelegt ist.
3-2) In der zylinderförmigen Aufsprüheinrichtung 2 zum Aufsprühen der Reinigungslösung wird im Anschluss an die vorstehend beschriebenen Schritte 1-2) und 1-3) in der innen liegenden Bearbeitungskammer 20₁ in einem zylindrischen Hauptkorpus 6 eine H⁺-Lösung gebildet. Die so entstehende Lösung wird zum Ausströmen aus der innen liegenden Bearbeitungskammer 20₁ in eine Düsenöffnung 10 in der Mitte einer Trennwand 9 durch eine Vielzahl von Kanälen 17 für die Reinigungslösung veranlasst, die in der Trennwand 9 ausgebildet sind. Gleichzeitig führt ein Hochfrequenz-Oszillator 79 einem scheibenförmigen Schwingungserzeuger 67, der sich unmittelbar über der Düsenöffnung 10 befindet, eine Hochfrequenz von beispielsweise 500 kHz bis 3 MHz zu. Der Schwingungserzeuger 67 wird in Schwingungen versetzt und veranlasst die Einwirkung von Ultraschallwellen auf die an H⁺-Ionen reiche Lösung in der Düsenöffnung 10, wodurch sich in der an H⁺-Ionen reichen Lösung Radikale bilden. Diese Lösung wird auf die Ultraschallwellen gebracht und aus einem Auslassanschluss 4 einer Düse 5 im unteren Bereich des zylindrischen Hauptkorpus 6 auf die Oberfläche des umlaufenden Halbleiterwafers 137 gesprüht. Außerdem pflanzen sich die Ultraschallwellen durch den Halbleiterwafer 137 fort. Gleichzeitig bewegt sich die zylinderförmige Aufsprüheinrichtung 2 zum Aufsprühen der Reinigungslösung innerhalb des Bereichs vor und zurück, der dem Radius der drehbaren Scheibe 116 entspricht, also dem Radius des Halbleiterwafers 137, wie dies durch den Pfeil A angegeben ist. Infolgedessen wird die auf die Ultraschallwellen aufgebrachte Reinigungslösung aus dem kreisrunden Auslassanschluss 4 der Düse 5 auf die gesamte Oberfläche des Halbleiterwafers 137 aufgesprüht. Das aus der zylinderförmigen Aufsprüheinrichtung 2 zum Aufsprühen der Reinigungslösung und aus der Sprühdüse 127 ausgesprühte reine Wasser zum Reinigen der Oberseite und Unterseite des Halbleiterwafers 137 wird in dem Reinigungsbad 112 aufgefangen und aus der Auslassleitung 114 nach außen ausgetragen.
Während, wie vorstehend beschrieben, der Halbleiterwafer 137 in horizontaler Lage angeordnet ist und mittels der Dreheinrichtung in Drehung versetzt wird, bewegt sich die Aufsprüheinrichtung 2 zum Aufsprühen von Reinigungslösung vorwärts und rückwärts, um die an H⁺-Ionen reiche Lösung (Reinigungslösung), die von den Ultraschallwellen transportiert wird und aktive Radikale enthält, auf die gesamte Oberfläche des Halbleiterwafers 137 aufzusprühen. Infolgedessen lässt sich eine saure Reinigung (äquivalent zur SC-2-Reinigung) mit hoher Reinigungsleistung auf der gesamten Oberfläche des Halbleiterwafers 137 vornehmen. Gleichzeitig lassen sich alle Teilchen auf der Oberfläche des Wafers 137 zusammen mit der Reinigungslösung abwaschen, während verhindert wird, dass sie wieder an der Oberfläche des Wafers ankleben. Auf diese Weise lässt sich der Wafer 137 präzise reinigen.
Die auf Ultraschallwellen transportierte Reinigungslösung wird aus der Aufsprüheinrichtung 2 zum Aufsprühen der Reinigungslösung auf die Oberfläche des Halbleiterwafers 137 aufgesprüht und in Richtung des Pfeils A gespült. Gleichzeitig wird aus der unter dem Halbleiterwafer 137 angeordneten Sprühdüse 127 reines Wasser auf die Unterseite des Halbleiterwafers 137 aufgesprüht. Die Ultraschallwellen aus der Aufsprüheinrichtung 2 zum Aufsprühen der Reinigungslösung pflanzen sich durch den Halbleiterwafer 137 fort und wirken auf Teilchen auf der Unterseite ein. Infolgedessen können diese Teilchen von einem Flüssigkeitsfilm aus reinem Wasser abgewaschen werden, das aus der Sprühdüse 127 aufgesprüht wird. Die Ultraschallwellen, welche den Flüssigkeitsfilm erreichen, werden von einer Luftschicht reflektiert, die eine erheblich andere akustische Impedanz besitzt. Deshalb werden die Ultraschallwellen zur Oberseite des Halbleiterwafers 137 durch den Wafer 137 hindurch zurückgelenkt, während sie auf Teilchen auf der Unterseite einwirken. Die zur Oberseite zurücklaufenden Ultraschallwellen werden an der Grenzfläche zwischen einem Flüssigkeitsfilm auf der Oberseite des Halbleiterwafers 137 und einer Luftschicht reflektiert. Die Ultraschallwellen werden gedämpft, während sie in der vorstehend beschriebenen Weise wiederholt reflektiert werden. Die Sprühdüse 127 versprüht, wie vorstehend erläutert, reines Wasser auf die Unterseite des Halbleiterwafers 137, um einen Flüssigkeitsfilm zu bilden. Deshalb lässt sich die gesamte Unterseite des Halbleiterwafers 137 gleichzeitig mit hoher Präzision reinigen, ohne dass die Aufsprüheinrichtung 2 zum Aufsprühen der Reinigungslösung angeordnet wird, um Ultraschallwellen auf die Unterseite des Halbleiterwafers 137 zu richten.
Nachstehend wird nun ein Verfahren zum Reinigen durch Umschalten der Verbindungen zwischen einer Gleichstromquelle 36 und der Innenelektrode 23 bzw. der Außenelektrode 29 in der Aufsprüheinrichtung 2 zum Aufsprühen von Reinigungslösung beschrieben.
In der Aufsprüheinrichtung 2 zum Aufsprühen von Reinigungslösung werden die Verbindungen zwischen der Gleichstromversorgung 36 und der Innenelektrode 23 und der Außenelektrode 29 wie bei dem vorstehend beschriebenen Arbeitsschritt 2-1) umgeschaltet. Dies bedeutet, dass der negative Anschluss und der positive Anschluss der Gleichstromversorgung 36 mit der Innenelektrode 23 bzw. der Außenelektrode 29 verbunden werden, wodurch sich im Inneren der Bearbeitungskammer 20₁ eine an OH^–-Ionen reiche Lösung bildet. Diese an OH^–-Ionen reiche Lösung wird aus der innen liegenden Bearbeitungskammer 20₁ durch die Kanäle 17 für die Reinigungslösung in die Düsenöffnung 10 eingeleitet. Dann wird die an OH^–-Ionen reiche Lösung mit den vom Schwingungserzeuger 67 erzeugten Ultraschallwellen beaufschlagt, woraufhin die an OH^–-Ionen reiche Lösung aus dem Auslassanschluss 4 der Düse 5 im unteren Teil des zylinderförmigen Hauptkorpus 6 auf die Oberseite des umlaufenden Halbleiterwafers 137 aufgesprüht wird. Infolgedessen kann eine starke alkalische Reinigungswirkung auf den Halbleiterwafer 137 herbeigeführt werden, indem die an OH^–-Ionen reiche Lösung mit den Radikalen zusammenwirkt, die in der Lösung enthalten sind. Indem gleichzeitig reines Wasser aus der Sprühdüse 127 auf die Unterseite des Wafers 137 gesprüht wird, kann auch die gesamte Unterseite des Halbleiterwafers 137 in der vorstehend beschriebenen Weise ebenfalls mit hoher Präzision gereinigt werden.
Nach der Reinigung des Siliziumwafers 137 in der vorstehend erläuterten Weise werden der Sprühstrahl aus reinem Wasser aus der Sprühdüse 127 und der Sprühstrahl aus Reinigungslösung aus der zylinderförmigen Aufsprüheinrichtung 2 zum Aufsprühen von Reinigungslösung gestoppt. Danach wird die Drehzahl, mit welcher der Motor 102 die Antriebswelle 101 in Drehung versetzt, so erhöht, dass die drehbare Scheibe 116 mit hoher Geschwindigkeit, beispielsweise mit 3000 UpM (Umdrehungen pro Minute), umläuft. Bei diesem Arbeitsschritt kann der auf die Auflageblöcke 120 der Stützstangen 118 an der drehbaren Scheibe 116 aufgelegte Siliziumwafer 137 schrittweise trockengeschleudert werden.
Nachstehend wird nun unter Bezugnahme auf 8 bis 14 noch eine weitere erfindungsgemäße Reinigungsvorrichtung ausführlich beschrieben.
8 stellt in einer perspektivischen Ansicht die Reinigungsvorrichtung dar. 9 ist eine Vorderansicht einer stangenartigen Aufsprüheinrichtung zum Aufsprühen von Reinigungslösung. 10 zeigt die stangenartige Aufsprüheinrichtung zum Aufsprühen von Reinigungslösung aus 8 in Draufsicht. 11 ist eine Ansicht von unten und zeigt die stangenartige Aufsprüheinrichtung zum Aufsprühen von Reinigungslösung aus 8. 12 ist eine Schnittansicht der stangenartigen Aufsprüheinrichtung zum Aufsprühen von Reinigungslösung, wobei der Schnitt entlang der Linie XII-XII in 9 gelegt ist. 13 ist eine Schnittansicht der stangenartigen Aufsprüheinrichtung zum Aufsprühen von Reinigungslösung, wobei der Schnitt entlang der Linie XIII-XIII in 12 gelegt ist. Die stangenartige Aufsprüheinrichtung zum Aufsprühen von Reinigungslösung ist in 14 in einem Schnitt entlang einer Linie XIV-XIV aus 12 dargestellt.
Der Rand eines zu reinigen Gegenstands, beispielsweise eines Substrats (z. B. eines Halbleiterwafers) 201 wird von einem (hier nicht dargestellten) Substrathalteteil gehalten. Eine stangenartige Aufsprüheinrichtung 202 zum Aufsprühen von Reinigungslösung sprüht auf den Halbleiterwafer 201 eine Reinigungslösung 203 auf. Die Aufsprüheinrichtung 202 zum Aufsprühen von Reinigungslösung wird von einer (hier nicht dargestellten) Bewegungsmechanik in X-Richtung bewegt, wobei die Mechanik mit einem (hier nicht dargestellten) Handhabungsteil verbunden ist, das sich von einer Seitenfläche der Aufsprüheinrichtung 202 weg erstreckt.
Die Aufsprüheinrichtung 202 zum Aufsprühen von Reinigungslösung weist einen rechteckförmigen Hauptkorpus 204 auf. Wie aus 12 zu ersehen ist, umfasst dieser rechteckförmige Hauptkorpus 204 einen ersten lang gestreckten rechteckförmigen Block 206, einen zweiten lang gestreckten rechteckförmigen Block 209, eine Vielzahl von Schraubenbolzen 210, eine lang gestreckte Düsenöffnung 212 und eine Vielzahl von Kanälen 213 für die Reinigungslösung. Der erste rechteckförmige Block 206 besitzt eine erste grabenförmige Vertiefung 205 in der Vorderseite. Der zweite rechteckförmige Block 209 ist über eine Dichtung 207 auf der Vorderseite des ersten rechteckförmigen Blocks angeordnet und weist eine zweite grabenförmige Vertiefung 208 in einer Fläche auf, die dem ersten rechteckförmigen Block 206 gegenüber liegt. Die Schraubenbolzen 210 fixieren den zweiten rechteckförmigen Block 209 am ersten rechteckförmigen Block 206. Die Düsenöffnung 212 ist in dem ersten rechteckförmigen Block 206 ausgebildet und weist einen lang gestreckten Auslassanschluss 211 zum Austragen von Reinigungslösung auf, der in der Unterseite mündet. Die Kanäle 213 für die Reinigungslösung sind in dem ersten Block 206 so ausgebildet, dass eine Strömungsverbindung zwischen der Düsenöffnung 212 und der ersten grabenförmigen Vertiefung 205 ermöglicht wird (äquivalent zu einer später noch zu erläuternden innen liegenden Bearbeitungskammer).
Eine lang gestreckte plattenförmige Membran 214 für den Austausch von H⁺-Ionen ist zwischen dem ersten und dem zweiten rechteckförmigen Block 206 bzw. 209 um die erste und die zweite grabenförmige Vertiefung 205 bzw. 208 herum eingespannt. Diese Anordnung der Membran 214 für den Ionenaustausch bildet eine lang gestreckte, plattenförmige, innen liegende Bearbeitungskammer 215, die von der ersten grabenförmigen Vertiefung 205 und der Membran 214 für den Ionenaustausch unterteilt wird, und eine lang gestreckte, plattenförmige, außen liegende Bearbeitungskammer 216, die von der zweiten grabenförmigen Vertiefung 208 und der Membran 214 für den Ionenaustausch abgeteilt wird.
Gemäß der Darstellung in 12 bis 14 ist eine innen liegende Elektrode 217, die aus einer lang gestreckten porösen Platte mit einer großen Anzahl von Poren gefertigt ist, an der Oberfläche der Membran 214 für den Austausch von H⁺-Ionen auf der Seite der innen liegenden Bearbeitungskammer 215 fest angebracht. Die innen liegende Elektrode 217 ist aus einem Werkstoff wie zum Beispiel Platin-Platinoxid oder mit Platin beschichtetem Titan oder Tantal hergestellt. Das vordere Ende eines innen liegenden Kabels 218, das mit einem Isolierschlauch überdeckt ist, ist mit der rechtsseitigen Fläche der innen liegenden Elektrode 217 verbunden. Das hintere Ende des innen liegenden Kabels 218 verläuft durch die rechtsseitige Fläche des ersten rechteckförmigen Blocks 206 und durch eine Kabelgarnitur 219 hindurch nach außen, welche über ein Gewinde mit der rechtsseitigen Fläche in Eingriff steht.
Gemäß der Darstellung in 12 bis 14 ist auf der Fläche der Membran 214 für den Austausch von H⁺-Ionen auf der Seite der außen liegenden Bearbeitungskammer 216 eine außen liegende Elektrode 220 fest angebracht, die aus einer lang gestreckten porösen Platte mit einer großen Anzahl von Poren gefertigt ist. Die Außenelektrode 220 ist aus einem Werkstoff wie beispielsweise Platin-Platinoxid oder mit Platin beschichtetem Titan oder Tantal hergestellt. Das vordere Ende eines außen liegenden Kabels 221 ist mit der linksseitigen Fläche der außen liegenden Elektrode 220 verbunden. Das rückwärtige Ende des Außenkabels 221 verläuft durch die linksseitige Fläche des zweiten rechteckförmigen Blocks 209 und durch eine Kabelgarnitur 222 hindurch nach außen, welche über ein Gewinde mit der linksseitigen Fläche in Eingriff steht.
Das Innenkabel 218 und das Außenkabel 221 sind mit einer (hier nicht dargestellten) Gleichstromversorgung verbunden. Eine Auslassleitung 223 zum Ausleiten von Prozesswasser aus der Elektrolyse ist mit der Vorderseite am rechten Ende des zweiten rechteckförmigen Blocks 209 verbunden und leitet das Prozesswasser aus der außen liegenden Bearbeitungskammer 216 zur Außenseite ab.
Aus der Membran 214 für den Austausch von H⁺-Ionen, der innen liegenden Bearbeitungskammer 215, der innen liegenden Elektrode 217, der außen liegenden Bearbeitungskammer 216, der außen liegenden Elektrode 220 und der (hier nicht dargestellten) Gleichstromversorgung ist eine Einheit zur Erzeugung von Ionen für die Elektrolyse aufgebaut.
Eine innen liegende Zuführleitung 224 zur Zuführung von reinem Wasser stützt sich auf der linksseitigen Oberseite des ersten rechteckförmigen Blocks 206 über ein Rohrformstück 225 ab und ist mit dieser verbunden, während sie mit der innen liegenden Bearbeitungskammer 215 in Strömungsverbindung steht. Gemäß der Darstellung in 10 stützt sich eine innen liegende Entlüftungsleitung 226 auf der rechtsseitigen Oberseite des ersten rechteckförmigen Blocks 206 über ein Rohrformstück 227 ab und ist mit dieser verbunden, während sie mit der innen liegenden Bearbeitungskammer 215 in Strömungsverbindung steht. Aus einer (hier nicht dargestellten) Versorgungsquelle für reines Wasser wird die innen lie gende Zuführleitung 224 für reines Wasser mit reinem Wasser versorgt, während in der Mitte der Zuführleitung 224 ein (hier nicht dargestelltes) innen liegendes Steuerventil zum Steuern der Durchflussmenge eingesetzt ist. In die Mitte der innen liegenden Zuführleitung 226 ist ein (hier nicht dargestelltes) Steuerventil zum Steuern der Durchflussmenge eingesetzt. Da die Steuerventile zum Steuern der Durchflussmenge (von denen keines dargestellt ist) somit in der Mitte entlang der innen liegenden Zuführleitung 224 zum Zuführen von reinem Wasser und der innen liegenden Entlüftungsleitung 226 eingesetzt sind, lässt sich der Austrag der Prozesslösung aus der Elektrolyse (Reinigungslösung) zusammen mit dem Gas aus der innen liegenden Entlüftungsleitung 226 dadurch unterdrücken, dass der Druckausgleich in der innen liegenden Bearbeitungskammer 215 gesteuert wird, indem der Öffnungsgrad dieser Ventile geregelt wird. Wenn in der innen liegenden Bearbeitungskammer 215 durch die elektrolytische Behandlung OH^–-Ionen gebildet werden, handelt es sich bei dem zusammen mit der elektrolytischen Prozesslösung aus der innen liegenden Entlüftungsleitung ausgeleiteten Gas vorwiegend um Sauerstoff. Deshalb wird dieses Gas direkt ausgetragen, ohne dass das ausgelassene Gas verarbeitet wird.
An der linksseitigen Oberfläche des zweiten rechteckförmigen Blocks 209 stützt sich über ein Rohrformstück 229 eine außen liegende Zuführleitung 228 zum Zuführen von reinem Wasser ab und ist mit dieser verbunden, während sie mit der außen liegenden Bearbeitungskammer 216 in Strömungsverbindung steht. Eine außen liegende Entlüftungsleitung 230 stützt sich auf der rechtsseitigen Oberfläche des zweiten rechteckförmigen Blocks 209 über ein Rohrformstück 231 ab und ist mit dieser verbunden, während sie mit der außen liegenden Bearbeitungskammer 216 in Strömungsverbindung steht. Eine (hier nicht dargestellte) Versorgungsquelle mit reinem Wasser führt der außen liegenden Zuführleitung 228 für reines Wasser das reine Wasser zu, während in der Mitte der Zuführleitung 228 ein (hier nicht dargestelltes) außen liegendes Steuerventil zum Steuern der Durchflussmenge an reinem Wasser eingesetzt ist. Die außen liegende Entlüftungsleitung 230 ist mit einem (hier nicht dargestellten) Separator zum Trennen von Gas und Flüssigkeit verbunden. Dieser Separator zum Trennen von Gas und Flüssigkeit ist mit einer (hier nicht dargestellten) Prozesssäule verbunden, welche einen Katalysator zur Verarbeitung des gasförmigen Wasserstoffs enthält.
Die innen liegende Entlüftungsleitung 226 ist mit dem Separator zum Trennen von Gas und Flüssigkeit verbunden, wenn aus einem Zustand, in dem der positive und der negative Anschluss der (hier nicht dargestellten) Gleichstromversorgung mit der innen liegenden und außen liegenden Elektrode 217 bzw. 220 verbunden sind (in diesem Zustand werden in der innen liegenden Bearbeitungskammer 215 H⁺-Ionen gebildet und in der außen liegenden Bearbeitungskammer 216 OH^–-Ionen) in einen Zustand umgeschaltet wird, in dem der positive Anschluss und der negative Anschluss jeweils mit der außen liegenden Elektrode 220 bzw. der innen liegenden Elektrode 217 verbunden ist (in diesem Zustand werden in der innen liegenden Bearbeitungskammer 215 OH^–-Ionen gebildet und H⁺-Ionen in der außen liegenden Bearbeitungskammer 216). Andererseits handelt es sich bei dem Gas, das zusammen mit der Prozesslösung aus der Elektrolyse über die außen liegende Entlüftungsleitung 230 ausgetragen wird, vorwiegend um Sauerstoff. Deshalb wird dieses Gas direkt ausgetragen, ohne dass das ausgelassene Gas verarbeitet wird.
Gemäß der Darstellung in 10 und 12 ist in der Nähe der Mitte der Oberfläche des ersten rechteckförmigen Blocks 206 eine rechteckförmige Kappe 233 mit einem Rand 232 auf ihrem Umfang angeordnet. Zwischen der Oberfläche des ersten rechteckförmigen Blocks 206 und der rechteckförmigen Kappe 233 ist eine rechteckige Dichtung 235 mit einem lang gestreckten Loch 234 eingebracht, welches mit der lang gestreckten Düsenöffnung 212 zusammenpasst. Die rechteckige Kappe 233 ist dadurch an dem ersten rechteckförmigen Block 206 befestigt, dass sie ausgehend von der Kante 232 zu dem ersten rechteckförmigen Block 206 hin mit einer Vielzahl von Schrauben 236 in Gewindeeingriff steht. Eine rechteckige Schwingplatte 237 wird von der rechteckigen Kappe 233 umgeben und ist an der Oberfläche der Dichtung 235, welche die Düsendichtung 212 umschließt, mittels einer Vielzahl von Schrauben 238 befestigt. Ein rechteckförmiger Schwingungserzeuger 239 ist auf der Schwingplatte 237 befestigt. Ein Ende eines Hauptanschlusses 241 eines Stromkabels 240 ist mit dem Schwingungserzeuger 239 verbunden. Das andere Ende des Stromkabels 240 verläuft durch die Kappe 233 und eine Kabelgarnitur 242, die an der Kappe 233 angebracht ist, nach außen. Ein Erdungsanschluss 243, der koaxial an dem Stromkabel 240 angebracht ist, ist mit der Schwingplatte 237 verbunden. Die Schwingplatte 237, der Schwingungserzeuger 239 und das Stromkabel 240 bilden zusammen eine Einheit zur Hochfrequenzerzeugung. Das Stromkabel 240 ist auch mit einem (hier nicht dargestellten) Hochfrequenz-Oszillator verbunden.
Nachstehend wird nun ein Verfahren beschrieben, mit welchem die in 8 bis 14 dargestellte Reinigungsvorrichtung ein zu reinigendes Substrat (z. B. ein Halbleiterwafer) reinigt.
4-1) Zunächst wird, wie in 8 dargestellt, der Rand des zu reinigenden Substrats (z. B. eines Halbleiterwafers) 201 von dem (hier nicht dargestellten) Substrathalteteil gehalten.
4-2) Wie in 8, 12 und 13 dargestellt ist, leitet die (hier nicht dargestellte) Versorgungsquelle für die Zuführung von reinem Wasser in die innen liegende Bearbeitungskammer 215 des Hauptkorpus 204 durch die Zuführleitung 224 zur Zuführung von reinem Wasser, die mit dem oberen linken Abschnitt des ersten rechteckförmigen Blocks 206 des rechteckförmigen Hauptkorpus 204 verbunden ist, reines Wasser ein. Wie aus 13 ersichtlich ist, strömt das zugeführte reine Wasser in der innen liegenden Bearbeitungskammer 215 zur rechten Seite des rechteckförmigen Hauptkorpus 204 entlang der lang gestreckten innen liegenden Elektrode 217, die an der Membran 214 für den Ionenaustausch befestigt ist. Das reine Wasser strömt durch die in dem ersten rechteckförmigen Block 206 ausgebildeten Kanäle 213 für die Reinigungslösung in die lang gestreckte Düsenöffnung 212 in der Mitte des ersten rechteckförmigen Blocks 206 aus. Gleichzeitig führt die (hier nicht dargestellte) Versorgungsquelle für die Zuführung von reinem Wasser der außen liegenden Bearbeitungskammer 216 des Hauptkorpus 204 durch die außen liegende Zuführleitung 228 für reines Wasser, die mit dem oberen linken Teil des zweiten rechteckförmigen Blocks 209 des Hauptkorpus 204 verbunden ist, reines Wasser zu. Wie aus 13 ersichtlich ist, strömt das zugeführte reine Wasser in der außen liegenden Bearbeitungskammer 216 zur rechten Seite des rechteckförmigen Hauptkorpus 204 entlang der lang gestreckten außen liegenden Elektrode 220, die an der Membran 214 für den Ionenaustausch befestigt ist. Das reine Wasser strömt aus der Austragleitung 223 zum Abführen des Prozesswassers aus der Elektrolyse nach außen, die mit der rechtsseitigen Vorderseite des zweiten rechteckförmigen Blocks 209 verbunden ist.
4-3) Während das reine Wasser der innen liegenden Bearbeitungskammer 215 und der außen liegenden Bearbeitungskammer 216 zugeleitet wird, ist der positive Anschluss der (hier nicht dargestellten) Gleichstromversorgung mit der innen liegenden Elektrode 217 verbunden, welche an der Oberfläche der Membran 214 für den Austausch von H⁺-Ionen auf der Seite der innen liegenden Bearbeitungskammer 215 über das innen liegende Außenkabel 218 befestigt ist, das sich auf dem Hauptkörper 204 über die Kabelgarnitur 219 abstützt. Andererseits ist der negative Anschluss mit der außen liegenden Elektrode 220 verbunden, die an der Oberfläche der Membran 214 für den Austausch von H⁺-Ionen auf der Seite der außen liegenden Bearbeitungskammer 216 über das außen liegende Außenkabel 221 verbunden ist, das sich über die Kabelgarnitur 222 auf dem Hauptkorpus 204 abstützt. Den auf diese Weise angeschlossenen Elektroden 217 und 220 werden eine vorgegebene Spannung und ein vorbestimmter Strom zugeführt. Infolgedessen kommt es an der positiven Elektrode 217 (innen liegende Elektrode) zu einer Elektrolysereaktion – 2H₂O – 4e^– → O₂ + 4H⁺ – um so in dem reinen Wasser, das in der innen liegenden Bearbeitungskammer 215 strömt, H⁺ in ausreichender Menge zu bilden. Wie aus 13 ersichtlich ist, strömt diese an H⁺ reiche Lösung aus der innen liegenden Bearbeitungskammer 215 durch die in dem ersten rechteckförmigen Block 206 ausgebildeten Kanäle 213 für die Reinigungslösung in die lang gestreckte Düsenöffnung 212 in der Mitte des ersten rechteckförmigen Blocks 206. Diese an H⁺ reiche Lösung wird aus dem lang gestreckten Auslassanschluss 211 im unteren Ende der Düsenöffnung 212 in Form eines Gürtels aufgesprüht.
Gleichzeitig wird in der außen liegenden Bearbeitungskammer 216 eine an OH^– reiche Lösung gebildet. Diese an OH^– reiche Lösung wird aus der Auslassleitung 223 zum Austragen des Prozesswassers aus der Elektrolyse über den vorstehend beschriebenen Strömungsweg nach außen abgeleitet.
Wenn die Bearbeitung des reinen Wassers bei der Elektrolyse in dem rechteckförmigen Hauptkorpus 204 vorgenommen wird, wird gasförmiger Sauerstoff (O₂), der sich zusammen mit H⁺ in der innen liegenden Bearbeitungskammer 215 bildet, freigesetzt. Dieses Sauerstoffgas wird zusammen mit der an H⁺ reichen Lösung aus der innen liegenden Entlüftungsleitung 226 ausgetragen, die sich an dem oberen rechten Bereich des ersten rechteckförmigen Blocks 206 mittels des Rohrformstücks 227 abstützt.
Wenn außerdem in dem rechteckförmigen Hauptkorpus 204 die elektrolytische Bearbeitung des reinen Wassers vorgenommen wird, dann wird gasförmiger Wasserstoff (H₂), der sich zusammen mit OH^– in der außen liegenden Bearbeitungskammer 216 bildet, freigesetzt. Dieses Wasserstoffgas wird zusammen mit der an OH^– reichen Lösung aus der außen liegenden Entlüftungsleitung 230 nach außen ausgetragen, die sich an dem oberen rechten Teil des zweiten rechteckförmigen Blocks 209 über das Rohrformstück 231 abstützt. Da diese so ausgeleitete Lösung Wasserstoff enthält und gefährlich ist, wird die Lösung in den (hier nicht dargestellten) Separator zur Trennung von Gas und Flüssigkeit ausgeleitet. Wasserstoff, der von dem Separator zur Trennung von Gas und Flüssigkeit isoliert wurde, wird über die (hier nicht dargestellte) Prozesssäule entfernt, welche einen Katalysator zur Bearbeitung von Wasserstoffgas enthält und unter sicheren Bedingungen entlüftet wird.
4-4) Nachdem sich die Bildung der an H⁺ reichen Lösung in der innen liegenden Bearbeitungskammer 215 stabilisiert hat, wird die stangenartige Aufsprüheinrichtung 202 zum Aufsprühen einer Reinigungslösung von der (hier nicht dargestellten) Bewegungsmechanik, die mit dem (nicht dargestellten) Handhabungsteil verbunden ist, in eine Position über dem Halbleiterwafer 201 bewegt, wie dies in 8 zu erkennen ist. Gleichzeitig bewegt sich die Aufsprüheinrichtung 202 zum Aufsprühen von Reinigungslösung in einer Richtung (in 8 in die X-Richtung), während die an H⁺ reiche Lösung (Reinigungslösung) in Form eines Gürtels aus dem lang gestreckten Auslassanschluss 211 im unteren Ende der Düsenöffnung 212 der Aufsprüheinrichtung 202 für die Reinigungslösung auf den Halbleiterwafer 201 aufgesprüht wird. Infolgedessen wird auf der gesamten Oberfläche des Halbleiterwafers 201 eine saure Reinigung (äquivalent zu der SC-2-Reinigung) vorgenommen.
Als nächstes wird nachstehend der Reinigungsvorgang beschrieben, der durch Umschalten der Verbindungen zwischen der (hier nicht dargestellten) Gleichstromversorgung und der innen liegenden Elektrode 217 und der außen liegenden Elektrode 220 vorgenommen wird.
5-1) Während der lang gestreckten innen liegenden und außen liegenden Bearbeitungskammer 215 bzw. 216 wie in den vorstehend erläuterten Arbeitsschritten 4-1) und 4-2) reines Wasser zugeführt wird, ist der negative Anschluss der Gleichstromversorgung mit der innen liegenden Elektrode 217 verbunden, die an der Oberfläche der Membran 214 für den Austausch von H⁺-Ionen auf der Seite der innen liegenden Bearbeitungskammer 215 befestigt ist. Andererseits ist der positive Anschluss mit der außen liegenden Elektrode 220 verbunden, die an der Oberfläche der Membran 214 für den Austausch von H⁺-Ionen auf der Seite der außen liegenden Bearbeitungskammer 216 befestigt ist. An die in dieser Weise angeschlossenen Elektroden 217 und 220 werden eine vorgegebene Spannung und ein vorgegebener Strom angelegt. Infolgedessen kommt es auf der negativen Elektrode (innen liegende Elektrode) 217 zu einer Elektrolysereaktion – 2H₂O + 2e^– → H₂ + 2OH^– – und in der innen liegenden Bearbeitungskammer 215 bildet sich OH^– in ausreichender Menge. Wie bereits erläutert, strömt diese an OH^– reiche Lösung aus der innen liegenden Bearbeitungskammer 215 über die in dem ersten rechteckförmigen Block 206 ausgebildeten Kanäle 213 für die Reinigungslösung in die lang gestreckte Düsenöffnung 212 in der Mitte des ersten rechteckförmigen Blocks 206 und wird aus dem lang gestreckten Auslassanschluss 211 am unteren Ende der Düsenöffnung 212 in Form eines Gürtels versprüht.
Dabei ist zu beachten, dass sich in der außen liegenden Bearbeitungskammer 216 eine an H⁺ reiche Lösung bildet und aus der Austragleitung 223 für die Ableitung von Prozesswasser aus der Elektrolyse in der vorstehend erläuterten Weise nach außen geleitet wird. Wenn außerdem die Elektrolysebehandlung mit reinem Wasser in dem rechteckförmigen Hauptkorpus 204 vorgenommen wird, bildet sich zusätzlich in der innen liegenden Bearbeitungskammer 215 gasförmiger Wasser stoff. Dieses Wasserstoffgas strömt durch die innen liegende Entlüftungsleitung 226 und wird unter sicheren Bedingungen über den Separator zur Trennung von Gas und Flüssigkeit und die Prozesssäule (wobei keine dieser beiden Einheiten dargestellt ist) nach außen ausgeleitet. Daneben bildet sich gasförmiger Sauerstoff in der außen liegenden Bearbeitungskammer 216 und wird zusammen mit der an H⁺ reichen Lösung über die außen liegende Entlüftungsleitung 230 ausgeleitet.
5-2) Nach der Stabilisierung der Bildung der an OH^–-Ionen reichen Lösung in der innen liegenden Bearbeitungskammer 215 wird mit Hilfe der (hier nicht dargestellten) Bewegungsmechanik, die mit dem (hier nicht dargestellten) Handhabungsteil verbunden ist, die stangenförmige Aufsprüheinrichtung 202 zum Aufsprühen von Reinigungslösung in eine Position über dem Halbleiterwafer 201 bewegt, wie dies in 8 dargestellt ist. Gleichzeitig wird die Aufsprüheinrichtung 202 für die Reinigungslösung in einer Richtung (in 8 in X-Richtung) bewegt, während die an OH^–-Ionen reiche Lösung (Reinigungslösung) 203 aus dem lang gestreckten Auslassanschluss 211 am unteren Ende der Düsenöffnung 212 der Aufsprüheinrichtung zum Aufsprühen von Reinigungslösung in Form eines Gürtels auf den Halbleiterwafer 201 aufgesprüht. Infolgedessen erfolgt eine alkalische Reinigung (äquivalent zur SC-1-Reinigung) auf der gesamten Oberfläche des Halbleiterwafers 1 vorgenommen. Im Unterschied zur herkömmlichen Reinigung, bei der eine chemische Lösung zum Einsatz kommt, wird bei dieser alkalischen Reinigung reines Wasser eingesetzt. Deshalb ist die auf den Halbleiterwafer 201 ausgeübte Ätzwirkung äußerst schwach. Deshalb ist es möglich, die Bildung von Grübchen bzw. COPs auf dem Halbleiterwafer 201 zu verhindern.
Bei den vorstehend beschriebenen Vorgängen zur sauren Reinigung und zur alkalischen Reinigung wird die Beziehung zwischen der Spannung und dem Strom, die an die innen liegende Elektrode 217 und die außen liegende Elektrode 220 angelegt werden, durch den Abstand zwischen den Elektroden, die Fläche der Elektroden und die Kennwerte und die Stärke der Membran zum Austausch der H⁺-Ionen definiert. Dementsprechend können die Bereiche für diese Zahlenwerte nicht genau angegeben werden. Wenn jedoch die Wirksamkeit der elektrolytischen Reaktion und die Betriebssicherheit berücksichtigt werden, wird es bevor zugt, Bereiche von 10 V bis zu einigen Zehnfachen V und zwischen 0,05 und 0,5 A/cm² einzustellen.
Bei dem erfindungsgemäßen Reinigungsverfahren in der vorstehend erläuterten Form lässt sich eine Reinigungslösung wie zum Beispiel eine an H⁺ reiche Lösung (oder eine an OH^– reiche Lösung), die sich in der lang gestreckten und innen liegenden Bearbeitungskammer 215 der stangenförmigen Aufsprüheinrichtung 202 zum Aufsprühen von Reinigungslösung bildet, ohne zeitliche Verzögerung rasch aus dem lang gestreckten Auslassanschluss 211 der Düsenöffnung 212 auf den Halbleiterwafer 201 aufsprühen. Mit anderen Worten kann die Reinigungslösung, die aktive H⁺-Ionen (oder aktive OH^–-Ionen) enthält, sofort auf den Halbleiterwafer 201 aufgesprüht werden. Infolgedessen lässt sich die saure Reinigung (bzw. die alkalische Reinigung) für den Halbleiterwafer 201 gut vornehmen. Außerdem kann die Reinigungslösung 203 in Form eines Gürtels aus dem lang gestreckten Auslassanschluss 211 in der Düsenöffnung 212 des rechteckförmigen Hauptkorpus 204 versprüht werden. Deshalb kann durch einmaliges Aufsprühen eine größere Fläche des Halbleiterwafers 201 als in dem Fall gereinigt werden, in dem die in den 1 bis 6 dargestellte und zuvor beschriebene zylinderförmige Aufsprüheinrichtung 2 zum Aufsprühen der Reinigungslösung verwendet wird.
Außerdem lässt sich leicht die Wahl zwischen saurer Reinigung oder alkalischer Reinigung treffen, indem die Polaritäten an den lang gestreckten Elektroden 217 und 220 auf der Innenseite und der Außenseite durch die (hier nicht dargestellte) Gleichstromversorgung umgeschaltet werden. Außerdem lässt sich im Vergleich zu einem üblichen Bearbeitungsbad die Verbrauchsmenge an reinem Wasser verringern.
Des Weiteren ist die Membran 214 für den Austausch von H⁺-Ionen gemäß der Darstellung in 13 in dem rechteckförmigen Hauptkorpus 204 entlang der Längserstreckung des Hauptkorpus 204 angeordnet, und die lang gestreckten Elektroden 217 und 220 auf der Innenseite und der Außenseite sind auf den beiden Seiten der Membran 214 für den Austausch von H⁺-Ionen angeordnet. Wenn deshalb in dem rechteckförmigen Hauptkorpus 204 eine Elektrolysereaktion stattfindet, läuft diese Elektrolysereaktion wirksam in der innen liegenden und der außen liegenden Bearbeitungskammer 215 bzw. 216 ab, und es bildet sich in der innen liegenden Bearbeitungskammer 215 eine Lösung, die äußerst reich an H⁺-Ionen ist (oder eine Lösung, die extrem reich an OH^–-Ionen ist). Somit kann die Reinigungsleistung auf dem Halbleiterwafer 201 noch weiter verbessert werden.
Da außerdem die innen und außen liegenden Elektroden 217 und 220 (insbesondere die innen liegende Elektrode 217), die auf den beiden Seiten der Membran 214 für den Austausch von H⁺-Ionen angeordnet (befestigt) sind, aus einer porösen Platte gebildet sind, läuft die Elektrolyse des reinen Wassers leicht ab. Dadurch verbessert sich die Leistung bei der Bildung von H⁺ (bzw. OH^–). Vorzugsweise werden in dieser porösen Platte Poren mit einem Durchmesser von etwa 2 bis 3 mm in einem Porenabstand von 2 bis 3 mm ausgebildet.
Nachstehend wird nun ein Verfahren zur Reinigung beschrieben, bei dem das in den rechteckförmigen Hauptkorpus 204 der stangenförmigen Aufsprüheinrichtung 202 zum Aufsprühen von Reinigungslösung einbezogene Teil zur Erzeugung von Ultraschallwellen betrieben wird.
Im Anschluss an die vorstehend beschriebenen Arbeitsschritte 4-1) bis 4-3) bildet sich in der innen liegenden Bearbeitungskammer 215 des rechteckförmigen Hauptkorpus 204 eine an H⁺ reiche Lösung. Man veranlasst diese Lösung dazu, aus der innen liegenden Bearbeitungskammer 215 durch die in dem ersten rechteckförmigen Block 206 gebildeten Kanäle 213 für die Reinigungslösung in die lang gestreckte Düsenöffnung 212 zu strömen, die in der Mitte des ersten rechteckförmigen Blocks 206 mündet. Wie in 12 dargestellt, führt gleichzeitig der (hier nicht dargestellte) Hochfrequenz-Oszillator durch das Stromkabel 240 und über den Hauptanschluss 241 dem rechteckigen Schwingungserzeuger 239 der sich unmittelbar über der Düsenöffnung 212 befindet, eine Hochfrequenz von beispielsweise 500 kHz bis 3 MHz zu. Infolgedessen schwingt der Schwingungserzeuger 239 und die Schwingungen werden auf die Schwingplatte 237 übertragen, während die sich dabei ergebenden Ultraschallwellen auf die an H⁺ reiche Lösung in der Düsenöffnung 212 übertragen werden. Gemäß der Darstellung in 8 wird die an H⁺ reiche Lösung (Reinigungslösung) 203 unter dem Einfluss der Ultraschallwellen aus dem lang gestreckten Auslassanschluss 211 der Düsenöffnung 212 in Form eines Gürtels auf den Halbleiterwafer 201 aufgesprüht. Somit können alle Partikel auf der Oberfläche des Wafers 201 ebenfalls gut entfernt werden. Es ist auch möglich, zusätzlich zur Entfernung von Teilchen eine neue Wirkung zu erzielen.
Dies bedeutet, dass entsprechend der Darstellung in den 12 und 13 die von der Schwingplatte 237 erzeugten Ultraschallwellen zur Einwirkung auf die an H⁺ reiche Lösung veranlasst werden, die aus der innen liegenden Bearbeitungskammer 215 durch die Kanäle 213 für die Reinigungslösung in die lang gestreckte Düsenöffnung 212 eingeleitet wird. Infolgedessen wird die Lösung radikal gemacht und aktiviert. Dieser aktivierte Zustand der an H⁺ reichen Lösung (Reinigungslösung) wird nahezu unverändert aufrecht erhalten, während die aktivierte, an H⁺ reiche Lösung aus dem lang gestreckten Auslassanschluss 211 in der Düsenöffnung 212 des rechteckförmigen Hauptkorpus 6 in Form eines Gürtels auf die Oberfläche des Halbleiterwafers 201 aufgesprüht wird. Deshalb kann wegen des Zusammenspiels zwischen der an H⁺ reichen Lösung und den in der Lösung enthaltenen Radikalen eine stark saure Reinigungswirkung auf den Halbleiterwafer 201 ausgeübt werden. Infolgedessen lässt sich durch Kombinieren dieser Wirkung mit der vorstehend beschriebenen Entfernung von Teilchen von der Oberfläche des Wafers 201 eine präzise Reinigung durchführen.
Darüber hinaus werden die Verbindungen zwischen der Gleichstromversorgung und der innen liegenden Elektrode 217 und der außen liegenden Elektrode 220 umgeschaltet. Mit anderen Worten bildet sich dann, wenn der negative und der positive Anschluss der Gleichstromversorgung jeweils mit der innen liegenden Elektrode 217 bzw. der außen liegenden Elektrode 220 verbunden ist, eine an OH^– reiche Lösung in der innen liegenden Bearbeitungskammer 215. Diese an OH^– reiche Lösung wird durch die Kanäle 213 für die Reinigungslösung aus der innen liegenden Bearbeitungskammer 215 in die lang gestreckte Düsenöffnung 212 eingeleitet, mit den von der Schwingplatte 237 erzeugten Ultraschallwellen beaufschlagt und aus dem lang gestreckten Auslassanschluss 211 in der Düsenöffnung des rechteckförmigen Hauptkorpus 204 auf die Oberfläche des Halbleiterwafers 201 aufgesprüht. Bei diesem Versprühen kann infolge des Zusammenwirkens zwischen der an OH^– reichen Lösung und den in der Lösung enthaltenen Radikalen eine starke alkalische Reinigungswirkung auf den Halbleiterwafer 201 herbeigeführt werden. Infolgedessen lässt sich durch Kombinieren dieser Wirkung und der vorstehend beschriebenen Entfernung von Teilchen von der Oberfläche des Wafers 201 eine präzise Reinigung vornehmen.
Dabei ist zu beachten, dass die stangenförmige Aufsprüheinrichtung 202 zum Aufsprühen der Reinigungslösung, die gemäß den 8 bis 14 aufgebaut ist, anstelle der in 7 dargestellten zylinderförmigen Aufsprüheinrichtung 2 zum Aufsprühen von Reinigungslösung über dem drehbaren Siliziumwafer 137 angeordnet werden kann.
Nachstehend werden anhand der bereits erläuterten 1 bis 7 bevorzugte Beispiele der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben.
Beispiele 1 und 2
Zunächst wurden die Oberflächen eines 8''-Siliziumwafers, der als Scheibe von einer Einkristall-Siliziumstange abgetrennt wurde, der mit einer Geschwindigkeit von 0,4 mm/Min gezogen worden war und zwei polierte Oberflächen aufwies, absichtlich mit einem Siliziumpulver mit einer Feinheit von etwa 0,18 μm oder mehr verunreinigt; der so behandelte Wafer wurde als Probenstück verwendet.
Wie in 7 zu erkennen ist, wurde der Siliziumwafer 137 in horizontaler Lage auf die Auflageblöcke 20 der vier Stützstangen 118 aufgelegt, die sich von der drehbaren Scheibe 116 der Dreheinrichtung aus erstrecken. Der Motor 102 wurde so angetrieben, dass er die umlaufende Welle 101 in Drehung versetzte und damit einen Umlauf der Antriebs-Zahnriemenscheibe 134 herbeiführte, die an der Antriebswelle 101 angebracht war. Die Drehkraft der Schalt-Zahnriemenscheibe 134 wurde über den Zahnriemen 136 auf die Abtriebs-Zahnriemenscheibe 132 übertragen und dadurch wurde die drehbare Scheibe 116 mit dem Zylinder 115, an dem die Zahnriemenscheibe 132 angebracht war, um die feststehende zylindrische Welle 122 in Drehung versetzt. Infolgedessen drehte sich der Siliziumwafer 137, der auf die Auflageblöcke 120 an den oberen Enden der vier Stützstangen 118 aufgelegt war, welche in die drehbare Scheibe 116 eingesetzt und an dieser befestigt waren, mit einer Geschwindigkeit von 1.500 UpM.
Anschließend wurde nach dem eben beschriebenen Schritt 1-2) in der in 1 bis 6 dargestellten Aufsprüheinrichtung 2 zum Aufsprühen von Reinigungslösung der innen liegenden Bearbeitungskammer 20₁ und der außen liegenden Bearbeitungskammer 20₂ des zylinderförmigen Hauptkorpus 6 reines Wasser zugeführt. Danach wurde im Anschluss an den bereits beschriebenen Arbeitsschritt 2-1) der negative Anschluss der Gleichstromversorgung 36 mit der innen liegenden Elektrode 23 verbunden, die an der Oberfläche der Membran 19 für den Austausch von H⁺-Ionen auf der Seite der innen liegenden Bearbeitungskammer 20₁ befestigt war, während der positive Anschluss mit der außen liegenden Elektrode 29 verbunden wurde, die an der Oberfläche der Membran 19 für den Austausch von H⁺-Ionen auf der Seite der außen liegenden Bearbeitungskammer 20₂ befestigt war. An die so beschalteten Elektroden 23 und 29 wurden die in der (nachstehend aufgeführten) Tabelle 1 ausgewiesenen verschiedenen Spannungen angelegt, wodurch in der innen liegenden Bearbeitungskammer 20₁ eine an OH^– reiche Lösung erzeugt wurde. Diese an OH^– reiche Lösung wurde dann durch die Kanäle 17 für die Reinigungslösung, welche durch die Düse 5 geführt sind, die in Strömungsverbindung mit der Düsenöffnung 10 steht, aus der innen liegenden Bearbeitungskammer 20₁ in die Düsenöffnung 10 geleitet, und aus dem kreisrunden Auslassanschluss 4 am unteren Ende der Düse 5 mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,8 l/Min 30 Sekunden lang auf die Oberfläche des sich drehenden Siliziumwafers 137 gesprüht. Gleichzeitig wurde die Aufsprüheinrichtung 2 zum Aufsprühen von Reinigungslösung innerhalb des Bereichs des Radius des Siliziumwafers 137 mit einer Geschwindigkeit von 1,0 m/Min vorwärts und rückwärts bewegt. Auf diese Weise wurde an dem Siliziumwafer 137 eine alkalische Reinigung vorgenommen.
Beispiele 3 und 4
In die zylinderförmige Aufsprüheinrichtung 2 zum Aufsprühen von Reinigungslösung wurde wie bei Beispiel 1 aus der innen liegenden Bearbeitungskammer 20₁ des zylinderförmigen Hauptkorpus 6 in die Düsenöffnung 10 eine an OH^– reiche Lösung eingeleitet. Gleichzeitig wurde dem scheibenförmigen Schwingungserzeuger 67 unmittelbar über der Düsenöffnung 10 vom Hochfrequenzoszillator 79 eine Hochfrequenz zugeführt, wodurch der Schwingungserzeuger 67 mit unterschiedli chen Frequenzen zum Schwingen angeregt wurde, die in Tabelle 1 ausgewiesen sind, während sich in der an OH^–-Ionen reichen Lösung Radikale bildeten. Die so erhaltene Lösung wurde auf Ultraschallwellen weiterbefördert und 30 Sekunden lang aus dem Auslassanschluss 4 der Düse 5 im unteren Teil des zylinderförmigen Hauptkorpus 6 mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,8 l/Min auf den sich drehenden Halbleiterwafer 137 aufgesprüht. Gleichzeitig wurde innerhalb des Bereichs des Radius des Siliziumwafers 137 die Aufsprüheinrichtung 2 für die Reinigungslösung mit einer Geschwindigkeit von 1,0 m/Min vorwärts und rückwärts bewegt. Auf diese Weise wurde an dem Siliziumwafer 137 eine alkalische Reinigung vorgenommen.
Vergleichsbeispiel 1
Durch Eintauchen eines 8''-Siliziumwafers, der ähnlich dem bei Beispiel 1 verwendeten Wafer war, in ein Reinigungsbad, das eine alkalische Reinigungslösung mit einem Gehalt von 5 Gew.-% NH₄OH und 5 Gew.-% H₂O₂ über eine Dauer von 180 Sekunden wurde eine alkalische Reinigung (SC-1-Reinigung) vorgenommen.
Vergleichsbeispiel 2
In der in 7 dargestellten Reinigungsvorrichtung wurde anstelle der zylinderförmigen Aufsprüheinrichtung 2 zum Aufsprühen der Reinigungslösung eine stangenförmige Sprühdüse verwendet. Der Siliziumwafer 137 wurde nach der gleichen Verfahrensweise wie bei Beispiel 1 gereinigt, mit dem Unterschied, dass hier aus der Sprühdüse reines Wasser mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,8 l/Min auf den sich drehenden Siliziumwafer 137 aufgesprüht wurde.
Vergleichsbeispiel 3
Bei der in 7 dargestellten Reinigungsvorrichtung wurde aus dem Hochfrequenz-Oszillator 79 in den scheibenförmigen Schwingungserzeuger 67 unmittelbar über der Düsenöffnung 10 eine Hochfrequenz übertragen, ohne dass dabei an die innen liegende Elektrode 23 und die außen liegende Elektrode 29 eine Gleichspannung angelegt war, d. h. ohne dass sich in der innen liegenden Bearbeitungskammer 20₁ eine an OH^–-Ionen reiche Lösung bildete, während der Schwingungserzeuger 67 zum Schwingen mit 1,5 MHz angeregt wurde. Auf diese Weise wurde reines Wasser, das in die Düsenöffnung 10 eingeleitet war, auf Ultraschallwellen weiterbefördert und aus dem Auslassanschluss 4 der Düse 5 im unteren Teil des zylinderförmigen Hauptkorpus 6 auf die Oberfläche des sich drehenden Halbleiterwafers 137 mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,8 l/Min 30 Sekunden lang aufgesprüht. Gleichzeitig bewegte sich wie bei Beispiel 1 die Aufsprüheinrichtung 2 zum Aufsprühen der Reinigungslösung innerhalb des Bereichs des Radius des Siliziumwafers 137 mit einer Geschwindigkeit von 1,0 m/Min vor und zurück. Auf diese Weise wurde der Siliziumwafer 137 gereinigt.
Siliziumteilchen mit einer Teilchengröße von 0,18 oder mehr auf den Oberflächen der zehn in den Beispielen 1 bis 4 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 gereinigten Siliziumwafer wurden mit Hilfe eines Teilchenzählers vom Typ LS-6030 (Handelsbezeichnung) gezählt, der von Hitachi Electronics Engineering, Co., Ltd. bezogen werden kann. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 1 zusammengefasst.
Wie aus Tabelle 1 deutlich wird, waren die Reinigungsverfahren gemäß den Beispielen 1 und 2, bei denen mit der zylinderförmigen Aufsprüheinrichtung zum Aufsprühen von Reinigungslösung gearbeitet wurde, um eine an OH^–-Ionen reiche Lösung (Reinigungslösung) auf einen Siliziumwafer aufzusprühen, in der Lage, Teilchen von der Oberfläche des Siliziumwafers besser zu entfernen, als die mit dem Reinigungsverfahren nach dem Vergleichsbeispiel 1 (SC-1) und dem Reinigungsverfahren nach Vergleichsbeispiel 2 möglich war, bei dem mit duschähnlichem Aufsprühen gearbeitet wurde.
Außerdem war es bei den Reinigungsverfahren nach den Beispielen 3 und 4, bei denen eine zylinderförmige Aufsprüheinrichtung zum Aufsprühen von Reinigungslösung zum Einsatz kam, um auf einen Siliziumwafer eine an OH^–-Ionen reiche Lösung dadurch aufzusprühen, dass eine Einwirkung von Ultraschallwellen auf die an OH^–-Ionen reiche Lösung herbeigeführt wurde, möglich, Teilchen von der Oberfläche des Siliziumwafers besser zu entfernen, als dies bei den Reinigungsverfahren nach den Beispielen 1 und 2 möglich war. Außerdem konnten die Reinigungsverfahren nach den Beispielen 3 und 4 eine präzise Reinigung vornehmen, da die Verfahren in der Lage waren, Teilchen in einer Anzahl zu entfernen, die höher war als bei dem Reinigungsverfahren nach Vergleichsbeispiel 3, bei welchem reines Wasser auf einen Siliziumwafer aufgesprüht wurde, indem man Ultraschallwellen auf das reine Wasser einwirken ließ.
Beispiele 5 und 6
Zunächst wurde als Probenstück ein 8''-Siliziumwafer herangezogen, der als Scheibe von Einkristall-Silizium abgeschnitten war, das mit einer Geschwindigkeit von 0,4 mm/Min gezogen worden war, und der zwei polierte Oberflächen aufwies.
Gemäß der Darstellung in 7 wurde der Siliziumwafer 137 in horizontaler Lage auf die Auflageblöcke 120 der vier Stützstangen 118 aufgelegt, die sich von der drehbaren Scheibe 116 der Dreheinrichtung aus erstrecken. Dann wurde der Motor 102 so in Betrieb genommen, dass er die umlaufende Welle 101 in Drehung versetzte und damit die Antriebs-Zahnriemenscheibe 134 umlaufen ließ, die an der Antriebswelle befestigt ist. Die Drehkraft der Zahnriemenscheibe 134 wurde über den Zahnriemen 136 auf die anzutreibende Zahnriemenscheibe 132 übertragen und dadurch drehte sich die drehbare Scheibe 116 mit dem Zylinder 115, an dem die Zahnriemenscheibe 132 angebracht war, um die zylinderförmige feststehende Welle 122. Infolgedessen drehte sich der Siliziumwafer 137, der auf die Auflageblöcke 120 an den oberen Enden der vier Stützstangen 118 aufgelegt war, welche in die drehbare Scheibe 116 eingesetzt und daran befestigt waren, mit einer Geschwindigkeit von 1.500 UpM.
Danach wurde im Anschluss an den vorstehend beschriebenen Arbeitsschritt 1-2) in der in 1 bis 6 dargestellten Aufsprüheinrichtung 2 zum Aufsprühen von Reinigungslösung reines Wasser der innen liegenden Bearbeitungskammer 20₁ und der außen liegenden Bearbeitungskammer 20₂ des zylindrischen Hauptkorpus 6 zugeführt. Danach wurde nach dem bereits erläuterten Arbeitsschritt 1-3) der positive Anschluss der Gleichstromversorgung 36 mit der innen liegenden Elektrode 23 verbunden, die an der Oberfläche der Membran 19 für den Austausch von H⁺-Ionen auf der Seite der innen liegenden Bearbeitungskammer 20₁ befestigt ist, während der negative Anschluss der Gleichstromversorgung 36 mit der außen liegenden Elektrode 29 verbunden wurde, die an der Oberfläche der Membran 19 für den Austausch von H⁺-Ionen auf der Seite der außen liegenden Bearbeitungskammer 20₂ befestigt ist. Dann wurden an die so geschalteten Elektroden 23 und 29 unterschiedliche Spannungen gemäß der (nachstehend wiedergegebenen) Tabelle 2 angelegt, wodurch sich in der innen liegenden Bearbeitungskammer 20₁ eine an H⁺-Ionen reiche Lösung bildete. Diese an H⁺-Ionen reiche Lösung wurde aus der innen liegenden Bearbeitungskammer 20₁ durch die Kanäle 17 für die Reinigungslösung in die Düsenöffnung 10 eingeleitet, die durch die Düse 5 geführt sind, welche in Strömungsverbindung mit der Düsenöffnung 10 steht, und aus dem kreisrunden Auslassanschluss 4 am unteren Ende der Düse 5 mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,8 l/Min 30 Sekunden lang auf die Oberfläche des sich drehenden Siliziumwafers 137 aufgesprüht. Gleichzeitig bewegte sich die Aufsprüheinrichtung 2 zum Aufsprühen von Reinigungslösung innerhalb des Bereichs des Radius des Siliziumwafers 137 mit einer Geschwindigkeit von 1,0 m/Min vor und zurück. Auf diese Weise wurde an dem Siliziumwafer 137 eine saure Reinigung vorgenommen.
Beispiele 7 und 8
In der zylinderförmigen Aufsprüheinrichtung 2 zum Aufsprühen von Reinigungslösung wurde eine an H⁺-Ionen reiche Lösung aus der innen liegenden Bearbeitungskammer 20₁ in dem zylinderförmigen Hauptkorpus 6 wie bei den Beispielen 5 und 6 in die Düsenöffnung 10 eingeleitet. Gleichzeitig wurde aus dem Hochfrequenz-Oszillator 79 an den scheibenförmigen Schwingungserzeuger 67 unmittelbar über der Düsenöffnung 10 eine Hochfrequenz zugeführt, um so den Schwingungserzeuger 67 zum Schwingen mit unterschiedlichen Frequenzen zu veranlassen, die in Tabelle 2 ausgewiesen sind, und um in der an H⁺-Ionen reichen Lösung Radikale zu bilden. Die sich dabei ergebende Lösung wurde auf Ultraschallwellen weiterbefördert und aus dem Auslassanschluss 4 der Düse 5 im unteren Bereich des zylinderförmigen Hauptkorpus 6 mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,8 l/Min 30 Sekunden lang auf den sich drehenden Halbleiterwafer 137 aufgesprüht. Gleichzeitig bewegte sich die Aufsprühreinrichtung 2 zum Aufsprühen von Reinigungslösung innerhalb des Bereichs des Radius des Siliziumwafers 137 mit einer Geschwindigkeit von 1,0 m/Min vor und zurück. Auf diese Weise wurde an dem Siliziumwafer 137 eine saure Reinigung vorgenommen.
Vergleichsbeispiel 4
Durch Eintauchen eines 8''-Siliziumwafers, der ähnlich dem bei Beispiel 5 verwendeten Wafer war, für 180 Sekunden in ein Reinigungsbad, das eine alkalische Reinigungslösung mit einem Gehalt von 5 Gew.-% an HF und von 5 Gew.-% an H₂O₂ enthielt, wurde eine saure Reinigung (SC-2) vorgenommen.
Vergleichsbeispiel 5
Bei der in 7 dargestellten Reinigungsvorrichtung wurde anstelle der zylinderförmigen Aufsprüheinrichtung 2 zum Aufsprühen von Reinigungslösung eine stangenförmige Sprühdüse eingesetzt. Dabei wurde der Siliziumwafer 137 unter Einhaltung der bei den Beispielen 5 und 6 beschriebenen Verfahrensschritte gereinigt, allerdings mit dem Unterschied, dass aus der Sprühdüse reines Wasser mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,8 l/Min auf den sich drehenden Siliziumwafer 137 gesprüht wurde.
Vergleichsbeispiel 6
Bei der in 7 dargestellten Reinigungsvorrichtung wurde aus dem Hochfrequenz-Oszillator 79 an den scheibenförmigen Schwingungserzeuger 67 unmittel über der Düsenöffnung 10 eine Hochfrequenz übertragen, um dadurch den Schwingungserzeuger 67 zum Schwingen bei 1,5 MHz zu veranlassen, ohne dass dabei an die innen liegende Elektrode 23 und die außen liegende Elektrode 29 eine Gleichspannung angelegt war, was bedeutet, dass sich in der innen liegenden Bearbeitungskammer 20₁ keine an H⁺-Ionen reiche Lösung bildete. Auf diese Weise wurde reines Wasser, das in die Düsenöffnung 10 eingeleitet wurde, auf Ultraschallwellen weiterbefördert und aus dem Auslassanschluss 4 der Düse 5 im unteren Abschnitt des zylinderförmigen Hauptkorpus 6 mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,8 l/Min 30 Sekunden lang auf die Oberfläche des sich drehenden Halbleiterwafers 137 aufgesprüht. Gleichzeitig bewegte sich wie bei den Beispielen 5 und 6 die Aufsprüheinrichtung 2 zum Aufsprühen von Reinigungslösung innerhalb des Bereichs des Radius des Siliziumwafers 137 mit einer Geschwindigkeit von 1,0 m/Min vor und zurück.
Es wurde die Oberfläche bei zehn Siliziumwafern, die nach den Beispielen 5 bis 8 und den Vergleichsbeispielen 4 bis 6 gereinigt worden waren, mit verdünnter Fluorwasserstoffsäure gereinigt. Dann wurde die Menge an Al, Cu und Fe in den sich dabei ergebenden Lösungen durch ICP-Massenspektrometrie gemessen und die Durchschnittswerte berechnet. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 2 zusammengefasst.
Wie sich deutlich aus Tabelle 2 ergibt besaßen die Reinigungsverfahren aus den Beispielen 5 und 6, bei denen mit der zylinderförmigen Aufsprüheinrichtung zum Aufsprühen der Reinigungslösung gearbeitet wurde, um eine an H⁺-Ionen reiche Lösung (Reinigungslösung) auf einen Siliziumwafer aufzusprühen, die Fähigkeit, metallische Verunreinigungen von der Oberfläche eines Siliziumwafers in einem Ausmaß zu entfernen, das äquivalent zum Ausmaß bei dem Vergleichsbeispiel 4 (SC-2) oder noch besser war. Außerdem war es mit den Reinigungsverfahren nach den Beispielen 5 und 6 möglich, von der Oberfläche eines Siliziumwafers metallische Verunreinigungen mit besserem Ergebnis als bei dem Reinigungsverfahren nach dem Vergleichsbeispiel 5 zu entfernen, bei dem mit einer Sprühdusche gearbeitet wurde.
Außerdem erwies sich das Reinigungsverfahren nach den Beispielen 7 und 8, bei denen die zylinderförmige Aufsprüheinrichtung 2 zum Aufsprühen einer Reinigungslösung eingesetzt wurde, um eine an H⁺-Ionen reiche Lösung auf einen Siliziumwafer aufzusprühen, während man Ultraschallwellen auf die an H⁺-Ionen reiche Lösung einwirken ließ, als besser als die Reinigungsverfahren nach den Beispielen 5 und 6. Zudem ließ sich mit den Reinigungsverfahren nach den Beispielen 7 und 8 eine präzise Reinigung vornehmen, da die Verfahren in der Lage waren, metallische Verunreinigungen von der Oberfläche in größerer Menge zu entfernen als sich dies mit dem Verfahren nach dem Vergleichsbeispiel 6 bewerkstelligen ließ, bei dem reines Wasser auf einen Siliziumwafer gesprüht wurde und dabei das reine Wasser mit Ultraschallwellen beaufschlagt wurde.
Beispiel 9
Zunächst wurden die Oberflächen eines 8''-Siliziumwafers, der aus Einkristall-Silizium geschnitten war, das mit einer Geschwindigkeit von 0,4 mm/Min gezogen wurde, und der zwei polierte Flächen aufwies, mit einem Siliziumpulver in einer Teilchengröße von 0,18 μm oder mehr schwer verunreinigt; der so erhaltene Wafer wurde dann als Probestück herangezogen.
Gemäß der Darstellung in 7 wurde der Siliziumwafer 137 in horizontaler Position auf die Auflageblöcke 120 der vier Stützstangen 118 aufgelegt, die sich von der drehbaren Scheibe 116 der Dreheinrichtung aus erstrecken. Der Motor 102 wurde so betrieben, dass er die Drehwelle 101 in Drehung versetzte und so die Antriebs-Zahnriemenscheibe 134 umlaufen ließ, die an der Antriebswelle 101 fest angebracht ist. Die Drehkraft der Zahnriemenscheibe 134 wurde dann über den Schaltriemen 136 auf die anzutreibende Zahnriemenscheibe 132 übertragen, und somit wurde die drehbare Scheibe 116 mit dem Zylinder 115, an dem die Zahnriemenscheibe 132 angebracht war, zur Drehung um die zylindrische feststehende Welle 122 veranlasst. Infolgedessen lief der auf die Auflageblöcke 120 an den oberen Enden der Stützstangen 118, die in die drehbare Scheibe 116 eingesetzt und an dieser befestigt sind, aufgelegte Siliziumwafer 137 mit einer Geschwindigkeit von 1.500 UpM um.
Anschließend wurde im Anschluss an den vorstehend erläuterten Arbeitsschritt 1-2) in der zylinderförmigen Aufsprüheinrichtung 2 zum Aufsprühen von Reinigungsflüssigkeit, die in den 1 bis 6 dargestellt ist, der innen liegenden Bearbeitungskammer 20₁ und der außen liegenden Bearbeitungskammer 20₂ in dem zylinderförmigen Hauptkorpus 6 reines Wasser zugeleitet. Danach wurde nach dem bereits beschriebenen Arbeitsschritt 2-1) der negative Anschluss der Gleichstromversorgung 36 mit der innen liegenden Elektrode 23 verbunden, die an der Oberfläche der Membran 19 für den Austausch von H⁺-Ionen auf der Seite der innen liegenden Bearbeitungskammer 20₁ befestigt ist, verbunden, wohingegen der positive Anschluss mit der außen liegenden Elektrode 29 verbunden wurde, die auf der Oberfläche der Membran 19 für den Austausch von H⁺-Ionen auf der Seite der außen liegenden Bearbeitungskammer 20₂ befestigt ist. An die so angeschlossenen Elektroden 23 und 29 wurde eine in der (nachstehend dargestellten) Tabelle 3 angegebene Spannung angelegt, wodurch sich in der innen liegenden Bearbeitungskammer 20₁ eine an OH^–-Ionen reiche Lösung bildete. Diese an OH^–-Ionen reiche Lösung wurde aus der innen liegenden Bearbeitungskammer 20₁ durch die Kanäle 17 für die Reinigungslösung in die Düsenöffnung 10 eingeleitet, welche durch die Düse 5 geführt sind, die mit der Düsenöffnung 10 in Strömungsverbindung steht, und schließlich aus dem kreisrunden Auslassanschluss 4 am Ende der Düse 5 mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,8 l/Min 30 Sekunden lang auf die Oberfläche des sich drehenden Siliziumwafers aufgesprüht. Gleichzeitig bewegte sich die Aufsprüheinrichtung 2 zum Aufsprühen der Reinigungslösung innerhalb des Bereichs des Radius des Siliziumwafers 137 mit einer Geschwindigkeit von 1,0 m/min vor und zurück. Auf diese Weise wurde an dem Siliziumwafer 137 eine alkalische Reinigung vorgenommen.
Im Anschluss daran wurden in der zylinderförmigen Aufsprüheinrichtung 2 für die Reinigungslösung, die in 1 bis 6 dargestellt ist, die Polaritäten im Anschluss zwischen der Gleichstromversorgung und der innen liegenden Elektrode 23 und der außen liegenden Elektrode 29 umgeschaltet, während die Zufuhr von reinem Wasser zur innen liegenden Bearbeitungskammer 20₁ und der außen liegenden Bearbeitungskammer 20₂ aufrecht erhalten wurde. Mit anderen Worden wurde der positive Anschluss der Gleichstromversorgung mit der innen liegenden Elektrode 23 verbunden, die an der Oberfläche der Membran 19 für den Austausch von H⁺-Ionen auf der Seite der innen liegenden Bearbeitungskammer 20₁ befestigt ist, während der negative Anschluss mit der außen liegenden Elektrode 29 verbunden wurde, die auf der Oberfläche der Membran 19 für den Austausch von H⁺-Ionen auf der Seite der außen liegenden Bearbeitungskammer 20₂ befestigt ist. An die so angeschlossenen Elektroden 23 und 29 wurde eine in Tabelle 3 angegebene Spannung angelegt, wodurch sich in der innen liegenden Bearbeitungskammer 20₁ eine an H⁺-Ionen reiche Lösung bildete. Diese an H⁺-Ionen reiche Lösung wurde aus der innen liegenden Bearbeitungskammer 20₁ durch die Kanäle 17 für die Reinigungslösung in die Düsenöffnung 10 eingeleitet, welche durch die Düse 5 geführt sind, die mit der Düsenöffnung 10 in Strömungsverbindung steht, und schließlich aus dem kreisrunden Auslassanschluss 4 am Ende der Düse 5 mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,8 l/Min 30 Sekunden lang auf die Oberfläche des sich drehenden Siliziumwafers aufgesprüht. Gleichzeitig bewegte sich die Aufsprüheinrichtung 2 zum Aufsprühen der Reinigungslösung innerhalb des Bereichs des Radius des Siliziumwafers 137 mit einer Geschwindigkeit von 1,0 m/min vor und zurück. Auf diese Weise wurde an dem Siliziumwafer 137 eine saure Reinigung vorgenommen.
Beispiele 10 und 11
Wie bei Beispiel 9 wurde in der zylinderförmigen Aufsprüheinrichtung 2 zum Aufsprühen von Reinigungslösung eine an OH^–-Ionen reiche Lösung aus der innen liegenden Bearbeitungskammer 20₁ des zylinderförmigen Hauptkorpus 6 in die Düsenöffnung 10 eingeleitet. Gleichzeitig wurde von dem Hochfrequenz-Oszillator 79 an den scheibenförmigen Schwingungserzeuger 67 unmittelbar über der Düsenöffnung 10 eine Hochfrequenz übertragen, wodurch der Schwingungserzeuger 67 zum Schwingen mit unterschiedlichen Frequenzen veranlasst wurde, die in Tabelle 3 ausgewiesen sind, und wodurch sich in der an OH^–-Ionen reichen Lösung Radikale bildeten. Die sich dabei ergebende Lösung wurde auf Ultraschallwellen befördert und aus dem Auslassanschluss 4 der Düse 5 im unteren Teil des zylinderförmigen Hauptkorpus 6 mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,8 l/Min 30 Sekunden lang auf die Oberfläche des sich drehenden Halbleiterwafers 137 aufgesprüht. Gleichzeitig bewegte sich die Aufsprüheinrichtung 2 zum Aufsprühen der Reinigungslösung innerhalb des Bereichs des Radius des Siliziumwafers 137 mit einer Geschwindigkeit von 1,0 m/min vor und zurück. Auf diese Weise wurde an dem Siliziumwafer 137 eine alkalische Reinigung vorgenommen.
Im Anschluss daran wurden in der zylinderförmigen Aufsprüheinrichtung 2 für die Reinigungslösung, die Polaritäten im Anschluss zwischen der Gleichstromversorgung 36 und der innen liegenden Elektrode 23 und der außen liegenden Elektrode 29 umgeschaltet, während die Zufuhr von reinem Wasser zur innen liegenden Bearbeitungskammer 20₁ und der außen liegenden Bearbeitungskammer 20₂ aufrecht erhalten wurde, wobei die bei Beispiel 9 beschriebene Verfahrensweise eingehalten wurde und sich so in der innen liegenden Bearbeitungskammer 20₁ des zylinderförmigen Hauptkorpus 6 eine an H⁺-Ionen reiche Lösung bildete. Diese an H⁺-Ionen reiche Lösung wurde in die Düsenöffnung 10 eingeleitet, und gleichzeitig wurde von dem Hochfrequenz-Oszillator 79 an den scheibenförmigen Schwingungserzeuger 67 unmittelbar über der Düsenöffnung 10 eine Hochfrequenz übertragen, wodurch der Schwingungserzeuger 67 zum Schwingen mit unterschiedlichen Frequenzen veranlasst wurde, die in Tabelle 3 ausgewiesen sind, und wodurch sich in der an H⁺-Ionen reichen Lösung Radikale bildeten. Die sich dabei ergebende Lösung wurde auf Ultraschallwellen befördert und aus dem Auslassanschluss 4 der Düse 5 im unteren Teil des zylinderförmigen Hauptkorpus 6 mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,8 l/Min 30 Sekunden lang auf die Oberfläche des sich drehenden Halbleiterwafers 137 aufgesprüht. Gleichzeitig bewegte sich die Aufsprüheinrichtung 2 zum Aufsprühen der Reinigungslösung innerhalb des Bereichs des Radius des Siliziumwafers 137 mit einer Geschwindigkeit von 1,0 m/min vor und zurück. Auf diese Weise wurde an dem Siliziumwafer 137 eine saure Reinigung vorgenommen.
Siliziumteilchen mit einer Teilchengröße von 0,18 oder mehr wurden auf der Oberfläche von zehn Siliziumwafern, die nach den Beispielen 9 bis 11 gereinigt worden waren, mit einem handelsüblichen Teilchenzähler vom Typ LS-6030 (Handelsbezeichnung) gezählt, der von Hitachi Electronics Engineering, Co., Ltd. bezogen werden kann, und die Durchschnittswerte wurden berechnet. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 3 ausgewiesen.
Außerdem wurde die Oberfläche bei zehn Siliziumwafern, die nach den Beispielen 9 bis 11 gereinigt worden waren, mit verdünnter Fluorwasserstoffsäure behandelt. Dann wurde die Menge an Al, Cu und Fe in den sich dabei ergebenden Lösungen durch ICP-Massenspektrometrie und die Durchschnittswerte berechnet. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 2 zusammengefasst.
Wie aus Tabelle 3 deutlich wird, konnte das Reinigungsverfahren nach Beispiel 9, bei dem eine an OH^– reiche Lösung (Reinigungslösung) und eine an H⁺ reiche Lösung (Reinigungslösung) nacheinander unter Verwendung einer zylinderförmigen Aufsprüheinrichtung zum Aufsprühen von Reinigungslösung auf den Siliziumwafer aufgesprüht wurden, Teilchen von der Oberfläche des Siliziumwafers besser entfernen als dies bei dem Reinigungsverfahren nach Beispiel 2 der Fall war, und es konnte auch metallische Verunreinigungen besser entfernen als dies bei dem Reinigungsverfahren nach Beispiel 6 von der Oberfläche des Siliziumwafers der Fall war.
Außerdem waren die Reinigungsverfahren nach den Beispielen 10 und 11, bei denen eine an OH^– reiche Lösung (Reinigungslösung) und eine an H⁺ reiche Lösung (Reinigungslösung) auf einen Siliziumwafer gesprüht wurden und man dabei diese Lösungen mit Ultraschallwellen beaufschlagte, wobei die zylinderförmige Aufsprüheinrichtung zum Aufsprühen von Reinigungslösung zum Einsatz kam, besser in der Lage, Teilchen von der Oberfläche des Siliziumwafers zu entfernen als dies bei dem Reinigungsverfahren nach Beispiel 9 der Fall war; außerdem waren sie besser in der Lage, metallische Verunreinigungen von der Oberfläche zu entfernen, als dies mit dem Reinigungsverfahren nach Beispiel 9 möglich war. Deshalb konnte man mit den Reinigungsverfahren nach den Beispielen 10 und 11 eine präzise Reinigung vornehmen.
Dabei ist bei den Beispielen 1 bis 11 zu beachten, dass die Reinigung in ähnlicher Weise unter Einsatz der stangenförmigen Aufsprüheinrichtung 202 zum Aufsprühen von Reinigungsflüssigkeit durchgeführt wurde, wie sie in den 8 bis 14 dargestellt ist, anstelle der zylinderförmigen Aufsprüheinrichtung 2 zum Aufsprühen von Reinigungslösung, die in 1 bis 6 dargestellt ist. Infolgedessen ließen sich Teilchen und metallische Verunreinigungen auf der Oberfläche besser entfernen, da die stangenförmige Aufsprüheinrichtung 202 zum Aufsprühen von Reinigungslösung in der Lage war, eine Reinigungslösung über einen größeren Bereich der Oberfläche eines Siliziumwafers aufzusprühen als in dem Fall, in dem die zylinderförmige Aufsprüheinrichtung 2 zum Aufsprühen von Reinigungslösung eingesetzt wurde. Andererseits wurde bei der Reinigung unter Verwendung der stangenförmigen Aufsprüheinrichtung 202 zum Aufsprühen von Reinigungslösung die Entfernung von Teilchen und von metallischen Verunreinigungen auf der Oberfläche erreicht, die äquivalent zu der Reinigungswirkung ist, die sich bei der Reinigung mittels der zylinderförmigen Aufsprüheinrichtung 2 zum Aufsprühen von Reinigungslösung erzielen ließ, sogar wenn die Sprühdauer bei der Reinigungsvorrichtung gegenüber der Dauer verkürzt wurde, mit der bei der Reinigung unter Einsatz der zylinderförmigen Aufsprüheinrichtung 2 zum Aufsprühen von Reinigungslösung gearbeitet wurde.
Als zu reinigende Substrate wurden bei den vorstehend beschriebenen Beispielen 1 bis 11 Halbleiterwafer verwendet. Die vorliegende Erfindung lässt sich jedoch gleichermaßen auch bei Substraten aus flüssigem Kristallglas und bei Magnetplatten einsetzen.
Die vorliegende Erfindung kann, wie vorstehend beschrieben, eine Reinigungsvorrichtung schaffen, bei welcher eine Aufsprüheinrichtung zum Aufsprühen von Reinigungslösung selbst die Funktion übernimmt, mit OH^– ionisiertes Wasser und mit H⁺ ionisiertes Wasser zu bilden, und außerdem mit OH^– ionisiertes Wasser sowie mit H⁺ ionisiertes Wasser unmittelbar nach dessen Bildung auf einen zu reinigenden Gegenstand zu sprühen, wobei gezielt entweder mit OH^– ionisiertes Wasser oder mit H⁺ ionisiertes Wasser als Reinigungslösung gewählt werden kann, und wobei das Verfahren bei den Reinigungsschritten in der Herstellung von Halbleiterbauelementen, Flüssigkristallanzeige-Elementen und Magnetplatten wirksam einsetzbar ist.
Die vorliegende Erfindung kann außerdem eine Reinigungsvorrichtung schaffen, bei welcher eine Aufsprüheinrichtung zum Aufsprühen einer Reinigungslösung die Funktion übernimmt, mit OH^– ionisiertes Wasser und mit H⁺ ionisiertes Wasser zu bilden, und außerdem mit OH^– ionisiertes Wasser sowie mit H⁺ ionisiertes Wasser unmittelbar nach dessen Bildung als Reinigungslösung auf einen zu reinigenden Gegenstand unter hohem Druck zu versprühen, indem das Wasser jeweils mit Ultraschallwellen beaufschlagt wird, und wobei gezielt entweder mit OH^– ionisiertes Wasser oder mit H⁺ ionisiertes Wasser als Reinigungslösung gewählt werden kann, und wobei das Verfahren bei den Reinigungsschritten in der Herstellung von Halbleiterbauelementen, Flüssigkristallanzeige-Elementen und Magnetplatten wirksam einsetzbar ist.
Des Weiteren kann die vorliegende Erfindung ein Reinigungsverfahren schaffen, das in der Lage ist, ein zu reinigendes Substrat unter Verwendung der vorgenannten Reinigungsgeräte präzise zu reinigen, ohne dass sich dadurch die Anzahl der Arbeitsgänge erhöht.
Daneben kann mit der vorliegenden Erfindung eine Reinigungsvorrichtung geschaffen werden, die sowohl die Oberseite als auch die Unterseite eines drehbaren zu reinigenden Substrats gleichzeitig präzise reinigen kann, indem einer Aufsprüheinrichtung zum Aufsprühen einer Reinigungslösung die Funktion zugewiesen wird, über dem Substrat mit OH– ionisiertes Wasser und mit H+ ionisiertes Wasser zu bilden, und indem eine weitere Aufsprüheinrichtung zum Aufsprühen einer Reinigungslösung angeordnet wird, welche den gleichen oder einen anderen Aufbau hat und unter dem Substrat angeordnet ist, wobei die Vorrichtung wirksam bei den Reinigungsschritten während der Fertigung von Halbleiter-Bauelementen, Flüssigkristallanzeige-Elementen und Magnetplatten einsetzbar ist.

Claims

Reinigungsvorrichtung, welche folgendes aufweist: eine Substrathaltevorrichtung zum Halten eines zu reinigenden Substrats (1); eine Aufsprüheinrichtung (2) zum Aufsprühen einer Reinigungslösung, welche einen zylinderförmigen Hauptkorpus (6) mit einer Düse (5) aufweist, in deren einem Ende eine kreisförmige Auslassöffnung (4) für eine Reinigungslösung offen ausgebildet ist, um aus der Düse (5) eine Reinigungslösung auf das Substrat (1) aufzusprühen; und ein Bauelement (19, 23, 29) zur elektrolytischen Ionenerzeugung, welches reines Wasser in der Reinigungslösung radikalisch aktiviert oder ionisiert und welches eine Membran (19) für den Austausch von H⁺-Ionen umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran in der Weise angeordnet ist, dass sie den zylindrischen Hauptkorpus (6) der Aufsprüheinrichtung (2) zum Aufsprühen der Reinigungslösung in einen äußeren Bereich (15) und einen Mittelbereich (15) unterteilt, und dass Elektrodenplatten (23, 29), zu beiden Seiten der Membran (19) für den Austausch von H⁺-Ionen angeordnet sind die unterschiedliche Polarität aufweisen und dass eine Gleichstromversorgung (6) mit den Elektrodenplatten (23, 29) verbunden ist.
Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Aufsprüheinrichtung (2) zum Aufsprühen der Reinigungslösung des Weiteren ein Bauelement (67) zur Erzeugung von Ultraschallwellen aufweist, welches in dem zylindrischen Hauptkorpus der Aufsprüheinrichtung angeordnet ist.
Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher das Bauelement (67) zur Erzeugung von Ultraschallwellen in dem zylindrischen Hauptkorpus (6) der Aufsprüheinrichtung (2) zum Aufsprühen der Reinigungslösung in der Weise angeordnet ist, dass es von einem Anlagenbereich des Bauelements (19, 23, 29) zur elektrolytischen Ionenerzeugung mittels einer Trennwand (9) getrennt ist.
Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher positive und negative Anschlüsse der Gleichstromversorgung (36) austauschbar mit den Elektrodenplatten (23, 29) mit unterschiedlicher Polarität verbunden sind.
Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Aufsprüheinrichtung (2) zum Aufsprühen der Reinigungslösung folgendes aufweist: a) den zylindrischen Hauptkorpus (6) mit der Düse (5), welche in die kreisförmige Auslassöffnung (4) für die Reinigungslösung mündet; b) eine Trennwand (9), welche konzentrisch so angeordnet ist, dass sie den Innenraum des Hauptkorpus (6) in einen ersten Raum (15) in einem äußeren Bereich und einen zweiten Raum (16) in einem Mittelbereich des Innenraums unterteilt, wobei der zweite Raum (16) mit der Düse (5) in Strömungsverbindung steht; c) eine Vielzahl von Kanälen (17) für die Reinigungslösung, welche in einem Abschnitt der Trennwand (9) nahe der Düse (5) ausgebildet sind und mit dem ersten und dem zweiten Raum (15, 16) in Strömungsverbindung stehen; d) ein Bauelement (19, 23, 29) zur elektrolytischen Ionenerzeugung, welches konzentrisch in dem ersten Raum (15) angeordnet ist und eine Membran (19) für den H⁺-Ionenaustausch aufweist, um den ersten Raum (15) in eine außen liegende Bearbeitungskammer (20₂ ) und eine innen liegenden Bearbeitungskammer (20₁ ) zu unterteilen, wobei Elektrodenplatten (23, 29) zu beiden Seiten der Membran (19) für den H⁺-Ionenaustausch angeordnet sind und unterschiedliche Polaritäten aufweisen, und wobei ferner eine Gleichstromversorgung (36) mit den Elektrodenplatten (23, 29) verbunden ist, und wobei das Bauelement zur elektrolytischen Ionenerzeugung so ausgebildet ist, dass es eine radikalische Aktivierung oder Ionisierung von reinem Wasser herbeiführt, und e) ein Bauelement zur Erzeugung von Ultraschallwellen, das in dem zweiten Raum (16) angeordnet ist, wobei eine radikalisch aktivierte oder ionisierte Reinigungslösung, die in der innen liegenden Bearbeitungskammer (20₁ ) der Membran (19) für den H⁺-Ionenaustausch hergestellt wird, durch die Kanäle (17) für die Reinigungslösung in der Trennwand (9) in den zweiten Raum (16) eingeleitet und mit Hilfe von Ultraschallwellen aus dem Bauelement zur Ultraschallwellenerzeugung aus der Düse (5) auf das Substrat aufgesprüht wird.
Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 5, bei welcher positive und negative Anschlüsse der Gleichstromversorgung austauschbar mit den Elektrodenplatten (23, 29) mit unterschiedlicher Polarität verbunden sind.
Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, bei welcher die Aufsprüheinrichtung (2) für die Reinigungslösung des Weiteren eine Zuführeinrichtung (52) für reines Wasser aufweist, die mit der außen liegenden Bearbeitungskammer (20₂ ) und der innen liegenden Bearbeitungskammer (20₁ ) verbunden ist, sowie eine Abgabeeinrichtung (37) zum Abgeben einer Lösung zur elektrolytischen Bearbeitung, die mit dem Hauptkorpus (6) in der Weise verbunden ist, dass sie mit der außen liegenden Bearbeitungskammer (20₂ ) in Strömungsverbindung steht.
Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 5, 6 oder 7, bei welcher die Reinigungs-Aufsprüheinrichtung (2) eine Entlüftungseinrichtung (48, 61) aufweist, die mit der außen liegenden und der innen liegenden Bearbeitungskammer (20₂ , 20₁ ) verbunden ist.
Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welcher die Reinigungsvorrichtung eine erste Aufsprüheinrichtung (2) zum Aufsprühen der Reinigungslösung sowie folgendes aufweist: eine Dreheinrichtung (116) zum Drehen eines zu reinigenden Substrats (137) in einer horizontalen Ebene; und eine zweite Aufsprüheinrichtung (127) zum Aufsprühen der Reinigungslösung, wobei die erste Aufsprüheinrichtung (2) zum Aufsprühen von Reinigungslösung, die über der Dreheinrichtung angeordnet ist, dazu dient, auf eine oben liegende Oberfläche des Substrats (137), das von der Dreheinrichtung (116) abgestützt wird, eine Reinigungslösung aufzusprühen; und wobei die zweite Aufsprüheinrichtung (127) zum Aufsprühen von Reinigungslösung, die unter der Dreheinrichtung (116) angeordnet ist, dazu dient, auf die unten liegende Oberfläche des Substrats (137) eine Reinigungslösung aufzusprühen.
Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 9, bei welcher die Dreheinrchtung einen Aufbau aufweist, bei dem eine zylinderförmige feststehende Welle (122) vorgesehen ist, die auch als Zuführbauelement zum Zuführen von Reinigungslösung zu der zweiten Aufsprüheinrichtung (127) zum Aufsprühen von Reinigungslösung dient, ein drehbares Stützelement, das drehbar so in Eingriff mit der feststehenden Welle (122) steht, dass es das Substrat (137) horizontal abstützt, und eine Antriebseinrichtung (132, 134) zum Drehen des drehbaren Stützelements.
Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 10, bei welcher die Antriebseinrichtung eine anzutreibende Zahnriemenscheibe (132), die an dem drehbaren Stützelement angebracht ist, eine Antriebs-Zahnriemenscheibe (134), einen Zahnriemen (136), der in geschlossener Schlaufe zwischen den Riemenscheiben (132, 134) geführt ist, und einen Motor (102) für den Drehantrieb der Antriebs-Zahnriemenscheibe (134) aufweist.
Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 9, 10 oder 11, bei welcher die zweite Aufsprüheinrichtung zum Aufsprühen von Reinigungslösung eine Sprühdüse (127) aufweist, die integral mit einer zylindrischen fest angebrachten Welle (122) ausgebildet ist, welche ebenfalls als Zuführeinheit für die Reinigungslösung dient, wobei die Sprühdüse (127) einen Düsenkorpus aufweist, der horizontal angeordnet ist, sowie einen Kanal (125) für die Reinigungslösung, der in Strömungsverbindung mit einem hohlen Abschnitt der fest angebrachten Welle (122) steht, und eine Vielzahl von Sprühöffnungen (126) zum Aufsprühen der Reinigungslösung in einem oberen Abschnitt des Düsenkorpus, welche mit dem Kanal (125) in Strömungsverbindung stehen.
Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, bei welcher die positiven und negativen Anschlüsse der Gleichstromversorgung (36) austauschbar mit den Elektrodenplatten (23, 29) mit unterschiedlicher Polarität verbunden sind.
Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 9, bei welcher die erste Aufsprüheinrichtung (2) zum Aufsprühen von Reinigungslösung von einem sich drehenden Mittelpunkt des Substrats (137) aus in radialer Richtung vorwärts und rückwärts bewegbar ist.
Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Aufsprüheinrichtung (202) zum Aufsprühen von Reinigungslösung folgendes aufweist: a) einen rechteckförmigen Hauptkorpus (204), welcher eine Düsenöffnung (212) besitzt, die in eine lang gestreckte Auslassöffnung (211) für eine Reinigungslösung sowie in eine lang gestreckte Bearbeitungskammer mündet, die in Strömungsverbindung mit der Düsenöffnung (212) steht; b) ein Bauelement zur elektrolytischen Ionenerzeugung, welches eine lang gestreckte Membran (214) für den H⁺-Ionenaustausch aufweist um die Bearbeitungskammer in dem Hauptkorpus (204) in eine innen liegende und eine außen liegende Bearbeitungskammer (215, 216) zu unterteilen, welche entlang einer Längsrichtung mit der Düsenöffnung (212) in Strömungsverbindung stehen, ferner lang gestreckte Elektrodenplatten (217, 220), die zu beiden Seiten der Membran (214) für den H⁺-Ionenaustausch angeordnet sind und unterschiedliche Polarität besitzen sowie eine Gleichstromversorgung, die mit den Elektrodenplatten (217, 220) verbunden ist, wobei das Bauelement zur elektrolytischen Ionenerzeugung radikalisch aktiviertes bzw. ionisiertes reines Wasser erzeugt, und c) ein Bauelement (239) zur Erzeugung von Ultraschallwellen, das auf einer oben liegenden Oberfläche des Hauptkorpus (204) in der Weise angeordnet ist, dass es die Fortpflanzung von Ultraschallwellen zu einer Reinigungslösung in der Düsenöffnung (212) herbeiführt, und bei welcher eine radikalisch aktivierte oder ionisierte Reinigungslösung, die in der innen liegenden Bearbeitungskammer (215) der Membran (214) für den H⁺-Ionenaustausch hergestellt wird, in die Düsenöffnung (212) eingeleitet und in Form eines Gürtels aus der lang gestreckten Auslassöffnung (211) der Düsenöffnung (212) infolge der von dem Bauelement zur Erzeugung von Ultraschallwellen kommenden Ultraschallwellen aufgesprüht wird.
Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 15, bei weicher die positiven und negativen Anschlüsse der Gleichstromversorgung austauschbar mit den Elektrodenplatten (217, 220) mit unterschiedlicher Polarität verbunden sind.
Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, bei welcher die Aufsprüheinrichtung (202) zum Aufsprühen von Reinigungslösung des Weiteren eine Zuführeinrichtung zum Zuführen von reinem Wasser aufweist, welche mit der innen liegenden und der außen liegenden Bearbeitungskammer (215, 216) verbunden ist, die durch die Membran (214) für den H⁺-Ionenaustausch in dem rechteckförmigen Hauptkorpus (204) unterteilt sind, sowie eine Abgabeeinrichtung zum Abgeben der elektrolytischen Bearbeitungslösung, welche mit der außen liegenden Bearbeitungskammer (216) des Hauptkorpus (204) verbunden ist.
Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 15, 16 oder 17, bei welcher die Aufsprüheinrichtung (202) zum Aufsprühen von Reinigungslösung des Weiteren eine Entlüftungseinrichtung aufweist, die mit der innen liegenden und der außen liegenden Bearbeitungskammer (215, 216) verbunden ist, welche durch die Membran (214) für den H⁺-Ionenaustausch in dem rechteckförmigen Hauptkorpus (204) unterteilt sind.
Reinigungsverfahren zum Reinigen eines Substrats mit Hilfe einer Reinigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der außen liegenden und der in der Mitte liegenden Bearbeitungskammer (20₂ , 20₁ ) reines Wasser zugeführt wird, während an die Elektrodenplatten mit unterschiedlicher Polarität eine Gleichspannung angelegt wird, und eine Reinigungslösung, die durch radikalisches Aktivieren oder Ionisieren des reinen Wassers in der in der Mitte liegenden Bearbeitungskammer (20₁ ) hergestellt wird, auf das Substrat aufgesprüht wird, wodurch das Substrat gereinigt wird.
Reinigungsverfahren zum Reinigen eines Substrats nach Anspruch 19, bei welchem die Aufsprüheinrichtung (2) zum Aufsprühen von Reinigungslösung ein Bauelement (67) zum Erzeugen von Ultraschallwellen sowie ein Bauelement (19, 23, 29) zur elektrolytischen Ionenerzeugung mit einer Membran für den H⁺-Ionenaustausch aufweist, welche eine außen liegende Bearbeitungskammer (20₂ ) und eine in der Mitte liegende Bearbeitungskammer (20₁ ) unterteilt, und bei welchem Elektrodenplatten (23, 29) zu beiden Seiten der Membran für den H⁺-Ionenaustausch angeordnet sind und unterschiedliche Polarität besitzen, bei welchem der außen und der in der Mitte liegenden Bearbeitungskammer (20₂ , 20₁ ) jeweils reines Wasser zugeführt wird, während an die Elektrodenplatten mit unterschiedlicher Polarität eine Gleichspannung angelegt wird, wobei sich gleichzeitig Ultraschallwellen von dem Bauelement (67) zur Erzeugung von Ultraschallwellen zu dem durch die in der Mitte liegende Kammer strömenden reinen Wasser fortpflanzen, und eine Reinigungslösung, die durch radikalisches Aktivieren bzw. Ionisieren des reinen Wassers hergestellt wird, auf den Ultraschallwellen getragen und auf das Substrat aufgesprüht wird, wodurch das Substrat gereinigt wird.
Verfahren nach Anspruch 20, bei welchem die Polaritäten der an die Elektrodenplatten (23, 29) anzulegenden Gleichstromversorgung umgeschaltet werden, wenn die Reinigungslösung auf das Substrat aufgesprüht wird.