DE69324069T2

DE69324069T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Nasschemische Behandlung von Halbleiterscheiben und andere gegenstände

Info

Publication number: DE69324069T2
Application number: DE69324069T
Authority: DE
Inventors: Gerald A. Santa Barbara California 93111 Garwood
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1992-06-17
Filing date: 1993-06-14
Publication date: 1999-07-15
Anticipated expiration: 2013-06-15
Also published as: EP0575125B1; JPH06208983A; KR970000422B1; US5275690A; DE69324069D1; MY131377A; JP2609414B2; KR940006207A; EP0575125A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine naßchemische Oberflächenbehandlung von Materialobjekten, wie Halbleiter-Wafer, und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ausführung einer solchen Oberflächenbehandlung, die ein sehr geringes Volumen/Menge an Chemikalien verwendet und die Umwelt nicht verschmutzt.

Beschreibung des Standes der Technik

Halbleitersubstrat-Wafer müssen durch Reinigen, Ätzen und andere naßchemische Behandlungen vorbereitet werden, bevor mikroelektronische Einrichtungen in der Oberfläche des Wafers hergestellt werden können. Die Aufgabe der Oberflächenvorbereitung von Wafern ist in einem Artikel mit dem Titel "Wafer Cleaning: Can Dry Systems Compete", von R. Iscoff, in Semiconductor International, Nov. 1991, Seiten 50-54 dargestellt.
Herkömmliche naßchemische Behandlungen zum Reinigen und Ätzen von Wafern sind im allgemeinen grob, verwenden unverhältnismäßige Volumina an Chemikalien, führen zu Umweltverschmutzungsproblemen und Beseitigungsproblemen toxischer Abfälle, verlangen aufwendige und teure Trägersysteme und verbrauchen beträchtliche Mengen an elektrischer Energie. Diese Behandlungen umfassen Hilfsmittel wie Spritzflaschenspülen (squirtbottle rinsing), Becherglastauchen (beaker immersion), Spritzen und Spülen unter einem laufenden Hahn, und diesen Behandlungen fehlt es an der Präzision, Reinheit und der Parameter- Steuerung, die für eine reproduzierbare Herstellung von Halb leiter-Waferoberflächen mit der geforderten Reinheit, Zusammensetzung und Kristallstruktur kritisch sind.
Die verwendeten Chemikalien, insbesondere Säuren, sind hoch toxisch und Absaughauben, motorbetriebene Luftreinigungsventilatoren und andere teure und aufwendige Gerätschaften müssen vorgesehen werden, um Dämpfe aus der Arbeitsumgebung zu entfernen. Zusätzlich müssen Säure- und Basen- Behandlungseinrichtungen zur Reduzierung der Toxizität der verwendeten Chemikalien vor deren Entsorgung vorgesehen werden.
WO 91/12629 beschreibt eine Vorrichtung zum Transport und zur Behandlung von Halbleiter-Wafern. Die Vorrichtung umfaßt eine Reinigungskammer für den Wafer, die zwischen zwei Kammerblöcken definiert ist, einen Ausgangsdurchfluß für ein Waferreinigungsmedium in der Kammer, einen Pulsator in einer Wand der Kammer, um die Kammerwand während der Reinigung zu oszillieren, und Mittel zur Ausbildung eines geschlossenen Kreises für den Durchfluß des Reinigungsmediums über die Wafer während der Reinigung.
WO 87/04853 beschreibt eine Installation für den schwimmenden Transport und Behandlung von Halbleiter-Wafern. Die Installation umfaßt Waferbehandlungsstationen, an denen während eines Reinigungsschritts ein Reinigungsmittel in einen Behandlungsspalt über einem schwimmenden Wafer eingespritzt wird und über die Waferoberfläche zu einem zylindrischen Abflußdurchgang um die Waferkante fließt.
Die vorliegende Erfindung sieht eine Vorrichtung für die chemische Behandlung einer Oberfläche eines Objekts vor, wie in Anspruch 1 definiert.
Die vorliegende Erfindung sieht ferner ein Verfahren zur Behandlung einer Oberfläche eines Objekts mit einer Chemikalie vor, wie in Anspruch 8 definiert.
Eine Vielzahl von Chemikalien, die Lösungsmittel, Ätzmittel etc. enthalten, sind in individuellen unter Druck stehenden Behältern der Ausgabe-Untereinheiten vorgesehen. Ein Ventil verbindet einen ausgewählten Behälter mit dem Einlaß für eine Zeitdauer, die der jeweiligen Chemikalie ausreicht, den Raum zu füllen, und verbindet ebenfalls den Ausgang mit einem individuellen Behältnis für die Chemikalie in einer der Abwasserauffang-Untereinheiten. Das Ventil trennt dann den Behälter und das Behältnis von dem Eingang und dem Ausgang und fängt die Chemikalie in dem Raum für eine Zeitdauer, die der Chemikalie ausreicht, mit der Waferoberfläche zu reagieren.
Dieser Vorgang wird wiederholt, so daß die Waferoberfläche einer Anzahl von frischen Volumina der Chemikalie in einer pulsierenden Weise ausgesetzt wird, die ausreicht, um eine gewünschte Behandlung auszuführen, und benutzte Volumina der Chemikalie werden aus dem Raum in das Behältnis entlassen und von diesem aufgefangen. Zusätzliche Behälter und Behältnisse sind vorgesehen, um es einem nicht reaktives Gas, Reinigungsmittel, etc. zu ermöglichen, den Raum zu durchlaufen, um die Oberfläche zu trocknen und keimfrei zu machen und die Durchflußstrecken von benutzten Chemikalien vor der Behandlung mit einer anderen Chemikalie freizumachen.
Das vorliegende Verfahren und die Vorrichtung erreichen die folgenden Ziele:
(1) Eine Minimierung des Volumens von Lösungsmittel, Ätzmittel, deionisiertem (entsalztem) Wasser, etc., die zur Ausführung von naßchemischen Oberflächenbehandlungen erforderlich sind. Das Volumen an Chemikalien, die zur praktischen Umsetzung der vorliegenden Behandlung erforderlich sind, kann weniger als ein Hundertstel von dem Volumen sein, das für herkömmliche Behandlungen notwendig ist.
(2) Aufnahme aller Chemikalien-Abwässer, die durch die Behandlung erzeugt werden, so daß dadurch eine Umweltverschmutzung verhindert wird.
(3) Erhöhte Reproduzierbarkeit der Parameter der naßchemischen Behandlung.
(4) Erzielung eines hohen Grades der Steuerung der chemischen Oberflächeneigenschaften der gereinigten und geätzten Halbleitersubstrat-Waferoberflächen.
Die vorliegende Erfindung liefert auch Vorteile bezüglich der Sicherheit und der Energieerhaltung. Die Sicherheit für die Arbeiter wird verstärkt durch die reduzierte Freisetzung, da gefährliche Materialien in einem geschlossenen Kreis eingeschlossen sind. Emissionen in die Atmosphäre werden beseitigt, so daß eine Gesundheitsgefährdung der Öffentlichkeit verhindert wird und die Notwendigkeit für Abzugshauben und Luftreiniger in dem Behandlungsgebiet ausgeschlossen wird. Einsparungen hinsichtlich der Energie treten durch die Beseitigung der elektri schen Leistung ein, die zum Antrieb großer Luftreinigungsventilatoren und Pumpen benötigt wird. Zusätzlich sind Säure- und Basen-Behandlungssysteme unnötig, und die vorliegende Vorrichtung kann in freistehenden Einrichtungen installiert sein, wo diese Behandlungssysteme nicht existieren.
Diese und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der vorliegenden detaillierten Beschreibung in Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile bezeichnen, für den Durchschnittsfachmann klar.

BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das eine Vorrichtung zur naßchemischen Oberflächenbehandlung zeigt, die die vorliegende Erfindung verkörpert;
Fig. 2 ist eine vereinfachte Schnittdarstellung, die eine Behandlungs- oder Bearbeitungszelle der Vorrichtung darstellt;
Fig. 3 ist ähnlich der Fig. 2, aber zeigt eine modifizierte Behandlungszelle;
Fig. 4 ist ein vereinfachtes Diagramm, das eine Anordnung zur sanitären Handhabung von Objekten zur Behandlung durch die Vorrichtung zeigt;
Fig. 5a bis 5d sind vereinfachte Schnittdiagramme, die eine Ventilanordnung der Vorrichtung darstellen; und
Fig. 6a und 6b sind Draufsichten, die die oberen und unteren Teile des in den Fig. 5a bis 5d gezeigten Ventils darstellen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Wie in Fig. 1 dargestellt, ist eine naßchemische Oberflächenbehandlungsvorrichtung, die die vorliegende Erfindung verkörpert, allgemein mit 10 bezeichnet, und sie umfaßt eine naßchemische Reagenz oder Lösungsmittelausgabe und eine Abwasserauffangeinheit 12, eine Behandlungs- oder Verarbeitungszelleneinheit 14 und eine Ätzmittelabgabe und Auffangeinheit 16. Die Vorrichtung 10 wurde von dem Erfinder "S.P.E.C.I.A.L." System genannt, was eine Abkürzung für "Surface Proximity Environmentable Chemically Integrated Airless Loop" ist.
Die Einheit 12 umfaßt eine Vielzahl von Untereinheiten, die Behälter umfassen, die flüssige Chemikalien einschließlich Lösungsmitteln, Reinigungsmitteln, voll entsalztes Wasser, etc. zur chemischen Behandlung der Oberfläche eines Halbleitersubstrat-Wafers oder eines anderen Objekts enthalten. Insbesondere ist die Einheit 12 veranschaulicht mit einem Behälter 18 für Toluol, einem Behälter 20 für Aceton, einem Behälter 22 für Methanol und einem Behälter 24 für Isopropanol. Die Einheit 12 umfaßt ferner ein Lösungsmittel-Abwasserbehältnis 26 zur Aufnahme benutzter Lösungsmittel aus den Behältern 18, 20, 22 und 24.
Die Einheit 16 hat in ähnlicher Weise Untereinheiten, die einen Ätzmittelbehälter 28, der entweder eine Säure, wie beispielsweise eine Mischung aus Schwefelsäure, Wasserstoffperoxid und Wasser in einem beispielhaften Volumenverhältnis von 5 : 1 : 1 oder eine Base, wie beispielsweise eine löge (Volumen) Lösung aus Ammoniumhydroxid in Wasser enthält, und ein Ätzmittel- Abwasserbehältnis 30 zur Aufnahme eines benutzten Ätzmittels aus dem Behälter 28 umfaßt. Die Behälter 18, 20, 22, 24 und 28 haben typischerweise ein Volumen von einem halben Liter.
Die Vorrichtung 10 umfaßt des weiteren einen Behälter 32, um ein unter Druck stehendes Gas zu liefern, das mit der Oberfläche des zu behandelnden Objekts nicht reagiert. Stickstoff (N&sub2;) ist ein bevorzugtes Gas zur Verwendung in der Vorrichtung 10. Der Behälter 32 ist über ein elektrisches Solenoid- Sicherheitsventil 34 und Absperrventile 36 und 38 mit den Behältern 18, 20, 22, 24 bzw. 28 zu deren Druckbeaufschlagung verbunden, und ebenfalls durch ein Absperrventil 40 mit einem Ventil 42 der Einheit 14. Die Behälter 18, 20, 22, 24 und 28 und die Behältnisse 26 und 30 sind mit dem Ventil 42, wie gezeigt, ebenfalls verbunden. Die Vorrichtung 10 umfaßt ferner einen Behälter 44 für unter Druck stehendes voll entsalztes (deionisiertes, D. I.) Wasser, wobei der Behälter 44 über ein Sicherheitsventil 46 mit dem Ventil 42 verbunden ist.
Wie in Fig. 2 dargestellt, umfaßt die Einheit 14 eine Behandlungs- oder Verarbeitungszelle 50 zur Aufnahme eines Halbleitersubstrat-Wafers 52 oder eines anderen Objekts mit einer Oberfläche 52a zur chemischen Behandlung. Der Wafer 52 wird zwischen eine untere Platte 54 und eine obere Platte 56, die aus einem Quarzglas oder einem anderen nicht reaktiven Material hergestellt sind, gepreßt. Eine Dichtung 58, die aus Teflon oder einem ähnlichen Material gebildet ist, wird dichtend zwischen die Oberfläche 52a des Wafers 52 und eine Oberfläche 56a der Platte 56 gepreßt. Die Dichtung 58 wird mit einem Loch 58a ausgebildet, das eine Form aufweist, die dem Bereich der Waferoberfläche 52a entspricht, die behandelt werden soll.
Die Oberflächen 52a und 56a in Kombination mit dem Loch 58a definieren einen Behandlungsraum 60, dem die Oberfläche 52a des Wafers 52 ausgesetzt wird. Ein Einlaß 62 wird durch die Platte 56 gebildet und öffnet sich durch die Oberfläche 56a in den Raum 60 nahe dessen linken Endes, wie in Fig. 2 dargestellt. Ein Auslaß 64 wird durch die Platte 56 ausgebildet und öffnet sich durch die Oberfläche 56a in den Raum 60 nahe seines rechten Endes. Der Einlaß 62 und der Auslaß 64 sind seitlich beabstandet voneinander, um einen Fluß einer Flüssigkeit von dem Einlaß 62 durch den Raum 60 zu dem Auslaß 64 zu ermöglichen. Ferner sind Einlaß- und Auslaßröhren oder -leitungen 66 und 68, die den Einlaß 62 bzw. den Auslaß 64 mit dem Ventil 52 verbinden, und Klemmittel in Form von Schrauben 69 gezeigt, um den Wafer 52 und die Dichtung 58 zwischen den Platten 54 und 56 zu pressen.
Ein Computersystem 70, das ein Personalcomputer für allgemeine Zwecke sein kann, umfaßt typischerweise eine Hauptcomputereinheit 72, die einen Anzeigebildschirm 72a und eine Tastatur 72b und, obwohl nicht speziell dargestellt, eine Zentralverarbeitungseinheit, Speicher, etc. Das Computersystem 70 wird des weiteren mit einem Plattenlaufwerk 74, einem Drucker 76 und einer Schnittstelle 78 gezeigt, die die Einheit 72 mit den Sicherheitsventilen 34 und 46 verbindet. Das Plattenlaufwerk 74 speichert ein Betriebsprogramm für das System 70, das von der Einheit 72 geladen und ausgeführt werden kann. Die Schnittstelle 78 verbindet ebenfalls die Haupteinheit 72 mit einem Ventil motor 80, der das Ventil 42 betätigt. Der Motor 80 kann ein herkömmlicher Schrittmotor oder jeglicher anderer Motortyp sein, der in der Lage ist, das Ventil 42 in der geforderten Weise zu betätigen.
Im Betrieb verbindet das Ventil 42 unter der Steuerung des Computersystems 70 und des Motors 80 die Einlaßleitung 66 der Zelle 50 mit einem dem Behälter 18, 20, 22, 24, 28, 32 oder 44. Wenn die Einlaßleitung 66 durch das Ventil 42 mit einem der Behälter 18, 20, 22, 24 der Einheit 12 oder dem N&sub2;-Behälter 32 verbunden ist, verbindet das Ventil 42 die Auslaßleitung 68 mit dem Lösungsmittel-Abwasserbehältnis 26.
Wenn die Einlaßleitung 66 durch das Ventil 42 mit dem Ätzmittelbehälter 28 der Einheit 16, dem D. I.-Behälter 44 oder dem N&sub2;-Behälter 32 verbunden ist, verbindet das Ventil 42 die Auslaßleitung 68 mit dem Ätzmittel-Abwasserbehältnis 30.
Das Ventil 42 wird durch das Computersystem 70 und den Motor 80 gesteuert, um die Behälter und Behältnisse der Zelle 50 in einer vorgegebenen Reihenfolge zu verbinden, die einer gewünschten Verarbeitungsfolge für den Wafer 52 entspricht. Die Behandlung wird verbessert, wenn das Ventil 42 weiter gesteuert wird, um die ausgewählte Chemikalie der Zelle 50 in pulsierender oder "Impuls-Warte"-Weise zuzuführen. Dies nutzt das Prinzip der analytischen Chemie aus, das mehrfache, niedervolumige, oberflächennahe Spülungen effektiver und weniger verschwenderisch zum Reinigen von Verschmutzungen der Oberflächen von Materialien sind, als einzelne großvolumige Spülungen in großem Umfang, wie in dem Buch mit dem Titel "Fundamentals of Analytical Chemistry", von D. Skoog et al. Holt, Rinehart und Winston, New York 1963, Seiten 116 und 118 beschrieben.
Beispielhaft wird angenommen, daß es zunächst gewünscht ist, die Oberfläche 52a des Wafers 52 zu behandeln, indem sie Toluol aus dem Behälter 18 ausgesetzt wird. Das Ventil 42 wird betätigt, um die Einlaßleitung 66 mit dem Behälter 18 für eine Zeitdauer zu verbinden, die ausreicht, um ein Volumen von Toluol von dem Behälter 18 in den Raum 60 der Zelle 50 strömen und diesen füllen zu lassen, und um die Auslaßleitung 68 mit dem Behältnis 26 zu verbinden. Dann wird das Ventil 42 betätigt, um die Einlaß- und Auslaßleitungen 66 und 68 von allen Behältern und Behältnissen zu trennen und dadurch das Toluol in dem Raum 60 zu halten. Das Ventil 42 wird in dem Trennzustand für eine Zeitdauer gehalten, die dem Toluol ausreicht, eine gewünschte chemische Reaktion mit der Oberfläche 52a des Wafers 52 zu erzielen.
Das Ventil 42 wird dann betätigt, um nochmals die Einlaßleitung 66 mit dem Behälter 18 für eine Zeitdauer zu verbinden, die ausreicht, um ein neues frisches Volumen an Toluol von dem Behälter 18 in den Raum 60 in der Zelle 50 strömen zu lassen und diesen zu füllen, und um die Auslaßleitung 68 mit dem Behältnis 26 zu verbinden. Das verwendete Volumen an Toluol wird von dem Raum 60 durch das neue Volumen verdrängt, und fließt durch die Auslaßleitung 68 und das Ventil 42 zu dem Behältnis 26. Das Ventil 42 wird wieder in den Trennzustand für eine Zeitdauer gebracht, die dem Toluol ausreicht, die gewünschte Reaktion zu erzielen.
Diese Abfolge wird ausreichend oft wiederholt, um die Oberfläche 52a des Wafers 52 vollständig durch das Toluol zu behandeln. Das Ventil 42 verbindet dann einen anderen Behälter 20, 22, 24, 28 oder 44 und das Behältnis 26 oder 30 mit der Zelle 50, und die Behandlung wird mit der nächsten ausgewählten Chemikalie wiederholt.
Es ist wünschenswert, die Oberfläche 52a zu trocknen und zu entkeimen, indem alle zuvor verwendeten Chemikalien von dieser entfernt werden und die Leitungen und andere Strömungsdurchflußwege der Vorrichtung 10 von der vorhergehenden Chemikalie vor der Behandlung der Oberfläche 52a mit einer anderen Chemikalie befreit werden. Dies wird erreicht, indem das Ventil 42 betätigt wird, um die Einlaßleitung 66 mit dem N&sub2;-Behälter 32 zu verbinden, und um die Auslaßleitung 68 mit dem Behältnis 26 oder 38 zu verbinden, das der vorherigen Chemikalie entspricht. Das unter Druck stehende N&sub2;-Gas trocknet die Oberfläche 52a des Wafers 52, und bläst alle vorhergehenden Chemikalien aus der Zelle 50, dem Ventil 42 und den Leitungen der Vorrichtung 10 in das jeweilige Behältnis 26 oder 30. Falls gewünscht (wie für den Fall, in dem die vorherige Chemikalie D. I.-Wasser ist), kann das Ventil 42 den Behälter 24 mit der Einlaßleitung 66 vor dem N&sub2;-Reinigungsschritt verbinden, um Isopropanol durch das System hindurchzulassen und dadurch die Entkeimung zu verbessern.
Wie in Fig. 2 dargestellt, wird die Höhe Hs des Raums 60 über der Oberfläche 52a des Wafers 52 (der Abstand zwischen den Oberflächen 52a und 56a) so klein wie praktikabel gewählt, um das Volumen der Chemikalien, die zur Behandlung verwendet werden, zu minimieren. Die Höhe Hs beträgt vorzugsweise zwischen etwa 75 und 500 Mikrometern, wobei der optimale Wert in der Größenordnung von 100 Mikrometern liegt. Allerdings ist der Umfang der Erfindung nicht auf irgend einen speziellen Wert von Hg begrenzt. Für einen typischen Waferbehandlungsvorgang, in dem das Gebiet der zu behandelnden Oberfläche 52a etwa 10 cm² und die Höhe Hs 100 Mikrometer beträgt, ist das Volumen des Raums 60, und damit das pro Impuls verwendete Volumen der Chemikalie 0,10 ml.
Der Druck in den Behältern 18, 20, 22, 24, 28 und 44 muß ausreichen, um die Flüssigkeitsoberflächenspannung in dem Raum 60 und den verbindenden Leitungen zu überwinden, und die entsprechenden Chemikalien dazu zu veranlassen, in den Raum 60, und aus dem Raum 60 in die Behältnisse 26 oder 30 zu strömen. In einigen Fällen wird der hydrostatische Druck alleine ausreichend sein. In anderen Fällen wird der N&sub2;-Gasüberdruck so gewählt, daß die Chemikalien mit einer vorbestimmten Durchfluß/Strömungsrate strömen.
Die Verweilzeit T, oder die Zeit, während der jedes Chemikalienvolumen in dem Raum 60 gehalten wird, um mit der Oberfläche 52a zu reagieren, hängt von der speziellen Chemikalie und dem Behandlungsschritt ab. Exemplarische Verweilzeiten können jedoch näherungsweise durch Berechnung der Verweilzeit T als die Zeitdauer berechnet werden, die eine Verschmutzung auf der Oberfläche 52a benötigt, um durch die Chemikalie zu der Oberfläche 56a zu diffundieren. Die Zeit T = Hs²/2D, wobei D der Diffusionskoeffizient für die Verschmutzung in der Chemikalie ist. Die Diffusionszeiten für beispielhafte schwache und starke Elektrolyten sind in der folgenden Tabelle angegeben, wobei Hs 100 Mikrometer und die Flüssigkeitstemperatur 25ºC ist. Tabelle
Das am größten reduzierte Volumen an Chemikalien, das durch die vorliegende Erfindung erzielt werden kann, wird durch Vergleich einer beispielhaften Behandlung, die das Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet, mit einer herkömmlichen Behandlung realisiert. In dem Beispiel ist es erforderlich, die Behandlung der Oberfläche eines Wafers mit Toluol, Aceton, Methanol und Isopropanol (T.A.M.I.) der Reihe nach durchzuführen. Bei einer herkömmlichen Behandlung werden diese Chemikalien durch Spritzflaschen aufgebracht, wobei etwa 50 ml jeder Chemikalie und eine Gesamtmenge von 200 ml der Chemikalie verwendet wird.
Bei der Verwendung des vorliegenden Verfahrens sind vier Impulse jeder Chemikalie bei insgesamt 16 Impulsen erforderlich. Bei einem Volumen von 0,1 ml pro Impuls beträgt das gesamte Volumen von verwendeten Chemikalien mit dieser Erfindung 1,6 ml, also weniger als 1/100 des für die herkömmliche Behandlung benötigten Volumens. Die Zeitdauer, die für die aktuellen und herkömmlichen Behandlungen benötigt wird, sind vergleichbar in der Größenordnung von 1 bis 2 Minuten. Die Zeit, in der das Ventil 42 verbunden ist, um den Raum 60 mit einer Chemikalie zu füllen, beträgt typischerweise weniger als 1 Sekunde, wohingegen die Verweilzeit T für jede Chemikalie etwa 5 bis 10 Sekunden pro Impuls/Warte-Zyklus beträgt.
Fig. 3 zeigt eine modifizierte Behandlungszelle 50', die ausgebildet ist, um eine Behandlung sowohl der Oberfläche 52a und einer gegenüberliegenden Oberfläche 52b sowie einer Umfangskante 52c des Wafers 52 zu ermöglichen. Gleiche Elemente sind durch die gleichen Bezugszeichen, die in Fig. 2 verwendet wurden, bezeichnet, wohingegen entsprechende aber modifizierte Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen mit Strichindex gekennzeichnet sind.
In der Vorrichtung 50' ist die Dichtung 58' dicker als der Wafer 52 gemacht, so daß das Loch 58a' in Kombination mit der Oberfläche 56a der Platte 56 und einer Oberfläche 54a der Platte 54 ein Gehäuse 60' definieren, von dem der Wafer 52 vollständig umschlossen ist. Das Gehäuse 60' hat einen oberen Bereich, der einen Behandlungsraum 60a' über der Oberfläche 52a definiert, und einen unteren Bereich, der einen Behandlungsraum 60b' unterhalb der Oberfläche 52b des Wafers 52 definiert. Das Loch 58a' durch die Dichtung 58' ist ebenfalls größer gemacht als der Wafer 52, so daß ein Umfangsraum 60c' in dem Gehäuse 60' zwischen der Umfangskante 52c des Wafers 52 und dem inneren Umfang des Lochs 58a' definiert wird. Der Raum 60c' schneidet den oberen und den unteren Behandlungsraum 60a' und 60b', so daß die Chemikalien sowohl den Raum 60a' als auch 60b' von dem Einlaß 62 zu dem Auslaß 64 durchströmen. In diesem Fall wird der Auslaß 64 vorzugsweise eher durch die Platte 54 als durch die Platte 56 ausgebildet, um eine schnelle und vollständige Entfernung der Chemikalie aus dem Raum 60b' unter dem Wafer 52 zu erleichtern.
Des weiteren sind Vorsprünge 54b dargestellt, die von der Oberfläche 54a der Platte 54 nach oben hervorspringen, und Vor sprünge 56b, die von der Oberfläche 56a der Platte 56 nach unten hervorspringen. Die Vorsprünge 54b und 56b besitzen jeweils eine Höhe von Hs und wirken mit den Oberflächen 52b und 52a zusammen, so daß die Räume 60a' und 60b' jeweils die Höhe Hs über der jeweiligen Oberfläche 52a bzw. 52b besitzen.
Obgleich die Behandlungszellen 50 und 50' zum Halten eines Objekts in der Form eines flachen Wafers zur Behandlung beschrieben und dargestellt sind, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Objekte mit zylindrischen, sphärischen oder peripheren Oberflächen oder anderen Formen können mit dem vorliegenden Verfahren und der Vorrichtung behandelt werden, indem die Behandlungszelle so entworfen wird, daß sie einen Behandlungsraum mit einer Form aufweist, die konjugiert zu dem Objekt ist.
Fig. 4 zeigt in vereinfachter Draufsicht ein System 82 zur sanitären Handhabung von Objekten zur Behandlung durch die Vorrichtung 10. Das System 82 umfaßt ein hermetisches Gehäuse 84, das im Stand der Technik als "glove box" bekannt ist, das vollständig mit N&sub2;-Gas aus der Versorgung 32 gefüllt ist. Ein Absperrventil 86 ermöglicht es, daß Luft aus dem Gehäuse gedrängt wird, wenn N&sub2;-Gas zugeführt wird.
Ein Bereich des Gehäuses 84 ist in eine hermetische "load- lock" (Lade-Sperre) Kammer 88 aufgeteilt, die eine Tür 88a, die in den Hauptbereich des Gehäuses 84 mündet, und eine andere Tür 88b umfaßt, die bezüglich der Kammer 88 und dem Gehäuse 84 nach draußen öffnet. Wenn beide Türen 88a und 88b geschlossen sind, ist die Kammer 88 abgedichtet und kann mit N&sub2;-Gas aus der Versorgung 32 über ein Ventil 90 gefüllt werden. Ein Absperrventil 92 ist vorgesehen, um zu ermöglichen, daß die Luft aus der Kammer 88 verdrängt wird. Ein linker und ein rechter Gummihandschuh 94 und 96 erstrecken sich abdichtend in das Gehäuse 84 ausgehend von Löchern 84a und 84b, die durch die Wand des Gehäuses 84 hindurch gebildet sind. Die Handschuhe 94 und 96 sind zu den inneren Bereichen der Löcher 84a und 84b hermetisch abgedichtet, so daß ein Bediener seine Hände von außerhalb in die Handschuhe 94 und 96 einstecken kann und Objekte innerhalb des Gehäuses 84 handhaben kann, ohne die hermetische Abdichtung des Gehäuses zu verletzen.
Das System 82 umfaßt ferner ein Transportgefäß 98 zum Transport des Wafers 52 in und aus dem Gehäuse 84. Das Gefäß 98 umfaßt einen Deckel 98a, der geschlossen werden kann, um das Gefäß hermetisch abzudichten, und Ventile 98b und 98c, die es ermöglichen, das Gefäß 98 von Luft zu befreien und mit N&sub2;-Gas zu füllen.
Um das System 82 zu benutzen, wird der Wafer 52 in das Gefäß 98 eingebracht, der Deckel 98a geschlossen und der Behälter 98 mit N&sub2;-Gas über die Ventile 98b und 98c gefüllt. Die Tür 88a der Kammer 88 ist geschlossen, die Tür 88b ist geöffnet und das Gefäß 98 wird in die Kammer 88 eingebracht. Die Tür 88b wird dann geschlossen, und die Kammer 88 wird mit N&sub2;-Gas über das Ventil 90 gefüllt. Ein Betätigungselement, wie beispielsweise ein Fußschalter oder ein Druckschalter 99 können vorgesehen sein, die der Bediener drücken kann, um das Ventil 90 zu öffnen und N&sub2;-Gas aus dem Speicher 92 in die Kammer 88 einströmen zu lassen. Alternativ kann das Ventil 90 konstant geöffnet bleiben, während das System 82 in Benutzung ist, um die N&sub2;- Versorgung mit der Kammer 88 kontinuierlich zu verbinden.
Dann öffnet der Bediener die Tür 88a und bewegt das Gefäß 98 von der Kammer 88 in den Hauptbereich des Gehäuses 82, indem er die Handschuhe 94 und 96 verwendet, öffnet den Deckel 98a des Gefäßes 98 und transportiert den Wafer 52 von dem Gefäß 98 zu der Zelle 50 oder 50'. Das Ventil 42 wird dann betätigt, um die Behandlung des Wafers 52 in der Zelle 50 wie zuvor beschrieben auszuführen.
Nach Abschluß der Behandlung entfernt der Bediener den Wafer 52 aus der Zelle 50 oder 50', transportiert den Wafer 52 in das Gefäß 98, schließt den Deckel 98a, bewegt das Gefäß 98 in die Kammer 88 und schließt die Tür 88a. Der Bediener öffnet dann die Tür 88b und entfernt das Gefäß 98 aus der Kammer 88. Nach der Oberflächenbehandlung durch die Vorrichtung 10 wird der Wafer 52 in einer N&sub2;-Gasumgebung in dem Gefäß 98 hermetisch abgedichtet, und kann in steriler Weise zu einer anderen Einrichtung für eine weitere Behandlung transportiert werden.
Fig. 5a bis 5d zeigen eine Vorrichtung 100, um zu erläutern, wie die Behälter und Behältnisse mit der Zelle 50 über eine Ventilbetätigung verbunden werden. Zur Vereinfachung der Beschreibung und der Darstellung ist die Vorrichtung 100 ausgebildet, um den Wafer 52 nur bei Verwendung von zwei Chemikalien A und B zu behandeln. Die erste Chemikalie A ist in einem Behälter 102 vorgesehen, während die zweite Chemikalie B in einem Behälter 104 vorgesehen ist. Behältnisse 106 und 108 sind zum Auffangen der Chemikalien A bzw. B nach deren Verwendung zur Behandlung des Wafers 52 vorgesehen.
Die vereinfachte Vorrichtung 100 umfaßt ein Ventil 110 mit einem unteren und einem oberen Block 112 bzw. 114. Der untere Block 114 wird relativ zu dem oberen Block 112 von einem Motor 116 und der Steuerung des Computersystems 70 linear nach links und nach rechts, wie in den Zeichnungen dargestellt, bewegt.
Die Blöcke 112 und 114 sind des weiteren in einer Draufsicht in Fig. 6a bzw. 6b dargestellt. Der unterer Block 114 hat Einlaß- und Auslaßöffnungen 114a und 114b, die zu diesem vertikal ausgebildet sind, kreisförmige Querschnitte aufweisen und an ihren unteren Enden mit den Leitungen 66 bzw. 68 verbunden sind. Der obere Block 112 hat Einlaßöffnungen 112a und 112b und Auslaßöffnungen 112c und 112d, die in diesem vertikal ausgebildet sind, kreisförmige Querschnitte aufweisen und an ihren oberen Enden mit den Behältern 102 und 104 bzw. den Behältnissen 106 und 108 verbunden sind. Der obere Block 112 ist ferner mit einer Einlaßöffnung 112e ausgebildet, die an ihrem oberen Ende mit der N&sub2;-Versorgung 32 verbunden ist. Die untere Oberfläche des oberen Blocks 112 ist mit seitlichen Nuten 112f, 112g und 112h versehen, die sich von den Öffnungen 112e, 112c bzw. 112d nach rechts erstrecken.
Fig. 5a stellt den Block 114 in der äußerst linken Position bezüglich des Blocks 112 dar, um die Zelle 50 mit der Chemikalie A zu füllen. Insbesondere sind die Öffnungen 112a und 114 ausgerichtet (fluchten), so daß die Chemikalie A von dem Behälter 102 durch die Leitung 66 in die Zelle 50 fließt. Die Öffnungen 112c und 114b sind ausgerichtet, so daß die Chemikalie A von der Zelle 50 und der Auslaßleitung 68 zu dem Behältnis 106 strömt.
In Fig. 5b ist der Block 114 in eine Zwischenposition nach rechts bewegt, in der die Öffnung 112e mit der Öffnung 114a ausgerichtet ist, und die Nut 112g mit der Öffnung 114b ausgerichtet ist. Dies verbindet die N&sub2;-Versorgung 32 mit der Einlaßöffnung 66 und verbindet das Behältnis 106 mit der Auslaßleitung 68. Die Vorrichtung 100 wird durch das N&sub2;-Gas, das von der Versorgung 32 durch die Zelle 50 und die verbindenden Leitungen zu dem Behältnis 106 strömt, von der Chemikalie A gereinigt. Es ist festzustellen, daß das N&sub2;-Gas durch die Nut 112g von der Öffnung 114b in dem Block 114 zu der Öffnung 112c in dem Block 112 strömt.
Fig. 5c zeigt die Zelle 50 als mit der Chemikalie B gefüllt. Der Block 114 ist in eine äußerst rechte Position bewegt, in der die Öffnung 112b mit der Öffnung 114a ausgerichtet ist, um die Einlaßleitung 66 mit dem Behälter 104 zu verbinden, und in der die Nut 112h mit der Öffnung 114b ausgerichtet ist, um die Auslaßleitung 68 mit dem Behältnis 108 durch die Öffnung 112d zu verbinden.
In Fig. 5d wird die Vorrichtung 100 von der Chemikalie B gereinigt. Der Block 114 wird in eine Zwischenposition bewegt, in der die Nut 112f mit der Öffnung 114a ausgerichtet ist, um die Einlaßleitung 66 mit der N&sub2;-Versorgung 32 durch die Öffnung 112e zu verbinden, und in der die Öffnung 112d mit der Öffnung 114b ausgerichtet ist, um die Auslaßleitung 68 mit dem Behältnis 108 zu verbinden.
Das Ventil 110 kann des weiteren aktiviert werden, um den gesamten Strom zu unterbrechen, indem einfach der Block 114 in eine beliebige seitliche Position bewegt wird, in der entweder die Öffnung 114a oder die Öffnung 114b oder die Öffnungen 114a und 114b zu beliebigen der Öffnungen und Nuten in dem Block 112 vollständig versetzt sind. Der Fluß der Chemikalie A kann beispielsweise unterbrochen werden, indem der Block 114 nach links aus der in Fig. 5a gezeigten Position bewegt wird, bis die Öffnung 114a durch die untere Oberfläche des Blocks 112 bis links von der Öffnung 112a abgedeckt wird, und die Öffnung 114b in der Mitte zwischen den Öffnungen 112b und 112c ist.
Während verschiedene erläuternde Ausführungsformen der Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, werden dem Durchschnittsfachmann viele alternative Ausführungsformen einfallen, ohne den Umfang der Erfindung, wie er in den angehängten Ansprüchen definiert ist, zu verlassen.

Claims

1. Vorrichtung (10, 100) zur chemischen Behandlung einer Oberfläche eines Objekts, mit:

einer Behandlungszelle (50, 50') mit einem umschlossenen Behandlungsraum (60, 60'), einem Aufnahmemittel zur Aufnahme des Objekts derart, daß die Oberfläche dem Behandlungsraum (60, 60') ausgesetzt ist, und einem Einlaß (62) und einem Auslaß (64), die in den Behandlungsraum (60, 60') münden, und die seitlich beabstandet sind;

einem ersten Behälter (18, 102) zur Aufnahme einer ersten Chemikalie;

einem zweiten Behälter (20, 104) zur Aufnahme einer zweiten Chemikalie;

einem Behältnis (26, 106);

einem Ventilmittel (42, 110) zur selektiven Verbindung des ersten Behälters (18, 102) mit dem Einlaß (62) und des Behältnisses (26, 106) mit dem Auslaß (64); oder zur Verbindung des zweiten Behälters (20, 104) mit dem Einlaß (62) und des Behältnisses (26, 106) mit dem Auslaß (64); oder zur Trennung des Einlasses (62) von dem ersten und dem zweiten Behälter und des Auslasses (64) von dem Behältnis; und

einem Steuerungsmittel, um das Ventilmittel zu aktivieren, um die erste oder zweite Chemikalie in den Behandlungsraum in einer pulsierenden Weise zu liefern, in dem eine feste vorgegebene Volumenmenge der ersten oder der zweiten Chemikalie durch den Einlaß (62) wiederholt zugeführt wird, um den Behandlungsraum (60, 60') zu füllen, indem die vorgegebene Volumenmenge in dem Behandlungsraum (60, 60') für eine Zeitdauer gefangen wird, die der Chemikalie in dem Raum (60, 60') ausreicht, um mit der Oberfläche zu reagieren, und indem nachfolgend die Chemikalie durch den Auslaß (64) in das Behältnis (26, 106) abgeleitet wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste und der zweite Behälter Druckmittel (32, 34, 36) umfassen, um die ausgewählte erste bzw. zweite Chemikalie zu zwingen, durch den Einlaß (62) in den Behandlungsraum (60, 60') zu strömen.

3. Vorrichtung nach einem beliebigen vorhergehenden Anspruch, wobei die Behandlungszelle so dimensioniert und konfiguriert ist, daß der Behandlungsraum (60, 60') eine Höhe über der Oberfläche von 75 bis 500 Mikrometer aufweist.

4. Vorrichtung nach einem beliebigen vorhergehenden Anspruch, ferner mit einem dritten Behälter (32) zur Aufnahme eines Gases, das mit der Oberfläche chemisch nicht reagiert, wobei das Ventilmittel (42, 110) des weiteren ausgebildet ist, um selektiv den dritten Behälter (32) mit dem Einlaß (62) und das Behältnis (26, 106) mit dem Auslaß (64) zu verbinden.

5. Vorrichtung nach einem beliebigen vorhergehenden Anspruch, wobei das Objekt ein Wafer (52) ist, und das Aufnahmemittel den Wafer (52) in dem Gehäuse derart aufnimmt, daß beide Oberflächen (52a, 52b) und eine Umfangskante des Wafers dem Behandlungsraum (60') ausgesetzt sind.

6. Vorrichtung nach einem beliebigen vorhergehenden Anspruch, wobei

die Vorrichtung ein erstes Behältnis (26, 106) und ein zweites Behältnis (30, 108) umfaßt; und

das Ventilmittel (42, 110) Mittel zur Verbindung des ersten Behältnisses (26, 106) mit dem Auslaß (64) umfaßt, wenn der erste Behälter (18, 102) mit dem Einlaß (62) verbunden ist; und zum Verbinden des zweiten Behältnisses (30, 108) mit dem Auslaß (64), wenn der zweite Behälter (20, 104) mit dem Einlaß (62) verbunden ist.

7. Vorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, des weiteren mit einem Zeitgebermittel zur auswählbaren Steuerung des Ventilmittels (42, 110), um die erste Chemikalie periodisch für eine erste vorbestimmte Zeitdauer in pulsierender Weise in den Behandlungsraum (60, 60') zu liefern, und um die zweite Chemikalie periodisch für eine zweite vorgegebene Zeitdauer in pulsierender Weise in den Behandlungsraum (60, 60') zu liefern.

8. Verfahren zur Behandlung einer Oberfläche eines Objekts mit einer Chemikalie, mit den Schritten:

(a) Aufnahme des Objekts in einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 und Zuführen der ersten und der zweiten Chemikalie in den Behandlungsraum in pulsierender Weise, indem wiederholt

(b) eine feste vorgegebene Volumenmenge der ersten oder der zweiten Chemikalie durch den Einlaß (62) geführt wird, um den Behandlungsraum (60, 60') zu füllen;

(c) die vorgegebenen Volumenmenge in dem Behandlungsraum (60, 60') für eine vorgegebene Zeitdauer aufgefangen wird, die der Chemikalie in dem Raum genügt, mit der Oberfläche zu reagieren; und nachfolgend

(d) die Chemikalie durch den Auslaß (64) in das Behältnis (26, 106) abgeleitet wird.