DE10020103A1 - Verfahren und Vorrichtung zum nasschemischen Entfernen von Schichten und zur Reinigung von scheibenförmigen Einzelsubstraten - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum nasschemischen Entfernen von organischen Schichten sowie Partikeln von Substratoberflächen (Strippen und Reinigen), wobei ein einzelnes Substrat vertikal in ein oder mehrere Prozessbecken eingefahren wird, welches bzw. welche für die Durchführung von chemischen Stripp- und Reinigungsprozessen mit Chemikalien (für Spülprozesse mit Wasser) befüllt ist bzw. sind, und wobei das Substrat anschließend einem physikalischen Reinigungsprozess unterzogen wird, in welchem die Substratoberfläche physikalisch gereinigt wird und das gereinigte Substrat anschließend in einer Trocknungseinrichtung getrocknet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum nasschemischen Entfernen von Schichten (Strippen) und zur Reinigung von scheibenförmigen Einzelsubstraten.

Die Erzeugung von Strukturen z. B. auf Photomasken aber auch anderen Substraten der Mikroelektronik erfolgt durch Aufbringen von photoempfindlichen Lackschichten (Photoresist), die nach einer durchgeführten Belichtung entwickelt werden. Danach erfolgt noch eine zusätzlich Aushärtung des Photolackes (Hartbake) bevor die mit photoresist strukturierten Substrate einem Ätzprozess zugeführt werden, bei welchem an den Stellen wo sich kein Photolack befindet das Ätzmittel die Substratoberfläche angreift und eine Ätzung durchführt. Das ist der heutige Standard des Photolithografie-Prozesses.

Nach Durchführung des Ätzverfahrens muss die für die Strukturierung benutzte Lackschicht entfernt werden (strippen), wobei die Entfernung rückstandsfrei und partikelfrei sein muss, so dass das Substrat für weitere Prozesse innerhalb des Fertigungverfahren der Mikroelektronik eingesetzt werden kann. Die eingesetzten Photolacke für die Strukturierung müssen sehr gut auf der Substratoberfläche haften. Sie müssen auch gegen die Ätzmedien, mit denen die Ätzung durchgeführt wird, beständig sein, d. h. es handelt sich hierbei um sehr beständige bzw. resistente Schichten gegenüber den für die Ätzprozesse eingesetzten Chemikalien. Um diese Schichten wiederum nasschemisch zu entfernen müssen sehr aggressive Chemikalien eingesetzt werden, teilweise mit sehr hoher Konzentration und auch in einem entsprechend hohem Temperaturbereich, zum anderen muss die Entfernung dieser Schichten völlig rückstandsfrei d. h. partikelfrei erfolgen, so dass nach der Entfernung auch eine Reinigung notwendig ist. Der Einsatz der Chemikalien für die Entfernung der Resistschichten sowie Reinigung sollte wegen der Kosten sowie der Entsorgungsprobleme der Chemikalien so gering wie möglich gehalten werden. Wegen der aggressiven Chemikalien muss zudem auch auf die Sicherheit geachtet werden und wegen der geforderten Partikelfreiheit der Substrate muss ein sehr effizentes Reingungsverfahren eingesetzt werden.

Diese Probleme werden gelöst mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 und mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung eignen sich für eine nasschemische Entfernung von organischen Schichten sowie zum Reinigung von organischen Verschmutzungen (Partikeln) auf scheibenförmigen Substraten, vorwiegend Photomasken aber auch anderen Einzelsubstraten, die für die Herstellung mikroelektronischer Bauelemente eingesetzt werden.

Das nachfolgend beschriebene Verfahren und die beschriebene Vorrichtung erfüllen die Anforderungen bzgl. eines effizienten Chemikalieneinsatzes bei der Entfernung der Resistschichten, der Sicherheit im Umgang mit den Chemikalien, der notwendigen Prozessflexibilität bzgl. der unterschiedlichen Substrat­ abmessungen, als auch unterschiedliche zu entfernende Schichtmaterialen, sowie einer hohen Reinigungsqualität, bedingt durch ein kombiniertes chemisches und physikalisches Reinigungsverfahren, einem vertikalen Anlagenkonzept und einer vertikalen Substrattrocknung.

Die zu bearbeitenden Substrate (Photomasken) werden vertikal in einer Substrataufnahme (Halterahmen) eingehängt. Die Halterrahmen für die Aufnahme des Substrates sind entsprechend den Abmessungen des Substrates bzgl. der Fläche als auch der Substratdicke angepaßt, so dass unterschiedliche Substratabmessungen bearbeitet werden können.

Dieser Substratrahmen mit dem vertikal positionierten Substrat, wird in ein Handlingsystem eingehängt, welches das Substrat in der Horizontalen zu den Prozessmodulen als auch vertikal in die Prozessmodule transportieren kann. Die auf die Substratabmessungen angepassten Prozessbecken für nasschemische Bearbeitung, die gerade so groß sind, dass das Substrat mit dem Halterahmen hineingefahren werden kann, um den Chemikalienbedarf im Becken zu reduzieren, werden nach dem Eintauchen des Substrates in das Becken mit den Chemikalien gefüllt, welche die Resistschicht von der Substratoberfläche entfernen.

Um den chemischen Angriff (die chemische Reaktion) der Chemi­ kalien mit der zu entfernenden Lackschicht zu beschleunigen, wird die Chemikalie vor dem Hineinpumpen in das Becken aufgeheizt. Das Becken selbst ist doppelwandig ausgeführt und wird mit einer vorgewärmten Flüssigkeit temperiert. Damit soll die Abkühlung der aufgeheizten Chemikalie verhindert werden. Nach dem Befüllen des Beckens und dem chemischen Angriff wird die Chemikalie, insbesondere Säure wieder abgelassen, an­ schließend kann ein Spülprozeß mit Wasser erfolgen. Der Prozessablauf bestehend aus, Befüllen des Prozessbeckens mit Säure und anschließendem Spülen kann mehrmals hintereinander wiederholt werden. Nach erfolgtem letztem Spülprozess, wird das Substrat über das Handlingsystem aus dem Prozessbecken für die chemische Reinigung bzw. das Strippen herausgefahren und in eine Prozessstation für physikalische Substratreinigung transportiert (z. B. Bürstenreinigung). In der Bürsten­ reinigungsstation wird das Substrat zwischen zwei auf beiden Seiten des Substrates angreifenden rotierenden Walzbürsten durch das Handlingsystem vertikal bewegt, damit das gesamte Substrat durch die Walzbürsten von beiden Seiten gereinigt werden kann. Danach kann wieder für eine chemische Reinigung der nach dem Bürstenprozeß noch vorhandenen Partikel ein Reinigungsprozeß im Becken erfolgen. Anschließend erfolgt in diesem Prozessbecken ein Spülprozeß, indem die Säure aus dem Becken abgelassen wird und Wasser zum Spülen in das Becken geleitet wird. Weil die Prozessbecken in einem Überlaufbecken untergebracht sind, kann die Spülung so lange erfolgen bis das Spülwasser im Überlauf einen gewünschten Leitwert erreicht hat. Anschließend erfolgt der Transport des Substrates zu einer Trockenstation (bestehend aus einem Wasserbecken), in welches das Substrat eingetaucht wird. Beim Herausfahren aus dem Wasser gelangt das Substrat in eine Isopropanol-Stick­ stoff-Atmosphäre oder wird mit Isopropanol besprüht, wodurch die Wasserschicht vom Substrat durch Reduzierung der Ober­ flächenspannung abläuft.

Nach erfolgter Trocknung wird das Substrat in eine Entnahmeposition durch das Handlingsystem transportiert. Danach kann der Substratträger (Rahmen) vom Handlingsystem abgenommen werden und das gereinigte und trockene Substrat aus der Halterung (Rahmen) entnommen werden.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in den Zeichnungen dargestellten und in den Ansprüchen sowie in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 die Ansicht gemäß Fig. 1 mit zusätzlichen Abdeckungen;

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß Fig. 1; und

Fig. 4 einen Längsschnitt durch ein Prozessbecken.

Die Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Substrate 1 sind in einem Rahmen 2 aufgenommen und stehen in einer Halterung 3 bereit. Sie können über ein Handlingsystem 4 transportiert werden. Ein Greifer 6 des Handlingsystems 4 holt das Substrat 1 zusammen mit dem Rahmen 2 von der Bereit­ stellungsposition in Halter 3 ab, und transportiert es in die Prozessbecken 7 oder 8. Die Anzahl der Prozessbecken 7 bzw. 8 kann beliebig in Abhängigkeit von den unterschiedlich zu bearbeitenden Substratabmessungen installiert werden.

Nach erfolgter chemischer Bearbeitung im Prozessbecken 7 und/oder 8 und durchgeführtem Spülprozeß, wird das Substrat 1 am Rahmen 9 mittels das Handlingsystem 4 den beiden Bürsten 10 und 11 einer physikalischen Reinigungsstation 12 zugeführt. In dieser Position erfolgt durch die vertikale Achse 5 des Handlingsystems 4 eine Auf- u. Abwärtsbewegung des Substartes 1 zwischen den rotierenden Bürsten 10 und 11. Es ist auch möglich mehrere Reinigungsstationen 12 und 13 mit Bürsten hintereinander zu installieren um einerseits diese Bürsten bzw. Stationen optimal auf die Substratabmessungen abzustimmen bzw. einen physikalischen Reinigungssprozeß in mehreren Reinigungsstationen 12 und 13 nacheinander durchführen zu können.

Anstelle der Bürstenreinigung kann auch eine kontaktlose Reinigung, z. B. durch Megasonic oder durch Dampfstrahl erfolgen, wenn der mechanische Kontakt zur Maske verhindert werden soll.

Nach der Durchführung der physikalischen Reinigung, z. B. der Bürstenreinigung, wird das Substrat 1 mit dem Handlingsystem 4 in Prozessbecken, insbesondere in Spül- und Trocknungsbecken 14 und 15 transportiert. Dort erfolgt mit Unterstützung einer Stickstoff-Isopropanol-Atmosphäre eine Substrattrocknung, indem das Substrat 1 aus dem ersten, Wasser enthaltenden Becken langsam in eine Stickstoff-Isopropanol-Atmosphäre hineingefahren wird. Das dann trockene Substrat 1 wird über das Handlingsystem 4 in die Entladeposition im Halter 16 transportiert, dort können die Substrate 1 incl. des Rahmens 2 entnommen werden und aus dem Magazin entladen werden. Die Bereitstellungsposition im Halter 3 oder die Entladeposition im Halter 16 können für eine unterschiedliche Anzahl von Substraten 1 bzw. Rahmen 2 mit Substraten 1 ausgestattet sein. Es ist auch vorstellbar, dass z. B. nur ein Substrat 1 direkt in das Handlingsystem 4 eingehängt wird. Die Ausführung dieser beiden Stationen ist weitgehendst abhängig von der Art und der Anzahl der zu bearbeitenden Substrate 1.

Um einen chemischen Angriff auf das Handlingsystem 4 und die Umgebung zu verhindern, erfolgt eine Verkleidung des Handlingsystems 4, was in Fig. 2 dargestellt ist. Die Verkleidung erfolgt durch Wände 17, 18, 19 bzw. Abdeckung 20.

Die Fig. 3 zeigt die Draufsicht auf die Anlage, in der die oben beschriebenen einzelnen Module der Anlage von oben leicht erkennbar sind.

Die Fig. 4 zeigt den Aufbau eines Prozessbeckens. Die Prozesskammer 21 ist die Kammer, in die das Substrat 28 mit dem Halter hineingefahren wird. Diese Kammer wird über den Zulauf 22 mit Chemikalien befüllt. Das Prozessbecken ist doppelwandig ausgeführt, so dass es über den Zulauf 24 und den Ablauf 25 mit einer Flüssigkeit zur Temperierung des Beckens befüllt werden kann. Der Überlauf der Chemikalien oder des Spülwassers, die durch den Zulauf 22 in das Prozessbecken hinein gepumpt werden, erfolgen durch den Ablauf 23. Oberhalb des Prozessbeckens befindet sich eine Absaugung 26 (eine Absaugkammer). Über den Absaugstutzen 27 werden die Chemikaliendämpfe oberhalb der Prozesskammer 21 abgesaugt.

Die Becken der Prozesskammer können aus Quarzglas bestehen bzw. aus chemikalienbeständigen Kunststoffen. Abmessungen der Prozessbecken werden stark angepaßt an die Substrat­ abmessungen. Kommen mehrere Substratabmessungen zum Einsatz, wird für jedes Substrat 28 ein Prozessbecken konzipiert um den Verbrauch an Chemikalien zu minimieren.

Claims (19)

1. Verfahren zum nasschemischen Entfernen von organischen Schichten sowie Partikeln von Substratoberflächen (Strippen und Reinigen), dadurch gekennzeichnet, dass ein einzelnes Substrat (1) vertikal in ein oder mehrere Prozessbecken eingefahren wird, welches bzw. welche für die Durchführung von chemischen Stripp- und Reinigungs­ prozessen mit Chemikalien (für Spülprozesse mit Wasser) befüllt ist bzw. sind, und dass das Substrat (1) nach der chemischen Reinigung anschließend einem Reinigungsprozess unterzogen wird, insbesondere einem Bürstprozess, im welchem die Substratoberfläche physikalisch behandelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekannzeichnet, dass das gereinigte Substrat in einer Trocknungseinrichtung getrocknet wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Halter (3) zum Halten von einem oder mehreren Substraten (1) in einer Bereitstellungs­ position, wenigstens einem Prozessbecken für eine chemische Reinigung, wenigstens einer Prozessstation für eine physikalische Reinigung, z. B. einer Bürsten­ reinigung, und einem Halter (16) zum Halten von einem oder mehreren Substraten (1) in einer Entladestation, dadurch gekennzeichnet, dass ein Handlingsystem (4) vorgesehen ist, mit dem das Substrat (1) in vertikaler Ausrichtung dem Prozessbecken und der Bürstenstation nacheinander zuführbar ist, und das Handlingsystem (4) eine horizontale und eine vertikale Transportachse aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessbecken an die Abmessungen des Substrates (1) angepaßt sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, dass das Prozessbecken einen Zulauf (22) und einen Ablauf (23) aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozessbecken doppelwandig ausgeführt ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozessbecken beheizbar ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozessbecken durch Heizelemente oder durch Infrarot-Strahlung beheizbar ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (1) innerhalb des Prozessbeckens durch das Handlingsystem (4) in Bewegung versetzbar ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in das Prozessbecken nacheinander mit unterschiedlichen Chemikalien oder Spülmedien befüllbar ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bürstenstation zwei Bürsten (10, 11 bzw. 12, 13) aufweist, die beidseits des Substrats (1) angeordnet sind.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Prozessbecken eine N₂- Isopropanol-Atmosphäre aufweist und als Trocknungsstation ausgebildet ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Prozessbecken eine Sprüheinrichtung für ein N₂-Isopropanol-Gemisch aufweist, wobei die Sprüheinrichtung auf die Oberfläche des Substrats (1) gerichtet ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Rahmen (2) für die Substrate (1) aus Kunststoff oder aus chemikalienbeständigen Metallen bestehen.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Rahmen (2) das Substrat (1) nur im Randbereich an der Kante aufnehmen.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Prozessbecken und/oder mehrere physikalischen Reinigungsmodule vorgesehen sind.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessbecken und Reinigungsmodule abwechselnd angeordnet sind.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessbecken und Reinigungsmodule gruppiert und nacheinandert angeordnet sind.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessbecken mit einer Ultraschalleinrichtung ausgestattet sind.