DE10020103A1

DE10020103A1 - Method and device for wet chemical removal of layers and for cleaning disc-shaped individual substrates

Info

Publication number: DE10020103A1
Application number: DE2000120103
Authority: DE
Inventors: Horst Kunze-Concewitz
Original assignee: Contrade Microstructure Technology GmbH
Current assignee: Contrade Microstructure Technology GmbH
Priority date: 2000-04-22
Filing date: 2000-04-22
Publication date: 2001-10-31
Also published as: WO2001082339A3; WO2001082339A2

Abstract

The invention relates to a method and a device for the wet-chemical removal of organic layers and particles from substrate surfaces (stripping and cleaning). According to said method, an individual substrate is introduced vertically into one or more processing baths which is/are filled with chemicals for carrying out chemical stripping and cleaning processes (filled with water for rinsing processes). The substrate is subsequently subjected to a physical cleaning process, in which the substrate surface is physically cleaned and the cleaned substrate is then dried in a drying device.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum nasschemischen Entfernen von Schichten (Strippen) und zur Reinigung von scheibenförmigen Einzelsubstraten.The invention relates to a method for wet chemical Removing layers (stripping) and cleaning disc-shaped individual substrates.

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.The generation of structures such. B. also on photomasks other microelectronic substrates are made by Application of photosensitive lacquer layers (photoresist), which are developed after an exposure has been carried out. This is followed by additional curing of the photoresist (Hard beacon) before the substrates structured with photoresist an etching process, in which at the points where there is no photoresist, the etchant Attacks substrate surface and performs an etching. The is the current standard of the photolithography process.

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. After carrying out the etching process, the for the Structuring used paint layer can be removed (stripping), the removal is residue-free and must be particle free so that the substrate can be used for further Processes within the manufacturing process of microelectronics can be used. The photoresists used for the Structuring must be very good on the substrate surface be liable. You also have to fight the etching media that the Etching is performed, be stable, d. H. It is about very resistant or resistant layers the chemicals used for the etching processes. Around In turn, layers have to be removed very chemically aggressive chemicals are used, sometimes with very high concentration and also in a correspondingly high Temperature range, on the other hand, the removal of this Layers completely residue-free d. H. done particle-free, so that cleaning is also necessary after removal. The use of chemicals to remove the Resist layers as well as cleaning should be done because of the cost as well the disposal problems of the chemicals as little as possible being held. Because of the aggressive chemicals must also also be paid attention to safety and because of the required particle freedom of the substrates must be a very efficient cleaning process can be used.

Diese Probleme werden gelöst mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 und mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch.These problems are solved with a method according to Claim 1 and with a device according to claim.

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.The inventive method and the inventive Devices are suitable for wet chemical removal of organic layers and for cleaning organic Soiling (particles) on disc-shaped substrates, predominantly photomasks but also other single substrates that used for the production of microelectronic components become.

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.The method described below and the one described Device meet the requirements for an efficient Use of chemicals in the removal of the resist layers, the safety in handling the chemicals, the necessary Process flexibility regarding the different substrates dimensions, as well as different ones to be removed Layer materials, as well as a high cleaning quality, due to a combined chemical and physical Cleaning process, a vertical system concept and one vertical substrate drying.

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.The substrates to be processed (photomasks) become vertical suspended in a substrate holder (holding frame). The Holder frames for receiving the substrate are corresponding the dimensions of the substrate with respect to the area and the Adjusted substrate thickness so that different Substrate dimensions can be edited.

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.This substrate frame with the vertically positioned Substrate, is suspended in a handling system, which the Substrate horizontally to the process modules as well can be transported vertically into the process modules. The on the Process basin adapted for substrate dimensions wet chemical processing that are just so big that that Substrate can be retracted with the holding frame to reduce the need for chemicals in the basin, according to the Immerse the substrate in the basin with the chemicals filled which the resist layer from the substrate surface remove.

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.To the chemical attack (the chemical reaction) of the chemi accelerate kalien with the paint layer to be removed, the chemical gets pumped into the pool heated up. The pool itself is double-walled and is tempered with a preheated liquid. With that the heating of the heated chemical can be prevented. After filling the pool and chemical attack the chemical, especially the acid drained off finally a rinsing process with water can take place. The Process flow consisting of, filling the process basin with Acid and subsequent rinsing can be repeated several times be repeated. After the last rinsing process, the substrate via the handling system from the process basin for the chemical cleaning or stripping is carried out and into a process station for physical substrate cleaning transported (e.g. brush cleaning). In the brushes cleaning station, the substrate between two on both Rotating roller brushes attacking sides of the substrate moved vertically by the handling system so that the whole The roller brushes cleaned the substrate from both sides can be. After that, you can go back for dry cleaning of particles still present after the brushing process Cleaning process in the basin. Then takes place in this process basin a rinsing process by the acid from the Basin is drained and water for rinsing in the basin is directed. Because the process basin is in an overflow basin are housed, the flushing can continue until the Rinsing water in the overflow reaches a desired conductivity Has. The substrate is then transported to a drying station (consisting of a pool of water), in which the substrate is immersed. When exiting the water gets the substrate into an isopropanol stick atmosphere or is sprayed with isopropanol, whereby the water layer from the substrate by reducing the upper surface tension expires.

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.After drying, the substrate is in a Removal position transported through the handling system. Then the substrate carrier (frame) can be removed from the handling system be removed and the cleaned and dry substrate be removed from the holder (frame).

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.Further advantages, features and details result from the subclaims and the following description, in a particular with reference to the drawings preferred embodiment is described in detail. It can be shown in the drawings and in the Claims and features mentioned in the description each individually or in any combination be essential to the invention.

In der Zeichnung zeigen:The drawing shows:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; Figure 1 is a perspective view of an embodiment of the device according to the invention.

Fig. 2 die Ansicht gemäß Fig. 1 mit zusätzlichen Abdeckungen; FIG. 2 shows the view according to FIG. 1 with additional covers;

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß Fig. 1; und Fig. 3 is a plan view of the apparatus of FIG. 1; and

Fig. 4 einen Längsschnitt durch ein Prozessbecken. Fig. 4 shows a longitudinal section through a process basin.

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. Fig. 1 shows the basic structure of a preferred embodiment of the device according to the invention. The substrates 1 are accommodated in a frame 2 and are ready in a holder 3 . They can be transported using a handling system 4 . A gripper 6 of the handling system 4 picks up the substrate 1 together with the frame 2 from the ready position in the holder 3 , and transports it into the process basin 7 or 8 . The number of process tanks 7 and 8 can be installed as desired depending on the substrate dimensions to be processed differently.

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.After chemical processing in the process basin 7 and / or 8 and the rinsing process carried out, the substrate 1 on the frame 9 is fed to the two brushes 10 and 11 of a physical cleaning station 12 by means of the handling system 4 . In this position, the vertical axis 5 of the handling system 4 causes an opening and closing. Downward movement of the substrate 1 between the rotating brushes 10 and 11 . It is also possible to install a plurality of cleaning stations 12 and 13 with brushes one behind the other in order on the one hand to optimally match these brushes or stations to the substrate dimensions or to be able to carry out a physical cleaning process in several cleaning stations 12 and 13 in succession.

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. Instead of brush cleaning, you can also use a contactless one Cleaning, e.g. B. by Megasonic or by steam jet if the mechanical contact to the mask prevents shall be.

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.After performing the physical cleaning, e.g. B. the brush cleaning, the substrate 1 is transported with the handling system 4 in process basins, in particular in rinsing and drying basins 14 and 15 . There, with the support of a nitrogen-isopropanol atmosphere, the substrate is dried by slowly moving the substrate 1 out of the first water-containing basin into a nitrogen-isopropanol atmosphere. The then dry substrate 1 is transported via the handling system 4 to the unloading position in the holder 16 , where the substrates 1 including the frame 2 can be removed and unloaded from the magazine. The preparation position in the holder 3 or the unloading position in the holder 16 can be equipped with substrates 1 for a different number of substrates 1 or frames 2 . It is also conceivable that e.g. B. only one substrate 1 is hung directly into the handling system 4 . The design of these two stations is largely dependent on the type and number of substrates 1 to be processed.

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.In order to prevent a chemical attack on the handling system 4 and the environment, the handling system 4 is covered , which is shown in FIG. 2. The cladding is carried out by walls 17 , 18 , 19 or cover 20 .

Die Fig. 3 zeigt die Draufsicht auf die Anlage, in der die oben beschriebenen einzelnen Module der Anlage von oben leicht erkennbar sind. Fig. 3 shows the top view of the plant in which the individual modules of the system described above are easily visible from above.

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. FIG. 4 shows the structure of a process bowl. The process chamber 21 is the chamber into which the substrate 28 with the holder is moved. This chamber is filled with chemicals via the inlet 22 . The process basin is double-walled, so that it can be filled with a liquid for tempering the basin via the inlet 24 and the outlet 25 . The overflow of the chemicals or the rinsing water, which are pumped into the process basin through the inlet 22 , takes place through the outlet 23 . There is a suction 26 (a suction chamber) above the process basin. The chemical vapors above the process chamber 21 are sucked off via the suction nozzle 27 .

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.The basins of the process chamber can consist of quartz glass or chemical-resistant plastics. Dimensions of the process basin are strongly adapted to the substrate dimensions. If several substrate dimensions are used, a process basin is designed for each substrate 28 in order to minimize the consumption of chemicals.

Claims

1. A process for the wet chemical removal of organic layers and particles from substrate surfaces (stripping and cleaning), characterized in that a single substrate ( 1 ) is vertically inserted into one or more process pools, which or which for the implementation of chemical stripping and Cleaning processes are or are filled with chemicals (for rinsing processes with water) and that the substrate ( 1 ) is then subjected to a cleaning process after the chemical cleaning, in particular a brushing process in which the substrate surface is physically treated.

2. The method according to claim 1, characterized in that the cleaned substrate in a drying device is dried.

3. Device for performing a method according to claim 1, with a holder ( 3 ) for holding one or more substrates ( 1 ) in a preparation position, at least one process tank for chemical cleaning, at least one process station for physical cleaning, for. B. a brush cleaning, and a holder ( 16 ) for holding one or more substrates ( 1 ) in an unloading station, characterized in that a handling system ( 4 ) is provided with which the substrate ( 1 ) in vertical alignment of the process tank and the brush station can be fed in succession, and the handling system ( 4 ) has a horizontal and a vertical transport axis.

4. The device according to claim 3, characterized in that the process basin is adapted to the dimensions of the substrate ( 1 ).

5. The device according to claim 3 or 4, characterized in that the process tank has an inlet ( 22 ) and an outlet ( 23 ).

6. Device according to one of claims 3 to 5, characterized characterized that the process pool is double-walled is executed.

7. Device according to one of claims 3 to 6, characterized characterized that the process pool is heated.

8. Device according to one of claims 3 to 7, characterized characterized that the process pool by heating elements or can be heated by infrared radiation.

9. Device according to one of claims 3 to 8, characterized in that the substrate ( 1 ) can be set in motion within the process basin by the handling system ( 4 ).

10. Device according to one of claims 3 to 9, characterized characterized that in the process basin one after the other with different chemicals or flushing media can be filled.

11. Device according to one of claims 3 to 10, characterized in that the brush station has two brushes ( 10 , 11 and 12 , 13 ) which are arranged on both sides of the substrate ( 1 ).

12. Device according to one of claims 3 to 11, characterized in that one of the process basins has an N ₂ - isopropanol atmosphere and is designed as a drying station.

13. Device according to one of claims 3 to 12, characterized in that one of the process basin has a spray device for an N ₂ -isopropanol mixture, the spray device being directed onto the surface of the substrate ( 1 ).

14. Device according to one of claims 3 to 13, characterized in that the frames ( 2 ) for the substrates ( 1 ) consist of plastic or chemical-resistant metals.

15. Device according to one of claims 3 to 14, characterized in that the frames ( 2 ) receive the substrate ( 1 ) only in the edge region at the edge.

16. The device according to one of claims 3 to 15, characterized characterized that several process pools and / or several physical cleaning modules are provided.

17. The apparatus according to claim 16, characterized in that the process pool and cleaning modules alternate are arranged.

18. The apparatus according to claim 16, characterized in that the process pools and cleaning modules are grouped and are arranged one after the other.

19. Device according to one of claims 3 to 18, characterized characterized that the process pool with a Ultrasonic device are equipped.