DE10236485A1

DE10236485A1 - Reinigung von Substratoberflächen mittels CO2 und N2O

Info

Publication number: DE10236485A1
Application number: DE10236485A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr. Donnerhack; Wolfgang Volker
Original assignee: Messer Griesheim GmbH
Current assignee: Air Liquide Deutschland GmbH
Priority date: 2002-08-09
Filing date: 2002-08-09
Publication date: 2004-02-19
Anticipated expiration: 2022-08-10
Also published as: DE10236485B4

Abstract

Bei dem Verfahren zur Reinigung von Substratoberflächen wird Kohlendioxid, das zumindest zeitweise Distickstoffmonoxid enthält, mit der Substratoberfläche in Kontakt gebracht. Das als Reinigungsmittel verwendete Kohlendioxid enthält z. B. 0,1 bis 20 Vol.-% Distickstoffmonoxid (N¶2¶O). Das Reinigungsmittel liegt in gasförmiger, druckverflüssigter oder überkritischer Phase vor.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von Substratoberflächen, insbesondere von Halbleiteroberflächen, mit Kohlendioxid.
Bekannt ist die Trockenreinigung mit überkritischem Kohlendioxid (CO₂). Solche Reinigungsverfahren sind beispielsweise in US 6280481 , US 6299652, US 2001013148 und WO 0187505 beschrieben.
Ein Verfahren zur Reinigung von Halbleiterscheiben mittels verflüssigter Gase ist aus der DE 695 23 208 T2 bekannt.
Ein Verfahren zur Reinigung von Substratoberflächen wie Halbleiteroberflächen mittels überkritischen Lösemitteln, z.B. Kohlendioxid, ist in der DE 199 42 282 A1 (interne Bezeichnung MG 2260) beschrieben. Die Reinigung von Halbleiteroberflächen mittels überkritischem Kohlendioxid ist auch aus der US 2002014257 bekannt.
Dem verdichteten Kohlendioxid werden üblicherweise Zusätze wie Tenside, Lösemittel oder andere Hilfsstoffe beigefügt. Diese zum Teil nicht flüchtigen Zusätze müssen von dem Reinigungsgut wieder entfernt werden, was in der Regel einen zusätzlichen Aufwand bedeutet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein alternatives Reinigungsverfahren für Substratoberflächen wie Halbleiteroberflächen, insbesondere von Wafer-Oberflächen, bereit zu stellen.
Gelöst wurde die Aufgabe durch ein Verfahren mit den in Anspruch 1 beschriebenen Merkmalen.
Bei dem Reinigungsverfahren werden Kohlendioxid und Distickstoffmonoxid mit der Substratoberfläche in Kontakt gebracht. Vorzugsweise wird ein Gemisch von Kohlendioxid und Distickstoffmonoxid zum Reinigen eingesetzt. In der Regel bildet Kohlendioxid die Hauptkomponente in den Gemischen dar. Kohlendioxid und Gemische von Kohlendioxid und Distickstoffmonoxid werden als Reinigungsmittel bezeichnet.
Das Reinigungsmittel kann ein oder mehrere Zusatzstoffe enthalten. In diesen Fällen sind die Zusatzstoffe in der Regel in sehr geringer Konzentration enthalten. Zusatzstoffe sind z.B. Tenside, oberflächenaktive Stoffe. Auch der Zusatz von anorganischen Lösemitteln wie Wasser oder organischen Lösemitteln wie Alkohole (z.B. Methanol, Ethanol, Propanol, Isopropanol) oder lineare oder verzweigte Kohlenwasserstoffe (z.B. Methan, Ethan, Propan, Isopropan, Butan, Hexan, Heptan) kann je nach Anwendungsfall in größerer (z.B. Prozentbereich wie 1 bis 10 Gewichtsprozent) oder kleinerer Menge (z.B. Spurenbereich oder ppm-Bereich wie 10 bis 1000 ppm; 1 ppm = 10^–6 g pro g) vorteilhaft sein.
Die Löse- bzw. Reinigungseigenschaften des Reinigungsmittels (Kohlendioxid oder Gemische von Kohlendioxid und Distickstoffmonoxid), vorzugsweise in überkritischer Phase, können auch zusätzlich mit Hilfe von sogenannten Modifiern angepaßt werden. Als Modifier werden z.B. eingesetzt:
SO₃, H₂SO₄ (verdünnt oder konzentriert);
NH₃, NH₃ aq, (verdünnt oder konzentriert);
H₂O, Alkohole, Ether, Ketone;
HCl, HCl aq (verdünnt oder konzentriert);
HF, HF aq (verdünnt oder konzentriert);
H₂O₂ (verdünnt oder konzentriert);
O₂, Ozon.
Die Modifier werden in aller Regel mit Hilfe von Hochdruckdosierpumpen dem überkritischen Kohlendioxid beigemischt. Die Konzentrationen bewegen sich in der Regel unterhalb von jeweils 1 Gew.-%. Die Modifier werden im allgemeinen nur zeitweise, z.B. in einem oder mehreren Reinigungsschritten, in dem Reinigungsverfahren eingesetzt.
Substratoberflächen sind Keramik-, Kunststoff-, Metall- oder Halbleiteroberflächen. Die Substratoberflächen sind in der Regel Oberflächen von Gegenständen, z. B. Scheiben, flachen Teilen, Bauteilen, insbesondere von Vorstufen zu elektronischen Bauteilen, fertigen elektronischen Bauteilen, Vor-, Zwischen- und Endprodukte bei der Halbleiterfertigung (z. B. bei der Wafer-Produktion).
Die Behandlung der Substratoberflächen erfolgt vorzugsweise in geschlossenen Systemen unter Verwendung eines Gemisches von Kohlendioxid (CO₂) und Distickstoffmonoxid (N₂O) in flüssiger, gasförmiger oder überkritischer Phase.
In dem Verfahren werden Kohlendioxid und Distickstoffmonoxid als Reinigungsmittel, insbesondere als Kombinationsreinigungsmittel zur gleichzeitigen, getrennten oder zeitlich abgestuften Anwendung eingesetzt.
Das Reinigungsmittel enthält Kohlendioxid (CO₂) und Distickstoffmonoxid (N₂O), das auch als Lachgas bezeichnet wird. In der Regel besteht das Stoffgemisch aus Kohlendioxid (CO₂) und Distickstoffmonoxid, vorzugsweise aus einem N₂O-Anteil von 0,1 bis 20 Vol.-%, besonders bevorzugt aus einem N₂O-Anteil von 5 bis 20 Vol.-%, Rest CO₂ (zusammen 100 Vol.-%). Die Konzentrationsangaben (Vol.-%) beziehen sich auf die Konzentrationen der Komponenten des Stoffgemisches bei Normalbedingungen (1 bar absolut, 0°C).
Das Reinigungsmittel wird im allgemeinen als Gasgemisch, als Flüssigkeit oder in überkritischem Zustand, vorzugsweise als verdichtetes Gasgemisch oder in überkritischem Zustand, eingesetzt. Das Reinigungsmittel wird vorzugsweise wie übliche Kohlendioxid-Phasen bei der Trockenreinigung eingesetzt. Der Einsatz des Reinigungsmittels in überkritischem Zustand erfolgt beispielsweise wie in der US 6280481 , US 6299652, US 2001013148, US 2002014257, WO 0187505, DE 695 23 208 T2 und DE 199 42 282 A1 beschrieben, worauf hiermit Bezug genommen wird.
Bevorzugt werden Reinigungsmittel, die aus Kohlendioxid und Distickstoffmonoxid oder Kohlendioxid, Distickstoffmonoxid und einem oder mehreren Lösemitteln bestehen. Diese Reinigungsmittel hinterlassen keine Rückstände am Reinigungsgut. Die Zumischung von Distickstoffmonoxid zu Kohlendioxid verbessert die Reinigungsfähigkeit von Kohlendioxid, insbesondere überkritischem Kohlendioxid, außerordentlich.
Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von Distickstoffmonoxid (N₂O) bei der Trockenreinigung mit Kohlendioxid. Insbesondere wird die Trockenreinigung mit Kohlendioxid durch die Zudosierung von Distickstoffmonoxid verbessert.
Das Stoffgemisch für das Reinigungsmittel wird in der Regel als druckverflüssigte Phase in einem Druckgasbehälter bereit gestellt. Druckgasbehälter sind beispielsweise Druckgasflaschen, Druckgaspatronen (Kleinpatronen) oder Druckdosen.
Die Komponenten des Reinigungsmittels sind ungiftig, unbrennbar und physiologisch unbedenklich. Sie sind bereits im Medizin- und/oder Lebensmittelbereich etabliert.
Vorteilhaft wird das Verfahren mit einer Verfahrensstufe zur Abtrennung von Verunreinigungen aus dem Reinigungsmittel während der Reinigung des Reinigungsgutes oder in einem vorangehenden oder nachfolgenden Verfahrensschritt kombiniert. Besonders vorteilhaft ist ein Kreislaufsystem, bei dem das Reinigungsmittel zwischen einer Reinigungseinrichtung für das Reinigungsgut und einer Reinigungseinrichtung für das Reinigungsmittel geführt wird. Beispielsweise wird das Reinigungsmittel zwischen den Einrichtungen kontinuierlich oder diskontinuierlich umgepumpt. Das Kreislaufsystem arbeitet z.B. mit flüssigem oder überkritischem Reinigungsmittel.
Die Reinigungseinrichtung für das Reinigungsmittel ist z.B. ein Filter, Adsorber oder Absorber, insbesondere eine oder mehrere Durchflußpatronen mit mindestens einem Reinigungsmaterial wie einem Filtermaterial, Adsorbermaterial oder Absorbermaterial. Das Reinigungsmaterial dient insbesondere zur Abtrennung von Verunreinigungen wie in dem Reinigungsmittel löslichen Stoffen, insbesondere Fett oder fettartigen Stoffen. Adsorbermaterial oder Absorbermaterial, auch Adsorptionsmittel oder Absorptionsmittel genannt, sind z.B. Aktivkohlen oder Polymerstoffe (Kunststoffe, z.B. makroretikuläre Styrol- Copolymere). Geeignete Adsorptionsmittel oder Absorptionsmittel zur Bindung von Verunreinigungen wie Fett sind dem Fachmann bekannt. Die Regenerierung des Reinigungsmittels durch Abtrennung von Verunreinigungen mittels einer Reinigungseinrichtung bietet sich insbesondere an bei dem Einsatz von Reinigungsmitteln, die keine Additive wie Tenside oder andere nichtflüchtige Additive enthalten. Die Regenerierung des Reinigungsmittels z.B. in einem Kreislaufsystem ist vorteilhaft insbesondere bei Reinigungsmitteln, die aus Kohlendioxid und Distickstoffmonoxid bestehen.
Als Reinigungsmittel dienen z.B. vorgefertigte Gemische, insbesondere in Druckgasbehältern bereitgestellte Gasgemische, die z.B. aus Kohlendioxid und Distickstoffmonoxid bestehen, oder Gemische von Kohlendioxid und Distickstoffmonoxid, die vorort (in situ), in der Regel in dem Reinigungssystem (z.B. in oder an der Reinigungseinrichtung für das Reinigungsgut) erzeugt werden. Beispielsweise wird einem Kohlendioxidstrom kontinuierlich oder diskontinuierlich Distickstoffmonoxid zugemischt. Vorbestimmte Mengen von Distickstoffmonoxid werden z.B. über Steuereinrichtungen und Regeleinrichtungen und insbesondere steuerbare Ventile dem Kohlendioxid zudosiert. Die Dosierung von Distickstoffmonoxid erfolgt beispielsweise in einer oder mehreren Reinigungsphasen (Verfahrensschritten) des Reinigungsverfahrens.
Überkritischem oder flüssigem Kohlendioxid wird z.B. mittels einer gesteuerten Dosiereinrichtung Distickstoffmonoxid zugeführt. Druck und Temperatur in dem System sind entsprechend zu wählen.

Claims

Verfahren zur Reinigung von Substratoberflächen, dadurch gekennzeichnet, daß Kohlendioxid, das zumindest zeitweise Distickstoffmonoxid enthält, als Reinigungsmittel mit der Substratoberfläche in Kontakt gebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete Kohlendioxid 0,1 bis 20 Vol.-% Distickstoffmonoxid enthält.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Reinigungsmittel in gasförmiger, druckverflüssigter oder überkritischer Phase vorliegt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Reinigungsmittel ein oder mehrere Zusatzstoffe oder Modifier enthält.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Reinigungsmittel in gasförmiger, druckverflüssigter oder überkritischer Phase vorliegt und das Reinigungsmittel mittels einer Reinigungseinrichtung zur Entfernung von Verunreinigungen behandelt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Reinigungsmittel in einem Kreislaufsystem eingesetzt und das Reinigungsmittel einer Reinigungseinrichtung für das Reinigungsmittel zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigungseinrichtung für das Reinigungsmittel eine Filtermasse und/oder eine Adsorptionsmasse oder Absorptionsmasse aufweist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kohlendioxid zumindest zeitweise Distickstoffmonoxid zudosiert wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kohlendioxid zumindest zeitweise SO₃ oder H₂SO₄, NH₃, H₂O, Alkohole, Ether, Ketone, HCl, HF, H₂O₂, O₂ und/oder Ozon als Modifier zugesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierung von Distickstoffmonoxid oder eines Modifiers mittels einer Steuer- und/oder Regelungseinrichtung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierung von Distickstoffmonoxid in mindestens einer Reinigungsphase oder einem Reinigungsschritt erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Substratoberfläche eine Keramik-, Kunststoff , Metalloder Halbleiteroberfläche ist.
Verwendung eines Stoffgemisches aus Kohlendioxid (CO₂) und Distickstoffmonoxid (N₂O) zum Reinigen oder zur Behandlung von Keramik-, Kunststoff-, Metall- oder Halbleiteroberflächen als Substratoberflächen.