Oberflächen, die vollkommen frei von Staubpartikeln sind, werden in wichtigen industriellen Prozessen benötigt. Dies ist insbesondere in der Herstellung integrierter Schaltungen der Fall. Hier werden z. B. dem Halbleitersubstrat (Mikrochip) durch photographische Prozesse Strukturen aufgeprägt, die durch eine Maske vorgegeben sind. Bei der Belichtung können feinste Stäubchen, die sich auf Maske oder Substrat niedergeschlagen haben, zu fehlerhaften Strukturen in den produzierten integrierten Schaltkreisen führen. Trotz einer hochentwickelten Reinraumtechnik, durch welche extrem staubfreie Atmosphären geschaffen werden, ist die durch Staubdeposition verursachten Ausschußrate in der Elektronikindustrie immer noch erheblich. Da die Maßstäbe in modernen integrierten Schaltungen immer kleiner werden, wird nicht nur die maximal tolerierbare Staubpartikelkonzentration der umgebenden Atmosphäre, sondern auch die maximal tolerierbare Staubpartikeldimension immer kleiner. Heute sind selbst Partikel im Größenbereich von 10 nm nicht mehr überall zulässig.Surfaces that are completely free of dust particlesneeded in important industrial processes. This is particularly soin the manufacture of integrated circuits. Here z. B.the semiconductor substrate (microchip) through photographic processesimprinted on structures that are specified by a mask. At the Belichfine dust that settles on the mask or substratehave struck to faulty structures in the produced intecircuit. Despite a sophisticated clean roomtechnology that creates extremely dust-free atmospheres,is the reject rate caused by dust deposition in the elecelectronics industry still significant. Because the standards in modern inintegrated circuits become smaller and smaller, not only the maximumtolerable dust particle concentration in the surrounding atmosphere, sonthe maximum tolerable dust particle size is getting smaller.Today, even particles in the size range of 10 nm are no longer overall permissible.
Das erfindungsgemäße Verfahren beseitigt Partikel in diesem Größenbereich auf einfachste berührungslose Weise von Oberflächen und verspricht deshalb insbesondere in der Herstellung von Mikrochips eine drastische Verringerung der Ausschußrate sowie Einsparungen bezüglich reinraumtechnischer Einrichtungen.The method according to the invention eliminates particles inthis size range in the simplest non-contact way of surfaceChen and therefore promises especially in the production of microchips a drastic reduction in reject rate as well as savingsregarding clean room facilities.
Im erfindungsgemäßen Verfahren wird die von Staubpartikeln zu befreiende Oberfläche kurzen Blitzen elektromagnetischer Strahlung ausgesetzt. Bei gleichzeitigem Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen der von Partikeln zu befreienden Oberfläche und einer Auffangelektrode führt dies zur Ablösung und Beseitigung der Partikel von der besagten Oberfläche. Dem Vorgang kann durch zusätzliche Anwendung eines Gebläses zusätzliche Effizienz verliehen werden.In the process according to the invention, that of dust particles becomesfree surface of short flashes of electromagnetic radiationset. With simultaneous application of an electrical voltage betweenthe surface to be freed of particles and a collecting electrodethis leads to the detachment and removal of the particles from saidSurface. The process can be done by additionally using a bloweradditional efficiency.
Herkömmliche Verfahren zur trockenen, berührungslosen Beseitigung von Staubpartikeln von Oberflächen verwenden Ultraschall zum Abschütteln und/oder Blaseinrichtungen zu Wegblasen der Partikel. Solche Methoden sind nur effizient für Partikelgrößen im mikrometer-Bereich oder darüber. Andere Verfahren beruhen auf der Verdampfung verunreinigender Substanzen durch Erhitzen. Dieses kann durch gepulste Laserstrahlung herbeigeführt werden. Störend kann bei solchen Verfahren die Rekondensation des Dampfes auf dem zu reinigenden Material (im Folgenden als Substrat bezeichnet) sein. Ein weiterer Nachteil ist die notwendige Be schränkung auf solche zu beseitigende Substanzen, die im Vergleich zum Substrat einen genügend niedrigen Dampfdruck aufweisen, da eine Verdampfung des Substrats selbst in der Regel nicht erwünscht ist. Bei organischen Verunreinigungen kann die Verflüchtigung durch reaktionsfähige Gase begünstigt werden. Eine andere verwendete Möglichkeit besteht in der Verdampfung einer speziell dazu konditionierten Oberflächenschicht auf dem zu reinigenden Substrat. Durch den entweichenden Dampf werden dann auf der Oberfläche deponierte Partikel mitgerissen und beseitigt.Conventional methods for dry, contactless disposalof dust particles from surfaces use ultrasound to shake offand / or blowing devices for blowing away the particles. Such methodsare only efficient for particle sizes in the micrometer range or aboveOther methods rely on the evaporation of contaminantsSubstances by heating. This can be done by pulsed laser radiationbe brought about. The recondensing can be disruptive in such processessation of the steam on the material to be cleaned (hereinafter referred to asSubstrate). Another disadvantage is the necessary loading restriction to such substances to be eliminated, in comparisonto the substrate have a sufficiently low vapor pressure, since aEvaporation of the substrate itself is usually not desirable. Atorganic contaminants can be volatilized by reactioncapable gases are favored. Another possibility used bestands in the evaporation of a specially conditioned surfacelayer on the substrate to be cleaned. Through the escapingSteam particles are then carried away on the surfaceand eliminated.
Das erfindungsgemäße Verfahren beseitigt feinste Staubpartikel von Oberflächen ohne Verdampfung der Partikel oder von Teilen des Substrats. Es beinhaltet die folgenden zwei Verfahrensschritte:The method according to the invention removes the finest dust particlesof surfaces without evaporation of the particles or parts of the substrats. It includes the following two process steps:
Das erfindungsgemäße Verfahren beruht unter anderem auf der Erkenntnis, daß Staubpartikel, die durch intensive Strahlungsblitze vom Substrat gelöst werden, elektrisch geladen sind. Hierdurch ist im zweiten Verfahrensschritt ein vom Substrat fortgerichtetes Ablenken der Partikel möglich, welches die Rückdiffusionswahrscheinlichkeit herabsetzt oder in die Nähe von null bringt. Mehrere Mechanismen kommen für die Aufladung der Partikel in Frage. Die Wesentlichsten davon sind im Folgenden unter a) bis d) beschrieben:The method according to the invention is based, inter alia, on the cognitionsnis that dust particles caused by intense radiation flashes from the substratebe solved, are electrically charged. This is in the second procedurethe particles can be deflected away from the substrate,which reduces the likelihood of back diffusion or in the vicinitybrings from zero. Several mechanisms come for charging the particlesin question. The most important of these are listed below under a) to d)wrote:
Das erfindungsgemäße Verfahren macht erstmals von der folgenden Kombination physikalischer Phänomene Gebrauch:The method according to the invention makes the first of the followingCombination of physical phenomena use:
Die durch die Überlagerung der Mechanismen a) bis d) bevorzugt sich einstellende Partikelladung hängt bei gegebener Partikelzusammensetzung, Partikelgröße und Substratzusammensetzung von der Photonenenergieverteilung, Intensität und Dauer der Strahlungsblitze ab. Die SpannungU, die einen hinreichenden Reinigungseffekt hervorruft, muß deshalb der spezifischen Aufgabe angepaßt sein. Die optimale Spannung kann durch ein dem routinemäßigen Einsatz des Verfahrens vorausgehendes Experiment ermittelt werden, in welchem mit Partikeln belegte Oberflächen den Verfahrensschritten bei verschiedenen Spannungen ausgesetzt und dann elektronenmikroskopisch betrachtet werden. Auf entsprechende Weise kann auch für eine gegebene Strahlungsblitzquelle der Intensitätsbereich ermittelt werden, in welchem das Substrat bei effektiver Partikelbeseitigung nicht in unerwünschter Weise verändert wird.The particle charge which is preferably established as a result of the superimposition of mechanisms a) to d) depends on the photon energy distribution, intensity and duration of the radiation flashes for a given particle composition, particle size and substrate composition. The voltageU , which produces a sufficient cleaning effect, must therefore be adapted to the specific task. The optimum voltage can be determined by an experiment preceding the routine use of the method, in which surfaces covered with particles are exposed to the process steps at different voltages and then viewed under electron microscopy. In a corresponding manner, the intensity range can also be determined for a given radiation flash source, in which the substrate is not changed in an undesirable manner with effective particle removal.
Um alle, oder einen hinreichend großen Anteil der Staubpartikel vom Substrat zu lösen, kann es notwendig sein, mehrere Strahlungsblitze anzuwenden. In einer besonders universell anwendbaren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die zwischen Substrat und Auffangelektrode anliegende SpannungU nach einem oder mehreren Strahlungsblitzen umgepolt, um Partikel beider Polaritäten, d. h. jeder Art zu entfernen. Periodisches Umpolen, oder Verwendung einer Wechselspannung, kann zudem bei elektrisch isolierenden Stoffen den erwünschten Nebeneffekt haben, daß eine unerwünschte hohe Aufladung der Substratoberfläche dadurch vermieden wird, daß abwechselnd positive und negative Ladungsträger die Oberfläche verlassen. Das ist beispielsweise bei solchen integrierten Schaltkreisen von Vorteil, die durch Oberflächenladungen leicht zerstört werden.To remove all or a sufficiently large proportion of the dust particles from the substrate, it may be necessary to use several flashes of radiation. In a particularly universally applicable variant of the method according to the invention, the voltageU present between the substrate and collecting electrode is reversed after one or more radiation flashes in order to remove particles of both polarities, ie of every type. Periodic polarity reversal, or use of an alternating voltage, can also have the desired side effect in the case of electrically insulating substances in that an undesirable high charge on the substrate surface is avoided by alternating positive and negative charge carriers leaving the surface. This is advantageous, for example, in the case of such integrated circuits which are easily destroyed by surface charges.
DieFig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens. Der Excimer-Laser1 erzeugt Strahlung einer Wellenlänge von 193 nm (entsprechend 6 · 4 eV) in Blitzen von 14 ns Dauer. Die Energie pro Blitz beträgt 100 mJ, und der Strahlquerschnitt 1 cm2. Der Strahl (8) wird durch einen uv-Spiegel2 auf das von Partikeln zu befreiende Sub strat3 (z. B. ein Silizium Wafer) gelenkt. Das Substrat liegt stabil in einer Einbuchtung des elektrisch leitenden und geerdeten Halters4. In einer Höhe von 1 cm über dem Substrat befindet sich die zylindrisch ausgebildete Auffangelektrode5. Sie ist mit einem Pol des Hochspannungsgenerators6 elektrisch verbunden, dessen anderer Pol auf Erdpotential liegt. Der Hochspannungsgenerator6 erzeugt eine SpannungU mit dem Absolutwert 3 kV, deren Polarität periodisch wechselt. Der Excimer-Laser erzeugt während jeder Spannungseinstellung (+3 kV oder -3 kV) mindestens einen Blitz. Die Gesamtanzahl der Blitze, die für die Befreiung der Oberfläche von Partikeln benötigt wird, richtet sich nach dem Grad der Partikelbelegung und dem erwünschten Reinigungseffekt. Die Dauer jeder Spannungseinstellung entspricht (ohne Anwendung einer Blasvorrichtung) etwa der Zeit, die die Partikel unter dem Einfluß der elektrostatischen Kraft benötigen, um die Auffangelektrode zu erreichen. Diese liegt für Partikelgrößen zwischen 5 nm und 1 µm typischerweise zwischen 10 ms und 10 s. Um, besonders bei großen Partikeln, den Vorgang der Partikelbeseitigung zu beschleunigen, kann ein Gebläse7 hinzugefügt werden, welches mit partikelfreier Luft solche Partikel wegbläst, die durch die elektrostatische Kraft in genügenden Abstand von der Partikeloberfläche gebracht wurden. Das Gebläse kann jedoch nicht anstatt der SpannungU angewendet werden, da in unmittelbarer Nähe der Oberfläche (Abstand ca. 1 µm) keine genügend hohe, von der Oberfläche weggerichtete Strömungsgeschwindigkeit erreichbar ist. Ohne die SpannungU wäre das Verfahren bestenfalls für relativ große Partikel (größer als 10 µm) effizient.Fig. 1 shows an embodiment of the inventive method. The excimer laser1 generates radiation with a wavelength of 193 nm (corresponding to 6 · 4 eV) in flashes of 14 ns duration. The energy per flash is 100 mJ and the beam cross section is 1 cm2 . The beam (8 ) is directed by a uv mirror2 onto the substrate3 to be freed of particles (z. B. a silicon wafer). The substrate lies stably in an indentation of the electrically conductive and grounded holder4 . The cylindrical collecting electrode5 is located at a height of 1 cm above the substrate. It is electrically connected to one pole of the high-voltage generator6 , the other pole of which is at ground potential. The high voltage generator6 generates a voltageU with the absolute value 3 kV, the polarity of which changes periodically. The excimer laser generates at least one flash during each voltage setting (+3 kV or -3 kV). The total number of flashes required to remove particles from the surface depends on the degree of particle occupancy and the desired cleaning effect. The duration of each voltage setting corresponds (without the use of a blower) approximately to the time it takes for the particles under the influence of the electrostatic force to reach the collecting electrode. For particle sizes between 5 nm and 1 µm, this is typically between 10 ms and 10 s. In order to accelerate the process of particle removal, especially for large particles, a blower7 can be added, which blows away particles with particle-free air that have been brought into sufficient distance from the particle surface by the electrostatic force. However, the blower cannot be used instead of the voltageU , since a sufficiently high flow velocity directed away from the surface cannot be achieved in the immediate vicinity of the surface (distance approx. 1 µm). Without the voltageU , the process would be efficient at best for relatively large particles (larger than 10 µm).
Als geeignete Strahlungsquelle kann anstatt des Excimer-Lasers beispielsweise eine andere Sorte von Pulslaser oder eine Gasentladungslampe im Blitzbetrieb verwendet werden.A suitable radiation source can be instead of the excimer laserfor example, another type of pulse laser or a gas discharge lampbe used in flash mode.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auf Oberflächen aller Art anwenden, sofern nicht unerwünschte Veränderungen der Oberfläche durch photochemische Prozesse eintreten, die durch die elektromagnetische Strahlung ausgelöst werden. Gegebenenfalls kann die Wellenlänge der Strahlung so gewählt werden, daß dies vermieden wird. Thermische Veränderungen der Oberfläche sind durch genügende Herabsetzung der Pulsenergie vermeidbar. Sofern der Strahlungspuls kurz genug ist (z. B. einige ns) und damit die Strahlungsleistung entsprechend hoch, tritt die erwünschte Loslösung der Partikel vom Substrat ein. Das Verfahren ist insbesondere auf die Befreiung von Halbleiterchips, oder den bei ihrer Herstellung verwendeten Photomasken, von Staubpartikeln anwendbar. Zudem lassen sich prinzipiell alle Gegenstände von Partikeln befreien, die sich in Reinsträumen befinden, wie z. B. Werkzeuge.The method according to the invention can be used on surfaces of all kindsapply, unless not caused by undesirable changes in the surfacephotochemical processes occur that are caused by the electromagnetic beamlung are triggered. If necessary, the wavelength of the radiationbe chosen so that this is avoided. Thermal changesthe surface are avoided by sufficiently reducing the pulse energybar. If the radiation pulse is short enough (e.g. a few ns) and thusthe radiation power is high, the desired release occurssolution of the particles from the substrate. The procedure is particularly based onthe exemption from semiconductor chips, or the use in their manufactureDetect photomasks, applicable from dust particles. You can also printpartially clear all objects of particles that are in clean roomsare located such. B. Tools.
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