DE19923385C2 - Process for drying a semiconductor wafer - Google Patents

Process for drying a semiconductor wafer

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Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Trocknen einer Halbleiterscheibe durch Schleudern der Halbleiterscheibe mit einer Schleuder.The invention relates to a method for drying a semiconductor wafer by spinning the semiconductor wafer with a spinner.

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie es beispielsweise in der US 4,871,417, der US 5,882,433 und der EP 434307 A2 beschrieben ist. Schleudern, die zur Durchführung des Verfahrens geeignet sind, sind in den vorstehenden Druckschriften sowie der US 4,313,266 offenbart. Des weiteren findet sich Stand der Technik zum Schleudertrocknen in der JP 61-147535 A, Patent Abstracts of Japan E-456 November 19, 1986 Vol. 10/No. 343.The invention is based on a method according to the preamble of the claim 1, as it is for example in US 4,871,417, US 5,882,433 and EP 434307 A2 is described. Centrifuges that are suitable for carrying out the method, are disclosed in the above publications as well as US 4,313,266. Of the prior art for spin drying can be found in JP 61-147535 A, Patent Abstracts of Japan E-456 November 19, 1986 Vol. 10 / No. 343.

Beim Trocknen einer Halbleiterscheibe durch Schleudern besteht die Gefahr, daß die Halbleiterscheibe verunreinigt wird, beispielsweise durch Partikel, die von der Schleuder stammen. Des weiteren kann die Reflexion von abgeschleuderten Trop­ fen, beispielsweise Spülmitteltropfen, auf trockene Stellen der Halbleiterscheibe zu einer Rekontamination führen. Darüber hinaus ist das Zurückbleiben von Wasserflec­ ken nach dem Schleudern zu vermeiden.When drying a semiconductor wafer by spinning there is a risk that the Semiconductor wafer is contaminated, for example by particles from the Slingshot. Furthermore, the reflection of thrown off trop fen, for example drops of detergent, to dry spots on the semiconductor wafer recontamination. In addition, there is water lag to avoid after spinning.

Aufgabe der Erfindung ist es sicherzustellen, daß die Kontamination der Halbleiter­ scheibe durch Partikel oder andere unerwünschte Stoffe minimal ist.The object of the invention is to ensure that the contamination of the semiconductor disk due to particles or other undesirable substances is minimal.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Trocknen einer Halbleiterscheibe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, das dadurch gekennzeichnet ist, daß beim Spülschleudern und beim Trockenschleudern jeweils mit einem Drehzahlverlauf ge­ schleudert wird, der mindestens eine Rampe beinhaltet, bei der die Drehzahl der Schleuder bis zu einer Zieldrehzahl gesteigert wird, und wobei die Drehzahl der Schleuder vor dem Trockenschleudern stark reduziert wird.The invention relates to a method for drying a semiconductor wafer according to the preamble of claim 1, characterized in that at Rinse spin and dry spin with a speed curve ge is hurled, which includes at least one ramp, at which the speed of the Slingshot is increased up to a target speed, and the speed of the Centrifuge before dry spinning is greatly reduced.

Insbesondere bei einer Halbleiterscheibe mit hydrophober Oberfläche ist es vorteil­ haft, die Halbleiterscheibe in Gegenwart von Ozon zu schleudern und auf diese Wei­ se einen schützenden Oxidfilm zu bilden. It is particularly advantageous for a semiconductor wafer with a hydrophobic surface to spin the semiconductor wafer in the presence of ozone and in this way to form a protective oxide film.  

Es ist vorteilhaft, die Halbleiterscheibe in Gegenwart von Ozon und zumindest zeitweise in Anwesenheit eines die Oberflächenspannung von Wasser reduzierenden Stoffes zu schleudern.It is advantageous to use the semiconductor wafer in the presence of ozone and at least temporarily in the presence of a substance that reduces the surface tension of water fling.

Beim Spülschleudern und beim Trockenschleudern wird jeweils mit einem Drehzahlver­ lauf geschleudert, der mindestens eine Rampe beinhaltet, bei der die Drehzahl der Schleuder bis zu einer Zieldrehzahl gesteigert wird, und wobei die Drehzahl der Schleu­ der vor dem Trockenschleudern stark reduziert wird.When rinsing and dry spinning, each with a speed ver thrown barrel, which includes at least one ramp, at which the speed of the Slingshot is increased up to a target speed, and the speed of the sluice which is greatly reduced before dry spinning.

Während des Spülschleuderns wird die Halbleiterscheibe mit einem Spülmittel, insbe­ sondere mit Wasser oder mit einer wässerigen Lösung, die spülaktive Stoffe enthält, in Kontakt gebracht und gleichzeitig geschleudert. Erfindungsgemäß wird dabei die Dreh­ zahl der Schleuder bis zu einer Zieldrehzahl kontinuierlich gesteigert und vor dem Tro­ ckenschleudern, das ohne die Zufuhr einer Flüssigkeit abläuft, stark reduziert. Die Dreh­ zahl der Schleuder wird vorzugsweise auf einen Wert von < 800, bevorzugt < 300 UPM reduziert. Beim Spülschleudern können eine oder mehrere Rampen zur Steigerung der Drehzahl vorgesehen sein. Bevor­ zugt ist eine Rampe, bei der mit dem Anfahren der Zieldrehzahl gleichzeitig die beim Spülschleudern angestrebte Maximaldreh­ zahl erreicht wird.During the rinsing spin, the semiconductor wafer with a detergent, esp in particular with water or with an aqueous solution containing active ingredients Contacted and hurled at the same time. According to the invention, the rotation number of slingshots continuously increased up to a target speed and before the tro slingshots that run without the addition of a liquid are greatly reduced. The spin Number of centrifuges is preferably <800, preferably <300 rpm reduced. When rinsing, one or more ramps can be used to increase the Speed should be provided. Before  there is a ramp where the target speed is approached at the same time the maximum spin required for the rinsing spin number is reached.

Bevorzugt ist weiterhin, daß die beim Spülschleudern erreichte Maximaldrehzahl der Schleuder niedriger ist, als die beim Troc­ kenschleudern erreichte Maximaldrehzahl. Das Trockenschleudern umfaßt eine oder mehrere Phasen (Rampen), während derer die Drehzahl der Schleuder gesteigert wird. Bevorzugt sind zwei Rampen, wobei die Drehzahl der Schleuder zunächst bis zu einem Zwischenmaximum und anschließend bis zu einem Hauptmaximum er­ höht wird.It is further preferred that that reached during the rinsing spin Maximum spin speed is lower than that of the Troc kenschleudern reached maximum speed. The dry spin comprises one or more phases (ramps) during which the Spin speed is increased. Two are preferred Ramps, the speed of the slingshot initially up to one Intermediate maximum and then up to a main maximum is increased.

Die Drehzahl der Schleuder wird während des Spül- und Trocken­ schleuderns vorzugsweise linear geändert, wobei nicht-lineare Änderungen auch nicht ausgeschlossen sind.The spin speed is during rinsing and drying centrifugal changes preferably linear, being non-linear Changes are also not excluded.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel näher beschrieben. Es wird auch auf eine Figur bezug genommen, in der die Drehzahl der Schleuder in Ab­ hängigkeit der Zeit dargestellt ist. Das gewählte Ausführungs­ beispiel umfaßt folgende Verfahrensschritte:
The invention is described in more detail below using a particularly preferred exemplary embodiment. Reference is also made to a figure in which the speed of the spinner is shown as a function of time. The selected execution example comprises the following process steps:

  • a) Auflegen einer feuchten, gegebenenfalls mit Chemikalien be­ hafteten Halbleiterscheibe auf eine Schleuder. Fixieren der Halbleiterscheibe durch Klammern der Halbleiterscheibe an meh­ reren Stellen ihrer Kante.a) Place a moist, possibly with chemicals semiconductor wafer adhered to a slingshot. Fixing the Semiconductor wafer by clamping the semiconductor wafer to meh other places of their edge.
  • b) Spülschleudern der Halbleiterscheibe. Auf der Ober- und der Unterseite der Halbleiterscheibe wird über Düsen ein Spülmit­ tel, beispielsweise Wasser, aufgebracht. Die Düsenform ist der­ art gewählt, daß die Halbleiterscheibe wenigstens im Zentrum, besser vom Zentrum bis zum Rand getroffen wird. Die mindestens abgegebene Wassermenge beträgt je Düse vorzugsweise 0,1 bis 4,0 l/min. Während des Spülzeitraums wird die Scheibe nach Ablauf einer oder mehrerer Rampen auf eine gewünschte Maximaldrehzahl beschleunigt. Wie in der Figur gezeigt ist, ist eine Rampe be­ vorzugt (Drehzahlen und Zeiten sind in der Figur in normierten Einheiten angegeben). Die Rampe wird mit ≧ 1 U/s2, bevorzugt ≧ 5 U/s2 gefahren. Die Maximaldrehzahl während der Spülphase be­ trägt ≧ 50 UPM, vorzugsweise mindestens 800 UPM. Mit Hilfe der Zentrifugalkraft kann die Scheibe sehr effektiv von zuvor auf­ gebrachten Reinigungsmitteln befreit werden. Sie reduziert die Dicke der Flüssigkeitsschicht, die sich direkt an der Schei­ benoberfläche befindet, und in der die Reduktion der Chemikali­ enkonzentration ausschließlich über Diffusion abläuft. Dadurch kann die benötigte Wassermenge reduziert und der Spülprozeß verkürzt werden.b) rinsing-spinning the semiconductor wafer. On the top and bottom of the semiconductor wafer, a flushing agent, for example water, is applied via nozzles. The shape of the nozzle is chosen such that the semiconductor wafer is hit at least in the center, better from the center to the edge. The minimum amount of water dispensed per nozzle is preferably 0.1 to 4.0 l / min. During the rinsing period, the disc is accelerated to a desired maximum speed after one or more ramps. As shown in the figure, a ramp is preferred (speeds and times are given in the figure in normalized units). The ramp is driven at ≧ 1 U / s 2 , preferably ≧ 5 U / s 2 . The maximum speed during the rinsing phase is ≧ 50 rpm, preferably at least 800 rpm. With the help of the centrifugal force, the glass can be cleaned very effectively from previously used cleaning agents. It reduces the thickness of the liquid layer, which is located directly on the surface of the pane, and in which the chemical concentration is reduced exclusively by diffusion. This can reduce the amount of water required and shorten the rinsing process.
  • c) Herunterfahren der Drehzahl während des Spülprozesses auf eine Drehzahl, deren Wert unter der Maximaldrehzahl liegt, be­ vorzugt auf eine Drehzahl < 300 UPM. Dadurch wird gebildetes, feinverteiltes Aerosol der Spülflüssigkeit reduziert. Insbeson­ dere spielt dies bei Halbleiterscheiben mit einem großen Durch­ messer von ≧ 200 mm eine besondere Rolle, weil bei solchen Durchmessern im angegebenen Drehzahlbereich zum Rand hin Zen­ trifugalkräfte auftreten, die zu einer extremen Aerosolbildung führen. Die Rampe zum Reduzieren der Drehzahl wird vorzugsweise mit ≧ 0,5 U/s2, bevorzugt. ≧ 2 U/s2 gefahren.c) reducing the speed during the rinsing process to a speed whose value is below the maximum speed, preferably to a speed <300 rpm. Formed, finely divided aerosol of the rinsing liquid is reduced. In particular, this plays a special role in semiconductor wafers with a large diameter of ≧ 200 mm, because with such diameters in the specified speed range, centrifugal forces occur towards the edge, which lead to extreme aerosol formation. The ramp for reducing the speed is preferably ≧ 0.5 U / s 2 , preferred. ≧ 2 rpm 2 driven.
  • d) Zuführen einer Flüssigkeit zur Spülflüssigkeit oder eines Dampfes oder eines Dampf-Inertgasgemisches oder eines Dampf- Gasgemisches zur Spülflüssigkeit, beispielsweise durch Blasen des Dampfes oder Gemisches auf die sich beim Schleudern auf der Halbleiterscheibe bildende Schicht der Spülflüssigkeit. Die Flüssigkeit bzw. der Dampf besteht aus einem wasserlöslichen Stoff, der die Oberflächenspannung von Wasser reduziert, vor­ zugsweise aus einem Stoff der Gruppe der Alkohole, besonders bevorzugt aus einem kurzkettigen Alkohol wie Isopropanol. Das Zuführen der Flüssigkeit bzw. des Dampfes erfolgt während der Gesamtzeit des Spülschleuderns, vorzugsweise während der letz­ ten Phase des Spülschleuderns, und gegebenenfalls auch noch zu Beginn des Trockenschleuderns. Ein längeres Zuführen der Flüs­ sigkeit bzw. des Dampfes während des Trockenschleuderns ist zu vermeiden, da dies zur Bildung von Wasserflecken im Zentrum der Halbleiterscheibe führen kann. Es ist bevorzugt, daß der Stoff in der Spülflüssigkeit eine Konzentration von ≦ 1 mol/l, bevor­ zugt ≦ 0,1 mol/l erreicht. Als Inertgas bzw. Gas können insbe­ sondere Edelgase und Stickstoff sowie Kohlendioxid verwendet werden.d) supplying a liquid to the rinsing liquid or a Steam or a steam-inert gas mixture or a steam Gas mixture to the flushing liquid, for example by blowing of the steam or mixture on which when spinning on the Semiconductor wafer-forming layer of the rinsing liquid. The Liquid or vapor consists of a water-soluble Substance that reduces the surface tension of water preferably from a substance from the group of alcohols, especially preferably from a short-chain alcohol such as isopropanol. The The liquid or vapor is supplied during the Total time of the spin cycle, preferably during the last th phase of the rinsing, and possibly also to Start of spin drying. A longer supply of the rivers liquid or steam during the dry spin cycle is too avoid as this will form water spots in the center of the Semiconductor wafer can lead. It is preferred that the fabric in the rinsing liquid a concentration of der 1 mol / l before reaches ≦ 0.1 mol / l reached. As inert gas or gas, in particular  special noble gases and nitrogen as well as carbon dioxide are used become.
  • e) Beginn des Trockenschleuderns durch Hochfahren der Schleu­ derdrehzahl in ein oder mehreren Stufen auf eine Maximaldreh­ zahl. Gemäß dem in der Figur gezeigten Verlauf wird die Dreh­ zahl vorzugsweise zunächst auf eine Drehzahl (Zwischenmaximum) gesteigert, bei der die Spülflüssigkeit bis auf eine verblei­ bende dünne Flüssigkeitsschicht reduziert wird. Die Drehzahl liegt dabei unterhalb eines Wertes, ab dem durch die Verwirbe­ lung des Wassers mit der Luft feinste Flüssigkeitströpfchen (Aerosole) gebildet werden. Die Steigung der Rampe kann ver­ gleichsweise flach sein. Die Enddrehzahl bei Erreichen des Zwi­ schenmaximums beträgt maximal 1600 UPM, vorzugsweise maximal 500 UPM. Danach wird die Drehzahl der Schleuder in wenigstens einer weiteren Rampe auf Enddrehzahl (Hauptmaximum) erhöht. Die Steigung der Rampe beträgt maximal 15 U/s2, bevorzugt sind maxi­ mal 7 U/s2. Die Enddrehzahl beträgt maximal 3000 UPM, bevorzugt sind maximal 2000 UPM.e) Start the spin drying by increasing the spin speed in one or more stages to a maximum speed. According to the course shown in the figure, the number of revolutions is preferably first increased to a speed (intermediate maximum) at which the rinsing liquid is reduced to a remaining thin liquid layer. The speed is below a value from which the finest liquid droplets (aerosols) are formed by the swirling of the water with the air. The slope of the ramp can be comparatively flat. The final speed when the intermediate maximum is reached is a maximum of 1600 rpm, preferably a maximum of 500 rpm. The speed of the centrifuge is then increased to the final speed (main maximum) in at least one further ramp. The gradient of the ramp is a maximum of 15 U / s 2 , preferably a maximum of 7 U / s 2 . The final speed is a maximum of 3000 rpm, a maximum of 2000 rpm is preferred.
  • f) Am Ende des Trockenschleuderns wird die Drehzahl der Schleu­ der auf 0 UPM reduziert und die trockene Halbleiterscheibe der Schleuder entnommen.f) At the end of the dry spin cycle, the speed of the sluice becomes which is reduced to 0 rpm and the dry semiconductor wafer of Slingshot removed.

Das beschriebene Verfahren zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß die Halbleiterscheibe effizient gespült wird und dabei Spülmittel und Zeit eingespart wird. Weiterhin wird mit dem be­ schriebenen Verfahren die Taktzeit zum Trocknen der Halbleiter­ scheibe reduziert. Der Einsatz eines Stoffes beim Spül- und Trockenschleudern, der die Oberflächenspannung von Wasser redu­ ziert, führt zu einer Reduktion von Partikeln auf der Oberflä­ che der Halbleiterscheibe.The method described is characterized in particular by this from that the semiconductor wafer is rinsed efficiently and at the same time Dishwashing liquid and time is saved. Furthermore, with the be wrote the cycle time for drying the semiconductors disc reduced. The use of a substance in the dishwashing and Dry spin, which reduces the surface tension of water adorns, leads to a reduction of particles on the surface surface of the semiconductor wafer.

Die folgende Tabelle zeigt ein Versuchsergebnis:
The following table shows a test result:

Das Trockenschleudern der Halbleiterscheibe in mehreren Stufen bei unterschiedlichen Drehzahlen mit verschiedenen Rampen ver­ mindert die Bildung feinster Flüssigkeitströpfchen (Aerosol) und das Ablagern solcher Flüssigkeitströpfchen auf der trocke­ nen oder teilweise trockenen Halbleiterscheibe, und vermeidet damit wirksam die Bildung von unerwünschten Wasserflecken und Partikeln.Dry spinning of the semiconductor wafer in several stages at different speeds with different ramps reduces the formation of the finest liquid droplets (aerosol) and the deposition of such liquid droplets on the dry or partially dry semiconductor wafer, and avoids thus the formation of undesirable water stains and Particles.

Dies geht auch aus der nachfolgenden Tabelle hervor:
This is also shown in the table below:

Die folgende Tabelle belegt, daß auch die Drehzahl am Ende der Spülphase von entscheidender Bedeutung für die Partikeladditio­ nen bei der Trocknung ist.The following table shows that the speed at the end of the Rinse phase crucial for particle addition drying.

Claims (4)

1. Verfahren zum Trocknen einer Halbleiterscheibe durch Schleudern der Halbleiter­ scheibe mit einer Schleuder, wobei das Schleudern der Halbleiterscheibe ein Spül­ schleudern und ein Trockenschleudern umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß beim Spülschleudern und beim Trockenschleudern jeweils mit einem Drehzahlverlauf ge­ schleudert wird, der mindestens eine Rampe beinhaltet, bei der die Drehzahl der Schleuder bis zu einer Zieldrehzahl gesteigert wird, und wobei die Drehzahl der Schleu­ der vor dem Trockenschleudern stark reduziert wird. 1. A method for drying a semiconductor wafer by spinning the semiconductor wafer with a centrifuge, the spinning of the semiconductor wafer spinning a rinse and a dry spin, characterized in that the spin spinning and the dry spin spinning ge with a speed curve, the at least one ramp includes, in which the speed of the spin is increased to a target speed, and wherein the speed of the spin before drying is greatly reduced. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzahlverlauf beim Spülschleudern eine Rampe beinhaltet, bei der die Drehzahl der Schleuder bis zu einem Drehzahlmaximum gesteigert wird, und beim Trockenschleudern zur Steigerung der Drehzahl zwei Rampen vorgesehen sind, wobei die Drehzahl der Schleuder zunächst bis zu einem Zwischenmaximum und anschließend bis zu einem Hauptmaximum erhöht wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the speed curve at Rinse a spin includes a ramp where the spin speed up to one Maximum speed is increased, and during spin drying to increase the Speed two ramps are provided, the speed of the spin first up to an intermediate maximum and then increased to a main maximum becomes. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterscheibe in Anwesenheit eines die Oberflächenspannung von Wasser reduzie­ renden Stoffes geschleudert wird.3. The method according to claim 1 or claim 2, characterized in that the Semiconductor wafer in the presence of a reducing the surface tension of water throwing material. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterscheibe in Gegenwart von Ozon geschleudert wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the Semiconductor wafer is spun in the presence of ozone.
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