DE60016938T2 - Trocknungssystem unter verwendung einer überkritischen flüssigkeit - Google Patents

Trocknungssystem unter verwendung einer überkritischen flüssigkeit Download PDF

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    • Y10S134/902—Semiconductor wafer

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von mikroelektromechanischen Systemen (MEMS), mikrooptomechanischen Systemen (MOEMS), Oberflächen-mikrobearbeitete Systeme und ähnliche wafergetragene Systeme; und im Besonderen Verfahren und Vorrichtungen zur Anwendung von überkritischen Fluidtrocknungsverfahren bei der Herstellung von Mikrostrukturen.
  • HINTERGRUND DES GEBIETS DER ERFINDUNG
  • Ein Verfahren zur Herstellung von Vorrichtungen, die auf mikroelektromechanischen Systemen (MEMS) basieren, ist die Opfer-Oberflächen-Mikrobearbeitung (SSM) oder die Oberflächen-Mikrobearbeitung. 1 ist eine Darstellung eines einfachen "verankerten", auf Silicium basierenden SSM-Herstellungsverfahrens nach dem Stand der Technik. In 1a wird ein Opfermaterial, wie beispielsweise gewachsenes Siliciumdioxid oder SiO2, auf ein Substrat, wie beispielsweise Silicium, aufgebracht. In 1b wird das Opfermaterial geätzt, um ein Loch für den Anker der Struktur zu öffnen. In 1c ist eine Strukturmaterial, wie beispielsweise Polysilicium, auf das Opfermaterial aufgebracht. In 1d wird das Opfermaterial weggeätzt, um die Strukturschicht freizulegen, wodurch die Mikrostruktur erhalten ist. Diese Schritte können wiederholt werden, um komplexere Strukturen mit mehreren Ebenen zu bilden. Obwohl SiO2 ein häufig als Opferschicht verwendetes Material ist, können für andere Anwendungen auch andere Materialien, wie etwa Photoresists, eingesetzt werden.
  • Nach der Entfernung des Opfermaterials oder der Opferschicht durch Ätzen oder andere Verfahren muss der Wafer gespült werden, um jedwede Spurenreste der Ätzflüssigkeit zu entfernen. Die Spülung wird üblicherweise in entionisiertem Wasser durchgeführt, was zum Problem der Haftreibung bei der Trocknung führt.
  • Zu einer Haftreibung oder Anhaftung kommt es dann, wenn eine "freigelegte" Struktur an einer anderen Oberfläche anhaftet: 2 ist eine Darstellung der Haftreibung und wie diese ausgelöst wird. 2a zeigt einen korrekt freigelegten, freitragenden Polysiliciumausleger, wobei die Spülflüssigkeit noch unterhalb selbigem gegenwärtig ist. 2b zeigt, wie die beim Trocknen der Spülflüssigkeit erzeugte Kapillarwirkung den Ausleger in Richtung Siliciumsubstrat zieht. 2c zeigt, wie der Ausleger am Substrat anhaftet, wodurch die Vorrichtung fehlerhaft ist.
  • Die Kapillarkraft, die, wie in 2 veranschaulicht, für die Verformung des Auslegers bei der Trocknung verantwortlich ist, wird durch folgende Gleichung dargestellt:
    Figure 00020001
    worin γ die Oberflächenspannung der Spülflüssigkeit ist, A die Oberflächenfläche ist, die der Ausleger mit dem Substrat teilt, h die Höhe des Spalts zwischen der Oberfläche des Substrats und dem Ausleger ist und θ1 und θ2 die Kontaktwinkel der Spülflüssigkeit mit dem Substrat bzw. mit dem Ausleger ist.
  • Es gibt zwei Verfahren zur Regulierung der Kapillarkraft, nämlich (i) die Manipulierung des Kontaktwinkels der Spülflüssigkeit durch Modifizieren der Oberflächenspannung der Spülflüssigkeit oder (ii) die Senkung oder Beseitigung der Oberflächenspannung γ. Das erste Verfahren kann die Kapillarkraft nur minimieren, da die Bedingungen der Oberflächen, die in Kontakt zur Spülflüssigkeit stehen und den Kontaktwinkel bestimmen, variieren können. Zudem kann sich der Zustand der Spülflüssigkeit während der Verwendung ändern und gegebenenfalls zu unvorhersehbarer Haftreibung und Verlust der Ausbeute führen.
  • Die Forscher der University of California in Berkeley haben durch ihre Arbeit, im Rahmen derer sie nach Verbesserungen der geregelten Freilegung von Mikrostrukturen ohne folgendes Anhaften der Strukturen am Substrat suchten, ein Verfahren zum Trocknen von Siliciumwafern in einer überkritischen Fluidumgebung entwickelt. Im überkritischen Zustand ist die Oberflächenspannung γ gleich null, weshalb sich keine Kapillarkräfte entwickeln können, was der Gleichung zu entnehmen ist. Wenn es also möglich ist, die Umgebung der Struktur während des gesamten Trocknungsvorgangs in einem Zustand mit γ = 0 zu halten, tritt kein Reibkontakt auf. Das gewählte überkritische Fluid war aufgrund des niedrigen kritischen Punkts CO2, Kohlendioxid, mit einer kritischen Temperatur Tc von 31,1 °C und einem kritischen Druck pc von 1.073 Pfund pro Quadratzoll.
  • Bevor CO2 zum Trocknen verwendet werden kann, muss ein Zwischenschritt ausgeführt werden, weil Wasser, die Spülflüssigkeit, die nach dem Opferätzschritt eingesetzt wird, mit CO2 nicht vermischbar ist. Deshalb muss das Wasser nach dem Spülen, wenn der Wafer immer mit Wasser benetzt ist, durch ein mit CO2 mischbares Material ersetzt werden. Dieses Material kann Methanol oder ein beliebiges anderes Material sein, das mit CO2 100%ig mischbar ist. Weiters muss der Wafer in Methanol eingetaucht bleiben, bis er sicher in der Bearbeitungskammer eingebracht ist.
  • Unter Einsatz dieses Laborverfahrens wird ein Siliciumwafer, der ein Muster einer mikroelektronischen Struktur umfasst, die auf herkömmliche Weise, jedoch mit dem zusätzlichen Schritt des Ersetzens der Spülflüssigkeit Wasser durch Methanol, erzeugt wurde, in einen Druckbehälter mit horizontaler Ausrichtung eingebracht und in Methanol eingetaucht. Um dies auszuführen wird der Druckbehälter zuvor mit Methanol gefüllt. Der Benutzer bringt dann den Wafer rasch in den Behälter ein, während er sorgsam darauf achtet, dass eine flüssige Schicht Methanol während des Transports auf dem Wafersubstrat gegenwärtig ist. Daraufhin wird der Druckbehälter abgedichtet und ein CO2-Durchfluss wird etwa 15 Minuten lang zugeführt. Das Methanol wird vom flüssigen Kohlendioxid rasch absorbiert und aus dem Druckbehälter hinaus getragen. Sobald das gesamte Methanol aus dem Behälter entfernt und dieser vollständig mit reinem, flüssigen Kohlendioxid gefüllt ist, wird einige Minuten lang gleichmäßig Wärme angelegt, wodurch das Kohlendioxid in seine überkritische Phase übergeht.
  • Zu diesem Zeitpunkt tritt der Vorteil dieses Verfahrens deutlich zutage, weil es während dieses Übergangs zu keiner Flüssigkeit/Dampf-Grenzfläche kommt. Danach wird das CO2 langsam an die Atmosphäre abgegeben. Wird die Temperatur bei der Entlüftung über der kritischen Temperatur gehalten, so durchläuft das CO2 keine Phasenänderung sondern verbleibt in einem Zustand, bei dem Oberflächenspannung gleich null ist.
  • Der Behälter nach dem Stand der Technik, der als Teil der Laborausrüstung zur Veranschaulichung dieses Verfahrens eingesetzt wurde, ist in 3 dargestellt. Wie aus der Figur deutlich hervorgeht, muss ein Behälter, der im Querschnitt geöffnet werden kann und in geschlossenem Zustand einer höheren Temperatur und einem solchen Druck ausgesetzt ist, von stabiler Konstruktion sein und mit einem angemessenen Verschlussmechanismus ausgestattet sein, der zum festen Verschließen des oberen Bereichs der Basis des Behälter geeignet ist, um den hohen Druck einschließen zu können. Die Wärme wird durch externe Heizvorrichtungen an den Behälter angelegt, und Öffnungen im Behälter ermöglichen die Zufuhr und die Entfernung von Prozessmaterialien.
  • Was die Laborausrüstung betrifft, so stellen sich offensichtlich einige Probleme, die es zu bewältigen gilt, um dieses Verfahren ausreichend kostenwirksam und zur Verwendung in einer Produktionsumgebung effizient zu gestalten. Die Vorrichtung ist zur Integrierung in eine Produktionsstraße mit automatisierten Mittel zum Einführen und Entnehmen der Wafer nicht geeignet; es steht kein sicherer Transfermechanismus zur Verfügung, um das Verbleiben eines Flüssigkeitsschicht auf dem Wafer während des Transport- oder Transfervorgangs zu gewährleisten; der Verschlussmechanismus des Druckbehälters wird händisch betätigt und ist zu langsam; und die seriell auszuführenden Schritte des Verfahrens werden händisch ausgeführt und sind für die Produktionsvoraussetzungen zu langsam. Der Vorrichtung mangelt es somit an Sicherheitseinrichtungen, die von den Industrienormen und -vorschriften von den Produktionsvoraussetzungen verlangt werden.
  • Während der Herstellung kann nach der Entfernung der Opferschicht, falls aus irgend einem Grund der Wafer austrocknet, eine Haftreibung oder ein Anhaften der Vorrichtungen am Wafersubstrat auftreten. Somit stellt der Transport des Wafers von einem Herstellungsschritt zu einem anderen Herstellungsschritt ohne Haftreibung ein ständiges Problem dar und hing üblicherweise von der Effizienz des Ausführenden ab, was zu einer geringen Ausbeute der Vorrichtung führte.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • In ihrer einfachsten Form besteht die Erfindung aus einer Vorrichtung zur praktischen Ausführung und Verbesserung der Verfahren nach dem Stand der Technik zum Trocknen von mikroelektromechanischen Strukturen auf Siliciumwafern oder anderen Substratmaterialien oder zum Trocknen von Wafern im Allgemeinen.
  • Es ist deshalb ein Ziel der Erfindung, einen praktischen und sicheren Herstellungsmechanismus für die Trocknung von Wafern mit CO2 in überkritischer Phase und Mikrostrukturen auf Substraten bereitzustellen.
  • Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, das Einbringen der in einem ersten Prozessfluid oder Spülmittel, wie beispielsweise Methanol, eingetauchten Wafer oder Substrate in das Druckgefäß und das darauf folgende direkte Verdrängen von Methanol mit einem Prozessfluid, das ebenfalls in flüssigem Zustand vorliegt, wie beispielsweise flüssiges Kohlendioxid, zu ermöglichen, welches innerhalb des Druckbehälter angeschlossen ist, ohne dabei die Mikrostrukturen zu beeinträchtigen.
  • Die Erfindung hat zudem zum Ziel, das zweite Prozessfluid in Folge in den überkritischen Zustand zu versetzen, um die Trocknung der Wafer unter Nutzung der Vorteile des überkritischen Vorgangs zu veranlassen, und danach Druck und Temperatur zur Entnahme der Wafer zu senken.
  • Weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen für Fachleute auf dem Gebiet der Erfindung aus der folgenden detaillierte Beschreibung hervor, in der die Erfinder nur eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ausschließlich zum Zwecke der Veranschaulichung der dem Erfinder zufolge besten Umsetzungsweise der Erfindung beschrieben und dargestellt wird.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine Darstellung der aufeinander folgenden Schritte nach dem Stand der Technik bei der Herstellung eines typischen, auf Opfer-Oberflächen-mikrobearbeiteten (SSM) mikroelektromechanischen Systems (MEMS) basierenden Vorrichtung.
  • 2 ist eine Darstellung der mit den aufeinander folgenden Schritten unter Verwendung des auf Opfer-Oberflächen-Mikrobearbeitungsverfahrens zur Herstellung einer auf MEMS basierenden Vorrichtung hergestellt wurde, bei welcher es während des Trockungsvorgangs zu Haftreibung kommt.
  • 3 ist eine perspektivische Darstellung der Laborvorrichtung nach dem Stand der Technik, um das Verfahren der Trocknung von Mikrostrukturen mit überkritischem CO2 zu veranschaulichen.
  • 4 ist eine schematische Querschnittsansicht der Vorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, in der die Basisplatte in einer geöffneten Position relativ zum invertierten Druckbehälter gezeigt ist.
  • 5 ist eine schematische Querschnittsansicht der Ausführungsform aus 4 in einer teilweise verschlossenen Position, wobei sich die Behälterrohre und die Gefäßrohre außerhalb bzw. innerhalb des Behälters nach unten erstrecken.
  • 6 ist eine schematische Querschnittsansicht der Ausführungsform aus 4 in einer vollständig verschlossenen Position, wobei sich die Behälter- und die Gefäßrohre bis in die Nähe der Basisplatte bzw. dem Boden des Behälters erstrecken.
  • 7 ist eine schematische Darstellung des Fluidventils und der Rohranordnung der Ausführungsform aus den 4, 5 und 6.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • Die Vorrichtung kann zahlreichen Änderungen unterzogen werden. Dementsprechend sollen die Zeichnungen und die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform als beispielhaft und nicht als einschränkend betrachtet werden.
  • Unter Bezugnahme auf die 4, 5 und 6 ist eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung der Erfindung in einem geöffneten, halb geöffneten bzw. verschlossenen Zustand dargestellt. Die Vorrichtung kann mit einer stationären Basisplatte (10) und einer vertikal beweglichen Druckkammer (11) arbeiten, oder es können sowohl die Basisplatte als auch die Druckkammer beweglich sein, oder die Druckkammer (11) wird unbeweglich gehalten, während die Basisplatte (10) vertikal beweglich ist. In dieser bevorzugten Ausführungsform werden eine stationäre Druckkammer und eine bewegliche Basisplatte beschrieben.
  • Ein Vorteil des invertierten Druckbehälters liegt in der Reduktion der etwaigen, durch einen annehmbaren oberen Bereich erzeugten Teilchen, die in die Prozessumgebung fallen. Ein Vorteil des invertierten, stationären Behälters mit beweglicher Basisplatte liegt darin, dass die Basisplatte zum Behälter mit Leichtigkeit angehoben werden kann und dass keine biegsamen Anschlüsse zur Zufuhr und zur Beseitigung von Prozessmaterialien aus dem Behälter vorliegen.
  • Mit Bezug auf 6 sind eine Basisplatte (10) und eine Druckkammer (11) gezeigt, die aus Edelstahl hergestellt sind und elektropoliert wurden. Die Basisplatte (10) und die Druckkammer (11) sind durch eine O-Ring-Dichtung (16) abgedichtet. Eine Waferkassette (14), die aus Quarz oder Edelstahl hergestellt ist, wird mit einem oder mehreren Wafern (13) bestückt. Die Waferkassette wird unter Verwendung eines Kassettenausrichtungs-Befestigungsmittels (18) im Gefäß (12) ausgerichtet. Das Gefäß (12) wird unter Verwendung eines Gefäßausrichtungs-Befestigungsmittels (17) auf die Basisplatte (10) gelegt. Das Gefäß (12) wird mit einem Prozessfluid (15), wie beispielsweise Methanol oder Aceton, gefüllt. Die Wahl des Fluids hängt von der Mischbarkeit mit flüssigem Kohlendioxid ab.
  • Das System umfasst einen internen Wärmetauscher (9) zum Erwärmen und Abkühlen des Prozessfluids, für welches externe Anschlüsse durch den Wärmetauschereinlass (7) und den Wärmetauscherauslass (8) bereitgestellt sind. Das System enthält eine Berstscheibe (6) als Sicherheitseinrichtung zur Verhinderung eines zu hohen Druckaufbaus. Das System umfasst weiters vier Prozessfluidleitungen, die in die sich vertikal im Inneren des Druckbehälters erstreckenden Rohre münden; das Gefäßeinlassrohr (1), das Behältereinlassrohr (2), das Gefäßauslassrohr (4) und das Behälterauslassrohr (5). Eine weitere, aus dem Druckbehälter führende Leitung ist für eine Luftspülung des System zu Beginn bereitgestellt; eine Spülleitung (3).
  • Mit Bezug auf 7 sind die Anordnungen verschiedener Ventile und Rohrleitungen dargestellt. Der Speicher (28) enthält CO2, das der Prozesskammer des Druckbehälters (10) mit konstanten Drücken oberhalb des kritischen Punkts von CO2 zugeführt werden kann. Der Speicherdruck wird am Druckmesser (27) abgelesen. Die gezeigten verschiedenen Komponenten an der Zufuhrseite sind das Hauptspeicher-Niedrigflussventil (19), das Hauptspeicher-Schnellflussventil (35) und das Zwischenfilter (30). Die verschiedenen, an die Kammer angeschlossenen Ventile sind das Gefäßeinlassventil (21), das Behältereinlassventil (22), das Spülleitungsventil (23), Gefäßauslassventil (24), das Behälterauslassventil (25), das Doppeleinlassventil (20), das Entnahmeeinlassleitungs-Niedrigflussventil (31) und das Entnahmeeinlassleitungs-Schnellflussventil (34). Andere Komponenten umfassen die Sicherheits-Berstscheibe (26), einen Kammerdruckmesser (32), einen Kammerdruckwandler (33) und ein Trenn- und Entnahmesystem (29).
  • Nun wird die zur Verwendung der Vorrichtung eingesetzte Methode beschrieben, bei der die in Methanol eingetauchte Wafer (13) enthaltende Waferkassette (14) in ein Gefäß (12) so eingebracht wird, dass der Flüssigkeitspegel etwa 10 mm unter der Oberseite des Gefäßes (12) und etwa 10 mm über der Oberseite der Wafer (13) steht. Die Ausrichtung der Waferkassette zum Gefäß wird über ein Kassettenausrichtungs-Befestigungsmittel (18) durchgeführt und die Ausrichtung des Gefäßes zur Basisplatte über ein Gefäßausrichtungs-Befestigungsmittel (17) durchgeführt, sodass gewährleistet werden kann, dass das Gefäß und die Wafer wiederholbar an einer präzisen Stelle auf der Basisplatte (10) angeordnet werden.
  • Der Trocknungsvorgang wird nun durch Drücken des Start-Knopfs auf einer entsprechenden Schalttafel eingeleitet, die hier zwar nicht dargestellt, Fachleuten auf dem Gebiet der Erfindung jedoch wohl bekannt ist. Die Schalttafelanzeige fordert den Benutzer zu etwaigen Eingriffen auf und stellt eine Anzeige des Status des Vorgangs während des Trocknungszyklus bereit. Durch Drücken des Start-Knopfs hebt sich die Basisplatte (10) an. Die Basisplatte und die Druckkammer (11) treffen aufeinander und werden mittels des O-Rings (16) abgedichtet, und ein Verschlussmechanismus (nicht dargestellt) wird betätigt, um einen angemessenen Widerstand gegen eine Öffnung des Druckbehälters bei allen Betriebsdrücken des Prozesses bereitzustellen.
  • Wie bereits angemerkt wurde, verfügt der Druckbehälter (11) über mehrere Materialzufuhr- und -abfuhrleitungen, die durch die Behälterwand hindurchtreten. Beim Vergleich der 4, 5 und 6 ist zu bemerken, dass mit angehobener Basisplatte (10) die sich vertikal erstreckenden Gefäßeinlass- (1) und Gefäßauslassrohre (4), die von der Oberseite der Kammer des Druckbehälters (11) aus nach unten vorstehen, in das Gefäß (12) hinein reichen und sich bis in Nähe des Bodens des Gefäßes (12) erstrecken, wenn die Basisplatte in ihre korrekte Position gehoben wird. Gleichzeitig stehen auch die sich vertikal erstreckenden Behältereinlass- (2) und Behälterauslassrohre (5) von der Oberseite der Kammer des Druckbehälters (11) aus vor, treten jedoch nicht in das Gefäß (12) ein, wenn die Basisplatte (10) angehoben ist, sondern erstrecken sich außerhalb des Gefäßes in die Nähe der Basisplatte, außerhalb des Gefäßes (12).
  • Ist die Kammer des Druckbehälters (11) vollständig abgeschlossen, werden das Hauptspeicher-Niedrigflussventil (19), das Doppeleinlassventil (20) das Behältereinlassventil (22), das Spülleitungsventil (23) und das Behälterauslassventil (25) geöffnet. Das Gefäßeinlassventil (21) und das Gefäßauslassventil (24) bleiben geschlossen. Das Entnahmeeinlass-Niedrigflussventil (31) und das Entnahmeeinlass-Schnellflussventil (34) sind geschlossen. Es ist wichtig, den Druck im Behälter langsam anzuheben, um Turbulenzen zu vermeiden, die die Mikrostrukturen auf den Wafern (13) beschädigen könnten. Kohlendioxid wird mit langsamer Geschwindigkeit in die Druckkammer eingeführt, und der Kammerdruck wird über die Anzeige der Druckmesser (27), (32) und die Druckwandler (33), (36) überwacht. Da CO2 schwerer als Luft ist, drückt es die Luft über die Spülleitung (3) langsam aus der Kammer hinaus. So wird die Entfernung der Luft aus der Kammer gewährleistet. Diese Spülung wird so lange fortgesetzt, bis die Kammer zur Gänze mit CO2 gefüllt ist und die gesamte Luft abgelassen wurde.
  • Nun wird das Spülleitungsventil (23) geschlossen und der Druck in der Kammer auf 700 psi angehoben. Ist ein Druck von 700 psi erreicht, so wird das Hauptspeicher-Schnellflussventil (35) geöffnet und der Druck der Kammer mit höherer Geschwindigkeit auf 1.100 psi angehoben. Ist der gewünschte Druck, der mittels des Kammerdruckwandlers (33) und dem Kammerdruckmesser (32) überwacht wird, erreicht, werden das Doppeleinlassventil (20) und das Behälterauslassventil (25) geschlossen. Der Behälter kann nun geöffnet werden und der Waferträger (14) händisch oder mit automatischen Mitteln entnommen werden, wobei das System bereit für den nächsten Trocknungszyklus ist.
  • Wie ersichtlich ist, gibt es auch andere und verschiedene Ausführungsformen der Erfindung, einschließlich Konfigurationen, die zum Behandeln der Wafer auf horizontale Weise, wie beispielsweise in einer vertikal gestapelten Waferkassette, ange passt sind. Die einzelnen Details können verschiedenst modifiziert werden, ohne sich dabei vom Grundgedanken der Erfindung zu entfernen.
  • Beispielsweise kann eine Vorrichtung zum Trocknen von Wafern in einer überkritischen Umgebung bereitgestellt werden, die aus einem invertierten Druckgefäß, einer horizontalen Basisplatte, einer Waferkassette, die zum Tragen von zumindest einem Wafer zum Trocknen konfiguriert ist, und einem Gefäß, das ausreichend groß ist, um die Waferkassette und den zumindest einen Wafer in ein Prozessfluid, wie beispielsweise Methanol, einzutauchen, wobei das Gefäß zudem klein genug ist, um auf die Basisplatte und in den Druckbehälter zu passen, besteht. Die Vorrichtung umfasst gegebenenfalls Mittel zum Ausrichten der Waferkassette im Inneren des Gefäßes, wie beispielsweise ein einfaches Befestigungsmittel am Boden des Gefäßes, und ein Mittel zum Ausrichten des Gefäßes auf der Basisplatte, erneut beispielsweise durch ein einfaches Befestigungsmittel an der Basisplatte. Die Vorrichtung kann zudem ein Hebewerk oder eine Schraubanordnung oder einen Hebe- und Feststellmechanismus umfassen, um eine geschlossene und abgedichtete Beziehung zwischen den Druckbehälter und der Basisplatte herbeizuführen.
  • Die Vorrichtung kann weiters ein Mittel zum Verdrängen der Luft im Druckbehälter mit einem zweiten Prozessfluid in gasförmigem Zustand, wie beispielsweise Kohlendioxid, und ein Mittel zum Anheben des zweiten Prozessfluids in einen flüssigen Zustand umfassen, woraufhin das erste Prozessfluid im Gefäß mit dem zweiten Prozessfluid verdrängt wird, ohne dass dabei der Wafer mit Luft oder anderen Substanzen in Kontakt gerät. Zudem kann die Vorrichtung ein Mittel zum Anheben des zweiten Prozessfluids in einen überkritischen Zustand umfassen, woraufhin der Druck im Druckbehälter auf Umgebungsdruck gesenkt wird. Gegebenenfalls ist außerdem ein Mittel zum Kühlen des verbleibenden Prozessfluids auf eine Temperatur unterhalb seiner überkritischen Temperatur bereitgestellt.
  • Ein weiteres Beispiel der Vorrichtung innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung umfasst sich vertikal nach unten erstreckende Behältereinlass- und -auslassrohre, wobei die außerhalb des Gefäßes in der Nähe der Basisplatte enden, und einen Spülleitungsauslass und ein damit verbundenes Ventil an der oberen Wand des Druckbehälters. Ebenfalls können sich vertikal nach unten erstreckende Gefäßeinlass- und -auslassrohre bereitgestellt sein, wobei diese innerhalb des Gefäßes und nahe dem Boden des Gefäßes münden.
  • In einem anderen Beispiel kann der Druckbehälter eine interne Möglichkeit zum Erwärmen und Kühlen aufweisen, wie beispielsweise einen Wärmetauscher, der an externe Quellen erhitzter und gekühlter Flüssigkeiten angeschlossen ist, sodass er in einem Heiz- oder Kühlmodus in Betrieb genommen werden kann. Weiters können eine Spülleitung im oberen Bereich des Druckbehälters und ein entsprechenden Spülleitungsventil zum Entlüften des Druckbehälters bereitgestellt sein. Auch kann die Vorrichtung mit den notwendigen Einrichtungen zum automatischen Bestücken des Druckbehälters mit in einem ersten Prozessfluid eingetauchten Wafern ausgestattet sein.
  • Als zusätzliches Beispiel ist innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung ein Verfahren zum Trocknen von Wafern in einer überkritischen Umgebung bereitgestellt, das die Verwendung einer Vorrichtung der Erfindung und das Ausrichten einer Waferkassette innerhalb des Gefäßes, eingetaucht in erstes Prozessfluid, das Ausrichten des Gefäßes auf der Basisplatte, das Herbeiführen einer geschlossenen und abgedichteten Beziehung zwischen dem Druckbehälter und der Basisplatte und das Verdrängen der Luft im Druckbehälter durch ein zweites Prozessfluid in gasförmigem Zustand umfasst. Das Verfahren kann weiters das Abheben des zweiten Prozessfluids in einen flüssigen Zustand und das Verdrängen des ersten Prozessfluids im Gefäß im flüssigen Zustand umfassen. Das Verfahren kann zudem die Schritte des Anhebens des zweiten Prozessfluid in einen überkritischen Zustand zum Trocknen der Wafer und in Folge das Senken des Drucks im Druckgefäß auf Umgebungsdruck sowie das Abkühlen des zweiten Prozessfluids auf eine Temperatur unterhalb der überkritischen umfassen.

Claims (18)

  1. Vorrichtung zum Trocknen von Wafern in einer überkritischen Umgebung, umfassend: einen invertierten Druckbehälter, eine horizontale Basisplatte, eine Waferkassette, die zum Tragen von zumindest einem Wafer zum Trocknen desselben konfiguriert ist, ein Gefäß, das ausreichend groß ist, um die Waferkassette und den zumindest einen Wafer in ein erstes Prozessfluid einzutauchen, wobei das Gefäß gleichzeitig ausreichend klein ist, um auf die Basisplatte und in den Druckbehälter hinein zu passen, Mittel zum Ausrichten der Waferkassette im Inneren des Gefäßes, Mittel zum Ausrichten des Gefäßes auf der Platte, Mittel zum Herbeiführen einer geschlossenen und abgedichteten Beziehung zwischen dem Druckbehälter und der Basisplatte, Mittel zum Verdrängen der Luft im Druckbehälter mit einem zweiten Prozessfluid in gasförmigem Zustand, Mittel zum Anheben des zweiten Prozessfluids in einen flüssigen Zustand, Mittel zum Verdrängen des ersten Prozessfluids im Gefäß mit dem zweiten Prozessfluid in flüssigem Zustand, Mittel zum Anheben des zweiten Prozessfluids in einen überkritischen Zustand, Mittel zum Senken des Drucks im Druckbehälter auf Umgebungsdruck, und Mittel zum Kühlen des zweiten Prozessfluids auf eine Temperatur unterhalb der überkritischen.
  2. Vorrichtung zum Trocknen von Wafern nach Anspruch 1, wobei das Mittel zum Verdrängen von Luft im Druckbehälter mit einem zweiten Prozessfluid in gasförmigem Zustand sich senkrecht nach unten erstreckende Behältereinlass- und auslassrohre, welche Rohre außerhalb des Gefäßes und nahe der Basisplatte enden, sowie einen Spülleitungsauslass und ein zugeordnetes Ventil am Dach des Druckbehälters umfasst.
  3. Vorrichtung zum Trocknen von Wafern nach Anspruch 1, wobei das Mittel zum Anheben des zweiten Prozessfluids in einen flüssigen Zustand Mittel zum Erhöhen des Drucks im Druckbehälter umfasst.
  4. Vorrichtung zum Trocknen von Wafern nach Anspruch 1, wobei das Mittel zum Verdrängen des ersten Prozessfluids im Gefäß mit dem zweiten Prozessfluid in flüssigem Zustand sich senkrecht nach unten erstreckende Gefäßeinlass- und auslassrohre umfasst, wobei die Rohre im Gefäß und nahe dem Boden des Gefäßes enden.
  5. Vorrichtung zum Trocknen von Wafern nach Anspruch 1, wobei das Mittel zum Anheben des zweiten Prozessfluids in einen überkritischen Zustand einen Wärmetauscher im Inneren des Druckbehälters zum Erhöhen der Temperatur des zweiten Prozessfluids umfasst.
  6. Vorrichtung zum Trocknen von Wafern nach Anspruch 1, wobei das Mittel zum Senken des Drucks im Druckbehälter auf Umgebungsdruck eine im oberen Bereich des Druckbehälters und ein zugeordnetes Spülleitungsventil zum Entlüften des Druckbehälters umfasst.
  7. Vorrichtung zum Trocknen von Wafern nach Anspruch 1, wobei das Mittel zum Kühlen des zweiten Prozessfluids auf eine Temperatur unterhalb der überkritischen Temperatur das Umschalten des Wärmetauscher auf einen Kühlmodus umfasst.
  8. Vorrichtung zum Trocknen von Wafern nach Anspruch 1, weiters umfassend Mittel zum automatischen Bestücken des Druckbehälters mit in dem ersten Prozessfluid eingetauchten Wafern.
  9. Vorrichtung zum Trocknen von Wafern in einer überkritischen Umgebung, umfassend: einen stationären invertierten Druckbehälter, eine vertikal bewegliche horizontale Basisplatte, eine Waferkassette, die zum Tragen von zumindest einem Wafer zum Trocknen desselben konfiguriert ist, ein Gefäß, das ausreichend groß ist, um die Waferkassette und den zumindest einen Wafer in ein erstes Prozessfluid einzutauchen, wobei das Gefäß gleichzeitig ausreichend klein ist, um auf die Basisplatte und in den Druckbehälter hinein zu passen, Mittel zum Ausrichten der Waferkassette im Inneren des Gefäßes, Mittel zum Ausrichten des Gefäßes auf der Platte, Mittel zum Anheben der Basisplatte in eine geschlossene und abgedichtete Beziehung zum Druckbehälter, sich senkrecht nach unten erstreckende Behältereinlass- und auslassrohre, wobei die Rohre außerhalb des Gefäßes und nahe der Basisplatte enden, Mittel zum Erhöhen des Drucks im Inneren des Druckbehälters, sich senkrecht nach unten erstreckende Gefäßeinlass- und auslassrohre innerhalb des Druckbehälters, wobei die Rohre im Gefäß und nahe dem Boden des Gefäßes enden, einen Wärmetauscher im Inneren des Druckbehälters, und eine Spülleitung im oberen Bereich des Druckbehälters und ein zugeordnetes Spülleitungsventil zum Entlüften des Druckbehälters.
  10. Vorrichtung zum Trocknen von Wafern nach Anspruch 9, weiters umfassend Mittel zum automatischen Bestücken des Druckbehälters mit in dem ersten Prozessfluid eingetauchten Wafern.
  11. Verfahren zum Trocknen von Wafern in einer überkritischen Umgebung, umfassend: das Verwenden eines invertierten Druckbehälters mit einer horizontalen Basisplatte, das Verwenden einer Waferkassette, die zum Tragen von zumindest einem Wafer zum Trocknen desselben konfiguriert ist, das Verwenden eines Gefäßes, das ausreichend groß ist, um die Waferkassette und den zumindest einen Wafer in ein erstes Prozessfluid einzutauchen, wobei das Ge fäß gleichzeitig ausreichend klein ist, um auf die Basisplatte und in den Druckbehälter hinein zu passen, das Ausrichten der Waferkassette im Inneren des Gefäßes, das Ausrichten des Gefäßes auf der Platte, das Herbeiführen einer geschlossenen und abgedichteten Beziehung zwischen dem Druckbehälter und der Basisplatte, das Verdrängen der Luft im Druckbehälter mit einem zweiten Prozessfluid in gasförmigem Zustand, das Anheben des zweiten Prozessfluids in einen flüssigen Zustand, das Verdrängen des ersten Prozessfluids im Gefäß mit dem zweiten Prozessfluid in flüssigem Zustand, das Anheben des zweiten Prozessfluids in einen überkritischen Zustand, das Senken des Drucks im Druckbehälter auf Umgebungsdruck, und das Kühlen des zweiten Prozessfluids auf eine Temperatur unterhalb der überkritischen.
  12. Verfahren zum Trocknen von Wafern nach Anspruch 11, wobei das Verdrängen der Luft im Druckbehälter mit einem zweiten Prozessfluid in gasförmigem Zustand Folgendes umfasst: das Einlassen des zweiten Prozessfluid in den Druckbehälter durch ein sich vertikal nach unten erstreckendes Behältereinlassrohr, welches außerhalb des Gefäßes und der nahe der Basisplatte endet, und das Abführen der Luft durch die Spülleitung, die am obersten Bestandteil des Druckbehälters angeordnet ist.
  13. Verfahren zum Trocknen von Wafern nach Anspruch 11, worin das Anheben des zweiten Prozessfluids in einen flüssigen Zustand zusätzlich das Einlassen des zweiten Prozessfluids in den Druckbehälter bei einem Druck umfasst, der zumindest dem Flüssigzustandsdruck des zweiten Prozessfluids entspricht.
  14. Verfahren zum Trocknen von Wafern nach Anspruch 11, worin das Verdrängen des ersten Prozessfluids im Gefäß mit dem zweiten Prozessfluid in flüssigem Zustand zusätzlich das Einlassen des zweiten Prozessfluids in flüssigem Zustand in das Gefäß durch ein sich vertikal nach unten erstreckendes Gefäßeinlassrohr und das Abführen des ersten Prozessfluids aus dem Gefäß durch das Gefäßauslassrohr umfasst, wobei die Rohre im Inneren des Gefäßes und nahe dem Boden des Gefäßes enden.
  15. Verfahren zum Trocknen von Wafern nach Anspruch 11, worin das Anheben des zweiten Prozessfluids in einen überkritischen Zustand das Aufbringen von Wärme in das zweite Prozessfluid mittels eines Wärmetauschers im Inneren des Druckbehälters umfasst.
  16. Verfahren zum Trocknen von Wafern nach Anspruch 11, worin das Senken des Drucks im Druckbehälter auf Umgebungsdruck das Abführen des zweiten Prozessfluids über eine Spülleitung im oberen Bereich des Druckbehälters durch Betätigen eines zugeordneten Ventils umfasst.
  17. Verfahren zum Trocknen von Wafern nach Anspruch 16, worin das Senken des Drucks im Druckbehälter auf Umgebungsdruck weiters das Halten der Temperatur des zweiten Prozessfluids über dessen überkritischer Temperatur umfasst.
  18. Verfahren zum Trocknen von Wafern nach Anspruch 11, worin das Druckgefäß einen internen Wärmetauscher umfasst, der an externe Heiz- und Kühlquellen angeschlossen ist, wobei das Kühlen des zweiten Prozessfluids auf eine Temperatur unterhalb der überkritischen den Betrieb des Wärmetauschers in einem Kühlmodus umfasst.
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