JP2005072598A

JP2005072598A - 半導体基板洗浄装置及び洗浄方法

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Publication number: JP2005072598A
Application number: JP2004243829A
Authority: JP
Inventors: Sang-O Park; 相五朴; Hun-Jung Yi; 憲定李
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2003-08-26
Filing date: 2004-08-24
Publication date: 2005-03-17
Also published as: US20050045208A1; KR20050022099A; DE102004040748A1; KR100568104B1

Abstract

【課題】チャンバ内でＩＰＡ蒸気が凝縮することを防止し、ウェーハを効率的に乾燥することができる半導体基板を洗浄する装置及び方法を提供する。
【解決手段】半導体基板を洗浄する装置及び方法に関するものであり、前記装置は内部に流入されたＩＰＡ蒸気が排気される排気路が形成されたチャンバを有する。本発明によると、処理実行される間チャンバ内の圧力に応じて上記の排気路の開放率が調節される。
【選択図】図１３

Description

本発明は半導体素子製造に使用される装置及び方法に関するものであって、さらに詳細には半導体基板を洗浄する装置及び方法に関するものである。

半導体ウェーハを集積回路で製造する場合、多様な製造処理のうちに発生する残留物質、小さいパーティクル、汚染物などを除去するために、半導体ウェーハを洗浄する洗浄処理が必要とされる。特に、高集積化された集積回路を製造するときは、半導体ウェーハの表面に付着した微細な汚染物を除去する洗浄処理は非常に重要となる。

半導体ウェーハの洗浄処理は化学溶液処理処理(薬液処理)、リンス処理、および乾燥処理に分けることができる。化学溶液処理は半導体ウェーハ上の汚染物質を化学的反応によってエッチング、または薄利させる処理であり、リンス処理は化学溶液処理された半導体ウェーハを純粋に洗浄する処理であり、乾燥処理はリンス処理された半導体ウェーハを乾燥する処理である。

このような洗浄処理のうち、乾燥処理において用いられる装備として、スピン乾燥器(ｓｐｉｎｄｒｙｅｒ)とイソプロフィルアルコール(ｉｓｏｐｒｏｐｙｌａｌｃｏｈｏｌ)を使用するＩＰＡ蒸気乾燥器とがある。スピン乾燥器は、特許文献１に開示されており、ＩＰＡ蒸気乾燥器は、特許文献２に開示されている。しかし、集積回路が複雑になることによって、遠心力を利用するスピン乾燥器において、ウェーハに微細に残っている水滴が完全に除去され難いだけではなく、ウェーハの高速回転時に発生される渦流によってウェーハが逆汚染される問題がある。また、ＩＰＡ蒸気乾燥器において、乾燥の後にウェーハ上にウォータマーク(ｗａｔｅｒｍａｒｋ)が発生し、さらに、引火性があるＩＰＡが、引火点以上の高温度で使用されるので、環境と安全上の問題点がある。また、スピン乾燥器およびＩＰＡ蒸気乾燥器の使用時において、リンス処理と乾燥処理とは各々分離した設備でなされるので、各々の設備にウェーハが移動されなければならず、これによって、処理の進行に多くの時間がかかる。

上記の問題を改善するために、薬液処理及びリンス処理の後、ウェーハを大気に露出させずに乾燥するマランゴニ乾燥器(ｍａｒａｎｇｏｎｉｄｒｙｅｒ)が提案された。特許文献３にマランゴニ原理を利用するウェーハ洗浄装置が開示されている。しかし、マランゴニ乾燥器は脱イオン水の表面に形成されたＩＰＡ層と接触される接触面においてのみ乾燥がなされて、ウェーハの一部の領域に残留している水気が当該領域とＩＰＡ層とが接触する短時間の間に除去されない場合、ウェーハ上に継続的に残留する可能性が高い。また、ウェーハの領域のうち、下部に位置する領域は、上部に位置する領域に比べて、ＩＰＡ蒸気に露出する時間が少ないため、乾燥が不完全となる。

近年において、ウェーハに対してリンス処理が完了した以後、ウェーハにＩＰＡ蒸気を噴射してウェーハに付着した脱イオン水をＩＰＡ蒸気に置き換えた後、加熱した窒素ガスで乾燥処理を完了するＩＰＡ乾燥器が使用されている。ＩＰＡ乾燥器の使用時、処理実行中にＩＰＡ蒸気量が過多とされることによって、ＩＰＡがチャンバ内で凝縮して、ウェーハが充分に乾燥されない問題が発生する。これは、チャンバにＩＰＡ蒸気が多量に供給されたときか、チャンバの内部の圧力が非常に高いときに発生される。
米国特許第５８２９１５６号明細書米国特許第５０５４２１０号明細書特開平１０−３３５２９９号公報

本発明はチャンバ内でＩＰＡ蒸気が凝縮することを防止し、ウェーハを効率的に乾燥することができる洗浄装置及び洗浄方法を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明の洗浄装置は、内部に供給された乾燥用流体が排気される排気路を有し、洗浄処理が実行されるチャンバを有する。前記チャンバ内には前記半導体基板を支持する支持部、前記チャンバ内に前記乾燥用流体を供給する供給部、および前記チャンバ内の圧力に応じて前記排気路の開放率を調節する調節部が提供される。

一例によると、前記調節部は前記排気路を遮断するか、前記排気路の少なくとも一部を開放する遮断板と、前記遮断板を移動させる駆動部と、前記チャンバ内の圧力を測定する圧力測定部と、前記圧力測定部で測定された値に応じて前記駆動部を制御する制御部とを有する。

他の例によると、前記調節部は前記排気路と連結されるハウジング、前記ハウジング内に設けられた弾性体、および前記ハウジング内に位置し、前記弾性体によって提供される圧縮力によって前記排気路を開閉する遮断ロッドを有し、前記チャンバの内部の圧力によって前記弾性体が圧縮される程度に応じて前記排気路の開放率が調節される。

好ましくは、前記排気路は前記チャンバ内に位置する前記支持部より下に形成され、前記排気路の断面は長方形の形状を呈する。

また、前記供給部は噴射ホールが形成された噴射管、前記噴射管に第１流体を供給し、流量調節バルブが設けられた第１供給管と、前記噴射管に第２流体を供給し、流量調節バルブが設けられた第２供給管とを有する。前記第２供給管は前記噴射管と前記流量調節バルブが設けられた地点との間で前記第１供給管から分岐されうる。好ましくは、前記第１流体はアルコール蒸気であり、前記第２流体は乾燥ガスであり、前記アルコール蒸気が前記チャンバに供給されるとき、前記噴射管を通じて供給される流体の総量は一定に維持されるように、前記噴射管に供給される前記アルコール蒸気の変化量に応じて前記第２供給管を流れる乾燥ガスの量が調節される。

望ましくは、前記噴射管はその長さの方向に前記チャンバの側壁内に挿入されるように設けられ、前記噴射管は前記第１供給管から離隔するほど断面積が漸進的に小さくなりうる。また前記噴射管に形成された噴射ホールは上を向くように形成され、前記チャンバのカバーはドーム形状に形成されうる。

また、前記チャンバ内に洗浄液を噴射する洗浄液供給管が提供される。前記洗浄液供給管は前記チャンバ内に位置する前記半導体基板より高い位置に設けられる上部供給管と前記チャンバ内に位置する前記半導体基板より低い位置に設けられる下部供給管とを有する。

また、前記アルコール蒸気を発生させ、前記第１供給管が連結される気化部が提供されることができ、前記気化部には前記気化部内の蒸気が排気される通路を提供して開閉バルブが設けられたベント管が連結される。

また、本発明の半導体基板を洗浄する方法では、チャンバの内部に位置する半導体基板を洗浄液で洗浄する段階と、前記チャンバの内部から洗浄液を排出する段階と、パージガスで前記チャンバの内部をパージする段階と、前記チャンバの内部に位置する半導体基板を乾燥用ガスで乾燥する段階とを含み、前記乾燥段階は乾燥用流体が前記チャンバの内部に供給される段階と、前記チャンバに形成され、前記乾燥用流体が排気される通路である排気路の開放率が前記チャンバの内部の圧力に応じて調節される段階とを含む。前記排気路の開放率が調節される段階は、前記チャンバの内部の圧力を測定する段階と前記測定値に応じて前記排気路を遮断している遮断膜を移動させる段階とを含む。また、前記洗浄段階は前記チャンバ内の半導体基板より高く位置する上部供給管から洗浄液が前記半導体基板に向けて噴射される段階と、前記チャンバ内の半導体基板より低く位置する下部供給管から洗浄液が前記チャンバの内部に供給される段階とを有する。

本発明によると、排気路の開放率が調節されることによって、チャンバ内の圧力が一定の範囲内に維持されるので、チャンバ内において高圧のためＩＰＡ蒸気が凝縮されることを防止する効果がある。

また、本発明によると、チャンバ内に流入される流体の総量は維持され、かつＩＰＡ蒸気量の調節が可能とされるので、チャンバ内にＩＰＡ蒸気が高濃度で存在して、ＩＰＡ蒸気が凝縮されることを防止する効果がある。

また、本発明によると、乾燥用流体を噴射する噴射管と洗浄液を供給する供給管とがチャンバ側壁に設けられるので、チャンバの体積が減少し、これによって、処理に要する時間が短縮される効果がある。

また、本発明によると、リンス処理において、上部供給管から噴射された脱イオン水によって１次リンス処理が実行され、下部供給管から供給された脱イオン水によって２次リンス処理が実行されるので、ウェーハの微細パターンに付着した汚染物質などの除去が容易とされ、浮遊する汚染物質がウェーハに再付着することが防止される効果がある。

また、本発明によると、リンス処理と乾燥処理との間にチャンバの内部をパージする処理が実行されるので、チャンバ内の水蒸気に含まれたフッ化水素酸とＩＰＡとが反応することを防止する効果がある。

以下、本発明の実施の形態を添付の図１乃至図１８を参照してより詳細に説明する。本発明の実施の形態は様々な形態に改変可能であり、本発明の範囲が以下に説明する実施の形態により限定されて解釈されてはいけない。本実施の形態は当業界で平均的な知識を有する者へ、本発明をより完全に説明するために提供されるものである。したがって、図面における要素の形状はより明確な説明を強調するために誇張されるものである。

図１および図２は各々本発明の望ましい一実施の形態における洗浄装置１の縦断面図と横断面図である。図１および図２に示すように、洗浄装置１は、チャンバ１００、支持部２００、洗浄液供給管３００、乾燥用流体供給部４００、および圧力調節部５００を有する。チャンバ１００は、内槽１２０、外槽１４０、およびカバー１６０を有する。

内槽１２０は、内部に収容されたウェーハＷに対して化学溶液処理処理とリンス処理、および乾燥処理が実行される空間を提供する。内槽１２０は、開放された上部、直方体の形を呈する側壁１２２、および下部面１２４を有し、ウェーハＷを収容するために、十分な内部空間を有する。内槽の下部面１２４は内槽１２０に満たされた洗浄液の排出が容易となるように、下に位置するほど幅が漸進的に狭くなる。下部面１２４の中央部には内槽１２０の内部に満たされた流体の排気のための排気ホール１２６が形成され、その下には排気管(１３０：図１３に示す)との連結のための排気ポート１２８が形成される。排気管１３０は内槽１２０に満たされた洗浄液が重力によって排出されるように垂直に設けられうる。内槽１２０の上部には内槽１２０の開放された上部を開閉するカバー１６０が設けられる。カバー１６０は直方体の形を呈する側壁１６２とドーム形状を呈する上部面１６４とを有する。側壁１６２の下端部には開口部１６６が形成され、開口部１６６は処理が実行されるに際し、内槽１２０に満たされた洗浄液が内槽１２０の外部にあふれ出る通路として提供される。

外槽１４０は内槽１２０の側壁１２２を囲むように設けられ、内槽１２０に固定結合する。外槽１４０は下部面１４４と下部面１４４の外周部から上方に伸延された側壁１４２を有する。外槽１４０は下部面１４４の内周部が上述の開口部１６６より下に位置するように、内槽１２０の側壁１２２に固定結合し、その下部面１４４には開閉バルブ１５４が設けられた排出管１５２と連結される排出口１４６が形成される。上述した構造によって、内槽１２０の側壁１２２と外槽１４０の側壁１４２との間には所定の容積を有する空間１４８が形成され、内槽１２０に満たされた洗浄液は開口部１６６を通じて前記空間１４８に流れた後、排出口１４６を通じて外部に排出される。乾燥処理が実行されるとき、前記開口部１６６を開閉する図示しないドアが内槽の側壁１２２に設けられうる。

支持部２００は洗浄処理が実行される間、複数のウェーハＷを支持する部分である。図３を参照すると、支持部２００は支持ロッド２２０と連結部２４０とを有し、各々の支持ロッド２２０にはウェーハＷのエッジの一部分が挿入されるスロット２２２が形成される。ウェーハＷはその処理面が互いに向き合うように立てられた状態で支持部２００に置かれる。支持ロッド２２０は三つが配置されることができ、支持部２００には約５０枚のウェーハＷが一度に収容されうる。支持ロッド２２０の両側には支持ロッド２２０を連結する連結部２４０が配置される。各々の支持ロッド２２０の先端は連結部２４０に固定結合する。

洗浄液供給管３００は内槽１２０内に洗浄液を供給する部分である。化学溶液処理が実行されるとき、洗浄液はウェーハＷ上に残存するパーティクル、銅のような金属汚染物質、または自然酸化膜のような汚染物質を除去することに適したフッ化水素酸のような化学溶液でありうる。また、リンス処理において、洗浄液はウェーハＷ上に残存する化学溶液の除去に使用される脱イオン水でありうる。化学溶液および脱イオン水は同一の供給管３００を通じて内槽１２０内に供給されることができ、供給管３００には、選択的に化学溶液を供給するための供給管と脱イオン水を供給するための供給管とが設けられうる。

洗浄液供給管３００からフッ化水素酸のような化学溶液が内槽１２０を満たすまで供給される。その後、ウェーハＷが内槽１２０内へ移動される。化学溶液によってウェーハＷに付着した汚染物質などが除去された後に、ウェーハＷに付着した化学溶液を除去するリンス処理が実行される。

洗浄液供給管３００がウェーハより高い位置に設けられて、ウェーハに向けて脱イオン水が噴射されれば、その流れが乱流で形成されることによって、ウェーハＷの微細パターン上に付着した汚染物質などを除去するのには有利であるが、ウェーハＷから除去された汚染物質などがウェーハＷに再付着しうる。また、洗浄液供給管３００がウェーハＷより低い位置に設けられて脱イオン水を供給すれば、その流れが層流に形成されて汚染物質がウェーハＷに再付着することは減少するが、ウェーハＷの微細パターンに附着した汚染物質の除去は容易ではない。

図１に戻り、上述した問題を解決して、リンス処理を効果的に実行するために洗浄液供給管３００は下部供給管３２０と上部供給管３４０とを有する。上部供給管３４０はウェーハＷより高い位置で内槽１２０の内部の両側に各々設けられ、下部供給管３２０はウェーハＷより低い位置で内槽１２０の内部に複数個設けられる。上部供給管３４０にはウェーハＷへ向けて直接脱イオン水が噴射されるように噴射ホール（３４２：図４に示す）が下を向くように形成され、下部供給管３２０には噴射ホール（３２２：図４に示す）が上を向くように形成される。

図４および図５は各々図１の洗浄装置１を利用してリンス処理が実行される過程を示す図である。本発明によると、リンス処理は２段階に分けて実行される。まず、図４に示したように、上部供給管３４０から脱イオン水がウェーハＷに向けて噴射される。脱イオン水の流れが乱流で形成されて、ウェーハＷの微細パターン上に付着した化学溶液および汚染物質などを除去する。脱イオン水が内槽１２０に一定の位置まで満たされれば、上部供給管３４０から脱イオン水の供給を中断し、図５に示したように、下部供給管３２０から脱イオン水を供給する。脱イオン水の流れは層流であり、開口部１６６を通じて外槽１４０にあふれ出る。

リンス処理が完了されれば、ウェーハＷを乾燥するための乾燥処理が実行される。図６は本発明の一例による乾燥用流体供給部４００を有する洗浄装置１の断面図である。乾燥用流体供給部４００はチャンバ１００内に乾燥用流体を供給するための部分であって、図６に示すように、乾燥用流体供給部４００は噴射管４２０、供給管４５０、４６０、および気化部４４０を有し、乾燥用流体としてアルコール蒸気と乾燥ガスとが使用される。アルコールでは、イソプロフィルアルコール(以下ＩＰＡ)が使用され、この外にもエチルグリコール、１−プロパノール、２−プロパノール、テトラヒドロフラン、４−ハイドロキシ−４−メチル−２−ペンタノン、１−ブタノール、２−ブタノール、メタノール、エタノール、アセトン、ｎ−プロピルアルコール、またはジメチルエーテルが使用されうる。乾燥ガスでは加熱された窒素ガスが使用されうる。

気化部４４０はアルコール蒸気を発生する部分である。気化部４４０は桶形のボディー４４１を有し、ボディーの底面４４２にはアルコールが貯蔵されたアルコール貯蔵部４９４からアルコールが供給される管４８０が連結され、管４８０にはその通路を開閉する開閉バルブ４８２と、その内部を流れるアルコールの流量を調節する流量調節バルブ４８４とが設けられうる。ボディーの側面４４２には窒素ガス貯蔵部４９２から窒素ガスが供給される管４７０が連結され、管４７０にはその通路を開閉する開閉バルブ４７２とその内部を流れる窒素ガスの流量を調節する流量調節バルブ４７４とが設けられうる。

気化部の上部面４４６にはボディー４４１内で発生されたアルコール蒸気が移動する通路である第１供給管４５０が設けられる。第１供給管４５０はチャンバ１００の内部に直接、乾燥用流体を噴射する噴射管４２０と連結され、開閉バルブ４５２が設けられる。第２供給管４６０は上述の窒素ガス貯蔵部４９２から噴射管４２０に窒素ガスを供給する部分として、第１供給管４５０から分岐され、開閉バルブ４６２が設けられる。上述した気化部４４０に窒素ガスを供給する管４７０は第２供給管４６０から分岐されうる。また、気化部の上部面４４６にはベント管４９０が連結され、ベント管４９０上には開閉バルブ４９２が設けられる。ＩＰＡ蒸気による乾燥が開始される以前において、気化部４４０と連結された第１供給管４５０の通路は遮断された状態にあるので、気化部４４０の内部は高圧に維持される。第１供給管４５０に設けられた開閉バルブ４５２が開かれれば、気化部４４０内のＩＰＡ蒸気が瞬間的に多量に供給され得る。上述のベント管４９０はこれを防止するためのものであって、チャンバ１００内にＩＰＡ蒸気が供給されるとき、ＩＰＡ蒸気の一部はベント管４９０を通じて排気される。一定の時間が経過した後、ベント管４９０に設けられた開閉ベルブ４９２が閉まる。

噴射管４２０はチャンバ１００の内部に位置するウェーハＷの上端部より高く位置するように、チャンバ１００の内部の両側に各々設けられる。図７は噴射管４２０の斜視図であり、図８は図７で線Ａ−Ａに沿って切断した噴射管４２０の断面図である。図７および図８に示すように、噴射管４２０には複数の噴射ホール４２２、４２４、４２６が形成され、各々の噴射ホール４２２、４２４、４２６は上を向くように形成される。すなわち、噴射ホール４２２、４２４、４２６は乾燥用流体が上を向いて噴射されるように形成される。噴射管４２０は形成角度が異なる複数の噴射ホール４２２、４２４、４２６を有しうる。例えば、噴射管４２０には第１噴射ホール４２２、第２噴射ホール４２４、および第３噴射ホール４２６が形成され、第１噴射ホール４２２は水平面から５°乃至２０°の角度を有するように形成され、第２噴射ホール４２４は水平面から３０°乃至５０°の角度を有するように形成され、第３噴射ホール４２６は水平面から６０°乃至８０°の角度を有するように形成されうる。

噴射管４２０はその長手方向がウェーハＷの処理面と垂直になるように設けられる。図９に示したように、噴射管４２０は一方の端部から他方の端部に近づくに従って、その内部の通路が漸進的に減るコーン形状を呈しえる。これと異なって、噴射管４２０は長手方向に均一の直径を有し、噴射ホール４２２、４２４、４２６間の間隔を異なって形成することができる。噴射管４２０が均一の直径で形成される場合、第１供給管４５０から離れるほど、その内部を流れる乾燥用流体の量が減少し、これによって、ウェーハＷの領域によって乾燥が不均一になりえる。

図１０は噴射管４２０から供給された乾燥用流体の流れの方向を示す図面である。ＩＰＡ蒸気が使用されて乾燥処理が実行されるとき、ＩＰＡ蒸気がウェーハＷ上に直接噴射されれば、ウェーハＷの領域によっては乾燥が不均一になりえる。すなわち、乾燥用流体が直接に噴射されるウェーハの領域にはＩＰＡ蒸気が過剰供給され、他の領域にはＩＰＡ蒸気が不足して供給される。本発明の場合、上述したように、カバー１６０はドーム形状に形成されるので、図１０に示したように、噴射管４２０から噴射されたＩＰＡ蒸気はカバー１６０によって提供される空間１６９内において渦流を形成し、以後は、チャンバ１００内の下部を層流となって流れる。これによって、ウェーハＷの全面に均一なＩＰＡ蒸気が行き渡る。

図１１は噴射管４２０と上部供給管３４０の設置位置が変形された例を示す洗浄装置１の断面図である。図１１に示すように、噴射管４２０と上部供給管３４０はチャンバ１００の内部ではなく、チャンバの側壁１２２、１６２に挿入される。すなわち、カバーの両側壁１６２には開口部１６８が周方向に形成され、開口部１６８には噴射管４２０が挿入されたモジュール４３０が設けられる。噴射管の噴射ホール４２２、４２４、４２６がモジュール４３０から露出するようにモジュール４３０の一つの遇部は開放される。また、内槽の両側壁１２２には開口部１２８が周方向に形成され、開口部１２８には上部供給管３４０が挿入されたモジュール３６０が設けられる。上部供給管の噴射ホール３４２がモジュール３６０から露出するようにモジュール３６０の一つの遇部は開放される。噴射管４２０と上部供給管３４０がチャンバの側壁１６２、１２２に設けられるので、これらがチャンバ１００の内部に設けられる場合に比べてチャンバ１００の大きさが減少し、これによって、処理にかかる時間が減少し、処理可能な量が増加する。また、噴射管４２０と上部供給管３４０とがチャンバ１００の内部ではなく、側壁１２２、１６２に設けられるので、処理が実行される間、噴射管４２０と上部供給管３４０との表面に水気が残留する可能性が減少する。

図１２に示すように、本発明の乾燥用流体供給部４００は噴射管４２０を加熱するヒータ４３２を有する。ヒータ４３２として熱線が使用されることができ、熱線は噴射管４２０の一部を囲むようにモジュール４３０の内部に挿入されうる。これによって、高温のＩＰＡ蒸気が常温状態の噴射管４２０を流れ、噴射管４２０内で凝縮することが防止される。

図６に戻り、第１供給管４５０および第２供給管４６０には各々流量調節バルブ４５４、４６４が設けられる。第１供給管４５０に設けられる流量調節バルブ４５４は気化部４４０と第２供給管４６０とが分岐される地点の間に設けられる。第１供給管４５０に設けられた流量調節バルブ４５４を調節してチャンバ１００内に供給されるＩＰＡ蒸気の量を調節する。これはチャンバ１００の内部にＩＰＡ蒸気が過剰に供給されることを防止するためのものである。ＩＰＡ蒸気量がチャンバ１００内に多すぎれば、チャンバ１００内でＩＰＡの濃縮によってＩＰＡ蒸気が凝縮し、これによって乾燥不良が誘発される。

第１供給管４５０に設けられた流量調節バルブ４５４を調節することによって、噴射管４２０に供給される流体の量が変えられる。これによって、チャンバ１００内に供給される流体の流れが変化される。乾燥效率を減少させるために、第１供給管４５０にＩＰＡ蒸気が供給される間、第２供給管４６０に窒素ガスが供給される。噴射管４２０に供給される流体の総量が一定となるように、第１供給管４５０を通じて流れるＩＰＡ蒸気の変化量に従って第２供給管４６０に設けられた流量調節バルブ４６４を調節して第２供給管４６０を流れる窒素ガスの量を調節する。第２供給管４６０に供給される窒素ガスが気化部側に移動することを防止するために、第１供給管４５０を流れるＩＰＡ蒸気の流速は第２供給管４６０を通じて流れる窒素ガスの流速より速くされる。

このとき、第２供給管４６０には内部を流れる窒素ガスを加熱するヒータ４６６が設けられうる。これはＩＰＡ蒸気とともに窒素ガスが供給される間、高温の窒素ガスが供給されることによって、ＩＰＡ蒸気が噴射管４２０内において凝縮することを防止しうる。また、ＩＰＡ蒸気による乾燥が完了した後、加熱された窒素ガスによる乾燥処理が実行されるとき、別途の窒素ガス供給管は使用されず、上述の第２供給管４６０を通じて加熱された窒素ガスがチャンバ１００内に供給されうる。

チャンバ１００内に流入される蒸気の量がチャンバ１００から排気される蒸気の量より顕著に多い場合にも、チャンバ１００内においてＩＰＡ蒸気は凝縮する。したがって、チャンバ１００内の圧力に応じてチャンバ１００から排気される量が調節されなければならない。調節部５００は上述の排気量の調節のためにチャンバ１００内の圧力に応じて排気路１２９の開放率を調節する。

図１３は本発明の一例による調節部５００を有する洗浄装置１の断面図であり、図１４は排気管１３０で遮断板５２４の移動路である案内ホーム１２８ｂを示す部分斜視図であり、図１５は排気路１２９が一部開放された状態を示す洗浄装置１の断面図である。図１３に示すように、調節部５００は遮断板５２４、駆動部５２６、圧力測定部５２２、および制御部５２８を有する。遮断板５２４は排気路１２９を開閉する板である。遮断板５２４は排気ポート１２８内の通路を開閉するように位置し、選択的に排気管１３０内の通路を開閉するように位置する。排気ポート１２８はその内部通路である排気路１２９の断面が長方形になるように直方体の形状を呈する。遮断板５２４は排気路１２９と同一の長方形の形状を呈し、排気路１２９を完全に遮断するのに十分な大きさを有する。

排気ポート１２８の斜視図である図１４に示すように、排気ポート１２８の一方の側面には開口部１２８ａが形成され、排気ポート１２８の内側壁には遮断板５２４の移動を案内し、排気ポート１２８内に流入された遮断板５２４を安定して支持するために遮断板５２４のエッジが挿入される案内ホーム１２８ｂが形成される。駆動部５２６は遮断板５２４を移動させる部分である。駆動部５２６において遮断板５２４の移動距離を正確に制御することができるモータが使用されうる。圧力測定部５２２はチャンバ１００の内部の圧力を測定し、圧力測定部５２２によって測定された圧力値は制御部５２８に伝送される。制御部５２８は伝送された測定値に従って駆動部５２６を調節する。

チャンバ１００の内部の圧力に応じて排気路１２９の開放率が変わる。乾燥処理が開始されるとき、すなわちチャンバ１００の内部の圧力が低いときには、遮断板５２４が排気ポート１２８内に流入されて排気路１２９を完全に遮断する。しかし、チャンバ１００内に継続的にＩＰＡ蒸気が供給されてチャンバ１００の内部の圧力が増加すれば、遮断板５２４の一部分が排気ポート１２８からはずれるように移動され、図１５に示したように、排気路１２９が一部開かれる。チャンバ１００の内部の圧力が高いほど、排気路１２９の開放率は増加して、チャンバ１００の内部は一定の圧力範囲内に維持される。上述した圧力範囲において、チャンバ１００内でＩＰＡ蒸気が凝縮することが防止され、効率的にウェーハＷの乾燥処理が実行される。

チャンバ１００の内部の圧力をＰ１とし、排気管１３０内の圧力をＰ２とするとき、排気路１２９の開放率はチャンバ１００内の圧力Ｐ１がＰ２＋（Ｐ２Ｘ０．０５）からＰ２（Ｐ２Ｘ０．５）との間の圧力で維持されるように調節される。好ましくは、排気路１２９の開放率はチャンバ１００内の圧力Ｐ１がＰ２＋（Ｐ２Ｘ０．２）からＰ２＋（Ｐ２Ｘ０．３）との間の圧力で維持されるように調節される。

また、上述の排気路１２９は乾燥処理が開始される以前に、チャンバ１００内に満たされた脱イオン水を排出するために使用されうる。脱イオン水が排出されるとき、遮断板５２４は排気ポート１２８から完全にはずれるように移動され、排気路１２９は完全に開放される。

図１６は調節部５００'の他の例を示す洗浄装置１の断面図であり、図１７は排気路１２９が一部開放された状態を示す洗浄装置１の断面図である。図１６に示すように、調節部５００'はハウジング５４０、弾性体５７０、および遮断ロッド５６０を有する。ハウジング５４０はチャンバの下部面１２４に形成された排気ポート１２８と連結され、一方の側面には配管５９０と連結される開口部５４６が形成される。ハウジング５４０は排気ポート１２８と連結される部分から下に位置するほど漸進的に断面が広くなるように傾いた上端部５４２と、上端部から下に垂直に伸延され、同一の断面積を有する下端部５４４を有する。遮断ロッド５６０はチャンバ１００から流体が排気される通路である排気路１２９を開閉する部分として、ハウジング５４０内に設けられる。遮断ロッド５６０の一方の端部は排気路１２９と同一の断面を有し、他方の端部は結合板５８２に固定される。弾性体５７０は遮断ロッド５６０に一定の圧縮力を加える部分であり、一方の端部はハウジング５４０内の底に固定した結合板５８４に設けられ、他方の端部は遮断ロッド５６０に固定した結合板５８２に設けられる。弾性体５７０としてスプリングが使用されることができ、弾性体５７０はチャンバ１００内の求められる圧力範囲に従って適切な弾性係数を有する。

チャンバ１００の内部の圧力が低い場合には、図１６に示したように、遮断ロッド５６０が排気路１２９を完全に遮断する。しかし、チャンバ１００の内部の圧力が増加すれば、遮断ロッド５６０はチャンバ１００の内部の圧力によって下方に移動され、弾性体５７０は圧縮される。図１７に示したように、チャンバ１００の内部の圧力が高いほど、弾性体の圧縮率は大きくなって遮断ロッド５６０は下方に移動され、これによって、排気路１２９の開放率は増加する。図１６に示した調節部５００' が使用されるときには、チャンバの内部の圧力を測定するための測定手段と排気路を遮断する遮断板を駆動する駆動部とを別に要しない。

排気ポート１２８の一方の側面には、脱イオン水を排出するために開閉バルブ５７２が設けられた排出管５７０が連結されうる。乾燥処理が開始される以前に、遮断ロッド５６０によって排気路１２９は遮断され、開閉バルブ５７２が開かれた状態でチャンバ１００内に満たされた脱イオン水が排出管５７０を通じて排出される。脱イオン水の排出が完了すれば、開閉バルブ５７２は閉まる。

図１８は本発明の好ましい一実施の形態による洗浄方法を順に示すフローチャートである。図１８に示すように、初めに、ウェーハＷを洗浄する処理が実行される。内槽１２０はフッ化水素酸のような化学溶液で満たされ、ウェーハが内槽１２０内に位置した支持部２００に置かれる(段階Ｓ１００)。化学溶液によってウェーハＷに付着した汚染物質などが除去されれば、ウェーハＷから化学溶液を除去するリンス処理が実行される(段階Ｓ２００)。初めに、ウェーハＷの上部に位置する上部供給管３４０からウェーハＷに直接脱イオン水が噴射される。これらはウェーハＷの微細パターンに付着した汚染物質とフッ化水素酸を除去する(段階Ｓ２２０)。続いて、上部供給管３４０から脱イオン水の供給が中断され、下部供給管３２０から脱イオン水が供給される。内槽１２０内には下から上への方向に脱イオン水の流れが層流として形成され、これらは開口部１６６を通じて外槽１４０にあふれ出る(段階Ｓ２４０)。一定の時間が経過した後、遮断板５２４は排気ポート１２８からはずれ、排気路１２９は開放される。内槽１２０に満たされた脱イオン水は排気路１２９を通じて外部に排出される。

続いて、チャンバ１００の内部をパージする処理が実行される。第１供給管４５０に設けられた開閉バルブ４５２は閉まって、第２供給管４６０に設けられた開閉バルブ４６２が開放される。第２供給管４６０を通じてチャンバ１００にパージガスである窒素ガスが供給されてチャンバ１００内に残存するフッ化水素酸が含有された水蒸気を外部に排気させる(段階Ｓ３００)。チャンバ１００内のパージ処理が完了すれば、遮断板５２４が排気ポート１２８内に流入されて排気路１２９を遮断する。

続いて、ウェーハＷを乾燥する処理が実行される(段階Ｓ４００)。第１供給管４５０に設けられた開閉バルブ４５２が開かれ、第２供給管４６０に設けられた開閉バルブ４６２が閉まる。第１供給管４５０の通路が開放される前、またはこれと同時にともに気化部４４０に連結されたベント管４９０の通路が開かれる。気化部４４０内のＩＰＡ蒸気の一部はベント管４９０を通じて外部に供給され、残りはチャンバ１００内に供給される。ベント管４９０は、処理の実行開始時にだけ一時的に開放される。一定の時間が経過すれば、第１供給管４５０に設けられた流量調節バルブ４５４が操作によってチャンバ１００内に流入されるＩＰＡ蒸気量が調節される。これと共に、チャンバ１００内に流入される流体の量は同一であるように、第２供給管４６０に設けられた開閉バルブ４６２が開かれ、第２供給管４６０に設けられた流量調節バルブ４６４が調節される(段階Ｓ４２０)。続いて、チャンバ１００の内部の圧力が一定の範囲内で維持されるように排気路１２９の開放率が調節される(段階Ｓ４４０)。このために、処理が進行されるうちにチャンバ１００の内部の圧力が継続的に測定され(段階Ｓ４４２)、測定された値に従って駆動部５２６は遮断板５２４を排気ポート１２８から移動させる(段階Ｓ４４４)。遮断板５２４の移動距離に従って排気路１２９の開放率が調節される。ＩＰＡ蒸気による処理が完了すれば、第１供給管４５０の通路が遮断される。続いて、第２供給管４６０から加熱された窒素ガスがチャンバ１００内に供給されて、ウェーハを乾燥する処理が実行される(段階Ｓ４６０)。

本発明の好ましい一実施の形態による洗浄装置の縦断面である。本発明の好ましい一実施の形態による洗浄装置の横断面である。図１の支持部の斜視図である。図１の洗浄装置を利用してリンス処理が実行される過程を示す図面である。図１の洗浄装置を利用してリンス処理が実行される過程を示す図面である。本発明の一例による乾燥用流体供給部を有する洗浄装置の断面図である。噴射管の斜視図である。図７で線Ａ−Ａに沿って切断した噴射管の断面図である。図７の噴射管の変形された例を示す斜視図である。噴射管から供給された乾燥用流体の流れの方向を示す図面である。噴射管と上部供給管の設置位置の変形された例を示す洗浄装置の断面図である。ヒータが設けられた噴射管の断面図である。本発明の一例による調節部を有する洗浄装置の断面図である。排気ポートの部分斜視図である。図１３の洗浄装置で排気路が一部開放された状態を示す洗浄装置の図面である。他の例による調節部を有する洗浄装置の断面図である。図１６の洗浄装置で排気路が一部開放された状態を示す図面である。本発明の望ましい一実施の形態による洗浄方法を順次に示すフローチャートである。

符号の説明

１００チャンバ、
１２０内槽、
１４０外槽、
１６０カバー、
２００支持部、
３００洗浄液供給管、
３２０下部供給管、
３４０上部供給管、
４００乾燥用流体供給部、
４２０噴射管、
４４０気化部、
４５０第１供給管、
４６０第２供給管、
５００圧力調節部。

Claims

半導体基板を洗浄する装置において、
内部において洗浄処理が実行され、内部に供給された乾燥用流体が排気される排気路を有するチャンバと、
前記チャンバ内に配置され、前記半導体基板を支持する支持部と、
前記チャンバ内に前記乾燥用流体を供給する供給部と、
前記チャンバ内の圧力に応じて前記排気路の開放率を調節する調節部とを有することを特徴とする洗浄装置。
前記調節部は、
前記排気路を遮断するか、前記排気路の少なくとも一部を開放する遮断板と、
前記遮断板を移動させる駆動部とを有することを特徴とする請求項１に記載の洗浄装置。
前記調節部は、
前記チャンバ内の圧力を測定する圧力測定部と、
前記圧力測定部で測定された値に応じて前記駆動部を制御する制御部とをさらに有することを特徴とする請求項２に記載の洗浄装置。
前記調節部は、
前記排気路と連結されるハウジングと、
前記ハウジング内に設けられた弾性体と、
前記ハウジング内に位置し、前記弾性体によって提供される圧縮力によって前記排気路を開閉する遮断ロッドとを有し、
前記チャンバの内部の圧力によって前記弾性体が圧縮される程度に応じて前記排気路の開放率が調節されることを特徴とする請求項１に記載の洗浄装置。
前記排気路は、前記チャンバ内に位置する前記支持部より下に形成されることを特徴とする請求項１に記載の洗浄装置。
前記排気路の断面は長方形を呈することを特徴とする請求項１に記載の洗浄装置。
前記供給部は、
噴射ホールが形成された噴射管と、
前記噴射管に第１流体を供給し、流量調節バルブが設けられた第１供給管と、
前記噴射管と前記流量調節バルブが設けられた地点との間で前記第１供給管から分岐され、前記噴射管に第２流体を供給し、流量調節バルブが設けられた第２供給管とを有することを特徴とする請求項１に記載の洗浄装置。
前記第１流体はアルコール蒸気であり、前記第２流体は乾燥ガスであり、
前記アルコール蒸気が前記チャンバに供給されるとき、前記噴射管を通じて供給される流体の総量は一定に維持されるように、前記噴射管に供給される前記アルコール蒸気の変化量に応じて前記第２供給管を流れる乾燥ガスの量が調節されることを特徴とする請求項７に記載の洗浄装置。
前記噴射管はその長手方向に前記チャンバの側壁内に挿入されるように設けられることを特徴とする請求項７に記載の洗浄装置。
前記供給部は、前記噴射管を加熱するヒータをさらに有することを特徴とする請求項９に記載の洗浄装置。
前記噴射管に形成された噴射ホールは、上を向くように形成されることを特徴とする請求項７に記載の洗浄装置。
前記噴射管には、第１噴射ホール、第２噴射ホール、および第３噴射ホールが形成され、
前記第１噴射ホールは水平面から５°乃至２０°の角度を有するように形成され、
前記第２噴射ホールは水平面から３０°乃至５０°の角度を有するように形成され、
前記第３噴射ホールは水平面から６０°乃至８０°の角度を有するように形成されることを特徴とする請求項１１に記載の洗浄装置。
前記チャンバの上部面は、ドーム形状を呈することを特徴とする請求項１１に記載の洗浄装置。
前記噴射管は、前記第１供給管から離隔するほど断面積が漸進的に小さくなることを特徴とする請求項７に記載の洗浄装置。
前記装置は、前記チャンバ内に洗浄液を噴射する洗浄液供給管をさらに有し、
前記洗浄液供給管は、
前記チャンバ内に位置する前記半導体基板より高い位置に設けられる上部供給管と、
前記チャンバ内に位置する前記半導体基板より低い位置に設けられる下部供給管とを有することを特徴とする請求項１に記載の洗浄装置。
前記装置は、
前記アルコール蒸気を発生させ、前記第１供給管が連結される気化部と、
前記気化部内の蒸気が排気される通路を提供し、開閉バルブが設けられたベント管をさらに有することを特徴とする請求項７に記載の洗浄装置。
半導体基板を洗浄する方法において、
チャンバの内部に位置する半導体基板を洗浄液で洗浄する段階と、
前記チャンバの内部から洗浄液を排出する段階と、
前記チャンバの内部に位置する半導体基板を乾燥用ガスで乾燥する段階とを有し、
前記乾燥段階は、
乾燥用流体が前記チャンバの内部に供給される段階と、
前記チャンバに形成され、前記乾燥用流体が排気される通路である排気路の開放率が前記チャンバの内部の圧力に従って調節される段階とを有することを特徴とする乾燥方法。
前記排気路の開放率が調節される段階は、
前記チャンバの内部の圧力を測定する段階と、
前記測定値に従って前記排気路を遮断している遮断膜を移動させる段階とを有することを特徴とする請求項１７に記載の乾燥方法。
前記洗浄段階は、
前記チャンバ内の半導体基板より高く位置する上部供給管から洗浄液が前記半導体基板を向いて噴射される段階と、
前記チャンバ内の半導体基板より低く位置する下部供給管から洗浄液が前記チャンバの内部に供給される段階とを有することを特徴とする請求項１７に記載の洗浄方法。
前記方法は、前記半導体基板を乾燥用ガスで乾燥する段階の以前にパージガスで前記チャンバの内部をパージする段階をさらに有することを特徴とする請求項１７に記載の洗浄方法。