JP2006295194A - 半導体基板を洗浄する装置及び半導体基板の洗浄方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 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】 ウェーハ（Ｗ）などの半導体基板を洗浄する装置であって、処理室１００と、前記処理室内１００に配置され、前記半導体基板を配置するための回転可能な支持部２００と、有機溶剤を供給するための有機溶剤供給ノズル４００と、前記処理室内に蒸気状態の有機溶剤を供給するための乾燥ガス供給ノズル５００と、を含むことを特徴とする洗浄装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体素子を製造するための装置及び方法に係り、より詳しくは、半導体基板を洗浄するための装置及び洗浄方法に関するものである。

一般に、半導体素子は蒸着工程、写真蝕刻工程、エッチング工程、研磨工程、および洗浄工程などの多様な単位工程の反復的な遂行によって製造される。洗浄工程は、上述の他の単位工程を遂行した後に、半導体ウェーハの表面に残留する残留物質、小さなパーティクル、汚染物、又は不要な膜などを除去する工程である。最近では、ウェーハに形成されるパターンが微細化しているため洗浄工程の重要度はさらに高まっている。

半導体ウェーハの洗浄工程には、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又は剥離させる化学溶液処理工程（以下、「薬液処理工程」とも記載する）、薬液処理された半導体ウェーハを脱イオン水で洗浄するリンス工程、そしてリンス処理された半導体ウェーハを乾燥する乾燥工程が含まれる。

半導体製造初期には、ウェーハがその処理面が上を向くように配置された後、遠心力を用いて乾燥工程を遂行するスピン乾燥機が使用されていた。特許文献１には、スピン乾燥機の一例が開示されている。しかし、集積回路が複雑になるほど遠心力を用いたスピン乾燥機では、ウェーハに微細に残っている水滴を完全に除去しにくく、むしろ汚染物が水滴に集まってウェーハに残留する。また、高速の回転によってウェーハ上に渦流が発生してウェーハに機械的ストレスが発生する。

その後、これを防止するため大略５０枚のウェーハを同時に収容し、収容した多数のウェーハを一定数のグループに分けて順次処理を行うことができる処理槽を有する配置式乾燥機が使用されるようになった。配置式乾燥機は、処理槽内で化学薬液と脱イオン水とを順次に供給して薬液処理工程及びリンス工程を遂行し、その後脱イオン水の水面にイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）層を形成してマランゴニ効果を用いてウェーハを乾燥する。特許文献２には、マランゴニ効果を用いてウェーハを乾燥する装置の一例が開示されている。しかし、収容された中のあるグループのウェーハを洗浄した後、処理槽内に汚染物質が残留すると、これらの汚染物質は、次に工程が遂行される他のグループのウェーハを汚染させる。特に一つの処理槽で薬液処理工程、リンス工程、乾燥工程を全て遂行される場合に前述した問題はさらに深刻なものとなる。

前述した配置式装置の問題点によって、最近ではウェーハの処理面が上を向くように配置された状態でウェーハを回転させ、ウェーハの中央にイソプロピルアルコール蒸気を供給して工程を遂行する枚葉式装置が使用されている。前記配置式乾燥機ではウェーハは、垂直に立てられた状態で工程が遂行されるため重力によって液の流れが誘導され、これにより脱イオン水とウェーハ表面の界面に形成されたメニスカス層が揺れず一定に維持されていたが、枚葉式装置における液の流れは、負荷が一定しない遠心力によって誘導されるためメニスカス層が揺れて乾燥不良が発生しやすく、コンタクトホールのような微細パターン内に残留する脱イオン水がよく除去されない。半導体基板を低速で回転させる場合、前述した問題は多少減らすことができるが、工程に多くの時間が必要になる。

また、前述した装置においてウェーハに供給されるイソプロピルアルコールの蒸気は、乾燥機の外部で製造された後、窒素のような運搬ガスによってノズルに供給される。従って、イソプロピルアルコールの蒸気の濃度が低くなってしまい、乾燥効率が高くない。また、大きなウェーハの場合、ウェーハの周縁領域は、イソプロピルアルコール蒸気によって乾燥が行われる前に自然乾燥されてしまう。また、フッ酸などによってウェーハが薬液処理された場合にも、ウェーハの表面が疎水性を有して局部的領域で自然乾燥が起こる。
米国特許第５８２９１５６号明細書 特開平１０−３３５２９９号公報

本発明の技術的課題は、半導体基板上の水分を効率的に除去することに適した洗浄装置及び洗浄方法を提供するところにある。

また、本発明の技術的課題は、半導体基板の微細パターン内に残留する水分を効果的に除去することに適した洗浄装置及び洗浄方法を提供するところにある。

また、本発明の技術的課題は、半導体基板の乾燥の所要時間を短縮することに適した洗浄装置及び洗浄方法を提供するところにある。

本発明は、半導体基板を洗浄する装置であって、処理室と、前記処理室内に配置され、前記半導体基板を配置するための回転可能な支持部と、有機溶剤を供給するための有機溶剤供給ノズルと、前記処理室内に蒸気状態の有機溶剤を供給するための乾燥ガス供給ノズルと、を含むことを特徴とする洗浄装置により上記課題を解決する。

また、本発明は、半導体基板を洗浄する装置であって、処理室と、前記処理室内に配置され、前記半導体基板を配置するための回転可能な支持部と、前記半導体基板の中央領域から周縁領域まで有機溶剤を供給する多領域供給ノズルと、を含むことを特徴とする洗浄装置により上記課題を解決する。

また、本発明は、半導体基板を収めた処理室を蒸気状態の有機溶剤雰囲気にする段階と、前記半導体基板上に有機溶剤を直接供給しながら、前記半導体基板を回転させる段階を含むことを特徴とする洗浄方法により上記課題を解決する。

本発明によれば、半導体基板を洗浄するための処理室内部が有機溶剤雰囲気となった状態で乾燥工程が遂行されるため、ウェーハに残留する脱イオン水の表面張力が大きく減少し、脱イオン水が容易に除去される。

本発明の第１は、半導体基板を洗浄するための洗浄装置である。

本発明の半導体基板を洗浄するための洗浄装置は、洗浄工程が遂行される空間を提供するための処理室を有し、処理室内には半導体基板を支持する支持部が配置される。この支持部は回転可能な構造を有し、半導体基板は処理面が上を向くように支持部上に置かれる。この装置には、支持部に配置された半導体基板上に有機溶剤を直接供給する有機溶剤供給ノズルと、処理室内部を乾燥雰囲気にするために処理室内に蒸気状態の有機溶剤を供給する乾燥ガス供給ノズルと、が装着される。本発明の洗浄装置は乾燥工程の進行時に処理室内部が有機溶剤の雰囲気となり、乾燥雰囲気となるため、半導体基板に残留する洗浄液の表面張力が大きく減少し、半導体基板から洗浄液を効果的に除去できる。

前記有機溶剤供給ノズルは、半導体基板の中心領域から周縁領域まで有機溶剤を同時に供給する多領域供給ノズルを含むことが好ましい。これにより、半導体基板の全体に有機溶剤を供給することができるため、半導体基板の周縁領域が遠心力によって自然乾燥されることを防止できる。また、半導体基板全体に有機溶剤が直接供給されるため、半導体基板の中央にのみ有機溶剤が供給される場合と比べて有機溶剤の濃度が高くなり乾燥効率が向上する。

本発明の一例によれば、多領域供給ノズルは、複数の孔状又はスリット状の噴射口を有する。孔のサイズ及び孔の間隔は、形成位置によって多様に変化でき、スリットの幅もまた長手方向に沿って多様に変化できる。噴射口の形や数を適宜調節することにより、半導体基板の領域に供給される有機溶剤量を変化させることができる。多領域供給ノズルは、支持部に配置された半導体基板と垂直に配置することができる。この場合、半導体基板の中央領域から周縁領域に至るまで半導体基板に供給される有機溶剤量が均一となるように噴射口は下から上に行くほど段階的に広くなるように形成することが好ましい。また、多領域供給ノズルは、支持部に配置された半導体基板と平行に配置することもできる。

有機溶剤供給ノズルは、半導体基板の中央にのみ有機溶剤を供給する中央領域供給ノズルを含むことが好ましい。中央領域供給ノズルから供給される有機溶剤は、遠心力によって半導体基板の中央から周縁に広がり、マランゴニ効果によって半導体基板を乾燥できる。

処理室は、上部が開放され支持部が底部に配置される容器と、容器の開放された上部を開閉できる覆いとを有することが好ましい。乾燥ガス供給ノズルは覆いに配置されることが好ましい。容器と覆いとの間には複数の貫通ホールが形成された多孔性板が設けられることが好ましい。多孔性板は、覆いと容器との間に配置されることが好ましい。この場合、乾燥ガスを分散させられる程度の空間が覆いと多孔性板とによって形成されることが好ましい。例えば、平らな形状の覆いと、深みのある形状の多孔性板とを併用したり、図１に示すように深みのある形状の覆い（図１では特に下部板１４２）と、平らな形状の多孔性板１６０とを併用することにより乾燥ガスを分散させられる程度の空間を形成することもできる。複数のホールは多孔性板全体領域に均一な間隔で形成されることが好ましい。前述した構造によると乾燥ガス供給ノズルから、覆いと多孔性板とにより形成された空間に供給された乾燥ガスは、多孔性板を通じて容器内に均一に供給される。

この装置には半導体基板を加熱する加熱部が含まれることが好ましい。加熱部は、半導体基板上の洗浄液と有機溶剤との混合溶液における有機溶剤の体積濃度が、有機溶剤と洗浄液との共沸混合物における有機溶剤の体積濃度より濃いときに、混合溶液をその沸騰点より高い温度に加熱することが好ましい。これにより、半導体基板の微細パターン内に残留する洗浄液と有機溶剤との混合溶液における洗浄液の蒸発量がさらに向上する。加熱部は、事故を防止するため容器の外部に配置されたランプであることが好ましい。ランプは、例えば、リング形状に形成することもできるし、ロッド形状に形成することもできる。ランプは一つ以上配置することができ、半導体基板全体に十分な量の熱が伝達されるように適宜配置する数を調節することができる。

覆いは下部板とその上部に配置される上部板とを有し、下部板内には前述した乾燥ガス供給ノズルが設けられ、上部板には加熱部が配置されることが好ましい。

半導体基板上に洗浄液を供給する洗浄ノズルを含むことが好ましい。前記洗浄液としては、脱イオン水などが好ましい。洗浄液が供給されることにより、残留する有機溶剤を除去することができる。

前記半導体基板上に洗浄液を供給する洗浄ノズルと、制御器と、を含み、前記制御器は、前記基板上の前記有機溶剤と前記洗浄液との混合溶液における、前記有機溶剤の体積濃度が、前記有機溶剤と前記洗浄液との共沸混合物における前記有機溶剤の体積濃度よりも高くなるように、前記有機溶剤供給ノズルから供給される有機溶剤量を制御し、前記混合溶液の沸騰点より高い温度に加熱されるように前記加熱部を制御することが好ましい。

蒸気状態の有機溶剤を供給する蒸気供給管、及び不活性ガスを供給するガス供給管を含み、乾燥ガス供給ノズルには蒸気供給管及びガス供給管が連結されることが好ましい。

有機溶剤としてはイソプロピルアルコールが好ましい。前記有機溶剤は有機溶剤供給ノズルから供給される液体状態の有機溶剤、および乾燥ガス供給ノズルから供給される蒸気状態の有機溶剤の少なくとも何れか一方を指し、より好ましくは双方を指す。

不活性ガスとしては化学的に安定なガスが使用でき、具体的には、窒素ガス、ヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガス、クリプトンガス、キセノンガス、またはラドンガスなどが好ましく使用でき、より好ましくは窒素ガスである。

本発明の第２は、半導体基板を洗浄するための他の洗浄装置である。

本発明の他の半導体基板を洗浄するための洗浄装置は、処理室と、前記処理室内に配置され、前記半導体基板を配置するための回転可能な支持部と、前記半導体基板の中央領域から周縁領域までに有機溶剤を供給する多領域供給ノズルと、を含む。

半導体基板に洗浄液を供給する洗浄ノズルをさらに含む。薬液を使用して半導体基板を洗浄する工程の後に、洗浄ノズルから洗浄液を供給して半導体基板上に残留する薬液を除去する。前記洗浄液としては脱イオン水などが好ましい。

前記半導体基板上に洗浄液を供給する洗浄ノズルと、制御器と、前記半導体基板を加熱する加熱部と、を含み、前記制御器は、前記半導体基板上の前記有機溶剤と前記洗浄液との混合溶液における、前記有機溶剤の体積濃度が、前記有機溶剤と前記洗浄液との共沸混合物における前記有機溶剤の体積濃度よりも高くなるように、前記多領域供給ノズルから供給される有機溶剤量を制御し、前記混合溶液の沸騰点より高い温度に加熱されるように前記加熱部を制御することが好ましい。

本発明の第３は、半導体基板の洗浄方法である。

本発明の半導体基板の洗浄方法は、半導体基板を収めた処理室を蒸気状態の有機溶剤雰囲気下にする段階と、前記半導体基板上に有機溶剤を直接供給しながら、前記半導体基板を回転させる段階を含む。

前記有機溶剤の供給は、前記半導体基板の中央に有機溶剤を供給する段階をさらに含むことが好ましい。

有機溶剤雰囲気にする段階の前に、処理室内部に少なくとも不活性ガスが供給される段階をさらに含むことが好ましい。これにより、処理室内の酸素を除去するか、または有機溶剤雰囲気における有機溶剤の濃度が好ましい範囲となるように酸素の濃度を下げることができる。不活性ガスのみを供給してもよいし、不活性ガスと有機溶剤とが混合されたガスを供給してもよいし、不活性ガスと蒸気状の有機溶剤とを供給してもよい。前記有機溶剤としてはアルコールが好ましい。

有機溶剤を供給する段階の後に、半導体基板に加熱された不活性ガスを供給して半導体基板上に残留する有機溶剤を除去する段階をさらに含むことが好ましい。これにより、基板上に残留する有機溶剤を除去することができる。

また、洗浄液が供給されている間に、処理室内を不活性ガスでパージすることもできる。これにより、半導体基板の洗浄にかかる時間を短縮することもできる。

基板上に有機溶剤を供給する段階は、半導体基板の中央領域から周縁領域まで同時に有機溶剤を供給する段階を含む。また、半導体基板上に有機溶剤を供給する段階は、半導体基板の中央にアルコール液を供給する段階をさらに含むことが好ましい。

前記有機溶剤を直接供給する段階の前に、洗浄液を供給する段階と、前記有機溶剤を直接供給する段階の後に、前記半導体基板を加熱する段階と、をさらに含み、前記有機溶剤を供給する段階において、前記半導体基板上に残留する前記洗浄液と、供給された有機溶剤とからなる混合溶液における前記有機溶剤の体積濃度が、前記有機溶剤と前記洗浄液との共沸混合物における前記有機溶剤の体積濃度よりも高くなるように前記半導体基板に有機溶剤を供給し、前記加熱する段階において、前記混合溶液を沸騰点より高い温度に加熱することが好ましい。これにより、共沸混合物の効果を用いて半導体基板の微細パターン内に残留する洗浄液を効率的に除去することができる。

以下、添付した図１〜図１３を用いながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明するが本発明の実施形態は以下の記載に限定されない。また、本発明は図１〜図１３に限定されない。

図１は、本発明の好適な一例による半導体基板の洗浄装置１０の断面図であり、図２は図１の線Ａ−Ａに沿って洗浄装置を切断した断面図である。図１と図２とを参照すれば、半導体基板の洗浄装置１０は、処理室１００と、支持部２００と、洗浄ノズル３００と、有機溶剤供給ノズル４００と、乾燥ガス供給ノズル５００と、加熱部６００と、を有する。

処理室１００は、洗浄工程が遂行される空間を提供する。処理室１００は、容器１２０と覆い１４０とを有することが好ましい。容器１２０は、上部が解放され、空間１２０ａを提供し、筒形状であることが好ましい。容器１２０の底には、洗浄工程に使用される各種薬液及び洗浄液を排出するための排出管１２２が連結されることが好ましい。覆い１４０は、容器１２０の開放された上部を開閉することができる。覆い１４０は、下部板１４２と上部板１４４とを有し、上部板１４４は下部板１４２上に積層されるように下部板１４２に固定されることが好ましい。上部板１４４と下部板１４２とは、それぞれ下部が開放された空間１４２ａ、１４４ａを有する。覆い１４０の移動のため移動装置１８０が覆い１４０と連結していてもよい。移動装置１８０は、覆い１４０の上部板１４４に結合される支持台１８２と、これを移動させる移動ロッド１８４と、移動ロッド１８４と連結しており移動ロッド１８４を回転及び上下移動させる駆動体１８６と、を有することが好ましい。支持台１８２は、水平方向に長く配置され、移動ロッド１８４は、支持台１８２の端部に結合して垂直方向に長く配置されることが好ましい。覆い１４０が容器１２０に結合した状態で処理室１００が外部から密閉できるように覆い１４０と容器１２０との接触面にはオーリングのようなシーリング部（図示せず）を設置できる。

支持部２００は、洗浄工程の進行中にウェーハ（Ｗ）などの半導体基板を支持する。支持部２００は、支持板２２０と回転軸２４０とを有することが好ましい。支持板２２０の半導体基板を載せる面は平らな円板形状を有し、ウェーハ（Ｗ）などの半導体基板と近似した直径を有することが好ましい。ウェーハ（Ｗ）などの半導体基板は、処理面が上を向くように支持板２２０上に置かれる。支持板２２０の下部面には、回転軸２４０が固定される。回転軸２４０は、モーターのような駆動体２６０によって回されることが好ましい。支持部２００には、処理室１００にウェーハ（Ｗ）などの半導体基板を移送する移送ロボット（図示せず）からウェーハ（Ｗ）などの半導体基板を渡され、支持板２２０上にウェーハ（Ｗ）などの半導体基板をローディングするリフトピン（図示せず）を設置することもできる。支持板２２０は、真空吸引装置又は機械的クランピングなどの方法によって洗浄工程の進行中に半導体基板を支持することができる。支持板２２０の周縁に複数のガイドピン（図示せず）を設けることによっても、工程進行中にウェーハ（Ｗ）などの半導体基板が支持板２２０から離脱されることを防止できる。

装置１０には、薬液処理工程を遂行するための薬液供給ノズル（図示せず）と洗浄工程を遂行するための洗浄ノズル３００が設けられることが好ましい。薬液供給ノズルは、ウェーハ（Ｗ）などの半導体基板上の汚染物質を化学的反応によってエッチング又は剥離させるためウェーハ（Ｗ）などの半導体基板に薬液を供給し、洗浄ノズル３００はウェーハ（Ｗ）などの半導体基板に残留する薬液を洗浄するためウェーハ（Ｗ）などの半導体基板に洗浄液を供給する。薬液供給ノズルは、除去しようとする汚染物質によって多様な種類の薬液を供給するように複数設置できる。洗浄液としては脱イオン水が好ましく使用される。薬液供給ノズル（図示せず）と洗浄ノズル３００とはウェーハ（Ｗ）などの半導体基板の中心に向いて薬液または洗浄液とを噴射するように設けられる。薬液又は洗浄液が噴射される間ウェーハ（Ｗ）などの半導体基板は指示部２００によって回転され、薬液又は洗浄液は遠心力によってウェーハ（Ｗ）などの半導体基板の中心から周縁に広がる。図２に示すように、洗浄ノズル３００には、洗浄液を供給する供給管３２０が結合し、供給管３２０には洗浄液の流量を調節する流量調節バルブ３２２が設けられていることが好ましい。

また、装置１０には、乾燥工程を遂行するため、有機溶剤供給ノズル４００、乾燥ガス供給ノズル５００、そして加熱部６００が設けられることが好ましい。有機溶剤としては、表面張力が小さく、洗浄液に溶解されるものが好ましく、具体的には、イソプロピルアルコール、エチルグリコール、１−プロパノール、２−プロパノール、テトラハイドロフラン、４−ヒドロキシ４−メチル２−ペンタノール、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又はジメチルエーテルなどが好ましく使用でき、より好ましくはイソプロピルアルコールである。また、不活性ガスとしては化学的に安定なガスが使用でき、具体的には、窒素ガス、ヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガス、クリプトンガス、キセノンガス、またはラドンガスなどが好ましく使用でき、より好ましくは窒素ガスである。

有機溶剤供給ノズル４００は、洗浄液による洗浄後、ウェーハ（Ｗ）などの半導体基板を乾燥するためウェーハ（Ｗ）などの半導体基板に直接イソプロピルアルコール液を供給する。有機溶剤供給ノズル４００は、高濃度のイソプロピルアルコール蒸気を供給することが好ましい。イソプロピルアルコールは、ウェーハ（Ｗ）などの半導体基板に付着された脱イオン水の表面張力を減少させて、脱イオン水がウェーハ（Ｗ）などの半導体基板から容易に除去されるように作用する。また、イソプロピルアルコールと脱イオン水の表面張力の差異を用いたマランゴニ効果によってウェーハ（Ｗ）などの半導体基板から脱イオン水が除去される。

有機溶剤供給ノズル４００は、中央領域供給ノズル４２０と多領域供給ノズル４４０とを有する。中央領域供給ノズル４２０と多領域供給ノズル４４０には、いずれかにイソプロピルアルコール液を供給する供給管４２２、または４４２がそれぞれ結合し、供給管４２２、または４４２には内部に流れる流量を調節する流量調節バルブ４２２ａ、または４４２ａが設けられる。

中央領域供給ノズル４２０は、容器１２０の側壁に設けられ、ウェーハ（Ｗ）などの半導体基板の中央にのみイソプロピルアルコール液を供給する。ウェーハ（Ｗ）などの半導体基板の中央に供給されたイソプロピルアルコール液は、ウェーハ（Ｗ）などの半導体基板が回転されることにより生じる遠心力によってウェーハ（Ｗ）などの半導体基板の中央からウェーハ（Ｗ）などの半導体基板の周縁に流れる。ウェーハ（Ｗ）などの半導体基板の中央にのみイソプロピルアルコール液が供給される場合、乾燥工程初期にウェーハ（Ｗ）などの半導体基板の周縁領域が遠心力によって乾燥されて、水斑点が発生するおそれがある。また、イソプロピルアルコール液がウェーハ（Ｗ）などの半導体基板中央からウェーハ（Ｗ）などの半導体基板周縁に広がりながら供給されるためウェーハ（Ｗ）などの半導体基板周縁領域にはイソプロピルアルコール液が十分に供給されないおそれがある。

本発明の好ましい実施形態においては、多領域供給ノズル４４０は、容器１２０の側壁に設けられ、ウェーハ（Ｗ）などの半導体基板の中央領域からウェーハ（Ｗ）などの半導体基板の周縁領域まで同時にイソプロピルアルコール液を供給する。多領域供給ノズル４４０は、垂直方向に長く配置されるように容器１２０に結合する。一例によれば、図３に示されているように、多領域供給ノズル４４０は、孔状の噴射口を有することが好ましい。孔状の噴射口４４４は、下から上方向に一列に形成できる。最上部に配置される孔状の噴射口は、ウェーハ（Ｗ）などの半導体基板の中央にイソプロピルアルコール液を供給し、最下部に配置される孔状の噴射口は、ウェーハ（Ｗ）などの半導体基板の周縁にイソプロピルアルコール液を供給する。

孔状の噴射口のサイズ及び間隔は、ウェーハ（Ｗ）などの半導体基板の領域によって設定された量のイソプロピルアルコール液が供給されるように多様に形成できる。一例によれば、孔状の噴射口は、下から上に行くほど段階的に広くなるように形成できる。これは、中央に行くほどウェーハ（Ｗ）などの半導体基板に直接供給されるイソプロピルアルコールの量が増加するようにし、最終的にウェーハ（Ｗ）などの半導体基板の全領域に均一な量のイソプロピルアルコールが提供されるようにする。孔状の噴射口が複数形成される場合には、一定の間隔で形成されていてもよいし、異なる間隔で形成されてもよい。孔状の噴射口の形状は、図３に示すように円形でもよいし、他の形でもよい。

また、図４に示されているように多領域供給ノズル４４０は、上下方向に長く形成されたスリット状の噴射口４４２ａを有することも好ましい。スリット状の噴射口４４４ａは、下から上に行くほどウェーハ（Ｗ）などの半導体基板に供給されるイソプロピルアルコールの量が増加するように幅が段階的に広くなるように形成することもできる。また、スリット状の噴射口４４４ａの幅は、一定であってもよい。また、多領域供給ノズル４４０は水平方向に長く配置することもできる。これに併せてスリットも水平方向に長く形成することもできる。

前述した覆い１４０の下部板１４２に提供された空間内には乾燥ガス供給ノズル５００が設けられることが好ましい。乾燥ガス供給ノズル５００は、容器１２０内に乾燥ガスを供給する。乾燥ガスは、イソプロピルアルコール蒸気と窒素ガスとを含むことが好ましい。イソプロピルアルコール蒸気は、容器１２０の内部を乾燥雰囲気にするため使用される。イソプロピルアルコール蒸気は、窒素のような運搬ガスによって供給できる。

窒素ガスは、容器１２０の内部を乾燥雰囲気にする前に容器１２０の内部から酸素を除去するためなどに使用される。また、加熱された窒素ガスは、ウェーハ（Ｗ）などの半導体基板に残留するイソプロピルアルコール液を除去するためなどに使用される。

乾燥ガス供給ノズル５００には、イソプロピルアルコール蒸気を供給する蒸気供給管５４０と窒素ガスを供給するガス供給管５６０とが連結していることが好ましい。蒸気供給管５４０とガス供給管５６０とには、それぞれ内部通路を開閉することなどによりの内部を流れる流体量を調節するバルブ５４２、またはバルブ５６２が設けられることが好ましい。一例によれば、乾燥ガス供給ノズル５００には、主供給管５２０が結合し、主供給管５２０は蒸気供給管５４０とガス供給管５６０とに分岐されることが好ましい。ガス供給管５６０にはヒーター５６４が装着されていることが好ましい。

一例によれば、２個の乾燥ガス供給ノズル５００が並んで配置され、それぞれの乾燥ガス供給ノズル５００は、ロッド形状を有することが好ましい。乾燥ガス供給ノズル５００には、噴射口が形成される。噴射口は、複数の孔状であってもよいし、スリット状であってもよい。孔状の噴射口は、均等な間隔及び均等なサイズに形成してもよいし、または、供給管から遠くなるほど孔状の噴射口のサイズが広くなるか、或いは孔状の噴射口間の間隔が狭くなるように形成してもよい。

下部板１４２の下端には、多孔性板１６０が装着される。多孔性板１６０は、円板形状を有していることが好ましく、下部板１４２内の空間１４２ａを容器１２０内の空間１２０ａから区画する。多孔性板１６０には、複数の貫通ホール１６２が均一な間隔で形成されていることが好ましく、また密に形成されていることが好ましい。乾燥ガス供給ノズル５００から下部板１４２内空間に供給された乾燥ガスは、多孔性板１６０を通じて容器１２０内に噴射される。従って、乾燥ガスを、容器１２０内全体に均一に供給できる。これにより、ウェーハ（Ｗ）などの半導体基板の表面における乾燥の均一度を向上させる。

前述した例では、不活性ガス、蒸気状態の有機溶剤、そしてウェーハ（Ｗ）などの半導体基板から有機溶剤を除去するためのガスが全て乾燥ガス供給ノズル５００から提供される場合について説明したが、乾燥ガス供給ノズル５００は一つのノズルから成らずに、不活性ガスを供給するためのノズル、蒸気状態の有機溶剤を供給するためのノズル、およびウェーハ（Ｗ）などの半導体基板上でアルコールを除去するためのガスを供給するノズルの少なくとも２種以上のノズルを備えていてもよい。

前述した覆い１４０の上部板１４４内の空間１４４ａには、加熱部６００が設けられる。加熱部６００は、共沸混合物効果を用いてウェーハ（Ｗ）などの半導体基板の微細パターン内に残留する脱イオン水を除去するため使用される。共沸混合物効果及びこれを達成するための工程条件については後述する。加熱部６００としては、容器１２０の外部に配置されるランプが好ましく使用される。これにより、加熱部６００によって有機溶剤が暴発することを防止することができる。

一例によれば、図５に示されているように加熱部６００は、環形のリング形状を有することが好ましい。加熱部６００からウェーハ（Ｗ）などの半導体基板全体領域に均一に伝達されるように、加熱部６００は、ウェーハ（Ｗ）などの半導体基板のサイズによって一つ又は複数使用することができる。一つの加熱部６００が使用される場合、加熱部６００の直径はウェーハ（Ｗ）などの半導体基板直径の１／２であることが好ましい。

他の例によれば、図６に示されているように、加熱部６００は、ロッド形状を有することが好ましい。加熱部６００は、ウェーハ（Ｗ）などの半導体基板のサイズによって一つ又は複数使用することができ、ウェーハ（Ｗ）などの半導体基板の直径と同じかまたは近似した長さを有することが好ましい。複数の加熱部６００が提供される場合、加熱部６００は、同一間隔に互いに並んで配置されることが好ましい。

前述した覆い１４０の構造、乾燥ガス供給ノズル５００と加熱部６００の配置位置、乾燥ガス供給ノズル５００及び加熱部６００の数と形状などは処理室１００及びウェーハ（Ｗ）などの半導体基板のサイズや形状などによって多様に変化できる。例えば、覆い１４０は一枚板で形成され、乾燥ガス供給ノズル５００は、容器１２０の側壁を通じて容器１２０内に挿入され、加熱部６００は、支持部２００内に配置することもできる。

次には、共沸混合物効果及びこれを用いてウェーハ（Ｗ）などの半導体基板の微細パターン内に残存する脱イオン水を除去するための工程条件を説明する。有機溶剤として、イソプロピルアルコールを使用し、洗浄液に水を使用した場合を例に挙げて説明する。

図７は、イソプロピルアルコールと水とを混合してなるイソプロピル水溶液の気化特性を説明するためのグラフである。図７において、横軸はイソプロピルアルコール水溶液におけるイソプロピルアルコールの濃度（図７の下軸、図７では「ＩＰＡ濃度」と記載）、および水の濃度（図７の上軸、図７では「Ｈ_２Ｏ濃度」と記載）を示し、縦軸は温度を示す。第１の曲線１ａ、１ｂは、イソプロピルアルコール水溶液の沸騰点を表示し、第２の曲線３ａ、３ｂはイソプロピルアルコール溶液の気化点を示す。

図７を参照すれば、水とイソプロピルアルコール溶液との共沸混合物は、１０体積％の水及び９０体積％のイソプロピルアルコールとからなるイソプロピルアルコール水溶液であり、水とイソプロピルアルコールとの共沸混合物の沸騰点は８０℃である。水とイソプロピルアルコールとの共沸混合物を気化させれば、気化されたイソプロピルアルコールの濃度は常にイソプロピルアルコール共沸混合物の濃度と同一である。しかし、イソプロピルアルコールの体積濃度が９０体積％より高いか、或いは低いイソプロピルアルコール水溶液を気化させれば、気化されたイソプロピルアルコールの濃度は、イソプロピルアルコール水溶液の濃度と異なる。これは、図７に示されているように、イソプロピルアルコール水溶液におけるイソプロピルアルコールの濃度が９０体積％より低いか、或いは高い場合に、イソプロピルアルコール水溶液の沸騰点はそれの気化点より低いためである。

例えば、イソプロピルアルコールが５０体積％の濃度を有するイソプロピルアルコール水溶液の温度が図７の第１の曲線（１ａ）に到達すれば、イソプロピルアルコール溶液は沸き始める。この時、イソプロピルアルコールは水に比べて相対的にさらに多く蒸発される。これにより、イソプロピルアルコール溶液内に残存するイソプロピルアルコールの体積濃度は５０体積％よりも低くなる。

一方、９０体積％超〜１００体積％範囲のイソプロピルアルコール濃度、例えば９５体積％のイソプロピルアルコール濃度を有するイソプロピルアルコール水溶液の温度が第１の曲線（１ｂ）に到達すれば、イソプロピルアルコール溶液やはり沸き始める。しかし、この場合に、水はイソプロピルアルコールに比べて相対的にさらに多く蒸発される。これにより、イソプロピルアルコール溶液内に残存する水の体積濃度は５体積％より低くなる。

本発明によれば、前述した共沸混合物効果を用いてウェーハ（Ｗ）などの半導体基板の微細パターン内に残存する水の蒸発率を向上させるため、有機溶剤供給ノズル４００からウェーハ（Ｗ）などの半導体基板に供給される有機溶剤量と加熱部６００によって加えられる温度とを制御する制御器７００が提供される。制御器７００は、中央領域供給ノズル４２０又は多領域供給ノズル４４０にイソプロピルアルコールを供給する供給管４２２、４４２に設けられた流量調節バルブ４２２ａ、４４２ａを制御する。制御器７００は、ウェーハ（Ｗ）などの半導体基板上にイソプロピルアルコール液の体積濃度が９０体積％より高くなるように十分な量のイソプロピルアルコール液がウェーハ（Ｗ）などの半導体基板に供給されるようにする。また、制御器７００は、ウェーハ（Ｗ）などの半導体基板上に残存するイソプロピルアルコール溶液の温度が水などの洗浄液の沸騰点より高く加熱されるように加熱部６００を制御する。

制御器７００は、ウェーハ（Ｗ）などの半導体基板上のイソプロピルアルコール溶液の濃度や温度を実時間に測定する測定器（図示せず）を備え、これから獲得したデータを通じてウェーハ（Ｗ）などの半導体基板に供給されるイソプロピルアルコールの液量又は加熱部６００から加えられる温度を制御できる。選択的に工程進行前に、実験を通じてウェーハ（Ｗ）などの半導体基板に供給されるアルコール液量又は加熱部６００から加えられる温度を制御器７００に設定できる。

本実施形態によれば、中央領域供給ノズル４２０からウェーハ（Ｗ）などの半導体基板の中心にイソプロピルアルコールが供給されるだけではなく、多領域供給ノズル４４０からウェーハ（Ｗ）などの半導体基板全体領域に直接イソプロピルアルコールが供給されるため、微細パターンの溝も含む、半導体基板の全体におけるイソプロピルアルコール水溶液のイソプロピルアルコール液の体積濃度を望ましい濃度にすることができる。

以下、図８〜図１３を参照してウェーハ（Ｗ）などの半導体基板を洗浄する好ましい実施形態を説明する。図８は、本発明の好適な一実施形態による乾燥方法を順次に示すフローチャートであり、図９〜図１３はそれぞれの段階を示す図面である。以下の実施形態では、半導体基板としてウェーハを使用し、洗浄液として脱イオン水を使用し、有機溶剤としてイソプロピルアルコールを使用し、不活性ガスとして窒素ガスを使用し、加熱部としてランプを使用する場合を例に挙げて説明するが本発明は以下の記載に限定されない。

始めにウェーハが支持部上にローディングされる（Ｓ１０）。詳細には、覆い１４０が開いて容器１２０の上部面が開放され、移送ロボットなどによってウェーハ（Ｗ）が処理室１００内支持部２００上に置かれる。

次に、ウェーハ上に薬液が供給される（Ｓ２０）。詳細には、ウェーハ（Ｗ）を回転させ、薬液ノズルからウェーハ（Ｗ）中央に薬液を供給してウェーハ（Ｗ）上の汚染物質を除去する。

次に、ウェーハ上に脱イオン水を供給し、容器の内部に窒素ガスを噴射する（Ｓ３０）。詳細には、薬液ノズルの設置位置によって容器１２０の上部面は開放されるか、或いは覆い１４０によって閉まる。その後、覆い１４０が閉まった状態で洗浄ノズル３００からウェーハ（Ｗ）中央に脱イオン水を供給してウェーハ（Ｗ）上に残留する薬液を除去する。乾燥工程が遂行される前に、図９に示されたように、容器１２０内に窒素ガスを供給して容器１２０内部をパージする。これは容器１２０から酸素を除去して、酸素によって発生する工程不良を予防する。容器１２０内部のパージは、ウェーハ（Ｗ）を洗浄する間遂行する。これは、ウェーハ（Ｗ）洗浄の所要時間を縮めることができる。容器１２０内部をパージするため窒素ガスとイソプロピルアルコール蒸気が同時に使用できる。

次に、容器の内部にイソプロピルアルコールの蒸気を供給する（Ｓ４０）。詳細には、容器１２０内パージが完了されれば、図１０に示されているように、容器１２０内にイソプロピルアルコール蒸気を供給して容器１２０内部を乾燥雰囲気にする（ステップＳ４０）。これは、ウェーハ（Ｗ）上に残留する脱イオン水の表面張力をさらに減少させてウェーハ（Ｗ）から脱イオン水が容易に除去されるようにする。

次に、イソプロピルアルコールをウェーハに供給する（Ｓ５０）。詳細には、容器１２０内部が乾燥雰囲気になれば、図１１に示されているように、中央領域供給ノズル４２０からウェーハ（Ｗ）中央にイソプロピルアルコール液が供給され、多領域供給ノズル４４０からウェーハ（Ｗ）中央領域から周縁領域までイソプロピルアルコール液が供給される。ウェーハ（Ｗ）が回転されながらウェーハ（Ｗ）が乾燥される。

次に、ランプでウェーハを加熱する（Ｓ６０）。詳細には、ウェーハ（Ｗ）上のイソプロピルアルコール水溶液におけるイソプロピルアルコールの体積濃度が、イソプロピルアルコールと水との共沸混合物におけるイソプロピルアルコールの体積濃度より高ければ、図１２に示されているように、イソプロピルアルコール溶液がその沸騰点より高い温度に加熱されるようにウェーハ（Ｗ）にランプなどの加熱部６００から熱が加えられる。

次に、加熱された窒素ガスをウェーハに噴射する（Ｓ７０）。詳細には、イソプロピルアルコールを使用してウェーハ（Ｗ）乾燥を行った後、図１３に示されているように、加熱された窒素ガスをウェーハ（Ｗ）に供給する。加熱された窒素ガスはウェーハ（Ｗ）上に残留するイソプロピルアルコールを蒸発させる。

前述した例では、装置内に薬液供給ノズルと洗浄ノズル３００の双方が配置され、乾燥工程以外にも薬液洗浄工程と洗浄工程とが行われる例を説明した。しかし、洗浄工程と乾燥工程のみが遂行されるか、或いは乾燥工程のみが遂行されてもよい。

以下に本発明の実施例の詳細を記載するが、本発明は以下に限定されない。

（実施例）
図９〜１３に示される半導体基板洗浄装置および洗浄工程によりウェーハを洗浄した。

ウェーハには、高縦横比のパターンが形成されていた。

（比較例１、３、４）
容器に満たされた脱イオン水内に複数のウェーハを漬け、次に脱イオン水の水面にイソプロピルアルコール蒸気を供給して脱イオン水上にＩＰＡ層を形成した後、脱イオン水を抜き、マランゴニ効果を利用して一次乾燥した。

次に、加熱された窒素ガスを供給してウェーハを二次乾燥した。使用されたウェーハは実施例と同じであった。

（比較例２）
脱イオン水内でウェーハを洗浄した後、複数のウェーハが収容された容器内にイソプロピルアルコール蒸気を供給して、ウェーハ上に残留する水分をイソプロピルアルコール蒸気で置換した後、加熱された窒素ガスを供給してウェーハを乾燥した。使用されたウェーハは実施例と同じであった。

（残留水分の測定）
実施例のウェーハＡ、比較例１、３、４のウェーハＢ、Ｄ、Ｅ、および比較例２のウェーハＣにおける残留水分を測定した。結果を表１に示す。表１において残留水分は、相対的値で示されている。

比較例１および２で用いられた装置は、ウェーハ（Ｗ）が立てられた状態で工程が遂行される配置式装置として乾燥効率に優れることが知られた装置である。一方、本発明の装置も、ウェーハ（Ｗ）の上部面が上部に向くように配置される装置にもかかわらず、本発明の装置および工程により洗浄されたウェーハ（Ｗ）に残留する水分量は、比較例１および２により洗浄されたウェーハ（Ｗ）に残留する水分量の半分以下であった。

本発明の洗浄装置の断面図である。 図１の線Ａ−Ａに沿って切断した断面図である。 図１の多領域供給ノズルの一例を示す斜視図である。 図１の多領域供給ノズルの他の例を示す斜視図である。 図１の加熱部の一例を示す平面図である。 図１の加熱部の他の例を示す平面図である。 イソプロピルアルコールと水の混合溶液の気化特性を説明するためのグラフである。 本発明の好適な一例による乾燥方法を順次に示すフローチャートである。 乾燥工程進行時各段階別に処理室内状態を示す図面である。 乾燥工程進行時各段階別に処理室内状態を示す図面である。 乾燥工程進行時各段階別に処理室内状態を示す図面である。 乾燥工程進行時各段階別に処理室内状態を示す図面である。 乾燥工程進行時各段階別に処理室内状態を示す図面である。

符号の説明

１０ 半導体基板の洗浄装置、
１００ 処理室、
１２０ 容器、
１２０ａ 空間、
１２２ 排出管、
１４０ 覆い、
１４２ 下部板、
１４２ａ 空間、
１４４ 上部板、
１４４ａ 空間、
１６０ 多孔性板、
１６２ 貫通ホール、
１８０ 移動装置、
１８２ 支持台、
１８４ 移動ロッド、
１８６ 駆動体、
２００ 支持部、
２２０ 支持板、
２４０ 回転軸、
２６０ 駆動体、
３００ 洗浄ノズル、
３２０ 供給管、
３２２ 流量調節バルブ、
４００ 有機溶剤供給ノズル、
４２０ 中央領域供給ノズル、
４２２ 供給管、
４２２ａ 流量調節バルブ、
４４０ 多領域供給ノズル、
４４２ 供給管、
４４２ａ 流量調節バルブ、
４４４ 孔状の噴射口、
４４４ａ スリット状の噴射口、
５００ 乾燥ガス供給ノズル、
５２０ 主供給管、
５４０ 蒸気供給管、
５４２ バルブ、
５６２ バルブ、
５６０ ガス供給管、
５６４ ヒーター、
６００ 加熱部、
７００ 制御器、
Ｗ ウェーハ。

Claims (23)

1. 半導体基板を洗浄する装置であって、
   処理室と、
   前記処理室内に配置され、前記半導体基板を配置するための回転可能な支持部と、
   有機溶剤を供給するための有機溶剤供給ノズルと、
   前記処理室内に蒸気状態の有機溶剤を供給するための乾燥ガス供給ノズルと、
   を含むことを特徴とする洗浄装置。
2. 前記有機溶剤供給ノズルは、前記半導体基板の中心領域から周縁領域まで有機溶剤を同時に供給するための多領域供給ノズルを含むことを特徴とする請求項１に記載の洗浄装置。
3. 前記多領域供給ノズルは、スリット状又は複数の孔状の噴射口を有することを特徴とする請求項２に記載の洗浄装置。
4. 前記有機溶剤供給ノズルは、さらに前記半導体基板の中央に有機溶剤を供給するための中央領域供給ノズルを含むことを特徴とする請求項２に記載の洗浄装置。
5. 前記処理室は、
   上部が開放され、前記支持部が底部に配置される容器と、
   前記容器の開放された上部を開閉でき、前記乾燥ガス供給ノズルが配置される覆いと、
   前記覆いと前記容器との間に配置され、前記乾燥ガス供給ノズルから噴射された前記蒸気状態の有機溶剤を前記容器内に分散させる多孔性板と、
   をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の洗浄装置。
6. 前記支持部上に配置された前記半導体基板を加熱するための加熱部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の洗浄装置。
7. 前記加熱部は、ランプであること
   を特徴とする請求項６に記載の洗浄装置。
8. 前記支持部上に配置された前記半導体基板を加熱するためのランプをさらに含み、
   前記覆いは、
   内部に前記乾燥ガス供給ノズルが配置される下部板と、
   前記下部板上に設けられ、前記ランプが配置される上部板と、
   を備えることを特徴とする請求項５に記載の洗浄装置。
9. 前記ランプは、リング形状又はロッド形状を有し、
   一つ又は複数配置されることを特徴とする請求項７に記載の洗浄装置。
10. さらに、前記半導体基板上に洗浄液を供給するための洗浄ノズルと、制御器と、を含み、
    前記制御器は、
    前記半導体基板上の前記有機溶剤と前記洗浄液との混合溶液における、前記有機溶剤の体積濃度が、
    前記有機溶剤と前記洗浄液との共沸混合物における前記有機溶剤の体積濃度よりも高くなるように、前記有機溶剤供給ノズルから供給される有機溶剤量を制御し、
    前記混合溶液の沸騰点より高い温度に加熱されるように、前記加熱部を制御することを特徴とする請求項６に記載の洗浄装置。
11. さらに、蒸気状態の有機溶剤を供給するための蒸気供給管、及び不活性ガスを供給するためのガス供給管を含み、
    前記乾燥ガス供給ノズルは、前記蒸気供給管及び前記ガス供給管に連結されることを特徴とする請求項１に記載の洗浄装置。
12. 前記半導体基板上に洗浄液を供給するための洗浄ノズルをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の洗浄装置。
13. 前記有機溶剤は、イソプロピルアルコールであることを特徴とする請求項１に記載の洗浄装置。
14. 半導体基板を洗浄する装置であって、
    処理室と、
    前記処理室内に配置され、前記半導体基板を配置するための回転可能な支持部と、
    前記半導体基板の中央領域から周縁領域までに有機溶剤を供給するための多領域供給ノズルと、
    を含むことを特徴とする洗浄装置。
15. さらに、前記半導体基板上に洗浄液を供給するための洗浄ノズルと、制御器と、
    前記半導体基板を加熱するための加熱部と、を含み、
    前記制御器は、
    前記半導体基板上の前記有機溶剤と前記洗浄液との混合溶液における、前記有機溶剤の体積濃度が、
    前記有機溶剤と前記洗浄液との共沸混合物における前記有機溶剤の体積濃度よりも高くなるように、前記多領域供給ノズルから供給される有機溶剤量を制御し、
    前記混合溶液の沸騰点より高い温度に加熱されるように前記加熱部を制御する
    ことを特徴とする請求項１４に記載の洗浄装置。
16. 半導体基板を収めた処理室を蒸気状態の有機溶剤雰囲気にする段階と、
    前記半導体基板上に有機溶剤を直接供給しながら、前記半導体基板を回転させる段階とを含むことを特徴とする洗浄方法。
17. 前記有機溶剤を直接供給する段階において、
    前記半導体基板の中央領域から周縁領域まで同時に有機溶剤を供給することを特徴とする請求項１６に記載の洗浄方法。
18. 前記有機溶剤を直接供給する段階は、
    前記半導体基板の中央に有機溶剤を供給する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の洗浄方法。
19. 前記有機溶剤を直接供給する段階の前に、洗浄液を供給する段階、をさらに含み、
    前記有機溶剤を直接供給する段階の後に、前記半導体基板を加熱する段階、をさらに含み、
    前記有機溶剤を直接供給する段階において、
    前記半導体基板上に残留する前記洗浄液と、供給された有機溶剤とからなる混合溶液における前記有機溶剤の体積濃度が、
    前記有機溶剤と前記洗浄液との共沸混合物における前記有機溶剤の体積濃度よりも高くなるように前記半導体基板に有機溶剤を供給し、
    前記加熱する段階において、
    前記混合溶液を沸騰点より高い温度に加熱すること
    を特徴とする請求項１６に記載の洗浄方法。
20. 前記処理室を蒸気状態の有機溶剤雰囲気にする段階の前に、
    前記処理室内に不活性ガスを供給して前記処理室内の酸素を除去する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載の洗浄方法。
21. 前記処理室を蒸気状態の有機溶剤雰囲気にする段階の前に、
    前記処理室内に不活性ガスとアルコール蒸気とを供給して、前記処理室内の空気を除去することを特徴とする請求項１６に記載の洗浄方法。
22. 前記半導体基板に加熱された不活性ガスを供給して前記半導体基板上に残留する有機溶剤を除去する段階をさらに含むこと
    を特徴とする請求項１６に記載の洗浄方法。
23. 前記有機溶剤は、イソプロピルアルコールであること
    を特徴とする請求項１６に記載の洗浄方法。

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