JP2008523598A - 円板状基板の乾燥装置及び方法 - Google Patents

Abstract

１個の円板状基板を保持するための手段、円板状基板の表面上にリンス液を供給するための手段、エアゾールを発生させるための手段、及び円板状基板の表面上に前記エアゾールを供給するための手段を備えた円板状基板の乾燥装置が明らかにされる。更に、１個の円板状基板を準備し、円板状基板の表面にリンス液を適用し、円板状基板の表面にエアゾールを適用する諸段階を含み、ここに、エアゾールは分散相として乾燥用液体及び連続相として不活性気体よりなる円板状基板の乾燥方法が明らかにされる。エアゾールの供給中、液体の少なくも一部分が円板状基板上にあり、エアゾールの滴は液体面において凝結する。

Description

本発明は、１個の円板状基板を保持すための手段を備えた、円板状基板の乾燥用の装置及び方法に関する。１個の円板状物品を保持するためのかかる保持手段は、特許文献１に開示されたような旋回チャックとすることができる。１個の円板状物品を保持するためのかかる装置により、円板状物質（例えば、半導体ウェーハ、ＣＤ、フラットパネルディスプレー、ハードディスク、ガラス基板）は通常は液体中に浸漬されず、かかる円板状物品の表面上に液体が分配される。

特許文献２は、基板への蒸気の供給及びこれと同時に行われる基板の回転を組み合わせた円板状基板の乾燥方法を明らかにする。蒸気は、液体と混合されたとき、液体自体より小さい表面張力を有する混合物を生ずるように選定される。これが旋回乾燥装置に対するいわゆるマランゴニ効果の応用を助けるであろう。

特許文献３は、リンス液が、液体（例えば、２−プロパノール）又はその蒸気により置換される旋回乾燥方法を明らかにする。
米国特許第４９０３７１７号 明細書 米国特許第５２７１７７４号 明細書 米国特許第５８８２４３３ 明細書

前述の旋回乾燥の両実施例は、置換用液体の量を厳しく管理しなければならい短所を持つ。液体が使用される場合は、使用される液体の量が、置換用液体の価格、火災の危険性、及び環境問題に関連して特に多すぎる。蒸気が使用される場合は、その量は、十分なマランゴニ効果を達成するには恐らく低すぎる。蒸気濃度を大きくするために蒸気圧を上昇させるように温度を上昇させることは可能であろうが、これは火災の危険性に関する別の問題をもたらす。

本発明は、以下を備えた円板状基板の乾燥装置を提供することにより前述の目的に適合する。即ち、
・１個の円板状基板を保持するための手段、
・円板状基板の表面上にリンス液を供給するための手段、
・エアゾール発生用の手段であって、エアゾール発生器に乾燥用液体を供給するために乾
燥用液体源に連結された前記エアゾール発生用の手段、及び
・円板状基板の表面上に前記エアゾールを供給するための手段。

用語エアゾールは、分散相が液体であり、連続相が気体である気体と液体との混合物を意味する。滴の平均直径は典型的に１０μｍ未満である。エアゾールについて使用されるその他の用語はミスト及び霧である。

円板状基板の表面上へのリンス液の供給のための手段は、液体の自由ビームを分配するスプレイノズル又はノズルとすることができる。

かかるエアゾール発生器は、紛らわしく蒸発器又はアトマイザーと呼ばれることがあるが、これらは液体を蒸気に、又は原子に変化させることはない。より良い用語は噴霧器、ミスト発生器又は霧発生器である。

前記エアゾールを円板状基板の表面上に供給するための手段は、例えばシャワーヘッド或いは１個又は複数個の分配用ノズルとすることができる。エアゾール供給用のかかる手段は、装置に固定的に取り付け、或いは、例えば分配アーム上に可動に取り付けることができる。

円板状物品を沈めるための手段（例えば、リンス用液槽）は設けられず有利である。

装置が１個の円板状基板を回転可能に保持するための手段を備えることは更に有利である。これは、リンス液が乾燥用液体で置換されるだけでなく遠心力により投げ飛ばされるので乾燥効率を向上させるためである。

別の実施例においては、エアゾールを発生させる手段は、振動素子、（ガスレス又はエアレスと呼ばれる）高圧液体ノズル、（キャリヤーガスを給送するために気体源に連結された）エヤーブラシ（ｂｒｕｓｈ）ノズル、２流体式ジェットノズルよりなるグループから選ばれた手段を備える。

好ましい実施例においては、エアゾール発生手段は振動素子を備える。振動素子は、典型的に超音波変換器のような音響的又は超音波的な手段である。乾燥用液体源が振動素子に連結される。選ばれた乾燥用液体が液体の小流で振動素子に供給される。最良の乾燥効率を達成するために、液体の体積流量、超音波の周波数と振幅、及び気体の体積流量を調整することにより、エアゾール中の液体の濃度及び滴の直径を管理することができる。

別の実施例においては、１個の円板状基板を回転可能に保持するための手段は、前記円板状基板と平行なプレートを更に備え、処理の際、円板状基板と前記プレートとの間の間隙を提供する。円板状基板のリンス及び乾燥中、リンス液はこの間隙内に導かれ、その後、エアゾールにより容易に排出される。

前記エアゾールを供給するための有利な手段は、少なくも１個のエアゾールノズルを備える。好ましくは、前記エアゾールを供給する前記手段は、少なくも１個のノズルを、円板状基板の表面を横切って動かすための手段を備える。例えば、少なくも１個のエアゾールノズルを旋回アーム（ｓｗｉｖｅｌ ａｒｍ）上に取り付けることができる。これにより、エアゾールノズルは、表面の各領域に達するように円板状物品を横切って走査することができる。

前記リンス液を適用する手段はリンス用ノズルを備える。更に、装置は、前記ノズルを、円板状物体の表面を横切って動かすための手段を備える。

装置は、特定の雰囲気（例えば不活性ガス）下で乾燥を行うように、前記円板状基板を覆うために円板状基板の寸法に対応したカバーを更に備えることができる。

別の実施例においては、装置は、エアゾール発生手段と前記エアゾールの供給手段との間に機能的に配列された小滴分離器を更に備える。小滴分離器使用の利点が以下説明される。乾燥用液体中の不純物（例えば、粒子）は、典型的により大きい滴の形成を導く。小滴は粒子上で凝結する傾向があり、これがかかる粒子を取り巻くより大きい滴の形成に導く。このため、小滴の分離はエアゾールからの不純物の分離の利点をもたらす。

本発明の別の態様は、以下の諸段階を含んだ円板状基板の乾燥方法である。即ち、
・１個の円板状基板を準備し
・円板状基板の表面にリンス液を適用し
・円板状基板の表面にエアゾールを適用し、ここに、エアゾールは分散相として乾燥用液
体及び連続相として不活性気体よりなり
エアゾールの供給中、液体の少なくも一部分が円板状基板の表面上にありかつエアゾールの小滴が液体表面上で凝結する。

リンス液として典型的に水（好ましくは脱イオン水）が使用される。

エアゾールを作るために好ましくは乾燥用液体が使用され、これは、リンス液と混合されたとき、前のリンス液より表面エネルギーの小さい液体を生ずる。かかる乾燥用液体は、アルコール、例えばエタノール又は２−プロパノールとすることができる。

置換すべきリンス液に対する、純粋な液体又は蒸気ではなくてエアゾールの形式での乾燥用液体の適用が、基板表面にあるリンス液の正確な表面濃度の管理を助ける。正確な表面濃度の管理は、マラゴニ効果の達成及び環境影響と火災危険との最小化に関する最適を保つために有利である。

この方法の第２の実施例においては、円板状基板は、エアゾールが円板状基板の表面に供給されている時間の少なくも一部分において、円板状基板の表面と実質的に直角な軸線まわりで回転される。これは、液体の跳ね飛ばしにより乾燥効率の増強を助ける。

この方法の第３の実施例においては、液体とエアゾールとは、時間の少なくも一部分中、同時に供給される。

この方法の第４の実施例においては、エアゾールの供給点が円板状基板の表面を横切って動かされる。

この方法の第５の実施例においては、リンス液の供給点が円板状基板の表面を横切って動かされる。

更に、円板の両面が上述の方法の一つにより処理される円板状基板の乾燥方法が提供される。

図１は、本発明の実施例の略図を示す。

ウェーハが水平位置で提供される。ウェーハの上方中央に配列されたエアゾールノズル１を経てエアゾールＡが供給される。ウェーハの表面を均一に覆うようにエアゾールノズルの形状及び供給条件が選定される。エアゾールＡがウェーハＷの面積全体を覆い、ここにアセオトロプ（ａｃｅｏｔｒｏｐ）が形成され、水はアセオトロプにより除去される。同時に、水の表面上で凝結し水中に溶けたエアゾールＡの滴のため、接触角（表面張力）が小さくされるであろう。このことにより、同時に発生する跳ね飛ばしが乾燥効率を支援し、ウオーターマークが避けられるであろう。

洗浄されリンスされた半導体ウェーハＷは、本発明による方法で乾燥される。

エアゾールＡがノズル１により作られそしてウェーハＷの表面上に分配される。滴の体積量の９０％が直径１−２００μｍの範囲内にある。

この例においては、エアゾールノズル１はウェーハＷの上方に静止して置かれる。或いは、エアゾールＡを供給する別のシャワーヘッドを使用することができる。

ウェーハは、静止した又は回転可能なホルダー又はチャック機構により支持される。

エアゾールＡは２−プロパノール（ＩＰＡ）から作られる。しかし、前のリンス液（例えば、脱イオン水）の表面張力を低下させ得るその他の適宜の液体を使うことができる。

ＩＰＡの体積流量は、基板の寸法に応じて０．１ｍｌ／ｍｉｎから１００ｍｌ／ｍｉｎの間の範囲内である。感受性の小さい基板においては、表面が厳密に親水性又は疎水性であれば０．１ｍｌ／ｍｉｎ以下の体積流量でも十分である。体積流量は清浄効率対エアゾールＡの消費を勘案して最適にすべきである。

図２に示された装置は、図１に示された装置に基づく。ただし、ウェーハＷの支持具が、ハウジング２０のある閉鎖室内に置かれる。ノズル１が室３内にエアゾールＡを供給する。或いは、不活性ガスノズル（図示せず）を通して室３に別の不活性ガス（例えば、Ｎ_２、Ｈｅ、Ａｒ、Ｎｅ）を供給することができる。不活性ガスは、ノズル１を通るエアゾール用のキャリーガスとして供給することもできる。

図３に示された装置は、図１及び２に示された装置に基づく。しかし、複数個のエアゾールノズル１が使用される。

図４の装置は、２個の平行なプレート４１、４２の間に保持されたウェーハＷを示す。ウェーハは、上方プレート４１に取り付けられた握持ピン（ｇｒｉｐｐｉｎｇ ｐｉｎｓ）４３により確りと握持される。ウェーハＷを解放するために、これら握持ピン４３を偏心的に動かすことができる。ウェーハの装填及び取り出しのために、上方プレート４１は持ち上げ機構（図示せず）により持ち上げられる。

頂部プレート４１とウェーハＷとの間の間隙並びに底部プレート４２とウェーハＷとの間の間隙に、それぞれのプレートの開口５１、５２を通ってエアゾールＡが導かれる。上方の間隙の寸法は１ｍｍ、下方の間隙の寸法は２ｍｍである。エアゾールＡは、噴射ノズル１１、１２により作られる。掃出用ガス（例えば不活性ガス）３が各噴射ノズル１１、１２に供給される。乾燥用液体（例えばＩＰＡ）が噴射ノズル１１、１２に供給され、ここでエアゾールＡに変えられる。上方及び下方の間隙内に導入されたエアゾールが、先に供給されたリンス液を置換する。その後、エアゾールは、ウェーハ表面上及びプレート表面上で凝結する。残った残留リンス液は凝結した乾燥用液体内に溶ける。リンス液と乾燥用液体との混合物は、エアゾール発生器の作動中及びその後でキャリヤーガスにより運び出されるであろう。しかし、この装置は、ウェーハＷの一方の面を乾燥し又は処理するために使用することもできる。続く段階として、残留した乾燥用液体の不活性ガスによる置換が行われる。エアゾールＡ及び排出用ガス３が、排気システム（図示せず）によりＷの縁から排出される。

エアゾールを通過させて導く開口５１、５２が、ウェーハＷに関して中央にあるように示される。それにも拘わらず、エアゾールＡを、ウェーハＷの縁部分を越えて導くことができる。この場合、エアゾールＡ及び排出用ガス３は向かい合った縁の部分から吸い込まれる。

図５は、図４に示された装置に基づく装置を示す。エアゾールを適用するための各システムは、滴分離器２１、２２を更に備える。滴分離器２１（２２）はエアゾール発生器１１（１２）とエアゾール分配用開口５１（５２）との間に挿入される。滴分離器はエアゾール入り口とエアゾール出口とを有する室を備える。室内に入れられたエアゾールは大きな液滴を持ち込むことがあり、これらは室の底の液体面又は室の壁の上で凝固し及び／又は凝縮する。このように集められた乾燥用液体は、液体出口２３（２４）を通って出て、そして吐出され又はエアゾール発生器１１（１２）に再循環される。従って、エアゾールはより小さい平均寸法の滴を含む。更に、エアゾール分配開口５１（５２）に至るエアゾールパイプを加熱することが有利である。これは、エアゾールパイプ内の乾燥用液体の凝結の回避を助ける。

図６に示された装置は図１に示された装置に基づく。エアゾールノズル１にベル状の形の、流れの最適化用のカバー５０が追加して取り付けられる。或いはカバー５０はシャワーヘッドの形状を持つことができる。カバー５０の直径は関連したウェーハの寸法に対応する。処理中、カバー５０は持ち上げ機構（図示せず）によりウェーハＷのごく近くに置かれる。カバー５０とウェーハの縁との間に残った間隙は２ｍｍにすべきである。チャック機構（図示せず）が、処理中、ウェーハＷを保持する。チャック機構はウェーハを回転させることができる。

エアゾールノズル１が、エアゾールＡを、カバー５０とウェーハＷとの間の空間内に導く。

エアゾールＡは、カバー５０とウェーハの縁との間の間隙を通って排出される。ウェーハＷ上又はカバー５０の内壁上で凝結したエアゾールの滴は、ウェーハの回転により跳ね飛ばされ及び／又は排出用ガスにより運び出される。

図７に示された装置は、図１に示された装置に基づく。エアゾールＡが供給されるとき、リンス液をウェーハＷの同じ表面上に分配するために、リンス液分配用の分配ノズル６１を有する分配アーム６０がウェーハの上方に追加して配列される。

チャック機構（図示せず）が、処理中、ウェーハＷを保持する。チャック機構はウェーハを回転せることができる。

分配ノズル６１が、ウェーハＷの上方で静止し又は運動可能に取り付けられる。可動取り付けの場合は、分配ノズル６１は、ウェーハ表面の各部分全てをリンスするためにウェーハ表面を横切って走査することができる。ウェーハＷが回転されるとき、分配ノズル６１はウェーハ表面の各部分に達するように単純にある半径に沿って動くことができる。

リンス液の分配はウェーハＷの中心から出発し、そしてウェーハＷの縁に向かって動くことが有利である。この場合、エアゾールＡは、分配された液体の液面上で凝結する。リンス液／乾燥用液体の境界層がウェーハＷを（中心から縁に）横切ってゆっくりと動く。分配ノズルの好ましい移動速度は０．５から５ｍｍ／ｓｅｃである。

図８に示される装置は図７に示された装置に基づく。しかし、エアゾールノズル１は別のアーム（図示せず）に取り付けられる。このため、エアゾールノズル１は、ウェーハ表面に接近して（０．５から２ｃｍ）ウェーハＷを横切って動くことができる。エアゾールノズル１は、分配用ノズル６１がウェーハの中心から縁に動くときこれに追随することが好ましい。分配用ノズル６１に追随するとき、分配用ノズルとエアゾールノズルとの間の距離は、これを一定に保つことができ、又は変えることができ。これは、乾燥効率に関して最適にすべきである。エアゾールノズルとリンス液分配用ノズルとの間の距離を一定にすべき場合は、エアゾールノズルは分配用ノズルと同じアーム６０上に取り付けることができる。エアゾールは、リンス液の液面上とウェーハ表面上で同時に凝結する。ウェーハを横切って走査するときば、リンス液は、（エアゾールから引き出された（ｄｅｒｉｖｉｎｇ ｆｒｏｍ））乾燥用液体により直接置換される。残存したリンス液は、（例えば、アセオトロプとして）乾燥用液体と共にウェーハ表面から蒸発する。

図９に示される装置は図８に示された装置に基づく。しかし、第２の分配用ノズル６３が第２の分配アーム６２に取り付けられる。本発明の方法のこの実施例は、特にウェーハの縁における乾燥過程の更なる最適化を可能とする。リンス液供給アームと乾燥用のエアゾール供給アームに対して異なった運動速度を許す。

図１０は、複数のエアゾールノズル１を備えたエアゾール用の別の分配用システムを示す。これにより、ウェーハＷ上方の空間にエアゾールＡが提供される。ウェーハＷは図６、７及び８に示されたようにリンスすることができる。

本発明の実施例の略図を示す。 ハウジングを付加した図１の実施例の変更実施例の略図である。 複数個のノズルを有する図１の実施例の変更実施例の略図である。 エアゾール発生器を有する本発明の実施例の略図を示す。 滴分離器を付加した図４の実施例の変更実施例の略図である。 カバーを付加した図１の実施例の変更実施例の略図である。 リンス液分配ノズルを付加した図１の実施例の変更実施例の略図である。 ノズルが移動する図７の実施例の変更実施例の略図である。 第２の分配用ノズルを付加した図８の実施例の変更実施例の略図である。 複数個のエアゾールノズルを有する別の実施例の略図である。

Claims (17)

1. 円板状基板の乾燥装置であって、
   −１個の円板状基板を保持するための手段
   −円板状基板の表面上にリンス液を供給するための手段
   −エアゾール発生用の手段であって、エアゾール発生器に乾燥用液体を供給するための乾
   燥液用体源に連結されている前記エアゾール発生用の手段
   −円板状基板の表面上に前記エアゾールを供給するための手段
   を備えた前記乾燥装置。
2. １個の円板状基板を回転可能に保持するための手段を更に備えた請求項１による装置。
3. エアゾール発生手段が、振動素子、高圧液体スプレイノズル（ガスレス）、（キャリヤガスを給送するために気体源に連結された）エヤーブラシノズル、２流体ジェットノズルよりなるグループから選定された手段を備える請求項１による装置。
4. エアゾール発生手段が振動素子を備える請求項１による装置。
5. １個の円板状基板を回転可能に保持するための手段が、前記円板状基板と平行なプレートであって、処理の際、円板状基板と前記プレートとの間の間隙を提供するための前記プレートを更に備える請求項２による装置。
6. 前記エアゾールを供給するための手段が少なくも１個のエアゾールノズルを備える請求項１による装置。
7. 少なくも１個のエアゾールノズルを、円板状基板の表面を横切って動かすための手段を更に備える請求項６による装置。
8. 前記リンス液を供給するための手段がリンス用ノズルを備える請求項１による装置。
9. 円板状基板の表面を横切ってリンス用ノズルを動かすための手段を更に備える請求項８による装置。
10. 前記円板状基板を覆うために円板状基板の寸法に対応するカバーを更に備える請求項１による装置。
11. 滴分離器を更に備え、これがエアゾール発生用手段と前記エアゾールの供給用手段との間に運転するように配列される請求項１による装置。
12. −１個の円板状基板を準備し
    −円板状基板の表面にリンス液を適用し
    −円板状基板の表面にエアゾールを適用し、ここに、エアゾールは分散相として乾燥用液
    体及び連続相として不活性気体を含む
    諸段階を含み、
    エアゾールの供給中、液体の少なくも一部分が円板状基板の表面上にありかつエアゾールの小滴が液体表面上で凝結する
    円板状基板の乾燥方法。
13. エアゾールが円板状基板に供給されている時間の少なくも一部分において、前記円板状基板が円板状基板の表面と実質的に直角な軸線まわりで回転される請求項１２による方法
    。
14. 液体とエアゾールとが、時間の少なくも一部分において同時に供給される請求項１２による方法。
15. エアゾールの供給点が円板状基板の表面を横切って動く請求項１２による方法。
16. リンス液の供給点が円板状基板の表面を横切って動く請求項１２による方法。
17. 円板状基板の両側が請求項１２による方法により処理される円板状基板の乾燥方法。

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