JP4129767B2 - 半導体ウェハの洗浄装置とその洗浄方法、及びマイクロエレクトロニクス用基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体集積回路の分野に関する。本発明は、半導体集積回路の洗浄方法および洗浄装置を含む洗浄技術に関する一例を示すが、本発明はより広い適用性を有することを理解すべきである。単なる例示であるが、本発明は、すすぎ、洗浄、乾燥ステップ等の高純度湿式プロセスを必要とする原ウェハ、リードフレーム、医療装置、ディスクおよびヘッド、平パネルディスプレイ、マイクロ電子マスクおよびその他の物品（マイクロエレクトロニクス用基板）の製造にも適用できる。

産業界では、半導体ウェハのすすぎおよび乾燥を行なう種々の技術が提案されている。ウェハのすすぎに使用されている従来技術の一例として、カスケードリンスがある。カスケードリンスは、隔壁により仕切られた内側チャンバおよび外側チャンバを備えたカスケードリンサを使用する。すすぎ水は、水源から内側チャンバへと流れる。内側チャンバからのすすぎ水は、外側チャンバ内に滝状に流入する。エッチドウェハのようなインプロセスウェハは、一般に、エッチドウェハを内側チャンバのすすぎ水中に浸漬することにより、カスケードリンサ内ですすがれる。このプロセスは、エッチドウェハから酸を中和しかつ除去するのにしばしば使用されている。

カスケードリンサの問題は、しばしば、「汚水」が第１チャンバ内に存在することである。一般に、汚水は、ウェハにしばしば付着する残留酸および「粒子」を含んでいる。これらの粒子は、しばしば集積回路に欠陥を生じさせ、従って一般的ウェハ上の良好ダイの個数を減少させる。カスケードリンサに付随する他の問題は、カスケードリンサからのウェハは、更に乾燥させなくてはならないことである。引き続き行なう乾燥作業によって、しばしば、より多くの粒子が集積回路に付着する。一般に、集積回路上の粒子が多ければ多いほど、ウェハ上の良好なダイの個数が減少する。従って、カスケードリンスでは、ウェハから粒子を洗浄すなわち除去できないことがしばしばある。

ウェハのすすぎにしばしば使用されている他の技術として、「クイックダンプ」法がある。この方法の問題は、実際にウェハから粒子を洗浄すなわち除去できないことである。実際に、タンクからの水の急速供給により、しばしは多量の粒子がウェハ上に搬送される。また、急速ダンプタンクからの水を使用すると乾燥作業が必要になり、ウェハ上の粒子の個数を更に増大させる。前述のように、粒子が多くなればなるほど、半導体ウェハの収量が低下する。

ウェハのすすぎおよび乾燥の両方に使用される他の技術として、スピンリンス／ドライヤによるものがある。スピンリンス／ドライヤは、すすぎのためのすすぎ水と、半導体ウェハから水を除去するための遠心力との組合せを使用している。この乾燥ステップは、しばしば、遠心力と蒸発とにより半導体ウェハから水を実質的に除去する。しかしながら、スピンリンス／ドライヤは、しばしば、より多量の粒子をウェハ上に導入する。実際に、水中の粒子のように最初から溶解すなわち懸濁された汚染物質がしばしば半導体ウェハ上に残され、これによりウェハ上の良好なダイの個数が減少する。スピンリンス／ドライヤに付随する他の問題は、可動部品等の複雑な機械的設計にある。複雑な機械的設計は、しばしば、数ある中で、長い休止時間、ウェハ破壊、多数のスペア部品、コスト高等の或る問題をもたらす。他の問題は、スピンサイクル中に、しばしば、静電気がウェハ上に帯電し、半導体表面上により多量の粒子が吸着される。従って、スピンリンス／ドライングは、ウェハから粒子を洗浄すなわち除去することはできない。

ウェハの乾燥に使用される他の技術として、イソプロピルアルコール(IPA)蒸気ドライヤ、完全置換ＩＰＡドライヤ(full displacement IPA dryer)等がある。これらのＩＰＡ形ドライヤは、しばしば、イソプロピルアルコールその他の揮発性有機液体等の多量の溶剤を用いて半導体ウェハの乾燥を行なうものである。このような技術の一例が、McConnel等の名前で出願されかつCFM Technolog-ies，Inc．に譲渡されている特許文献１およびこの関連出願に開示されている。McConnel等は、乾燥流体として、過熱乾燥蒸気または飽和乾燥蒸気の使用を概略的に開示している。この過熱乾燥蒸気または飽和乾燥蒸気は、しばしば、多量の熱い揮発性有機物質の使用を必要とする。過熱乾燥蒸気または飽和乾燥蒸気は、すすぎ水の上に載る厚い有機蒸気層（例えばプラグ流れ）を形成し、このようなすすぎ水を乾燥蒸気で置換する。厚い有機蒸気層は水との共沸混合物を形成し、該混合物はウェハ面上で凝縮し、次に蒸発してウェハを乾燥させる。

この形式のドライヤに付随する問題は、熱くて、可燃性が高く、かつ健康および環境に極めて有害な多量の溶剤を使用することである。このようなドライヤに付随する他の問題は、極めて高価なそのコストである。実際に、このドライヤは、多量の熱い揮発性有機物質を取り扱う蒸発器および凝縮器を必要とする。また、多量の熱い揮発性有機物質は、一般に、殆どのフォトレジストパターン形成されたウェハとの相容性がなく、或る装置構造にとっては有害であることも判明している。

更に別の技術は、半導体ウェハのすすぎおよび乾燥を促進する熱い脱イオン（ＤＩ）プロセスによるものである。熱いＤＩ水を用いることにより、ウェハ上の液体は、標準的な室温でのＤＩ水よりも速くかつ効率的に蒸発する。しかしながら、熱水は、しばしばウェハ上にステイン（汚れ）を形成しかつバクテリアその他の粒子の形成を促進する。また、熱水は半導体に損傷を与え、従ってウェハ上の良好なダイの数量を減少させる。他の問題は、水がしばしば加熱費用が嵩むこと、および熱いＤＩ水が侵略的溶剤でもあることである。侵略的溶剤であるため、しばしば機器および設備が破壊されかつ作業維持コストが増大する。

ラインサイズが小形化されかつ半導体集積回路の複雑さが増大しているため、実際に粒子を除去し、付加粒子を防止しかつウェハ上にステインを導入しない洗浄技術（方法および装置を含む）が要望されている。洗浄技術は、他の悪い結果をもたらすことなくウェハを乾燥できるものでなくてはならない。要望される他の特性は、水が除去されたときに、ウェハの表面および縁部の上に残留する水（メニスカス）を減少させる（できるならば、無くす）ことである。ウェハの表面および縁部上に残留する水は、しばしば、半導体ウェハ上に多量の粒子を吸引しかつ導入する。前述の従来技術では、このような所望の特徴が得られず、従って湿式プロセスでの半導体のダイ収量(die yield)が少ない。

以上から、安全で、容易でかつ信頼性のある半導体集積回路の洗浄方法および装置が要望されていることが理解されよう。
米国特許第4,911,761 号明細書

本発明は、半導体ウェハのような物品（マイクロエレクトロニクス用基板）を洗浄するための安全で、効率的かつ経済的な方法および装置並びにこのような物品の製造方法を提供する。より詳しくは、本発明の方法は、半導体基板からの粒子を実際に除去しまたは粒子量を減少させかつ基板を有効に洗浄する優れた技術を提供する。また、本発明は、実質的に基板の機械的移動を行なわないインサイチュー（その場での）洗浄装置（in situ cleaning system）を提供する。

本発明の物品の洗浄および乾燥方法は、約0.5 ミクロンより大きい粒子が実質的に存在しない、水を含む液体中に、面を備えた物品を浸漬するステップと、前記物品を前記液体から分離するために、約0.5 ミクロンより大きい粒子が実質的に存在しないガス含有環境を前記面に隣接して形成するステップとを有し、前記物品と液体が分離されるとき、前記物品の面を横切るガスと液体の境界面が移動することによって、前記大きい粒子が実質的に存在しないガス含有環境に、前記物品の表面で測定して約2.5 mm／秒以下に選択された流速が与えられ、前記大きい粒子が実質的に存在しないガス含有環境が、前記面から離れる付着液体の流体流れを加速させることを特徴とする。

さらに他の実施形態によれば、本発明のマイクロ・エレクトロニクス用基板の製造方法は、面を有する前記マイクロ・エレクトロニクス用基板の表面の少なくとも一部を取り除くためのエッチング剤を含む液体の中に前記マイクロ・エレクトロニクス基板を置いてエッチングするステップと、前記エッチングステップが実施された後、次の中間ステップとして、ガス含有環境内のガス成分から前記基板表面上に更なる物質が形成される前であって、前記マイクロ・エレクトロニクス用基板が前記エッチング剤の液体から取り除かれた後、水からなる液体に前記マイクロ・エレクトロニクス用基板を浸漬するステップと、前記マイクロ・エレクトロニクス用基板を浸漬している液体が、前記マイクロ・エレクトロニクス用基板から分離されるときに、前記面に隣接する部分が、実質的に粒子が存在しないガス含有環境となるように形成するステップと、該ガス含有環境の形成ステップ中に、洗浄増強物質を前記粒子が存在しないガス含有環境内に導入して、ガスと液体の境界面が前記面を横切って移動するようにするステップとからなり、前記洗浄増強物質が、前記環境形成ステップ中に、前記マイクロ・エレクトロニクス用基板から分離される液体にドーピングし、かつ前記マイクロ・エレクトロニクス用基板の前記面に前記液体が付着し、この付着した液体に濃度勾配を生じさせ、前記マイクロ・エレクトロニクス用基板から離れる付着液体の流体流れを加速させることを特徴とする。

上記構成から明らかなように、本発明の方法は、水を含む液体中にウェハを浸漬するステップを有している。この中間ステップにおいて、前記マイクロ・エレクトロニクス用基板を前記エッチング剤から取り除いた後、不活性ガスがガス含有環境内に供給され、かつ前記ガス含有環境から前記基板表面上に更なる物質が形成されないように、水からなる液体内に前記マクロ・エレクトロニクス用基板を浸漬するステップを有している。
また、本発明の方法は、液体が除去されるとき、ウエハの前面および後面に隣接して、実質的に粒子の存在しない環境（例えば、超高純度ガス、超高純度の非反応性ガス等）を形成するステップを有している。この環境形成ステップ中に洗浄促進物質（例えば、微量の極性有機化合物、ヘリウム、界面活性剤、二酸化炭素等）を含むキャリヤガスを導入するステップも、本発明の方法に含まれる。洗浄促進物質は、前面および後面に付着した液体をドーピングして、付着した液体中の洗浄促進物質に濃度勾配を生じさせ、ウェハから離れる付着液体の流体流れを加速する。

本願明細書および添付図面の以下に述べる説明を参照することにより、本発明の本質および長所を一層良く理解できるであろう。

本発明は、第１、第２制御弁からキャリアガス及び洗浄増強物質を容器内に導入し、容器内に浸漬されたウェハを持ち上げることなく、容器内の液体の液面が下がるに従って、洗浄増強物質を含むガス含有環境の容積が増大し、順次露出し始めるウェハ表面と既に露出したウェハ表面全体に対して洗浄増強物質が浸透する。その結果、ウェハ表面に対する液体、ガス、及び洗浄増強物質の動的な相互作用を強めて、ガスと液体の境界面において、ウェハ表面に付着する液体に洗浄増強物質の濃度勾配が生じ、付着液体がウェハから離れる流体流れを加速させることから、ウェハの洗浄効果がより向上する。
また、この洗浄増強物質の濃度勾配は、ウェハに付着する液体の表面張力を低下させることに寄与するものであり、ウェハ表面上の液体メニスカスの現象により、液体界面に生じる力によって界面の親和性を低下させ、ウェハ表面からの液体の分離を促進させる。
また、他の構成によれば、洗浄増強物質は、ガスと混合されて洗浄増強混合物を形成し、この混合物は、更に、実質的に粒子が存在しないガス含有環境に導入されるキャリアガスと組み合わされることから、この洗浄増強物質を希釈した混合物は、洗浄増強物質の僅かな量でマランゴニー効果に基づく洗浄作用を効果的に与えることができる。
さらに、二次的効果として、本発明では、基板が移動しないため洗浄装置には可動部品がなくなり、従来の装置に比較してその使用及びメンテナンスを容易にし、洗浄増強物質の使用量も少なくて有効な洗浄効果を達成できる。

（特定実施例の説明）
第１図は、本発明による洗浄装置１０の一実施例を示すブロック図である。洗浄装置１０は、湿式処理装置１２、コントローラ１４、フィルタバンク１６、パージャ（purger）１８、インジェクタ２０、ヒータ２２、溶剤インジェクタ（solvent bubbler）２４、補助インジェクタ２６、および溶剤供給源２８等の要素を有している。また、装置は、複数の流量制御弁３０を有している。各流量制御弁は、破線３１で示すように、コントローラ１４および少なくとも１つの上記要素に接続されている。実線は、装置の各要素間に流体を搬送するのに使用されるラインを示す。すすぎ水供給源３２およびドレン３４も示されている。

すすぎ水は、すすぎ水供給源３２から装置に流入する。すすぎ水供給源３２の制御弁３０は、該制御弁３０に接続されたコントローラ１４を介してすすぎ水の流量を制御する。すすぎ水は、数ある中で、脱イオン（ＤＩ）水のような濾過液である。一般に、ＤＩ水はＤＩ水パッド（しばしば、ウェハ製造プラントの外部に設置される）から供給される。

フィルタバンク１６は、一般に使用場所で使用されるフィルタの任意の適当な組合せで構成できる。フィルタバンク１６は、ライン３６を介してすすぎ水供給源３２に連結され、かつライン３８を介して湿式処理装置１２に連結されている。フィルタバンク１６は、数ある中で、イオン交換モジュール４０、および荷電フィルタと中性フィルタとの組合せを有している。このフィルタバンク１６は、超高純度水の使用箇所を形成する。超高純度水には、約0.5 ミクロンの粒子、好ましくは約0.2 ミクロンより大きい粒子、一層好ましくは約0.1 ミクロンより大きい粒子が実質的に存在しない。

荷電フィルタの例は、本願出願人に譲渡された「半導体製造時に超微粒子を排出する方法および装置（METHOD AND APPARATUS FOR DELIVERING ULTRA-LOW PAR-TICLE COUNTS IN SEMICONDUCTOR MANUFACTURING)」（以下、「超微粒子」と呼ぶ）という名称に係る１９９４年８月３日付米国特許出願第08/285,316号（該米国特許出願は、あらゆる目的で本願に援用する）に開示されている。フィルタバンクは、直径0.5 ミクロン以下、好ましくは0.2 ミクロン以下、一層好ましくは0.1 ミクロン以下の粒子を含む超高純度ＤＩ水を提供する。
また、フィルタバンクにより、この前後に名目圧力降下が生じる。この圧力降下は1.06kg/cm²（約１５lb/in²）以下、好ましくは0.35kg/cm²（約５lb/in²）以下である。補助ポンプまたは流量／圧力増強装置を使用することなく、フィルタバンクを通る高流量が達成される。もちろん、用途によっては、使用箇所に超高純度水を供給できる他のフィルタを使用することもできる。

インジェクタ２０は、ラインおよび装置要素から金属汚染物質を低減できる、好ましくは除去できる任意の適当なインジェクタで構成できる。好ましくは、インジェクタ２０は塩酸インジェクタである。上記米国特許出願「超微粒子」には、インジェクタの一例が記載されている。インジェクタ２０は、湿式処理装置１２に連結されている。制御弁４２は湿式処理装置１２への酸を定量し、かつ制御弁４３はフィルタバンク１６への酸を定量する。コントローラ１４は、装置のメインテナンス中および他の所望の時期に、数ある中で特に、湿式処理装置１２およびフィルタバンク１６等の装置要素への酸を定量する。また、インジェクタ２０は、ライン４４を介してパージャ１８に連結されている。パージャ１８は、きれいな加圧ガスをインジェクタ２０に供給して、他の補助装置を用いることなく前記装置要素にきれいな酸が供給されるようにする。もちろん、特定用途に基づいて、他の形式のインジェクタを使用できる。

溶剤、過酸化水素、界面活性剤、洗浄溶液等の他の薬剤は、補助インジェクタ２６を介して任意に導入できる。補助インジェクタ２６は、ライン４６を介して湿式処理装置１２に連結されかつコントローラ１４に接続された制御弁４８により制御される。加圧ガスを供給するパージャ１８もライン５０を介して補助インジェクタ２６に連結されている。補助インジェクタおよびその作動の一例も、上記米国特許出願「超微粒子」に開示されている。もちろん、使用する補助インジェクタの形式は特定用途に従って定める。

湿式処理装置等の或る装置要素にガスおよび／または圧力ヘッドを供給するのに、パージャ１８以外の他の装置要素がしばしば使用される。パージャ１８は、供給源ガスを所望の圧力および流量で或る装置要素に供給できる任意の適当な形式の圧力低下手段および／または制御手段で構成できる。パージャ１８は、ガス供給源４９（該ガスは、しばしば、洗浄装置１０に使用されるキャリヤガスである）に連結される。

また、パージャ１８とガス供給源４９との間にはフィルタ４７が連結される。このフィルタ４７は、例えば、1,500 標準リットル／分以上の高流量が可能である。また、フィルタ４７は、0.003 ミクロンの捕集等級を有している。フィルタ４７により、約99.9999999％以上の粒子を除去できることが好ましい。フィルタ４７は半導体製造設備と洗浄装置１０との間に連結される。フィルタ４７は、洗浄装置１０の前または直前に配置される。一実施例では、フィルタ４７は洗浄装置１０に取り付けられるが、他の位置に取り付けることはできない。このフィルタは、実質的に粒子が存在しない環境を提供する。すなわち、ガスには、約0.2 ミクロンより大きい、または約0.1 ミクロンより大きい、または約0.05ミクロンより大きい、または約0.025 ミクロンより大きい粒子は存在せず、一層好ましくは約0.01ミクロンより大きい粒子は存在しない。このようなフィルタの一例として、Wafergard T-Line Cartridge Filters社により製造される製品がある。もちろん、用途に応じて他のフィルタを使用することもできる。

キャリヤガスは、超高純度窒素ガスまたは電子等級窒素ガス、または、洗浄増強物質（例えば、微量の極性有機化合物等）を、所望の温度、圧力および流量で湿式処理装置に搬送できる任意の適当なキャリヤガスが好ましい。また、キャリヤガスは、装置要素の汚染を防止する高純度レベルのものが好ましい。パージャの一例が上記米国特許出願「超微粒子」に開示されている。キャリヤガス（単一または複数）は超高純度ガス、すなわち約0.1 ミクロンより大きい粒子、好ましくは約0.05ミクロンより大きい粒子が実質的に存在しないガスである。前述のように、パージャ１８はまた、加圧キャリヤガスを、ライン４４、５０を介して、それぞれインジェクタ２０および補助インジェクタ２６に供給する。更に、パージャ１８は、或る別のルートを介して、ガスを湿式処理装置１２に供給する。

パージャ１８は、一般的なルートのライン５２、５７を介して、ヒータ２２を通って湿式処理装置１２に連結されている。このルートでは、ガスは、ライン５７を通って湿式処理装置１２に流入する前に、ヒータ２２により加熱される。ヒータ２２は、市販されている任意の適当なもの、または窒素のようなガスを湿式処理装置１２での温度（７０°Ｆ以上であるが、１５０〜２００°Ｆが好ましい）に加熱できる特別注文のヒータで構成できる。コントローラ １４は、ガス温度を調節しかつガスの供給を所望時点で断続させるようにヒータ２２に接続されている。しかしながら、ガスは室温であり、加熱しないのが好ましい。また、コントローラ１４は、ガスが所望の流量および所望の時点で湿式処理装置１２に供給されるように定量する。

別の構成として、加熱されたガス（キャリヤガス）は、湿式処理装置１２に流入する前に、ライン５３を通って溶剤インジェクタ２４に導かれる。加熱されたキャリヤガスは、湿式処理装置１２に入る前に、溶剤インジェクタ２４からの溶剤と混合して溶剤を稀釈する。コントローラ１４は、湿式処理装置１２への加熱されたキャリヤガスを定量するための制御弁５５に連結されている。

パージャ１８は、ライン５４を通る別のルートを介して湿式処理装置１２に直接連結されている。コントローラ１４は、所望時点でガスを断続させる制御弁５６に連結されている。コントローラ１４および制御弁５６は、また、所望の流量および時点で湿式処理装置１２へのガスを定量する。

更に別のルートでは、パージャ１８は、湿式処理装置１２に入る前に、ライン５８を介して溶剤インジェクタ２４に連結されている。このルートでは、キャリヤガスは、湿式処理装置１２に入る前に、溶剤インジェクタ２４からの溶剤（洗浄増強物質）と混合する。コントローラ１４は、ライン５８を介して湿式処理装置１２に導かれるキャリヤガスを定量する制御弁６０に連結されている。一実施例では、キャリヤガスは微量の極性有機溶剤を含有している。このキャリヤガスは、流量を増大させかつ洗浄すべき物体を洗浄する洗浄増強物質を含有している。もちろん、特定用途に基づいて、これらの構造のうちの任意の構造またはこれらの構造の組合せを使用することができる。

コントローラ１４は、プロセス制御を行なうための任意の適当なマイクロプロセッサを使用したプログラム可能な論理コントローラ、パーソナルコンピュータコントローラ等で構成できる。適当なコントローラは、プログラム可能性、信頼性、フレキシビリティ、および腐食性要素からの耐久性等の特徴をもつものである。適当なコントローラは、数ある他の特徴の中で、弁を開閉させかつ流体を調節および定量する連結部を構成するのに使用される種々の入力／出力ポートを有するものである。コントローラはまた、所望の用途のプロセス配合表（process recipes)を記憶するのに充分なメモリを有している。上記米国特許出願「超微粒子」には、適当なコントローラの一例が開示されている。もちろん、使用されるコントローラの形式は、特定用途に基づいて定める。

溶剤インジェクタ２４は、微量の極性有機化合物（洗浄増強物質）を含むキャリヤガスを、ライン６２を介して湿式処理装置１２に供給する。洗浄増強物質は微量の溶剤であるのが好ましい。パージャ１８は、ライン６６を介して、キャリヤガスを溶剤インジェクタ２４に供給する。湿式処理装置１２への溶剤の流量を調整すなわち定量するため、コントローラは、ライン６２を介して溶剤インジェクタ２４に連結された制御弁６４に連結されている。装置１０はまた、所望の薬剤が収容されたボトルまたはキャニスタ等の溶剤供給源２８を有している。

溶剤インジェクタ２４は、湿式処理装置、キャリヤガスおよび溶剤に使用できる任意の適当な溶剤インジェクタで構成できる。溶剤インジェクタ装置の一例が第２図に簡単化して示されている。溶剤インジェクタ装置１００は、溶剤インジェクタ容器１０２および溶剤供給源１０４を有している。溶剤インジェクタ容器１０２は、入口１０６で、キャリヤガス供給源に連結される。多孔分散管１１０が、溶剤インジェクタ容器１０２の下部で、キャリヤガス１１４を、気泡として溶剤１１２中に多孔分散させる。キャリヤガスの気泡は溶剤を通って浮上するので、キャリヤガス気泡には溶剤が蓄積する。溶剤を蓄積したキャリヤガスは、一般に、理想的なガス法則等に従って挙動する。溶剤インジェクタ容器１０２には、溶剤充填入口１１８も連結される。溶剤供給源１０４および溶剤１２０も示されている。別の構成として、溶剤は、例えば超音波、メガソニック(megasonic)、ミスタ（mister）等の機械的手段でキャリヤガス中に導入できる。

第３図は、本発明による洗浄チャンバ２００の一実施例を示す簡単化した側断面図である。洗浄チャンバ２００は、主チャンバ２１０、蓋２２０、下方ドレン領域２３１および他の要素を有している。主チャンバ２１０は、プロセス領域２４０（すなわち下方チャンバ領域）および上方チャンバ領域２１５を有している。カスケードドレン領域２５０も示されている。もちろん、特定用途に応じて、他のチャンバ要素を設けることもできる。

蓋２２０は密封蓋が好ましい。密封蓋は、数ある特徴の中で、ハンドル２２２、Ｏリング形シール２２４、圧縮リング２２６、ヒンジ２２８、ガス入口２３０を有している。圧縮リング２２６は、主チャンバ２１０の水平部分に外方の力を加えて、主チャンバの内容物をシールする。Ｏリング形シール２２４は、蓋の垂直面と主チャンバハウジングの垂直面との間に水平シールを形成する。ガス入口２３０は、少なくとも１つのキャリヤガス入口および溶剤ガス入口を有している。もちろん、ガス入口の正確な形状は、特定用途に応じて定める。

プロセス領域２４０は、基板キャリヤ２４２と、基板キャリヤ支持体２４６、２４８と、基板支持体２４９とを有している。後で詳述するように、基板キャリヤおよび基板支持体は、乾燥プロセスで液体が排出（ドレン）されるときに液体の蓄積を最小にするように構成および配置されている。

特定実施例では、基板キャリヤはウェハボートであり、或いはハーフウェハボートまたは高さの低い他の形式の基板キャリヤで構成することもできる。ハーフウェハボートまたは低高ボートは、そのフルボートカウンタパート（full boat counterpart）より蓄積液体が少量であり、従って液体は、より速くかつ容易に排出される。キャリヤは、キャリヤの支持体内に配置された基板（例えばウェハ）２４４を有している。キャリヤは、側方の基板キャリヤ支持体２４６と、底の基板キャリヤ支持体２４８とにより支持される。側方の基板キャリヤ支持体は、基板キャリヤを所定位置に保持しかつ該基板キャリヤが過度に移動することを防止する。図示のように、底の基板キャリヤ支持体は、基板キャリヤを、水平位置に対して僅かな角度で基板キャリヤを傾斜させる。この角度により、或るすすぎ作業および乾燥作業中に基板が互いにくっ付くのが防止される。水平位置からの角度は、約２〜１５°の範囲内にあり、特定キャリヤの特性に合わせて決定するのが好ましい。各基板を分離状態に維持することにより、液体が基板間に蓄積することがなく、このため、基板上に蓄積する液体、従って粒子の量が減少する。

各基板キャリヤ支持体は、水のような液体を基板キャリヤの表面から排出させるための基板キャリヤ上の接触点を有している。接触点は、一般にはナイフエッジ、鋸歯状縁、または基板キャリヤ表面上の液体の表面張力を破壊する他の任意の形状である。基板キャリヤ上の液体の表面張力を破壊することにより、粒子を含む液体が一層容易に基板から排出される（すなわち、「はじき飛ばされる」）。粒子を含む液体が基板キャリヤから除去されるため、各基板の乾燥およびすすぎを粒子が存在しない態様で促進できる。

基板支持体２４９は、基板キャリヤ内の各基板２４４に対するリフトおよび接触点を付与する。本発明の基板支持体の特徴を一層容易に理解できるようにするため、従来の基板キャリヤ内の各基板が少なくとも３つの大きな領域内で基板キャリヤと接触することに注目すべきである。また、各基板は基板キャリヤの内部で比較的近接している。従って、液体が蓄積し易く、しばしば各基板の縁部に捕捉される。

この効果を低減させるため、基板支持体は、キャリヤ内の各基板をナイフエッジで持ち上けることにより、基板キャリヤ内の基板を持ち上げる。基板キャリヤ内の各基板を持ち上げることにより、基板縁部がキャリヤから更に離され、これにより、液体は、基板縁部とキャリヤ内面との間の領域から自由に流れることができるようになる。各基板からの液体の除去を更に促進させるため、ナイフエッジは、各基板の底における液体の表面張力を容易に破壊できる尖った形状、鋸歯状または他の任意の形状にすることができる。基板底縁部での液体の表面張力を破壊することにより、液体が基板底縁部から自由に流れ、これにより各縁部でのメニスカスが低減される。ナイフエッジは、各基板を、キャリヤの底部内面から少なくとも２mm、好ましくは約５mm持ち上げるけれども、約２０mm以上に持ち上げることはない。基板キャリヤ支持体は、水のような液体を基板から除去し、これにより水の量、より詳しくは水中の粒子の量が減少される。

液体を主チャンバ２１０（より詳しくはプロセス領域２４０）内に添加および排出させるため、下方ドレン領域２３１には、充填入口２３２およびドレン弁２３６が設けられている。充填入口２３２は、ＤＩ水等の液体をプロセス領域２４０内に供給する。ドレン弁２３６は、液体を、プロセス領域からドレン出口２３６を通して除去する。プロセス領域２４０内の主チャンバ２１０の底部には、プロセス領域を通る液体を均一に分散させるための複数のドレン孔２３８が設けられている。下方ドレン領域２３１の主チャンバの底部には、液体の搬送を容易にする傾斜ドレン床２３７が設けられ、かつプロセス領域２４０には、基板キャリヤ支持体を支持するための平らな支持面２３９が設けられている。

カスケード領域２５０は、液体がカスケードドレン領域２５４内に滝状に流れ得るようにする。基板キャリヤおよび基板から或る薬剤をすすぎ除去するため、超高純度のＤＩ水が充填入口２３７を通って流入し、ドレン孔２３８を通って上昇し、プロセス領域２４０を通って流れ、隔壁２５２上からカスケードドレン領域２５３内に滝状に流れ落ちる。この連続ステップにより、基板キャリヤおよび基板から酸等の過剰の薬剤が除去され、かつ該薬剤は主チャンバ２１０（より詳しくはプロセス領域２４０）内に蓄積しないように維持される。

第４図は、本発明による洗浄チャンバを示す簡単化した正面図である。容易に理解できるようにするため、第４図には、第３図で使用された参照番号と同じ幾つかの参照番号が使用されている。数ある中で、第４図には、主チャンバ２１０、蓋２２０、下方ドレン領域２３１、プロセス領域２４０が示されている。主チャンバ２１０は、プロセス領域２４０および上方チャンバ領域２１５を有している。

図示のように、基板支持体２４９は、各基板を基板キャリヤから持ち上げ、基板縁部と基板キャリヤの内面との間にギャップ２６０を形成する。このギャップ２６０は、基板縁部と基板キャリヤの内面との間に液体が蓄積することを防止する。ギャップ２６０は約２mmより大きいけれども、２０mm以上にはならない。基板縁部の底部のメニスカスを破壊しかつここから水を除去するのに、他の形状を使用することもできる。メニスカスは、液体か基板から除去されるときに、しばしば、基板底部および基板縁部に形成される。前述のように、メニスカスは、しばしば粒子を含有し、従って集積回路の製造にとって有害である。

また、第４図には基板キャリヤ支持体２４８が示されている。図示のように、各基板キャリヤ支持体は異なる高さに（すなわち、一般に、プロセス領域の一方の側からプロセス領域の他方の側に向かって徐々に高くなるように）配置されている。基板キャリヤ支持体の異なる高さにより、水平に対する基板キャリヤの位置が傾斜される。基板キャリヤの傾斜すなわち角度によって基板が傾けられ、このため、或るすすぎ作業および乾燥作業中に基板が互いにくっ付くことが防止される。

第４図には更に、或るガス入口３０２、３０４、３０６が示されている。各ガス入口は、プロセス領域の上方でガスを均一に分散させるための複数の孔を備えた分散プレナムである。この実施例は、２つの外側ガス入口３０２、３０４と、中央のキャリヤガス入口とを有している。２つの外側ガス入口３０２、３０４は、一般に、超高純度の非反応性（例えば、非酸化性、非反応性、不活性等）ガスを、洗浄チャンバ内に導入する。或る実施例では、２つの外側ガス入口は超高純度の窒素を供給して主チャンバ２１０を環境から浄化（パージ）し、これにより、超清浄主プロセス領域、例えば実質的に粒子の存在しない領域を創出する。これらの実施例では、基板、例えば半導体ウェハ等での酸化物の形成を防止するのに、窒素ガス（すなわち、酸素ガスが存在しないこと）が必要、すなわち非常に重要である。中央のガス入口は、洗浄増強物質を含むキャリヤガスを導入する。非反応性ガス（すなわち窒素）は、洗浄チャンバ内の洗浄増強物質を含むキャリヤガスと混合する。超高純度の非反応性ガスおよびキャリヤガスにより、チャンバには、約0.2 ミクロンより大きい粒子、好ましくは約0.1 ミクロンより大きい粒子が実質的に存在せず、このため超高純度かつ超清浄の環境が形成される。もちろん、入口の個数および使用方法は、特定用途に応じて定める。

第５図は、本発明による洗浄方法の一実施例を示す簡単化したフローチャート４００である。このすすぎ方法は、ウェットエッチングされたばかりの基板の洗浄方法として示されている。例示のためのウェットエッチド基板は、フッ化水素酸（ＨＦ）または緩衝フッ化水素酸（ＢＨＦ）の溶液中でエッチングされる。フッ化水素酸は、しばしば、半導体ウェハの表面から酸化物を除去するのに使用される。この実施例は単なる一例であり、本発明の範囲を制限するものとして理解すべきではない。

フローチャート４００は、エッチングされたばかりのエッチド基板（エッチドウェハ）４１０をＢＨＦエッチから受け入れることにより開始する。ＢＨＦエッチからのエッチド基板上には酸化物の層は存在しない。次に、エッチド基板を超高純度ＤＩ水の浴中に浸漬するステップ４２０が続く。エッチド基板は、酸性浴からのＤＩ水中に、約5.0 秒間以下、好ましくは約2.5 秒間以下の時間だけ浸漬される。

エッチド基板をＤＩ水中に直接浸漬させるステップは、空気中の酸素からの二酸化ケイ素の形成を実質的に防止し、かつ超高純度ＤＩ水からの、薄いけれどもきれいで高品位の二酸化ケイ素の形成を促進する。ＤＩ水には実質的に粒子が存在せず、従って実質的に粒子の存在しない二酸化ケイ素の層が形成される。ＤＩ水は、室温（例えば、２０℃）または高温（例えば、２５℃、３０℃、４０℃、４５℃等）にすることができる。

基板の表面からＨＦのような酸を除去するため、主チャンバ（すなわち容器）内の超高純度ＤＩ水が、基板を横切って流れかつドレン内に滝状に流入する。ＤＩ水のカスケード（滝状流れ）は過剰の酸をドレン内に運び出しかつ容器内の酸濃度を低下させる。

任意ではあるが、容器内のＤＩ水は、該ＤＩ水を底ドレンダンプ内にダンピングすることにより除去される（ステップ４４０）。ダンピングステップは部分ダンプが好ましく、完全ダンプすなわちＤＩ水の完全除去ではない。ＤＩ水の除去中、超高純度（非反応性）ガスがＤＩ水と置換される。一般的なガスは、濾過窒素等を含有している。濾過ガスはまた、超清浄であり、例えば実質的に粒子が存在しない。

ＤＩ水がきれいなガスと置換された後、ＤＩ水源からのきれいなＤＩ水が主チャンバ内に流入し、基板の表面領域を覆う。これらの上記ステップは、基板上に残留酸が実質的に存在しなくなるまで（試験４４２）、単独でまたは任意の組合せで反復される（ブランチ４４５）。

残留酸が基板から実質的に除去されると、洗浄増強物質（例えば、微量の極性有機化合物、ヘリウム、二酸化炭素等）を含むキャリヤガスが導入され（ステップ４５０）、超高純度の非反応性ガスと混合し、かつＤＩ水と置換する。一実施例では、ガス中の微量の極性有機化合物は、約1,000ppm以下から約５００ppm 以下の範囲内の濃度を有する。極性有機化合物はこれ以外の濃度でもよいが、飽和状態または過熱状態であってはならない。キャリヤガスは、イソプロピルアルコール、ジアセトンアルコール、１−メトキシ−２−プロパノール等の微量の極性有機化合物を含む超高純度窒素が好ましい。また、キャリヤガスは、約0.20〜0.15ミクロンの粒子が実質的に存在せず、好ましくは約0.10ミクロン以下の粒子が存在しない。慣用的な基板ボート中の基板の一般的なバッチでは、使用される極性有機化合物の量は１ml以下であることが好ましい。

微量の極性有機化合物は、極性有機化合物の溶液中にキャリヤガスを噴射させることにより作られる。より詳しくは、極性有機化合物は、冷たい（または熱い）窒素を、5.1ｍ³/ｈ（約３ft³/分）以下の流量で極性有機化合物の溶液に通して流すことにより作られる。極性有機化合物を含むキャリヤガスは、次に、8.5ｍ³/ｈ（約５ft³/分）以下の流量で冷たい窒素と、または約17ｍ³/ｈ（１０ft³/分）以下の流量で熱い窒素と混合する。このような熱い窒素のキャリヤガスの温度は７０°Ｆ以上であるが、２５０°Ｆ以下であり、好ましくは約１８５°Ｆ以下である。窒素ガスと、極性有機化合物を含むキャリヤガスとを混合することにより、極性有機化合物は、主チャンバ内で実質的に稀釈状態（すなわち非飽和蒸気）になる。

極性有機化合物および非反応性ガスを含む混合キャリヤガスは、定速度で排出されるウェハ付着ＤＩ水と接触する。これにより、このような基板から粒子が除去される。イソプロピルアルコール、１−メトキシ−２−プロパノール、ジアセトンアルコールまたは非反応性ガスと混合した他の極性有機溶剤物を含むキャリヤガスは、基板表面で測定して約４mm／秒以下の速度、好ましくは約１mm／秒の速度でＤＩ水と置換する。

微量の極性有機化合物は、濃度勾配または物質移動効果（例えばMarongoni 流れ）により、基板表面上の大部分の液体を除去する。この効果は、溶剤または任意の洗浄増強物質の使用により基板表面からの液体の流れを増大させるけれども、基板表面から全ての液体を除去することはできない。ガス中の微量の極性有機化合物が基板表面上の液体メニスカスの角度を変化させて基板表面に付着した液体の表面張力を低下させ、これにより基板表面張力からの流量を増大させると考えられる。また、微量の極性有機化合物が、基板表面に付着した液体をドーピングし、付着液体中の極性有機化合物の濃度勾配を生じさせ、基板表面から流出する付着液体の流量を加速すると考えられる。より詳しくは、極性有機化合物が、基板表面に付着した液体の境界層に沿う濃度勾配を形成し、これが、基板表面からの流体の流れを容易にする。この流体の流れが、基板表面からのあらゆる粒子を引き出す。これらの粒子は、直径が約0.5 ミクロン以下、好ましい0.2 ミクロン以下、一層好ましくは0.1 ミクロン以下である。キャリヤガスは、加熱されず、室温（例えば１８〜22.5℃）であることが好ましい。

或る実施例では、液体がチャンバから除去された後でも、液体の薄い境界層が基板表面上に依然として残留する。この境界層は、しばしば、約1,000 Å以下、好ましくは約５００〜５０Å、一層好ましくは約１００Å以下である。極性有機化合物としてイソプロピルアルコールを使用する一実施例では、境界層は約500Å以下である。１−メトキシ−２−プロパノールを使用する一実施例では、境界層は約１００Å以下である。このような境界層を蒸発させるため、更に乾燥ステップを使用することができる。

別の実施例では、ガス（すなわち、超高純度ガス）に、いかなる極性有機化合物、有機化合物等も実質的に存在しない。前述の実施例のように、ガスは、排出されかつ基板表面から水を除去するＤＩ水と置換し、かつＤＩ水を介してこのような基板から粒子を除去する。ガスは、基板表面で測定して約2.50mm／秒以下、好ましくは約1.25mm／秒以下、一層好ましくは約0.60mm／秒以下の速度でＤＩ水と置換する。このような実施例では、本発明は実質的に無害な溶剤等を使用し、従って非常に安全で、効率的かつ経済的でもある。

必要ならば、更に乾燥させるため、基板およびキャリヤに乾燥ステップ（ステップ４６０）を施こす。乾燥ステップにより、基板縁部のような表面に付着したあらゆる液体小滴、キャリヤガス等が実質的に除去される。一実施例では、乾燥はパルスフロー乾燥により行なわれる。パルスフロー乾燥ステップは、図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃに示す高速流れ装置６００により行なわれる。高速流れ装置６００は、数ある装置の中で、本発明のすすぎチャンバ２００に適用できる。高速流れ装置は、基板キャリヤ２４２上を向いた複数のノズル６０１を有している。基板キャリヤ２４２は複数の基板２４４（各基板の縁部には液体が残留している）を有している。各基板は、約1.0 〜0.2 ml、好ましくは約0.5 mlの液体を有している。第１ノズル組６０３、第２ノズル組６０５、およびその他のノズル組により複数のノズル６０１が形成される。

第１ノズル組６０３は、基板２４４の前面６０７に向けられている。第１ノズル組は、乾燥流体を、基板キャリヤ面に隣接する基板縁部６０９に指向させる。乾燥流体は、基板縁部および基板表面から液体を除去できる任意の適当な流体で構成できる。乾燥流体は、超高純度窒素等が好ましいけれども、種々の他のガスまたはガス状混合物で構成することもできる。第１ノズル組は少なくとも２つのノズルからなり、各ノズルが、乾燥流体を、基板キャリヤ面に隣接する基板縁部６０９に指向させる位置に配置されるのが好ましい。第１ノズル組では、第１ノズルＡ１ ６１１が、基板キャリヤの一方の側の基板縁部６０９に指向され、第２ノズルＡ２ ６１５が、基板キャリヤの他方の側の基板縁部６０９に指向される。

第２ノズル組６０５は、基板２４４の後面６１９に指向される。第２ノズル組は、基板キャリヤ面２４６に隣接する基板縁部６０９に乾燥流体を指向させる。第２ノズル組は少なくとも２つのノズルからなり、各ノズルが、乾燥流体を、基板キャリヤ面に隣接する基板縁部に指向させる位置に配置されるのが好ましい。第２ノズル組では、第１ノズルＢ１ ６２１が、基板キャリヤの一方の側の基板縁部に指向され、第２ノズルＢ２ ６２５が、基板キャリヤの他方の側の基板縁部に指向される。

ノズルは、乾燥流体を基板縁部上に流しかつ該基板縁部から第７図および第８図の流体流れ分散パターンで示すように流体を除去できる任意の適当なノズルで構成できる。第７図は、本発明による第６Ａ図の装置の簡単化した側面図である。図示のように、ノズルＡ１、Ａ２、Ｂ２、Ｂ３は、好ましくは基板キャリヤ２４２の内面領域をカバーするように、乾燥流体を基板縁部（図示せず）に指向させる。任意ではあるが、装置には付加ノズルＣ１、Ｃ２を設けることもできる。ノズルＣ１、Ｃ２は、基板キャリヤの前面および後面に指向される。

第８図は、本発明による第６Ａ図の装置についてのノズルＡ１、Ａ２の簡単化した上面図である。ノズルＡ１、Ａ２は、基板の前部に沿って基板縁部に乾燥流体を指向させる。ノズルは、所望数の基板をカバーする高速の流体流れを発生させるため、幅狭で長いのが好ましい。各ノズルは、例えば、7.08〜9.91ｍ³/ｈ（約２５０〜３５０標準ft³/ｈ）、好ましくは8.50ｍ³/ｈ（３００標準ft³/ｈ）の窒素ガスの流体流れを発生する。ノズル開口での窒素ガスの圧力は、約８０〜９０psia(55〜62×10⁴Pa）、好ましくは約８５psia(58.6×10⁴Pa）である。また、第６Ｂ図および第６Ｃ図に示すように、ノズルＡ１は開口６６９を有し、該開口６６９は、約0.025 インチの幅および約0.375 インチの高さ６７３を有する。第６Ｂ図はノズルの簡単化した側断面図であり、第６Ｃ図はノズルの簡単化した正面図である。ノズル開口６７１は、約２０〜８０°、好ましくは約７５°以下の角度θを有している。この角度θは、第１角度θ1および第２角度θ2からなる。第１角度と第２角度とは異ならせてもよいし、同じにすることもできる。もちろん、特定用途に応じて、他の流量、圧力およびノズル寸法にすることもできる。

各ノズルは、乾燥流体を、基板縁部および基板の表面部分に指向させるように配置される。ノズルは、基板縁部とキャリヤ面との間の液体の除去を促進させるべく、基板キャリヤの内縁部に指向される。ノズルは、基板キャリヤの外縁部から12.7〜50.8ｍｍ（約0.5 〜２インチ）の間に形成される。ノズルは、基板表面に対して垂直な線から約５〜８５°の角度、好ましくは約４５°の角度に配置される。もちろん、使用する正確な角度は、特定用途に応じて定められる。

乾燥は、基板縁部および基板表面部に対して第１ノズル組および第２ノズル組から交互に乾燥流体を指向させることにより行なわれる。例えば、第１ノズル組が基板縁部および基板の前面部に対して乾燥流体のパルスを送出し、次に、第２ノズル組が基板縁部および基板の後面部に対して乾燥流体のパルスを逆方向から送出する。乾燥流体は、基板縁部上に液体が残留しなくなるまで、第１ノズル組および第２ノズル組からパルシングされる。

基板縁部から水を除去する場合、第２ノズル組のパルシング時間（pulsing time)の方が、第１ノズル組のパルシング時間よりも長い。水は、慣用的な半導体ウェハの基板縁部および基板の後面に、基板の前面よりは強い付着力で付着する。従って、しばしば、第２ノズル組のパルシング時間を、第１ノズル組のパルシング時間よりも少なくとも２倍にするのが好ましい。第２ノズル組のパルシング時間は、第１ノズル組のパルシング時間の３倍以上に長くすることもできる。第１ノズル組のパルシング時間は約１〜３秒以上であり、第２ノズル組のパルシング時間は約２〜６秒以上である。パルシング回数は、各基板表面に対して５回以上、全パルシング時間は全部で約３０秒であるのが好ましい。もちろん、特定用途に応じて、第１ノズル組および第２ノズル組の他の選択パルシング条件でパルシングすることができる。

任意であるが、パルス流乾燥は、基板キャリヤ上に熱い窒素ガスを流すことにより行なわれる（ステップ４７０）。熱い窒素ガスは、約７０°Ｆ（好ましくは１５０°Ｆ以上であるが、２００°Ｆ以下）の温度をもつ超高純度窒素ガスである。熱い窒素ガスとパルス流乾燥との組合せにより、単に窒素等を用いた乾燥に比べ、実際の乾燥時間を約１／２に短縮できる。或いは、窒素のような乾燥ガスのみを用いて水を乾燥させることもできる。もちろん、特定用途に応じて、他のキャリヤガスおよびキャリヤガスの組合せを使用することもできる。

第９図は、本発明による高速流れ装置９００の別の実施例を示す簡単化した図面である。この高速流れ装置は、基板キャリヤ２４２上を向いた複数のノズル９０１を有している。基板キャリヤ２４２は複数の基板２４４（第９図には示されていない）を有し、各基板の縁部には或る量の液体が残留している。各基板は、約1.0 〜0.2 ml、好ましくは約0.375 ml以下の液体を有している。複数のノズル９０１は、第１ノズル組９０３と、第２ノズル組９０５と、第３ノズル組９０７と、第４ノズル組９０９と、他のノズル組とで構成される。

ノズルは、基板キャリヤ、より詳しくは基板キャリヤに配置された基板を包囲する選択された位置に配置される。第１ノズル組Ａ１、Ａ２は、基板表面に対面する基板キャリヤの端部９０８に配置され、第２ノズル組Ｂ１、Ｂ２は、基板後面に対面する基板キャリヤの他端部９１０に配置される。第３ノズル組は、互いに対面しかつ基板キャリヤの縁部の第１部分９１１に隣接して配置されたノズルＡ３、Ａ４からなる。第４ノズル組は、互いに対面しかつ基板キャリヤの縁部の第２部分９１３に隣接して配置されたノズルＢ３、Ｂ４からなる。各ノズルの設計は前の実施例と同様であるが、各ノズルは前の実施例よりもカバーする面積が小さい。

基板から残留水を除去する場合、各組のノズルが選択されたパターンでパルシングされる。例えば、パルスパターンは、ノズルＡ１、Ａ２で乾燥流体をパルシングすることにより開始し、次に、ノズルＡ３、Ａ４、次いでノズルＢ１、Ｂ２、更にノズルＢ３、Ｂ４が続けられる。この順序は、基板から実質的に全ての水を除去するのに必要な限り反復される。別の構成として、ノズルＢ３、Ｂ４でパルスパターンを開始し、次に、ノズルＢ１、Ｂ２、次いでノズルＡ３、Ａ４、更にノズルＡ１、Ａ２と続けることができ、この順序は、基板から実質的に全ての水を除去するのに必要な限り反復される。

任意であるが、基板キャリヤ上に熱い窒素ガスを流すことにより、パルス乾燥を続けることができる。熱い窒素ガスは、約７０°Ｆ、好ましくは１５０°Ｆ以上２００°Ｆ以下の温度をもつ超高純度窒素ガスである。熱い窒素ガスは、少なくとも３０秒、好ましくは５０秒以上の時間、基板上を流れる。熱い窒素ガスとパルス乾燥との組合せにより、熱い窒素ガス等のみによる乾燥に比べて、実際の乾燥時間が約１／２に短縮される。パルス乾燥ステップは、境界層から液体を除去または蒸発させる。或いは、熱い窒素ガスのみを使用してウェハを乾燥させることができる。もちろん、特定用途に応じて、他のキャリヤガスおよびこれらの組合せを使用することもできる。

ＨＦエッチド基板のすすぎおよび乾燥を行なう他の方法として、上記ステップを選択的に連続させた方法がある。ＨＦの溶液は、半導体基板から二酸化ケイ素をエッチングする。エッチングを停止させるため、基板は、容器内の超高純度DI水中に迅速に浸漬される。エッチド基板をＤＩ水中に浸漬した後、濾過窒素ガスにより容器が浄化される。窒素ガスは、1.7〜17ｍ³/ｈ（約１ft³/分〜10ft³/分）、好ましくは3.4ｍ³/ｈ（約２ft³/分）の流量で流れる。

基板から更に酸をすすぎかつ除去するため、ＤＩ水が基板に流されかつ容器の頂部からドレン内に滝状に流れ、基板をカスケードリンスする。カスケードリンスの次に、急速ダンプを行なう。急速ダンプは、基板表面で測定して、約２０mm／秒より速く液体レベル（液面）が低下する速度で生じる。急速ダンプ中、きれいな窒素ガスがＤＩ水と置換され、これにより基板が空気によって酸化されることが防止される。きれいなＤＩ水が容器を充満し、かつＤＩ水中に基板を再浸漬すべく窒素と置換する。

超高純度の非反応性ガスと混合されかつ洗浄増強物質を含むキャリヤガスの組合せが、次に、ＤＩ水とゆるやかに置換し、基板から実質的に全ての酸を除去する。このゆるやかな置換ステップは、基板縁部（メニスカス）から実質的に全ての水を除去する。急速ＤＩ水が更に連続して充満されかつ部分的にダンプされた後、キャリヤガスおよび洗浄増強物質を含む他のガス状混合物がＤＩ水と置換される。この時点で、実質的に全ての水が基板から除去される。洗浄増強物質は、基板上の液体の表面張力を低下させ、基板からの流体流れを増大させる。液体の除去中、液体は基板表面から粒子を引き出し、基板を洗浄する。基板およびキャリヤを更に乾燥させるため、暖かいまたは熱い窒素ガスが容器内にパルシング導入される。窒素は約７０〜２５０℃の範囲の温度を有する。

前述のように、別の実施例は、ＤＩ水と置換するのに、極性有機化合物等を全く含まないガスを使用する。このような実施例では、ガスは、基板で測定して、約2.50mm／秒以下、好ましくは約1.25mm／秒以下、一層好ましくは0.80mm／秒以下の速度でＤＩ水と置換する。極性有機化合物等を全く含まないガスは、約７０〜２５０°Ｆの範囲の温度をもつ窒素で構成できる。基板およびキャリヤを更に乾燥させるため、暖かいまたは熱い窒素ガスが容器内にパルシング導入される。窒素は約７０〜２５０℃の範囲の温度を有する。

上記方法は、また、基板およびキャリヤからの液体の吸上げを増大させまたは液体の吸引を高めるため、或る基板支持体および基板キャリヤを使用するステップを有している。例えば、基板支持体は、基板縁部、より詳しくは基板の底縁部での水の蓄積を防止すべく基板を持ち上げるナイフエッジを有している。基板キャリヤ支持体は、基板キャリヤの表面から水を吸引し、かつこのようなキャリヤ上で水平から僅かに傾斜させる。

基板キャリヤの僅かな傾斜により基板も傾斜され、これにより、基板が互いにくっ付くことが防止される。前述のように、基板がくっ付くと、しばしば、基板間に水が蓄積される。また、水の蓄積は、水中に存在する粒子を蓄積させることにもなる。基板から水および粒子を除去することにより、本発明の方法は、一般的な半導体基板に高デバイス歩留りをもたらす。

第１０Ｂ図および第１０Ｃ図は、本発明による基板キャリヤ1000を示す簡単化した断面図である。この基板キャリヤはディスク1001用のものである。基板キャリヤは、下方の支持ビーム1005、上方の支持ビーム1003、および複数の中央支持ビーム1011、1013、1015を有している。支持ビームは、ディスク1001を所定位置に支持すなわち保持する。ディスク1001は、しばしば、その中央領域に開口を備えた平らな円形である。ディスク1001は、金属、プラスチックその他の殆ど全ての種類の材料で作ることができる。このディスクは、内周部1009、外周部1007、面1008および他の要素を有している。この実施例では、内周部1009および外周部1007は円形である。しかしながら、この形状は、正方形、長方形等の形状にすることができる。面1008は実質的に平坦であり、面上には小さな隆起部を設けることもできる。或る実施例では、面1008を多孔質に構成できる。

また、支持ビームはナイフエッジ1017を有し、該ナイフエッジ1017は、ディスクに付着した流体または液体の表面張力を破壊することにより、ディスクから流体または液体を引き出す。一般に、流体または液体は、内周部1009および外周部1007の縁部に沿って蓄積する。支持ビームはディスクの周囲を包囲するように配置され、ディスクから流体を均一に引き出す。支持ビームは、互いに比較的等距離を隔てて配置するのが好ましい。

第１０Ｃ図には、中央支持ビームが示されている。中央支持ビームは、上方の中央支持ビーム1013、1015および下方の中央支持ビーム1011からなる。各支持ビームはナイフエッジ1017または隆起部を備えていることが好ましい。隆起部は、外方のベベル状部分1021、1023、低い中央部分1025、および高い中央部分1027を有している。低い中央部分1025は、ベベル状部分1021、1023が出合う低い領域に形成するのが好ましい。高い中央部分1027は、ベベル状部分1021、1023が出合う高い領域に形成される。両ベベル状部分1021、1023の間の低い中央部分1025を形成する角度θ1は、約８５〜１５０°、好ましくは約９０〜１２０°である。両ベベル状部分1021、1023の間の高い中央部分1027を形成する角度θ2は、約８５〜１５０°、好ましくは約９０〜１２０°である。これらの両角度θ1、θ2は、ディスクから液体または流体を引き出し、これにより流体流れすなわち乾燥を高めるように選択される。

中央支持ビームのうちの１つはｙ方向に調節できる。この実施例では、上方の中央支持ビーム1015が、ｙ軸線に沿うその位置を調節できる。この調節により、上方の中央支持ビームが、ディスク1001の内周部1009と確実に係合しかつこれを保持することを可能にする。ディスク1001の内周部1009への中央支持ビームの係合により、内周部1009の縁部上の残留流体を各中央支持ビームに沿って引き出す。上方の中央支持ビームは、ｘ方向にも調節できることが好ましい。各中央支持ビームが、同一平面内でｘ方向およびｙ方向の両方向に調節できることがより好ましい。この調節により、中央支持ビームがディスクの内周部と係合することを可能にする。

中央支持ビームは任意の適当な材料で作ることができるが、ディスクから離れる方向（矢示の方向）に水を引き出すために、ビーム表面は親水性であることが好ましい。表面はステンレス鋼、鋼合金等の金属で作ることができる。表面はまた、プラスチック、ガラス、水晶等で作ることができる。この材料は、耐久性、化学抵抗性および構造的一体性に対する充分な強度をもつ必要がある。もちろん、使用される材料の種類および材料の表面は、用途に応じて定められる。

第１１Ａ図〜第１１Ｆ図は、本発明による基板キャリヤの更に別の実施例1100を示す簡単化した図面である。第１１Ａ図は、基板キャリヤ1100の側面図である。基板キャリヤは複数の壁1101およびこれらの壁の間に配置された複数の基板1102を有している。基板は、半導体ウェハ等の殆どの種類の基板でもよい。もちろん、使用される基板の種類は、特定用途に応じて定めることができる。一般に、流体は、基板表面から液体を洗浄すなわち除去した後に、基板縁部上に蓄積する。

複数の下方の基板支持体1106、1108および上方の基板支持体1104も図示されている。各基板支持体は、基板縁部に沿って係合するナイフエッジ1107（該ナイフエッジは基板縁部から流体または液体を引き出すのに使用される）を有している。前述のように、ナイフエッジは基板縁部上の流体の表面張力を破壊しかつしばしば粒子を含んでいる流体を基板縁部から引き出す。これにより、残留流体すなわち好ましくない流体が、基板、より詳しくは基板縁部から除去される。

第１１Ｂ図は、基板キャリヤ1100の正面図である。図面には、面1112および基板縁部1111（すなわち外周部）を備えた基板1102が示されている。３つの基板支持体1106、1108は基板1102の底部近くに配置される。下方の基板支持体1106は、基板の中央底部で、ｘ方向に対して垂直に配置される。下方の基板支持体1108は、基板の上方底部で、ｘ方向に対して垂直に配置されている。これらの基板支持体は基板の底面に沿って配置され、該基板を支持しかつ基板縁部から全ての残留液体を引き出す。上方の基板支持体1104はｘ方向に対して垂直に配置されかつ基板の上方中央部と係合する。上方中央部は、下方の基板支持体1106とｙ方向に一直線上にあるのが好ましいけれども、他の位置に配置することもできる。上方の基板支持体1104は基板の上方中央部と確実に係合するのが好ましい。この上方の基板支持体1104は基板縁部上の流体の表面張力を破壊し、かつ該流体を引き出して基板の乾燥を高める。

第１１Ｃ図および第１１Ｄ図は、それぞれ、基板キャリヤの平面図および底面図である。図示のように、上方の基板支持体1104は、ｚ方向に沿って基板の中央部上に載るように配置される。下方の基板支持体1106、1108は、ｚ方向に互いに平行に配置されている。これらの基板支持体も、互いに均等間隔を隔てて配置されている。別の構成として、上方の基板支持体および下方の基板支持体を他の位置に配置することもできる。

第１１Ｅ図および第１１Ｆ図は、本発明による基板支持体の一例を示す。この基板支持体は、上記基板支持体1104、1106、1108のいずれかで構成できる。基板支持体1117は、基板キャリヤの側面と係合する切欠き部を有している。基板支持体のこの切欠き部は、本発明に使用する任意の慣用的な基板キャリヤに適用できる。しかしながら、溶接、接着その他の係合手段等の他の技術を用いて、基板支持体1 117と側面1115とを係合させることができる。

基板支持体は任意の適当な材料で作ることができるけれども、基板から離れる方向（矢示の方向）に水を引き出すためには、その表面は親水性を有することが好ましい。表面はステンレス鋼、鋼合金等の金属で作ることができる。表面はまた、プラスチック、ガラス、水晶等で作ることができる。この材料は、耐久性、化学抵抗性および構造的一体性に対する充分な強度をもつ必要がある。もちろん、使用される材料の種類および材料の表面は、用途に応じて定められる。

各支持ビームには、ナイフエッジ1107または隆起部が設けられている。隆起部は、外方のベベル状部分1121、1123、低い中央部分1125、および高い中央部分1127を有している。低い中央部分1125は、ベベル状部分1121、1123が出合う低い領域に形成するのが好ましい。高い中央部分1127は、ベベル状部分1121、1123が出合う高い領域に形成される。両ベベル状部分1121、1123の間の低い中央部分1125を形成する角度θ1は、約８５〜１５０°、好ましくは約９０〜１２０°である。両ベベル状部分1121、1123の間の高い中央部分112 7を形成する角度θ2は、約８５〜１５０°、好ましくは約９０〜１２０°である。これらの両角度θ1、θ2は、ディスクから液体または流体を引き出し、これにより流体流れすなわち乾燥を高めるように選択される。

また、上記洗浄方法は、基板を移動させることなく行なうことができる。実際に、基板キャリヤは、浸漬後、およびカスケードリンス中および他のステップ中に実質的に静止状態に維持される。基板が移動しないため、装置には殆ど可動部品が存在せず、従って、従来技術の装置よりも使用およびメインテナンスが容易である。

また、基板の各バッチに使用される極性有機化合物の量は、一般に数分の一ミリリットルより小さい。有機化合物の使用量が少ないことは、例えばＩＰＡにより基板を乾燥させる可燃性の高い従来技術の方法より優れている。或る実施例では、極性有機化合物等は全く使用されない。従って、本発明は、健康上および環境上の双方にとって、或る従来技術よりも危険性が少ない。

上記実施例は、他の選択された半導体製造プロセスステップにも使用できる。
一実施例では、洗浄技術はプリゲート酸化物洗浄(pre-gate oxide cleans)に使用される。プリゲート酸化物洗浄は、一般に、ゲート酸化物層の形成を感じるため、広くは行なわれていない。すなわち、半導体基板上への粒子の導入により、従来のプリゲート酸化物洗浄は行なわれていない。しかしながら、本発明の技術は、ゲート酸化物層の形成前に基板表面上に残留することがあるあらゆる粒子を実際に除去し、これによりゲート酸化物層の全体的品位を向上させる。本発明の技術は、約0.5 ミクロン（好ましくは0.2 ミクロン、一層好ましくは0.1 ミクロン）より大きい実質的に全ての粒子を除去する。

別の特定実施例では、本発明の洗浄技術は他の半導体製造用途に適用できる。これらの用途は、Stanley WolfおよびRichard N．Tauber 著「VLSI時代の半導体製造：第１巻(Semiconductor Processing For The VLSI Era，Vol．1)」（Pro-cess Technology（1986）（本願では“WOLF"と呼ぶ）において詳細に説明されている。例えば、本発明の技術は、プリエピタキシャル技術、プリ拡散技術、プリ金属技術、プリポリ（pre-poly）技術、プリ注入技術、プリフォトレジスト技術およびプリ堆積酸化物洗浄（pre-stack oxide cleaning）技術として適用される。一般に、本発明の洗浄技術は、微量の極性有機化合物を用いて室温で適用される。室温での微量の極性有機化合物は、一般に、半導体またはフォトレジストに悪影響を与えない。本発明の背景の項で述べたように、フォトレジストは、しばしば、高温プロセス中に溶剤を用いて溶解される。これも前述したように、本発明の技術は、粒子を導入することなく、実際に粒子を除去する。

別の実施例では、本発明の洗浄技術は、選択された半導体製造プロセスの遂行後に適用できる。この製造プロセスの一例として、窒化物蒸着、ポリッシュクリーンズ（pollsh cleans:例えばＣＭＰ）、緩衝酸化物エッチングおよび金属蒸着がある。これらのプロセスステップは、WOLF著のテキストにおいても詳細に説明されている。本発明の洗浄技術は、フッ化水素酸の最終配合表(hydrofluoricacid last recipes)および限界金属酸化物シリコンエッチング(critical metal oxide silicon etches)に適用できる。前述のように、本発明の技術は、粒子を導入する他のプロセスとは異なり、半導体から粒子を実際に除去する。

実験
本発明の方法および装置の原理を証明しかつ作動を説明するため、次の実験を行なった。

これらの実験では、基板として６インチシリコンウェハを使用した。６インチシリコンウェハとして、最近の酸化物積層ＨＦエッチドウェハに代表される高品位二酸化ケイ素積層ウェハがある。６インチシリコンウェハはウェハキャリヤ内に配置され、該ウェハキャリヤは、容器内のすすぎ水浴中に浸漬された。容器内で、６インチシリコンウェハは実質的に垂直位置、すなわちウェハの面が水面に対してほぼ垂直になる位置に配置された。水は標準すすぎ水であり、１７メガオームの抵抗および約７０°Ｆの温度を有する。浸漬位置で、ウェハは実質的に濡れた状態に置かれた。

ウェハを乾燥させるため、容器の底から水を排出させた。水面は、ウェハ面に対してほぼ垂直であった。水は、容器の底から実質的に一定速度で排出された。排出ステップ中、ウェハは実質的に不動状態に維持された。

乾燥が最も効率的に行なわれる特定のドレン速度を決定するため、ドレンの出口弁を調節することにより、多数回の運転で種々のドレン速度を使用した。ドレン速度は、水面の低下（mm／秒で測定）に対する容器からのドレンに要する時間として測定した。

第１２図は、ドレン速度（mm／秒）の関数としての「乾燥有効性」を示すグラフである。乾燥有効性は、残留水が存在しないウェハの表面積割合を百分率（％）で表したものである。ウェハの表面積として、ウェハの面および縁部が含まれる。上記のように、ウェハ縁部にしばしばメニスカスを形成する全ての水をウェハから除去することは非常に重要である。図示のように、この実験での乾燥有効性は、ドレン速度に対して非線形関数である。例えば、試料ウェハの乾燥有効性は、約2.5 mm／秒のドレン速度で約99.9％である。1.25mm／秒のドレン速度は、約99.8％の乾燥有効性を有する。約0.83mm／秒以下のドレン速度で、約１００％の乾燥有効性（すなわち、ウェハ縁部を除く完全乾燥ウェハ）が得られた。熱い乾燥窒素を約２分間以下の時間導入することにより、ウェハ縁部上のあらゆる残留水が除去された。

この実験は、本発明の一実施例により、実質的にきれいで乾燥したウェハが製造されたことを実証した。本発明のプロセスは、潜在的に有害ないかなる溶剤等をも頼るものではない。また、本発明のプロセスは、ウェハを機械的に移動させることなく、従って、機械的故障によるウェハへの機械的損傷の付与機会の可能性を低下させて、実質的にきれいで乾燥したウェハを製造できる。更に、ヒータすなわち加熱要素を用いることなく、従って火災等の危険性をなくして、ウェハを製造できる。従って、この実験は、安全で、効率的で、容易な本発明によるウェハの乾燥および洗浄方法を証明するものである。

本発明のウェハを移動させないで液体を容器外に排出する工程は、液面から露出するウェハ表面全体にわたり、洗浄増強物質の作用を与えることができ、かつ、液面が下がることによって、液体、ガス、ウェハ表面との間の境界面を液体環境からガス含有環境へと変化させる動的状態を呈しており、この動的状態の変化によって洗浄作用がより向上する。
即ち、液面が下がるにつれて、ウェハ表面上のガスと液体の境界面において、洗浄増強物質を含むガス含有環境が容器内全体にかつ所定時間にわたって広がり、順次露出し始めるウェハ表面と既に露出したウェハ表面全体に対して洗浄増強物質が容器内に充満する状態となることによって、ウェハ表面に付着する液体に洗浄増強物質の濃度勾配が生じ、付着液体がウェハから離れる流体流れを加速させることから、ウェハの洗浄効果をより向上させることができる。

以上、本発明の特定実施例について完全に説明したが、種々の変更、別の構造および均等物を使用できる。例えば、上記説明は半導体基板用の方法および装置に関して行なったが、本発明は、すすぎ、乾燥および洗浄等の高純度湿式処理を必要とする原ウェハ、ディスクおよびヘッド、平坦なパネルディスプレイ、およびマイクロ電子マスクの製造および他の用途にも適用できる。また、第１図〜第５図の装置は半導体洗浄装置に関するものである。当業者ならば、このような装置を、他の産業例えば、電気化学、医薬、印刷回路基板、光学装置および製造物品のすすぎおよび乾燥を行なう優れた技術を必要とする他のあらゆる産業に適用できる。第６Ａ図〜第１１Ｆ図の装置は、本発明の洗浄装置に関するものであるが、任意の他の洗浄装置、乾燥装置、すすぎ装置等に使用することもできる。

従って、上記説明および例示は本発明の範囲を制限するものではなく、本発明の範囲は請求の範囲の記載により定められるものである。

第１図は、本発明による洗浄装置の一実施例を示す簡単化したブロック図である。 第２図は、本発明による溶剤インジェクタを示す簡単化した断面図である。 第３図は、洗浄チャンバの一実施例を示す簡単化した側断面図である。 第４図は、洗浄チャンバの一実施例を示す簡単化した正断面図である。 第５図は、本発明による洗浄方法の一実施例を示す簡単化したフローチャートである。 第６Ａ図は、本発明による高速流れ装置を示す簡単化した図面であり、第６Ｂ図及び第６Ｃ図は、本発明によるノズルを示す簡単化した図面である。 第７図は、第６Ａ図の高速流れ装置の簡単化した流体流れ図である。 第８図は、第６Ａ図の高速流れ装置の簡単化した上面図である 第９図は、本発明による高速流れ装置の別の実施例を示す簡単化した図面である。 第１０Ａ図は、ドレイン速度及びドレイン時間に対する乾燥有効性を示す図であり、第１０Ｂ図および第１０Ｃ図は、本発明による基板キャリヤの別の実施例を示す簡単化した断面図である。 第１１Ａ図〜第１１Ｆ図は、本発明による基板キャリヤの別の実施例を示す簡単化した断面図である。 第１２図は、本発明に従って遂行された実験について、ドレン速度の関数としての乾燥有効性を示すグラフである。

符号の説明

１０：洗浄装置
１２：湿式処理装置
１４：コントローラ
１６：フィルタバンク
１８：パージャ
２０：インジェクタ
２２：ヒータ
２４：パージヤ
２６：補助インジェクタ
２８：溶剤供給源
３０：流量制御弁
３２：すすぎ水
３４：すすぎ水供給源

Claims (4)

1. マイクロ・エレクトロニクス用基板を製造するための方法であって、
   面を有する前記マイクロ・エレクトロニクス用基板の表面の少なくとも一部を取り除くためのエッチング剤を含む液体の中に前記マイクロ・エレクトロニクス基板を置いてエッチングするステップと、
   前記エッチングステップが実施された後、次の中間ステップとして、ガス含有環境内のガス成分から前記基板表面上に更なる物質が形成される前であって、前記マイクロ・エレクトロニクス用基板が前記エッチング剤の液体から取り除かれた後、水からなる液体に前記マイクロ・エレクトロニクス用基板を浸漬するステップと、
   前記マイクロ・エレクトロニクス用基板を浸漬している液体が、前記マイクロ・エレクトロニクス用基板から分離されるときに、前記基板の表面に隣接する部分が、実質的に粒子が存在しないガス含有環境となるように形成するステップと、
   該ガス含有環境の形成ステップ中に、洗浄増強物質を前記粒子が存在しないガス含有環境内に導入して、ガスと液体の境界面が前記面を横切って移動するステップとからなり、
   前記洗浄増強物質が、前記環境形成ステップ中に、前記マイクロ・エレクトロニクス用基板から分離される液体にドーピングし、かつ前記マイクロ・エレクトロニクス用基板の前記面に前記液体が付着し、この付着した液体に濃度勾配を生じさせ、前記マイクロ・エレクトロニクス用基板から離れる付着液体の流体流れを加速させることを特徴とするマイクロ・エレクトロニクス用基板の製造方法。
2. 前記環境形成ステップ中は、分離されている液体が水を包含することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
3. 前記マイクロ・エレクトロニクス用基板は、前記エッチング剤を含む液体から前記マイクロ・エレクトロニクス用基板を取り出して、５秒以下の間、水からなる液体内に浸漬されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
4. マイクロ・エレクトロニクス用基板を製造するための方法であって、
   面を有する前記マイクロ・エレクトロニクス用基板の表面の少なくとも一部を取り除くためのエッチング剤を含む液体の中に前記マイクロ・エレクトロニクス基板を置いてエッチングするステップと、
   前記エッチングステップが実施された後、次の中間ステップとして、前記マイクロ・エレクトロニクス用基板を前記エッチング剤から取り除いた後、不活性ガスがガス含有環境内に供給され、かつ前記ガス含有環境から前記基板表面上に更なる物質が形成されないように、水からなる液体内に前記マクロ・エレクトロニクス用基板を浸漬するステップと、
   前記マイクロ・エレクトロニクス用基板を浸漬している液体が、前記マイクロ・エレクトロニクス用基板から分離されるときに、前記基板の表面に隣接する部分が、実質的に粒子が存在しないガス含有環境となるように形成するステップと、
   該ガス含有環境の形成ステップ中に、洗浄増強物質を前記粒子が存在しないガス含有環境内に導入して、ガスと液体の境界面が前記面を横切って移動するステップとからなり、
   前記洗浄増強物質が、前記環境形成ステップ中に、前記マイクロ・エレクトロニクス用基板から分離される液体にドーピングし、かつ前記マイクロ・エレクトロニクス用基板の前記面に前記液体が付着し、この付着した液体に濃度勾配を生じさせ、前記マイクロ・エレクトロニクス用基板から離れる付着液体の流体流れを加速させることを特徴とするマイクロ・エレクトロニクス用基板の製造方法。

Images