JP4597176B2 - 平坦な基材を湿式でクリーニングまたはエッチングするための装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、マイクロエレクトロニクス用の半導体ウェーハやフラットパネルディスプレイ、太陽電池のような平坦な基材またはその他の使用目的を有する平坦
な基材など、いずれも製造過程でクリーニングまたはエッチングを必要とする平坦な基材の製造に係わる。

本発明は、特に前記平坦な基材を湿式でクリーニングまたはエッチングするための装置または方法に係わる。

半導体ウェーハの製造に際しては、酸化、析出または成長などの処理工程に先立って、半導体の表面に予備処理を施すことが最も重要な問題の１つとなっている。０．５ミクロン以下の設計基準が現実となりつつある今、ミクロン以下の微細な粒子や低レベルの金属不純物（−１０^１０原子／ｃｍ^２）が収量に有害な影響を及ぼす。半導体表面の異物粒子汚染レベルを軽減するために広く使用されている方法として、化学薬品溶液などのような液にウェーハを浸漬するという方法がある。この場合、クリーニングまたはエッチング液が収容されているタンク、容器またはウェットベンチ（ｗｅｔ ｂｅｎｃｈ）に半導体を導入するのが普通である。前記タンクまたは容器またはウェットベンチは、クリーンルーム環境内に設置される。多くの場合、ウェットベンチが複数の容器またはタンクを内蔵する。

半導体ウェーハまたは基材は、タンク上部から液中に浸漬すればよい。基材を液と接触させるため、タンク側壁に設けたドアまたは入口を利用し、１バッチのウェーハをタンクに導入してもよい。ドアを密閉したのち、タンクに液を流入させ、クリーニングまたはエッチング液と基材とを接触させる。いずれのアプローチにおいても、同一タンク内で１つの液から他の液へ切り換えることができる。この方法は、単一タンクプロセッサという名称で知られている。この２つの技術は、単一ウェーハのクリーニングまたはエッチングにも利用されている。単一ウェーハの場合、小型の、ただしウェーハよりは大きい容器内にウェーハを導入する。ウェーハを液に含浸する場合と、ウェーハを空の容器に装入したのち、容器に液を流入させる場合とがある。

半導体ウェーハのクリーニングまたはエッチング後に使用される装置がＥＰ ０ ３８５ ５３６号に開示されており、その開示内容は参考のため本願明細書に引用した。

ＥＰ−Ａ−４０７−０４４号は、それぞれが液を収容している２つの部屋を有するシステムを開示している。このシステムは、半導体ウェーハの製造ラインに組み込まれ、互いに種類の異なる液が混合しないようにウェーハを一方の部屋から他方の部屋へ移送することを可能にする。このため、両部屋内の液圧を調整して両部屋内の液面の高さに差が生ずるようにする一方、両部屋間の開口部を開閉する特殊なシャッタ装置をシステムに設けることによって双方の液が混合するのを防止している。

上記装置及び方法の欠点は、タンクまたは容器がクリーンルーム内に占める床面積が広いことである。即ち、タンクまたは容器を利用する上記装置は大型であり、クリーンルーム内の広い面積を占有する。超清浄雰囲気を維持するためのコストを考慮すればクリーンルームのコストは極めて大きい。

ウェーハの処理量が制約されることも上記装置の欠点である。例えば、単一タンクプロセッサの場合、一方の液から他方の液へ切り換えに時間がかかるため、このシステムの処理量は従来のウェットベンチアプローチよりも劣る。

クリーニングまたはエッチング処理に不均一性が残ることも公知のクリーニングまたはエッチング装置及び方法の欠点である。即ち、ウェーハをタンクに浸漬すると、常にウェーハの下部は上部よりも長い時間にわたってクリーニングまたはエッチング液に浸漬することになる。従って、ウェーハの部分ごとに接触時間が異なることになる。

クリーニングまたはエッチング段階のあとに乾燥及び／またはリンス段階が必要であることも、公知のクリーニングまたはエッチング装置及び方法の欠点である。この乾燥及び／またはリンス段階に余計な時間を取られるから、その分だけウェーハの処理時間が長くなる。

本発明の目的は、上記公知装置及び方法の欠点を軽減して、平坦な基材を湿式でクリーニングまたはエッチングする装置及び方法を提供することにある。本発明の装置及び方法は、平坦基材の処理能力を高め、高サイクル時間を可能にし、占有スペースの小さい製造システムの開発を可能にし、湿式によるクリーニングまたはエッチングと必要な乾燥とを同一工程で行う平坦基材の製造を可能にする。

本発明の第１の対象は、平坦な基材を導入出するための開口を有し、クリーニングまたはエッチング液を収容し、主としてガスまたは混合ガスから成る環境、例えば、クリーンルーム内に設置されるタンクを含み、平坦な基材を湿式でクリーニングまたはエッチングするための装置である。

前記開口は、液面よりも下方に存在する。装置は、液が開口を通ってタンクから環境へ漏出するのを防止する手段をも含む。

基材を前記環境内から前記開口を介して前記装置へ移送できることが利点である。前記装置は、例えば、製造ラインのうち、平坦基材を製造するための部分として、または前記基材に例えばシリコンウェーハにおける集積回路のような構造を形成するための部分として利用することができる。

本発明装置の第１の特徴として、液が該液の表面張力及び／または毛管作用によって前記開口からの漏出を防止されるように、前記開口を狭く寸法設定することによって前記手段が実現する。

上記目的を達成する本発明装置の第１実施例は、開口が前記基材の厚さよりも僅かに（ｍａｒｇｉｎａｌｌｙ）広く、かつタンク壁の厚さよりも長い流路を画成していることを特徴とする。

上記目的を達成する本発明の第２実施例は、開口が前記基材の厚さよりも僅かに広く、かつ環境に向かって収斂する流路を画成していることを特徴とする。

本発明の第２の特徴として、前記手段がタンク内の液の上方に位置して前記環境内のガス圧よりも低い圧力のガスまたは混合ガスで満たされた部分から成る。本発明装置の好ましい実施例は、タンク内の前記部分と連通してガスを吸引することにより、タンク内のガス圧を低下させ、さらには開口付近の液圧を低下させるポンプを含むことを特徴とする。

本発明装置の第３の特徴として、前記手段が前記タンクに隣接する部屋から成り、前記部屋が前記基材を導入出するための開口を有し、前記部屋が前記環境内の圧力よりも高い圧力のガスまたは混合ガスで満たされていることを特徴とする。ウェーハは、前記環境から前記部屋を経て前記タンク内へ移送される。

本発明装置の第４の特徴として、前記タンクを処理チェンバ、例えば半導体ウェーハの気相エッチングを行う処理チェンバに隣接させることができる。この場合、ウェーハは前記環境内から前記タンクを経て前記処理チェンバへ移送される。このように構成すれば、処理チェンバを環境から隔離することによって、湿気、酸素、またはその他の気体がチェンバに流入するのを防止することができる。また、前記タンクを経て処理チェンバへウェーハを導入する作業は、比較的簡単なオートメーションシステムで行うことができる。好ましくは、一方のタンクを処理チェンバの導入口側に隣接させ、他方のタンクを前記処理チェンバの導出口側に隣接させる。前記処理チェンバとしては、エッチングシステム、ＲＴＰ−システム、ＥＰＩ−システムなど、前記基材の製造ラインの一部を形成するシステムが考えられる。

本発明装置の第５の特徴として、前記手段は、前記開口に向かってガス流を送るためのタンク外部に設けた手段から成る。本発明の好ましい実施例では、前記ガス流がＮ_２を含有する。他の実施例では、前記ガス流が前記開口において前記基材の表面で凝縮しない蒸気から成り、前記蒸気を、前記液と混合可能であり、かつ前記液と共に前記液単独の表面張力よりも低い表面張力を有する混合液を形成する物質から選択する。蒸気は、ＩＰＡ蒸気であることが好ましい。

本発明装置のさらに他の特徴として、前記装置は導入口及び導出口を有する。前記導入口を前記タンクの第１側壁に、前記導出口を前記タンクの他方の側壁にそれぞれ形成し、前記基板がほぼ水平に前記装置を通過するように構成することができる。他の実施例では、前記導入口を前記タンクの底壁に、前記導出口を前記タンクの頂壁にそれぞれ形成し、前記基材がほぼ垂直に前記装置を通過するように構成する。

本発明装置のさらに他の実施例は、タンクが前記液のための導入口及び導出口をも有し、この導出口が前記開口に近い位置を占め、前記手段が前記導出口と連通して液を吸引することにより、開口付近の液圧を低下させるポンプを含むことを特徴とする。

本発明は、第２の対象として、クリーニングまたはエッチング液で満たされたタンクに対して開口部を介して平坦な基材、特に半導体ウェーハを導入出する工程から成り、前記基材を湿式でクリーニングまたはエッチングする方法に係わる。本発明の方法は、タンク内の液面よりも下方に位置するように前記タンクに形成した開口を介して液面よりも下方のレベルにおいて基材をクリーニングまたはエッチング液に導入出することにより、前記開口を介して前記タンクから液が漏出することを特徴とする。

具体的には、少なくとも１種類のクリーニングまたはエッチング液で満たされているタンク内で基材を湿式でクリーニングまたはエッチングする方法は、
−気体環境内から前記タンクへ、前記液の表面よりも下方のレベルにおいて前記基材を導入し；
−前記液が前記タンクから漏出するのを防止しながらタンクから前記気体環境へ前記基材を導出する
工程から成る。

本発明の方法の一実施例は、タンク内の液の上方にガスが存在し、前記ガスをタンクから吸引することによってタンク内の圧力を低下させることを特徴とする。

本発明の方法の他の実施例は、タンクから液を吸引することによって開口付近の液圧を低下させることを特徴とする。

本発明の方法のさらに他の実施例は、タンク外側から前記開口に向かってガス流を送ることにより、前記ガス流で基材を乾燥させ、タンクから液が漏出するのを防止することを特徴とする。

平坦な基材を湿式でクリーニングまたはエッチングする本発明の方法は、気体環境内からクリーニングまたはエッチング液で満たされているタンクへ平坦な基材を移送する工程を含み、前記基材を導入口から前記タンクに導入し、液面よりも下方に位置する導出口を介して前記タンクから導出し、均一な速度で前記液中を通過させることによって、前記基材のほとんどすべての部分を同じ時間にわたって前記液に露出させることを特徴とする。

前記装置及び方法は、タンクを並置するのではなく、上下に重ねることを可能にする。このことは、クリーニングまたはエッチングシステムの占有スペースを著しく縮小しながら、しかも高い処理能力を維持する。また、クリーニングタンクを次の処理装置に隣接させることができる。本発明装置の占有スペースは、従来のウェットベンチが占めるスペースよりもはるかに狭い。しかも、本発明の装置及び方法は、高い処理能力を維持する。前記装置及び前記方法には、前記タンク内のクリーニングまたはエッチング液中を通過するウェーハの均一なクリーニングまたはエッチングを可能にするという利点もある。前記タンク内を均一速度で移動させることができるから、前記ウェーハの各部分を同じ時間にわたって前記クリーニングまたはエッチング液に露出させることができる。前記装置及び前記方法の他の利点として、前記タンク内のクリーニング液として化学薬品混合物の希釈液を使用することによって、前記タンクにおける前記クリーニングまたはエッチング工程後のリンス工程が不要となる。従って、ウェーハの処理時間を短縮し、処理能力を高めることができる。クリーニング溶液を、好ましくはＤＩ−水で、十分希釈すれば、クリーニングまたはエッチング後に超純水でリンスせずにそのまま乾燥させることができることはすでに公知である。かくして、ウェーハ表面に有害物質が残留しない。例えば希ＨＣｌをＤＩ−水でｐＨ２〜４に希釈した場合に特に有効である。約１／１／１０００の容積混合比で混合したＮＨ_４ＯＨ／Ｈ_２Ｏ_２／Ｈ_２Ｏで希釈したＳＣｌによるクリーニング工程も有効である。さらにオゾン処理水を使用してもこの目的を達成することができる。ウェーハのクリーニング／リンス処理を目的とするこのような化学薬品希釈液の利用については、ＩＭＥＣとＴｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓとの共有となっている本願と同時出願のＥＰ９６３０９１４５．９号「ウェーハの超純水リンスを必要としない化学浴からの直接乾燥方法」（Ｄｒｙｉｎｇ ｏｆ Ｗａｆｅｒｓ Ｄｉｒｅｃｔｌｙ Ｆｒｏｍ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｂａｔｈｓ ｗｉｔｈ Ｎｏ Ｕｌｔｒａ−Ｐｕｒｅ Ｗａｔｅｒ Ｒｉｎｓｅ）が詳細に記述している。

本発明の装置及び方法は、あらゆるタイプの平坦な基材のクリーニングまたはエッチングに利用できる。即ち、平坦なパネルディスプレイ基材、太陽電池基材、ガラス基材、金属プレート、またはプリント回路板は、それぞれに適した態様で実施した本発明装置によってクリーニングまたはエッチングできる。

本発明の装置及び方法の実施例を、添付の図面に沿って以下に説明する。

図１は、平坦な基材、特に半導体ウェーハを湿式でクリーニングまたはエッチングするための本発明装置の第１実施例を示す。装置１は、基材９の導入口及び導出口５，７を有するタンク３を含む。タンク３は、クリーニングまたはエッチング液１１を含み、例えばクリーンルームのような気体環境１３内に設置されている。導入出口は、液面１５よりも下方に存在する。導入出口５，７は、前記液の表面張力及び／または毛管作用の影響で液１１が流出できないように狭く形成されている。図２は、基材９がタンク３に一部挿入され、装置内をスライドする状態で該装置を示す水平断面図である。タンク３は、その内部の両側に基材を搬送するための案内スリット１７，１９を有する。

図３及び４には、漏れを極力防ぐように改良された形状の導入出口を示した。図３の実施例では、導入口５が傾斜角２１を有し、環境１３に向かって収斂している。導入口の周縁は、基材の厚さよりも僅かに広い間隙を形成している。図４の実施例では、導入口５がタンク３の壁厚以上に長く形成されている。

メニスカス２３の形状は、タンク壁材料の疎水性の程度によっても異なる。扁平基材９をタンク３に装入する過程で、タンク壁材料と液との接触角、即ち、表面張力が一定に保たれるようにタンク壁材料を処理しなければならない場合もある。

タンク壁は、前記液の毛管作用を高める材料で形成するのが好ましい。このような材料としてプラスチックを利用することができる。

タンク３は、図１から明らかなように液１１の上方に部分２５を有する。この部分２５には環境１３内の圧力よりも低い圧力のガスまたはガス混合物が満たされている。この低圧を維持するためには、部分２５にポンプ２７を接続してガスを吸引し、タンク内のガス圧を低下させ、次いで入出口付近の液圧を低下させればよい。これによってタンク３の導入出口５，７からの液の漏出も防止される。圧力は、導入出口から気泡が吸引されないように調節することが好ましい。部分２５内の圧力は、環境１３の圧力よりも例えば２〜３ミリバール低ければよい。部分２５内の好ましい圧力は、導入出口５，７から液面までの高さに応じて異なる。

図５は、本発明装置の第２実施例を示す。この実施例の場合、装置３１は開口３９に向かってガス流３７を送って基材４１を乾燥させるとともに、タンク３５からの液４３の漏出を防止する手段３３をタンク３５の外部に備えている。導出口４７の付近に同様の手段４５を設けてもよい。図６に示す場合には、ＩＰＡ蒸気を使用する。前記手段として、場合によっては他のガスと混合したＩＰＡから成る蒸気をブローする管４９を利用することができる。タンクの導入口及び／または導出口の雰囲気を前記蒸気で飽和させることができる。タンクの導出口に蒸気流５１を作用させることによって、基材４１を乾燥状態で取り出すことができる。導出口における表面張力を変化させるのにマランゴニ効果（Ｍａｒａｎｇｏｎｉ ｅｆｆｅｃｔ）を利用する。

図７に示す場合には、ＩＰＡ蒸気ではなくＮ_２を使用する。Ｎ_２ブローそのものに乾燥効果がある。従って、基材の乾燥にはＮ_２ブローの力を利用するかマランゴニ効果を利用するか、この両者の効果を併用するか任意に選択すればよい。

本発明装置の性能を高める手段として、毛管作用を利用することによって導入出口に圧力を低下させるという手段も考えられる。そのためには、垂直方向の隔壁を利用して毛管作用を発生させ、これによって液をタンク内に保持すればよい。この方式を本発明装置の第３実施例として図８に示した。タンク５５内に設けた隔壁５７が毛管作用を助長し、導入出口５９，６１付近における液圧を低下させる。

この実施例の変更態様として、（図示しないが）幅が僅か数ミリメートルの毛管規模のタンクを使用する方式が考えられる。基材をタンク内で処理する際に、幅が僅か数ミリメートルの線状の液が基材と接触することになる。他の変更態様として、高さが僅か数ミリメートルのタンクを使用し、毛管作用で液がタンク内に保持されるようにする方式が考えられる。

さらに他の実施態様として、ポンプを利用して出口及び入口と環境との間に小さい差圧を発生させる方式も考えられる。この実施態様を図９に示した。タンク６１は、クリーニング液またはエッチング液６７の入口６３及び出口６５を有する。図示のように垂直板６９を挿入することによって液流を案内する。ポンプ７５を出口に連結して液を吸引することによって、出口付近の液圧を低下させる。板６９を基材７７に充分接近させると、基材表面付近における液の流速が新鮮な液の供給を促進するのに充分な流速となる。

以上に述べた実施例では、導入口がタンクの一方の側壁に、導出口が他方の側壁にそれぞれ形成され、基材がほぼ水平に装置を通過する。導出口だけが液面よりも下方に位置して液と接触し、導入口は液と接触しないように構成してもよい。（図示しないが）導入口をタンクの底壁に、導出口をタンクの頂壁にそれぞれ形成し、基材がほぼ垂直に装置を通過するように構成することも可能である。

本発明装置の他の実施例では、前記タンク８０に部屋８１を隣接させる。前記部屋８１は、前記基材の導入出口を有し、前記部屋８１には前記環境内の圧力よりも高い圧力のガスまたはガス混合物が満たされており、タンク８０内の前記液の上方における圧力は、前記環境の圧力と等しいか、またはそれよりも低い。前記部屋８１の導入出口は、前記タンク８０の導入出口と同じ高さに位置することが好ましい。

前記部屋８１に連結管８２を設け、好ましくはガス流を前記環境の圧力よりも高い圧力に維持することによって、部屋８１内に過圧を発生させる。

図面に沿って本発明の実施例を以上に説明したが、本発明は図示の実施例に限定されるものではない。即ち、本発明は請求の範囲を逸脱しない限り、図示例以外の実施態様をも包含する。例えば、装置を傾斜させることによってタンクの導入口の機能を改善し、タンクへの基材導入を容易にすることができる。この実施態様を図１０に示した。このように実施すれば、基材を装置に導入しながら導入口にマランゴニ乾燥効果などを作用させる必要がなくなる。

本発明装置の第１実施例を示す垂直断面図である。 第１実施例を示す水平断面図である。 第１実施例における導入口付近の詳細を示す垂直断面図である。 前記導入口付近の他の実施態様を示す垂直断面図である。 本発明装置の第２実施例を示す垂直断面図である。 第２実施例を示す水平断面図である。 別のガスを利用する状況を示す説明図である。 本発明装置の第３実施例を示す垂直断面図である。 本発明装置の第４実施例を示す垂直断面図である。 第１実施例の他の取り付け態様を示す垂直断面図である。 過圧部屋を隣接させた本発明装置の特殊な実施例を示す垂直断面図である。

Claims (12)

1. 平坦な基材のための開口を有するタンクを含み、前記タンクが少なくとも１種類のクリーニングまたはエッチング液を収容して環境内に設置され、前記開口が液面よりも下方に位置している、前記基材の湿式クリーニングまたはエッチングのための装置において、前記環境が主としてガスまたは混合ガスから成り、前記装置が前記タンクの開口から前記環境へ前記液が漏出するのを防止する手段を含み、
   前記液が漏出するのを防止する手段が、前記液の上方に位置し、前記環境内の圧力よりも低圧のガスまたは混合ガスで満たされる前記タンクの第２部分から成る手段を含み、
   前記液が漏出するのを防止する手段が、毛管作用を助長して開口付近の液圧を低下させるためのタンク内部に設けた隔壁から成る手段をさらに含むことを特徴とする装置。
2. 前記液が漏出するのを防止する手段が、タンクの前記第２部分と連通してガスを吸引することにより、前記第２部分内のガス圧を低下させ、さらには開口付近の液圧を低下させるポンプを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記液が、化学薬品希釈液であることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
4. 前記液が漏出するのを防止する手段が、前記開口に向かってガス流を送るためにタンクの外部に設けた手段をさらに含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記ガス流が、混合ガス流中の１成分としてＮ２を含むことを特徴とする請求項４に記載の装置。
6. 前記ガス流が、前記開口において前記基材の表面で凝縮しない蒸気から成り、前記蒸気を、前記液と混合可能であり、かつ前記液と共に前記液単独の表面張力よりも低い表面張力を有する混合液を形成する物質の群から選択したことを特徴とする請求項４に記載の装置。
7. 前記蒸気が、ＩＰＡを含むことを特徴とする請求項６に記載の装置。
8. 前記開口が、導入口及び導出口を有し、前記導入口が前記タンクの第１側壁に形成され、前記導出口が前記タンクの第２側壁に形成され、前記基材がほぼ水平に前記装置を通過することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。
9. 前記開口が、導入口及び導出口を有し、前記導入口が前記タンクの底壁に形成され、前記導出口が前記タンクの頂壁に形成され、前記基材がほぼ垂直に前記装置を通過することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。
10. 前記平坦な基材が、半導体ウェーハであり、前記環境がクリーンルームであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の装置。
11. 少なくとも１種類のクリーニングまたはエッチング液で満たされているタンク内で平坦な基材を湿式でクリーニングまたはエッチングする方法において、前記方法が、
    −気体環境内から前記タンクへ、前記液の表面よりも下方のレベルにおいて前記基材を導入し；
    −前記液が前記タンクから漏出するのを防止しながらタンクから前記気体環境へ前記基材を導出する
    工程から成り、
    前記タンク内の前記液の上方にガスが存在し、前記ガスが前記タンク外に吸引されることによって前記タンク内の圧力が低下すること、および
    前記タンクが、毛管作用を助長して開口付近の液圧を低下させるためのタンク内部に設けた隔壁を備えることを特徴とする前記方法。
12. タンクの外側から前記開口へ向かってガス流を送ることにより、前記ガス流で基材を乾燥させ、タンクから液が漏出するのを防止することを特徴とする請求項１１に記載の方法。

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