JP4903992B2

JP4903992B2 - 半導体基板の洗浄及び乾燥システム及びそれを利用した洗浄及び乾燥方法

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Publication number: JP4903992B2
Application number: JP2004311059A
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Inventors: 奇丸朴; 鐘国宋; 模 ▲げん▼ ▲そう▼; ▲せい▼ 豪 ▲そう▼; 善宰李; 平浩林; 東 ▲いく▼ ▲そう▼
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Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2003-10-28
Filing date: 2004-10-26
Publication date: 2012-03-28
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Description

本発明は半導体製造装置に係り、より具体的には、半導体基板の洗浄及び乾燥システムとそのシステムを利用した洗浄及び乾燥方法に関する。

ウェーハ基板上にアレイ形態で配列されている半導体素子を製造する間に、ウェーハは幾つかの化学処理を受ける。前記化学処理は半導体素子を形成する間にウェーハが経る数多くの工程段階の形態として現れるが、例えば所定の物質層を形成し、処理し、除去する工程、フォトリソグラフィ工程などがこれに含まれる。特定段階以後には、不要な粒子が基板上に残留することがあり、このような残留物は後続工程に悪影響を及ぼしうる。したがって、現在の半導体製造工程では、このようなパーティクルを除去するために半導体基板を洗浄した後、乾燥させる。広い意味の洗浄工程にはリンス工程が含まれる。

ウェーハを洗浄する工程では、脱イオン水及び／またはＳＣ１のような商業的に販売される洗浄液を一般的に使用する。基板を乾燥する場合には、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ：Ｉｓｏｐｒｏｐｙｌａｌｃｏｈｏｌ）を通常的に使用する。しかし、ＩＰＡが主となる物質を使用する乾燥工程では、一般的にパーティクル及びすかしを残す問題点がある。ＩＰＡが主となる物質を使用する乾燥工程を改善するために、マランゴニ技術といわれる乾燥技術が広く使われるようになった。

マランゴニ技術では、ウェーハを脱イオン水のバスから徐々に持ち上げるか、または脱イオン水のバスを徐々に排水させる。この場合に、露出されたウェーハはＩＰＡ蒸気中に浸かる。ＩＰＡ蒸気の濃度は脱イオン水バスとの界面で最も高いために、この領域では結果的に脱イオン水の表面張力が低い。これによって、水の表面から遠く離れている脱イオン水バスの領域ではマランゴニフローと呼ばれる現象が現れ、その結果、ウェーハの表面を乾燥させる。このようなマランゴニ技術を使用すれば、ウェーハからパーティクルを除去するのには多少効果的であるが、前記のように排水を徐々に行うためにスループットが急激に減少するという問題点がある。例えば、１２インチウェーハの場合に、排水時間は約２２５秒程度になる。その上、マランゴニ技術を利用すれば、すかしが基板上に残留する場合もある。

パーティクル除去の効率性とＩＰＡ蒸気によってすかしが生じる問題を改善するために、処理チャンバ内に加熱された窒素ガスを導入することもできる。このような技術は特許文献１に開示されているが、前記特許は参照によって本明細書に結合される。図１にはこのような接近法を適用して、加熱された窒素ガスをソースとして使用してウェーハ処理チャンバの中にＩＰＡ蒸気を流入する過程を説明するためのシステムが概略的に示されている。図１を参照すれば、窒素ガスソースから弁１１を通じて提供される窒素は加熱器１２で加熱された後、弁１５Ａを通じてＩＰＡ溶液入れているタンク１０の中に流れる。加熱器１２によってＩＰＡ溶液の一部は加熱されてタンク内で蒸気になる。加熱された窒素ガスの圧力によって窒素及びＩＰＡガスの混合物は弁１５Ｃを通じて流れて処理チャンバ２０の中に流入される。混合ＩＰＡ／Ｎ_２ガスは処理チャンバ２０内に流入されてＩＰＡによる汚染除去工程が進む。この段階の間に、弁１５Ｂは閉じられている。次に、パージ段階では、ウェーハ上に残留する凝縮されたＩＰＡを蒸発させるために、弁１５Ａ及び１５Ｃは閉じ、他の弁１５Ｂは開放して加熱された窒素を直接処理チャンバ内に流入させる。

パーティクルとすかしが除去されることを保証するためには、ＩＰＡ汚染除去段階を進める間にＩＰＡガスに対する窒素ガスの比率が決定的な要素になるが、なぜなら前記比率が素子の収率と関連があるためである。しかし、汚染除去段階ではＩＰＡガスに対する移送媒体として窒素ガスのみを唯一に使用するために、このような比率を制御することは通常的な接近法内に制限される。
米国特許第６,３２８,８０９号公報

本発明が解決しようとする技術的な課題は、無欠陥の表面処理工程（洗浄及び乾燥）可能な装置を提供することである。

本発明が解決しようとする他の技術的な課題は、化学溶液処理工程、リンス工程及び乾燥工程を共に実施できる装置を提供することである。

本発明が解決しようとするさらに他の技術的課題は、無欠陥の表面処理(洗浄及び乾燥)方法を提供することである。

本発明は半導体ウェーハを洗浄、汚染除去及び乾燥するためのシステム及び方法についてのものであるが、本発明によれば、洗浄用流体に対する乾燥用流体の比率、例えばＩＰＡ蒸気に対する窒素蒸気に対する比率に対する制御をより改善することによって、収率を向上させうる。その上、工程のスループットを向上させ、洗浄、汚染除去及び乾燥段階を進める間にパーティクル及びすかしをより効率的に除去するために急速ドレイン工程を使用する。

本発明の一実施形態は半導体ウェーハを処理するためのシステムに対するものである。前記システムは乾燥用流体の第１供給のための第１インレットを具備する。そして、乾燥用流体の第２供給のための第２インレットも具備する。乾燥用流体の第２供給による供給率と乾燥用流体の第１供給による供給率とは相互独立的である。汚染除去用の流体タンクは供給される汚染除去用の流体を貯蔵しており、前記汚染除去用の流体タンクは、乾燥用流体の第２供給によって供給される乾燥用流体を収容するためのインレットを有し、そして乾燥用流体の第２供給による供給率に基づいて定められる比率で汚染除去用流体を供給するためのアウトレットを有する。また、第１加熱器を介して前記第１供給から前記乾燥用流体のみを供給する第１経路と、動作温度が前記第１加熱器よりも低い第２加熱器を介して前記第２供給から前記乾燥用流体のみを供給する第２経路と、前記汚染除去用流体タンクにカップリングされて前記汚染除去用流体を供給する第３経路と、前記第２経路および前記第３経路のうちの選択された経路と前記第１経路とがカップリングされた第４経路と、を有する。前記第４経路にカップリングされた処理チャンバには洗浄されて乾燥されるウェーハがハウジングされている。前記処理チャンバは乾燥用流体の第１供給によって供給される乾燥用流体と汚染除去用流体の供給によって供給される汚染除去用流体とを同時に収容するためのインレットを有する。

前記乾燥用流体の第１供給及び前記乾燥用流体の第２供給では、例えば窒素ガスが供給されうる。前記システムには前記第１供給を通じて供給される乾燥用流体を加熱するための第１加熱器が前記第１インレット及び前記処理チャンバ間に具備されうる。前記システムには前記第２供給を通じて供給される乾燥用流体を加熱するための第２加熱器が前記第２流入口及び前記処理チャンバ間に具備されうる。

前記システムには汚染除去用流体タンクにカップリングされており、タンク内部の汚染除去用流体を加熱するための第３加熱器が具備されうる。タンク内部にある汚染除去用流体の一部は前記第３加熱器によって加熱されて液体から蒸気になり、そして前記汚染除去用流体の蒸気は前記乾燥用流体の第２供給によって供給される乾燥用流体によって前記汚染除去用流体タンクのアウトレットを通じて移送される。前記汚染除去用流体タンクのインレットは前記液体より低く前記乾燥用流体の第２供給を通じて供給される乾燥用流体を収容するための第１インレットと前記液体より高く前記乾燥用流体の第２供給を通じて供給される乾燥用流体を収容するための第２インレットとを含みうる。

前記システムには前記処理チャンバのインレットに順次にカップリングされているラインにカップリングされており、前記処理チャンバの中に放出される以前に前記乾燥用流体の第１供給を通じて供給される乾燥用流体と、前記汚染除去用流体の供給を通じて供給される汚染除去用流体とを加熱するための第４加熱器が具備されうる。

前記処理チャンバで前記乾燥用流体の第１供給を通じて供給される乾燥用流体と、前記汚染除去用流体の供給を通じて供給される汚染除去用流体とは蒸気状態であることが望ましい。

前記乾燥用流体の第１供給を前記汚染除去用流体タンクに選択的にカップリングさせるためのカップリングチューブが具備されうる。その上、前記乾燥用流体の第２供給を直接的に前記処理チャンバに選択的にカップリングさせるためのカップリングチューブが具備されうる。また、前記第１インレットを前記第２インレットにカップリングさせるためのカップリングチューブも具備されうる。

前記処理チャンバはドレインをさらに含むことができ、そしてバッファタンクは前記処理チャンバのドレインにカップリングされている。一実施形態では、前記ドレインは複数のドレインで構成されることがあり、そして前記複数のドレインが前記バッファタンクにカップリングされていることがある。前記複数のドレインは、例えば前記処理チャンバの急速ドレインを保証するための幅、例えば約５０秒より短時間、または、例えば約７〜１７秒範囲以内の時間に進む急速ドレインを保証するための幅を有しうる。前記複数のドレインは、前記処理チャンバがドレインされることによって前記処理チャンバからドレインされる流体の上面が平らになることを保証できるように、前記処理チャンバ内で離隔されてる。前記バッファタンクは前記処理チャンバの体積と同様か、さらに大きい体積を有することが望ましい。

前記第１乾燥用流体の供給率を制御するための第１供給率制御器と前記第２乾燥用流体の供給率を制御するための第２供給率制御器とが提供されうるが、前記第１乾燥用流体の供給率と前記第２乾燥用流体の供給率とが相互独立的になるように前記第１及び第２供給率制御器は相互独立的に動作する。

前記処理チャンバは前記処理チャンバ内で前記汚染除去用流体と前記乾燥用流体の層流を提供するように前記処理チャンバの内部に分布されている複数の排気ポートをさらに含みうる。

本発明の他の実施形態は半導体ウェーハを処理する方法についてのものである。第１乾燥用流体が供給され、そして第２乾燥用流体がさらに供給される。第１乾燥用流体の供給率は第２乾燥用流体の供給率に対して独立的である。供給される汚染除去用流体は汚染除去用流体タンクに貯蔵される。前記汚染除去用流体タンクは供給される前記第２乾燥用流体を収容するためのインレットを有し、そして前記供給される第２乾燥用流体の供給率に基づいて決定される比率で前記汚染除去用流体を供給するためのアウトレットを有する。前記第１供給から第１加熱器を介して第１経路を通じて前記乾燥用流体を供給し、当該流体と、動作温度が前記第１加熱器よりも低い第２加熱器を介して前記第２供給から第２経路を通じて供給された前記乾燥用流体および第３経路を通じて供給された前記汚染除去用流体のうちの選択された流体とを第４経路に同時に供給する。処理チャンバの内部に含まれている半導体ウェーハの汚染を前記第４経路から供給された流体で除去するように前記第１乾燥用流体と前記汚染除去用流体とは処理チャンバに同時に供給される。

前記第１乾燥用流体と前記汚染除去用流体とを前記処理チャンバに同時に供給する前に、前記半導体ウェーハを洗浄するために前記半導体ウェーハを入れている前記処理チャンバの中に洗浄用流体、例えば脱イオン水が供給される。次に、前記洗浄用流体は前記処理チャンバから急速にドレインされるが、例えばバッファタンクにドレインされうる。

望ましい実施形態では、前記第１乾燥用流体と前記汚染除去用流体とを前記処理チャンバに同時に供給する前に前記洗浄用流体は完全にドレインされる。

前記第１乾燥用流体と前記汚染除去用流体とを前記処理チャンバに同時に供給した後には、前記半導体ウェーハを乾燥させるために乾燥用流体、例えば窒素ガスが前記チャンバの中に供給される。

明細書及び請求項全体を通じて、“流体”という用語はその歴史的な定義と一致するように使われているが、したがって前記流体という用語は物質のいかなる非固体的な状態、例えばガス、蒸気及び液体状態が含まれる。

本発明による洗浄及び乾燥装置は、個別的に温度及び／または流量が調節されて２つの分離したガスラインを含むために、ＩＰＡ蒸気の濃度を容易に調節でき、最終乾燥時には十分な量の乾燥ガスを供給できる。また、化学溶液処理、リンス及び乾燥が１つの装置で効果的に実施されうるように装置の各構成要素が設置されている。したがって、本発明による装置を使用して半導体ウェーハに対する無欠陥の表面処理方法を実現できる。

図２には、本発明による洗浄及び乾燥システムに対するブロックダイアグラムが示されている。前記システムはその内部で半導体ウェーハに対する洗浄、汚染除去及び乾燥工程が実施される処理チャンバ１００、ウェーハを洗浄するための流体を供給する脱イオン（ＤＩ：ｄｅＩｏｎＩｚｅｄ）水ソース１０１、ウェーハの汚染を除去して乾燥させるための流体を供給するＩＰＡソース１０２及び窒素ソース１０４を含む。洗浄段階を実施した後には、“急速ドレイン”工程を使用して、バッファタンク２２０として使用した洗浄用流体を処理チャンバ１００から複数のドレインライン２１８（図５参照）を通じて急速にドレインさせる。急速ドレイン工程については後述する。バッファタンク２２０はドレインライン２２４を通じて使用した洗浄用流体を放出し、前記使用した洗浄用流体は廃棄物処理施設で処理する。その上、例えば排気ポート２１７（図５参照）のような所でＩＰＡガスのような有機ガスが処理チャンバ１００から排気されて、火災防止及び有毒性物質の排出防止のためにスクラバー２２５で処理される。

以下、ウェーハ処理工程について図９のフローチャートをさらに参照して詳細に説明する。洗浄及び乾燥工程を始めるために、被処理ウェーハを処理チャンバ１００内にローディングする。エッチング化合物のような以前工程で使用した化合物を除去するために洗浄工程を行う。ウェーハをチャンバ内にローディングさせる以前に、またはその後にソース１０１によって脱イオン水がチャンバ内から前記ウェーハが水につかる程に流入される。一実施形態では、前記洗浄用脱イオン水流体はフッ化水素−緩衝脱イオン水を含みうる。その代りに、ＳＣ１のような商業的な洗浄溶液を使用することもできる。脱イオン水の流入は継続して処理チャンバが溢れるようにし、その結果、ウェーハの表面を完全に洗浄する（段階４０２）。

その後、例えば設置されているドレインチューブのような、後述する“急速ドレイン”装置を使用して、約５０秒未満の時間に、望ましくは、約７〜１７秒内に短時間に処理チャンバ１００から脱イオン水を急速にドレインさせる（段階４０４）。急速ドレインが円滑に行われるように、処理チャンバ１００の下部に位置するバッファタンク２２０の中に、複数の広く、均等に分布されている、ドレインアパーチャを通じて脱イオン水が排出される。バッファタンク２２０はドレインされた脱イオン水がドレインライン２２４を通じて適切に廃棄されるまで前記ドレインされた流体を一時的に貯蔵する。

汚染除去段階では、処理チャンバ１００の蓋が閉じられ、処理チャンバ１００のガス排気ポートが開放され（段階４０６）、そしてソース１０２から加熱されたＩＰＡ蒸気が処理チャンバ１００に伝達されてウェーハ乾燥工程を開始し、そしてウェーハの表面から汚染物質、例えばパーティクルの形態で残留している汚染物質も除去する（段階４０８）。一実施形態では、前記加熱されたＩＰＡ蒸気１０２は約９０秒間流れる。前記ＩＰＡ蒸気は窒素１０４（図２）をキャリア蒸気として使用して処理チャンバ１００（図２）に伝えられる。本発明では、前記処理チャンバが最適のＩＰＡ対窒素比率を維持するように、言い換えれば、ウェーハの洗浄、乾燥及びウェーハからのすかしの除去に最適になるように、汚染物質を除去する間に窒素蒸気の流量を正確に制御する。

一実施形態では、ＩＰＡ蒸気を移送させるのに使われる“キャリア”窒素蒸気の流れに追加して、前記チャンバ１００内での適切なＩＰＡ対窒素の比率を保証するために第２の、独立的な窒素ガスのソースから窒素ガスを前記工程チャンバ１００内に提供することによって、窒素蒸気の流量比を制御する（段階４０８）。このような第２窒素ソースは後では“パージ用”窒素蒸気と呼ばれるが、なぜなら後続乾燥段階の間に前記処理チャンバをパージするのに前記第２ソースから供給される窒素ガスを後ほど任意的に使用できるためである。しかし、後述のように、第１ソース、または“キャリア”窒素ソースを後続乾燥段階でも使用できるという点に留意しなければならない。後述するように、汚染除去段階の間に最適化されたＩＰＡ対窒素比率を作るだけでなく、ウェーハからパーティクルを除去するのに適した結果を得られるように洗浄段階の間に脱イオン水を急速にドレインすることが重要である。

汚染除去段階での汚染除去用のＩＰＡ蒸気は洗浄用流体の急速−ドレインが進む間に流入させるか、望ましくは前記急速ドレイン工程が終了した後で流入させる。実験結果によれば、急速ドレイン工程を終了した後でＩＰＡを流入させれば、ウェーハ上にさらに少ないパーティクルが残留するということが分かった。汚染除去段階の間には、処理チャンバ１００からバッファタンク２２０に連結される複数のドレインラインが開放された状態にある。その上、後述するように、この段階の間には処理チャンバ内の複数のガス排気ライン２１７も開放されている。複数のガス排気ラインの動作についてはさらに詳細に後述する。

次いで、ウェーハを乾燥させるように加熱された窒素蒸気、例えば第２窒素蒸気ソースから供給される加熱された窒素蒸気がウェーハ上にスプレーされる（段階４１０）。一例で、前記窒素の流れは約３００秒間活性化される。そして、この段階の間には、チャンバ内部の圧力を均一に維持し、それと同時にチャンバ内部からＩＰＡを除去するために、ガス排気ラインだけでなく処理チャンバ１００からバッファタンク２２０に連結される複数のドレインラインが開放され続けている。

次いで、処理チャンバ排気ライン及びドレインラインが閉じられる。そして、チャンバの蓋を開放した後、前記洗浄及び乾燥工程が完了したウェーハをチャンバからアンローディングする。

図３には、本発明によって半導体ウェーハを洗浄して乾燥するための第１洗浄及び乾燥システムの概略的なブロックダイアグラムが示されている。本実施形態で、第１窒素ガスの流れは第１窒素ソース１０４Ａから提供される。第１窒素ソースから提供される窒素ガスの流量比は第１質量フロー制御器（ＭＦＣ：ＭａｓｓＦｌｏｗＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）１８３によって制御されるが、前記制御器では適した流量を維持するために電気信号を使用する。

第１窒素ソースから提供される制御された窒素ガスの流れは適切な温度まで第１加熱器１０６Ａで加熱される。第２窒素ソース１０４Ｂから第２窒素の流れが提供される。第２窒素ソース１０４Ｂから提供される窒素ガスの流量は第２ＭＦＣ１８２によって制御される。第２窒素ソースから提供される制御された第２窒素ガスの流れは適切な温度まで第２加熱器によって加熱される。ＩＰＡソース１０２はＩＰＡタンク１２０にカップリングされている。ＩＰＡ溶液がタンク１２０に流入される前に、ＩＰＡ溶液を浄化するためにフィルタ１２６が提供される。弁１８５はＩＰＡ溶液の流れがＩＰＡタンク１２０まで到達することを可能とする。

液体形態のＩＰＡ溶液はＩＰＡタンク１２０の底に溜まる。ＩＰＡタンク１２０の底部に位置する加熱器１２２はＩＰＡ溶液の一部を蒸発させて前記溶液の上部に留まるＩＰＡ蒸気を生成させる。

前記のように、ＩＰＡを主な媒体とする汚染除去工程を進める間に、ＩＰＡタンク１２０内に位置するＩＰＡ蒸気は加熱された窒素ガスの第１フロー１０４Ａ、すなわち“キャリア”窒素の供給によって処理チャンバ１００内に移送される。この段階の間に、弁１１２及び１１６は開放され、他の弁１１４は閉じられる。加熱器１０６Ａによって加熱された窒素ガスは弁１１２を通じてＩＰＡタンク１２０の中に流れるが、ここで流入された窒素ガスはタンク１２０内のＩＰＡ蒸気と反応する。そして、流入される窒素蒸気によってＩＰＡ蒸気は弁１１６を通じて、処理チャンバ１００内に移送される。処理チャンバ１００中に流入される前に、ライン１９１から供給される窒素とＩＰＡ蒸気とが混合した媒体をライン加熱器１３０が所定温度まで加熱する。前記ライン加熱器１３０は任意的な構成要素である。前記ライン加熱器は、例えば前記ガスラインを取り囲む石英プレート／加熱コイル／石英プレートを含んで構成された加熱器でありうる。前記ライン加熱器１３０は、半導体製造工程の信頼性を向上させるために、処理チャンバ１００内に入るガスの温度を維持させる役割をする。

ＩＰＡを主な媒体とする汚染除去工程が進む間に、処理チャンバ１００内に入るＩＰＡ対汚染除去用蒸気の比率を正確に制御するために、前記工程と同時に、前記では“パージ用”窒素ソースと呼んだ、第２窒素ソース１０４Ｂからライン１９３から供給される加熱された窒素の第２ソースが提供される。前記のように、適切な比率を保証するために、前記第２窒素ソースから供給される窒素ガスの流量は、例えば第２ＭＦＣ１８２によって、正確に制御される。ライン１９３で第２ソース１０４Ｂから提供される蒸気もライン加熱器１３０によって加熱されるが、前記ライン加熱器１３０では前記蒸気がライン１９１から提供される窒素／ＩＰＡ蒸気の混合物と混合する。ライン１９１及び１９３を通じて第１及び第２蒸気ソースから提供される流体はライン１９５を通じて処理チャンバ１００に提供される。

望ましい実施形態では、前記提供される蒸気はライン加熱器１３０によって加熱されて、ライン１９５で約１３０℃の温度に噴出される。それと同時に、第１加熱器１０６Ａは動作して第１ソース１０４Ａから提供される窒素ガスを約１００℃〜１２０℃の温度に加熱し、第２加熱器１０６Ｂは動作して第２ソース１０４Ｂから提供される窒素ガスを約１３０℃〜１５０℃の温度に加熱し、ＩＰＡタンク加熱器１２２は動作して前記タンクの内部にあるＩＰＡ溶液を約５０℃〜７０℃の温度に加熱する。第１加熱器１０６Ａの動作温度は第２加熱器１０６Ｂの動作温度よりも低いことが望ましいが、なぜならＩＰＡタンク１２０から供給されるＩＰＡ蒸気の伝達率を正確に制御するためにはより低温が要求されるためである。

前記のように、乾燥段階が進む間に、凝縮されてウェーハ上に残留するＩＰＡを除去するために、加熱された窒素ガスは直接処理チャンバ１００内に流入される。この段階間に、弁１１２及び１１６は閉じられ、他の弁１１４は開く。この段階のために、任意的であるが、第２“パージ用”窒素ソース１０４Ｂ及び第１窒素ソース１０４Ａから共に窒素を供給するか、または第１窒素ソース１０４Ａに代わって第２“パージ用”窒素ソース１０４Ｂだけから窒素を供給することもある。

加熱された窒素ガスをＩＰＡタンクの中に流入させるための任意的な構成要素であって、二重流入ポート１２４Ａ、１２４Ｂが提供されうる。第１ポート１２４Ａは前記タンクの内部にあるＩＰＡ溶液の表面より高い所に位置して、前記のような、前記溶液の表面上部にあるＩＰＡ蒸気に対する圧縮移送メカニズムに寄与する。第２ポート１２４Ｂは前記ＩＰＡ溶液の表面より低くてＩＰＡタンクに流入されてＩＰＡ溶液と直接混ざるか、発泡作用をすることによって、ＩＰＡ溶液との反応をさらに活性化させる。このような方法で窒素キャリア蒸気とＩＰＡ溶液との相互作用が強化される。

図４には、本発明によって半導体ウェーハを洗浄して乾燥するための第２洗浄及び乾燥システムの概略的なブロックダイアグラムが示されている。本実施形態は構造及び動作においては図３を参照して前記した第１実施形態の構造及び動作と類似している。しかし、本実施形態では第２ソースで加熱された窒素ガスを提供するライン１９３と、ＩＰＡタンク１２０の流入ポート１２４Ａ、１２４Ｂ間に付加的なフローライン１３４とが連結されている。このフローライン１３４を通じては、第２窒素ソース１０４ＢがＩＰＡタンクに対する“キャリア”蒸気ソースとしての役割ができるが、例えばシステムの動作を中断させずにも第１ＭＦＣ１８３または第１加熱器１０６Ａに対する整備を可能にできる。この場合に、弁１３０は閉じられ、他の弁１１３も閉じられ、さらに他の弁１２８は開く。同時に、ライン１９１でＩＰＡ／窒素混合物と混合した後で、ライン加熱器１３０を通じて流れを開始するように弁１１４を開放することによって、第１ソース１０４Ａから窒素ガスは直接処理チャンバ１００内に供給されうる。したがって、この例では、第１及び第２窒素ソース１０４Ａ、１０４Ｂの役割が一時的に反対になって、第１ＭＦＣ１８３及び／または第１加熱器１０６Ａの整備を可能にする。

その上、前記第２実施形態では第１及び第２窒素ソース１０４Ａ、１０４Ｂを連結させる任意的なライン１８７とそれに連結された弁１８７ａがさらに提供されうる。もちろん、第１及び第２窒素ソース１０４Ａ、１０４Ｂは相異なる独立的なソースとして示されているが、実はそれらは２個のアウトレットを有し、例えば第１及び第２ＭＦＣ１８３、１８２によってそれぞれのアウトレットでの流れを独立的に制御できる１つの共通したソースで構成されていることがある。この場合に、前記ＭＦＣ１８３、１８２によって合わせられた流量を提供できる程度の十分に大きい圧力を、前記共通ソースは維持しなければならない。

図５には、本発明によって、チャンバの急速ドレインを提供するためのドレインシステムが含まれている処理チャンバ１００に対するブロックダイアグラムが示されている。処理チャンバ１００は一回に複数のウェーハ、例えば５０個の半導体ウェーハ２１２を処理できるバス２１０を具備する。前記ウェーハはサポート２１４によって支持される。前記バス２１０の底領域２１６には複数のドレイン用の開口２１９が提供される。複数の排気ポート用の開口２１７も提供される。前記バス２１０から、例えば脱イオン水のような流体の急速なドレインが行われるようにそれぞれのドレイン用の開口２１９は断面積が相対的に広い。ドレイン用の開口２１９は複数のドレインライン２１８に連結されているが、前記ドレインラインは放出される流体をバッファタンク２２０の中に急速に移送させる。前記バッファタンク２２０は前記バスにある流体全部を一回に何れも収容できるように少なくとも前記バス２１０の体積と同じサイズの体積を有することが望ましい。

複数のドレイン用の開口２１９及び複数のドレインライン２１８は前記バス２１０の底面２１６を横切って分布されていることが望ましい。このような構成はドレインが進む間にドレインされる流体が水平を維持することを保証することによって、結果的には前記ドレイン用の開口２１９に対する前記バス２１０の内部で前記ウェーハが置かれている位置に関係なく、前記バスで処理される複数のウェーハが同じ時間の間、露出されることを保証する。このような特性によって、１つのドレインを使用する場合には、相異なるウェーハに対して相異なる露出時間、すなわち前記ドレインに対する前記ウェーハの位置に相応して前記露出時間を異ならせるじょうご現象を克服できる。

同様に、前記バス２１０内で汚染除去及び乾燥用蒸気の均一な流れ、すなわち層流を保証するように前記複数の排気ポート２１７が前記バス内に具備される。急速ドレイン工程に次いで、汚染除去段階を行うためにＩＰＡ及び窒素ガスを流入させる場合、前記複数の排気ポート２１７は開いて汚染除去用の蒸気を前記ウェーハを横切って均一に流す。このような構造によれば、１つの排気ポートを使用する時に現れる問題点、例えばエディフローによって、バス内部の特定領域に蒸気の流れが集中するような問題点を防止できる。望ましい実施形態では、前記汚染除去段階及び乾燥段階が進む間には、前記排気ポート２１７は引き続き開いており、前記急速ドレイン段階の間には必要な場合にのみ任意的に開かれうる。

このような方法で、本発明は半導体製造工程の生産性を向上させる。生産性を向上させるために、本発明では急速ドレイン工程を使用することによって脱イオン水のドレイン時間を急激に短縮させる。そして、汚染除去段階の間にＩＰＡガスに対する窒素ガスの比率を正確に制御することによって、急速ドレイン工程の結果物としてウェーハ上に残留しうるすかしを効果的に除去できる。このような方式で、本発明によれば、高いレベルの工程に適するだけでなく、処理量も増加する。

図６には、本発明によって残留するパーティクルの密度を窒素蒸気の流量に対する関数として示すグラフが示されている。実験は汚染除去段階の効率性を調べるために実施したが、前記実験では処理チャンバ１００の中に流入される汚染除去用の流体でのＩＰＡ対窒素の比率に対する制御を効果的にするために加熱された窒素を提供する第２の独立的なソース１０４Ｂ（図３及び図４）を含む構成を使用した。この実験で、第１加熱器１０６Ａ（図３及び図４）、第２加熱器１０６Ｂ（図３及び図４）、及びライン加熱器１３０（図３及び図４）は１３０℃の温度に設定した。ＩＰＡタンク加熱器１２２（図３及び図４）は６５℃の温度に設定した。そして、前記チャンバの排気圧力は７５ｍｍＨ_２Ｏに設定した。

図６のグラフＩに表示されている第１実験例では、ＩＰＡ蒸気を流入させるための第１窒素ソース１０４Ａは稼動しているが、第２窒素ソース１０４Ｂは稼動していない。この場合に、第１窒素ソース１０４Ａの最適流量は前記グラフＩの最小値で決定されるか、または分当たり５０リットル（５０ＬＩｔｅｒｓＰｅｒＭＩｎｕｔｅ：ＬＰＭ）で決定され、その結果、３００ｍｍウェーハ１枚当たり１００個以上のパーティクルが残留した。

図６のグラフＩＩに表示されている第２実験例では、第１窒素ソース１０４Ａ及び第２窒素ソース１０４Ｂの何れも稼動し、ＩＰＡ蒸気を流入させるための第１ソース１０４Ａは２０ＬＰＭに設定した。ここで、第２ソース１０４Ｂはチャンバ内部でのＩＰＡ対窒素の比率に対する制御を向上させるために処理チャンバ１００内に追加的に窒素を供給するためのものである。この場合に、グラフＩＩの最小値は第２窒素ソース１０４Ｂの流れが約４０〜７０ＬＰＭの範囲である場合であるが、この範囲でパーティクルの密度は３００ｍｍウェーハ１枚当たり３０個未満のパーティクルが残留する程度であった。

図７には、本発明によって残留するパーティクルの密度をドレイン時間の関数で示すグラフが示されている。前記グラフに対する実験条件は次の通りである。第１窒素ソース１０４Ａは２０ＬＰＭの流量で動作し、第２窒素ソース１０４Ｂは５０ＬＰＭの流量で動作した。そして、汚染除去段階では１４０ｃｃのＩＰＡが使われ、残留パーティクル密度はドレイン時間の関数として測定した。グラフを参照すれば分かるように、ドレイン時間が短縮されることによって、残留粒子密度が改善されることが分かる。ドレイン時間が７〜１７秒の間である場合に、粒子密度は３００ｍｍウェーハ当たり２０個以下のパーティクルが残留する程度であった。

図８には、本発明によって第１“キャリア”窒素ソース１４０ａ及び第２“パージ用”窒素ソース１４０ｂからそれぞれ提供される窒素ガスに対する最適の流量比を選択することを説明するためのグラフが示されている。グラフの３０８領域で、キャリア窒素ソースから提供される窒素ガスはウェーハを適切に乾燥させるには流量比があまりにも小さい。グラフの３１０領域で極めて多くのキャリア窒素ガスが存在し、結果的にウェーハに極めて多くのＩＰＡ蒸気が提供された結果、ウェーハ上に、そして処理チャンバ内にＩＰＡゲルが生じる。グラフの３０２及び３０４領域は処理チャンバ内で望ましいＩＰＡ対蒸気比を作るキャリア窒素及びパージ用窒素の望ましい組み合わせ範囲を示す。例えば、矢印３０３によれば、キャリア窒素の流量は１０ＬＰＭであり、パージ用窒素は１００ＬＰＭの流量である場合を示す。最適の条件はグラフで点Ｏ（３０６）とに表示される交差点で現れるが、この場合、キャリア窒素の流量は２０ＬＰＭであり、パージ用窒素の流量は５０ＬＰＭである。

たとえ本発明は望ましい実施形態を参照して特定な実施形態のみを図示して説明されているが、当業者であれば、請求項によって限定される本発明の技術的思想の範囲を逸脱することなく、幾つかの変形が可能であることが分かる。

本発明は半導体製造装置産業及びそれを使用する半導体製造産業に利用可能であり、特に半導体洗浄及び乾燥装置を生産するか、または利用する産業に有用である。

従来技術による半導体ウェーハの洗浄及び乾燥システムについての概略的なブロックダイアグラムである。本発明による半導体ウェーハの洗浄及び乾燥システムに対する概略的なブロックダイアグラムである。本発明の一実施形態による第１半導体ウェーハの洗浄及び乾燥システムについての概略的なブロックダイアグラムである。本発明の他の実施形態による第２半導体ウェーハの洗浄及び乾燥システムについての概略的なブロックダイアグラムである。本発明による処理チャンバドレインシステムについての概略的なブロックダイアグラムである。本発明によって窒素蒸気の流量に関わる関数であって、残留パーティクル密度を示すグラフである。本発明によってドレイン時間に関わる関数であって、残留パーティクル密度を示すグラフである。本発明によってキャリア窒素蒸気とパージ用の窒素蒸気の最適の流量を選択することを示すためのグラフである。本発明によるウェーハ洗浄及び乾燥工程を示すフローチャートである。

符号の説明

１００処理チャンバ
１０２ＩＰＡソース
１０４Ａ第１窒素ソース
１０４Ｂ第２窒素ソース
１０６Ａ第１加熱器
１０６Ｂ第２加熱器
１１２、１１４、１１６、１８５弁
１２０ＩＰＡタンク
１２２ＩＰＡタンク加熱器
１２４Ａ、１２４Ｂ二重流入ポート
１２６フィルタ
１３０ライン加熱器
１８２第２ＭＦＣ
１８３第１ＭＦＣ
１９１、１９３、１９５ライン

Claims

乾燥用流体の第１供給のための第１インレットと、
乾燥用流体の第２供給のための第２インレットであって、前記第２供給から提供される前記乾燥用流体の供給率は前記第１供給から提供される前記乾燥用流体の供給率に対して独立的な第２インレットと、
供給される汚染除去用流体を貯蔵するための汚染除去用流体タンクであって、前記汚染除去用の流体タンクは前記第２供給から提供される前記乾燥用流体を収容するためのインレットを有し、前記第２供給から提供される前記乾燥用流体の供給率に基づいて決定される供給率として汚染除去用流体を供給するためのアウトレットを有する汚染除去用流体タンクと、
第１加熱器を介して前記第１供給から前記乾燥用流体のみを供給する第１経路と、
動作温度が前記第１加熱器よりも低い第２加熱器を介して前記第２供給から前記乾燥用流体のみを供給する第２経路と、
前記汚染除去用流体タンクにカップリングされて前記汚染除去用流体を供給する第３経路と、
前記第２経路および前記第３経路のうちの選択された経路と前記第１経路とがカップリングされた第４経路と、
洗浄されて乾燥される半導体ウェーハをハウジングするための処理チャンバであって、前記第４経路にカップリングされた処理チャンバと、を含む半導体ウェーハの処理システム。
前記第１供給から提供される前記乾燥用流体は窒素ガスを含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェーハの処理システム。
前記第２供給から提供される前記乾燥用流体は窒素ガスを含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェーハの処理システム。
乾燥用流体の第１供給のための第１インレットと、
乾燥用流体の第２供給のための第２インレットであって、前記第２供給から提供される前記乾燥用流体の供給率は前記第１供給から提供される前記乾燥用流体の供給率に対して独立的な第２インレットと、
供給される汚染除去用流体を貯蔵するための汚染除去用流体タンクであって、前記汚染除去用の流体タンクは前記第２供給から提供される前記乾燥用流体を収容するためのインレットを有し、前記第２供給から提供される前記乾燥用流体の供給率に基づいて決定される供給率として汚染除去用流体を供給するためのアウトレットを有する汚染除去用流体タンクと、
第１加熱器を介して前記第１供給から前記乾燥用流体のみを供給する第１経路と、
動作温度が前記第１加熱器よりも低い第２加熱器を介して前記第２供給から前記乾燥用流体のみを供給する第２経路と、
前記汚染除去用流体タンクにカップリングされて前記汚染除去用流体を供給する第３経路と、
前記第２経路および前記第３経路のうちの選択された経路と前記第１経路とがカップリングされた第４経路と、
洗浄されて乾燥される半導体ウェーハをハウジングするための処理チャンバであって、前記第４経路にカップリングされた処理チャンバと、
前記汚染除去用流体タンクにカップリングされており、前記タンク内部にある前記汚染除去用流体を加熱するための第３加熱器と、を含む、半導体ウェーハの処理システム。
前記第３加熱器を使用して前記タンク内部にある前記汚染除去用流体の一部を加熱して液体から蒸気状態に変化させ、
前記第２供給から提供される前記乾燥用流体は前記汚染除去用の流体タンクのアウトレットを通じて前記汚染除去用流体の蒸気を移送させることを特徴とする請求項４に記載の半導体ウェーハの処理システム。
前記汚染除去用流体タンクのインレットは前記タンクに貯蔵されている液体の表面より低く設置されて、前記第２供給から提供される前記乾燥用流体を収容するための第１インレット及び前記タンクに貯蔵されている液体の表面より高く設置されて、前記第２供給から提供される前記乾燥用流体を収容するための第２インレットを含むことを特徴とする請求項５に記載の半導体ウェーハの処理システム。
前記処理システムは前記第１供給から提供される乾燥用流体及び供給される前記汚染除去用流体が前記処理チャンバの中に放出される前に前記流体を加熱させるための第４加熱器をさらに含み、前記第４加熱器は前記処理チャンバのインレットに結合されているラインに順にカップリングされていることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェーハの処理システム。
前記処理チャンバで収容される前記第１供給及び前記第２供給から提供される前記乾燥用流体は蒸気状態にあることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェーハの処理システム。
前記処理システムは前記第１インレットを前記第２インレットに選択的にカップリングさせるためのカップリングチューブをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェーハの処理システム。
前記処理チャンバはドレインをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェーハの処理システム。
前記処理システムは前記処理チャンバのドレインにカップリングされているバッファタンクをさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の半導体ウェーハの処理システム。
前記ドレインは複数のドレインを含み、前記複数のドレインは前記バッファタンクにカップリングされていることを特徴とする請求項１１に記載の半導体ウェーハの処理システム。
前記複数のドレインは前記処理チャンバの急速ドレインを保証できる幅を有することを特徴とする請求項１２に記載の半導体ウェーハの処理システム。
前記複数のドレインは前記処理チャンバがドレインされることによって、前記処理チャンバからドレインされる前記流体の上部表面が均等な状態になることを保証できる程度に前記処理チャンバ内で相互離隔されていることを特徴とする請求項１２に記載の半導体ウェーハの処理システム。
前記複数のドレインは約５０秒未満の時間内に前記処理チャンバの急速ドレインが行われることを保証できる程度の幅を有することを特徴とする請求項１２に記載のウェーハ処理システム。
前記複数のドレインは約７〜１７秒間の時間内に前記処理チャンバの急速ドレインが行われることを保証できる程度の幅を有することを特徴とする請求項１２に記載の半導体ウェーハの処理システム。
前記バッファタンクの体積は前記処理タンクの体積より大きいか、同じであることを特徴とする請求項１１に記載の半導体ウェーハの処理システム。
前記処理システムは前記第１乾燥用流体の供給率を制御するための第１供給率制御器及び前記第２乾燥用流体の供給率を制御するための第２供給率制御器をさらに含み、前記第１乾燥用流体の供給率と前記第２乾燥用流体の供給率とが相互に独立的になるように前記第１及び第２供給率制御器は相互独立的であることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェーハの処理システム。
前記処理チャンバは前記処理チャンバの内部で汚染除去用流体と乾燥用流体の層流を提供するように、前記処理チャンバの内部に分布されている複数の排気ポートをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェーハの処理システム。
半導体ウェーハの処理システムにおいて、
乾燥用流体の第１供給のための第１インレットと、
乾燥用流体の第２供給のための第２インレットであって、前記第２供給から提供される前記乾燥用流体の供給率は前記乾燥用流体の第１供給の供給率に対して独立的な第２インレットと、
供給される汚染除去用流体を収容するための汚染除去用流体インレットと、
第１加熱器を介して前記第１供給から前記乾燥用流体のみを供給する第１経路と、
動作温度が前記第１加熱器よりも低い第２加熱器を介して前記第２供給から前記乾燥用流体のみを供給する第２経路と、
前記汚染除去用流体インレットを有する汚染除去用流体タンクにカップリングされて前記汚染除去用流体を供給する第３経路と、
前記第２経路および前記第３経路のうちの選択された経路と前記第１経路とがカップリングされた第４経路と、
洗浄されて乾燥される半導体ウェーハをハウジングするための処理チャンバであって、前記第４経路にカップリングされた処理チャンバと、を含む半導体ウェーハの処理システム。
半導体ウェーハの処理システムにおいて、
乾燥用流体の第１供給のための第１インレットと、
乾燥用流体の第２供給のための第２インレットであって、前記第２供給から提供される前記乾燥用流体の供給率は前記第１供給から提供される前記乾燥用流体の供給率に対して独立的な第２インレットと、
供給される汚染除去用流体を収容するための汚染除去用流体インレットと、
第１加熱器を介して前記第１供給から前記乾燥用流体のみを供給する第１経路と、
動作温度が前記第１加熱器よりも低い第２加熱器を介して前記第２供給から前記乾燥用流体のみを供給する第２経路と、
前記汚染除去用流体インレットを有する汚染除去用流体タンクにカップリングされて前記汚染除去用流体を供給する第３経路と、
前記第２経路および前記第３経路のうちの選択された経路と前記第１経路とがカップリングされた第４経路と、
洗浄されて乾燥される半導体ウェーハをハウジングするための処理チャンバであって、前記第４経路にカップリングされた処理チャンバと、を含み、
弁を具備するフローラインが前記第１インレット及び前記第２インレット間に連結されている半導体ウェーハの処理システム。
半導体ウェーハの処理方法において、
乾燥用流体の第１供給を提供する段階と、
乾燥用流体の第２供給を提供する段階であって、前記第２供給から提供される前記乾燥用流体の供給率は前記第１供給から提供される前記乾燥用流体の供給率に対して独立的な第２供給提供段階と、
供給される汚染除去用流体を汚染除去用の流体タンクに貯蔵する段階であって、前記汚染除去用の流体タンクは前記第２供給から提供される前記乾燥用流体を収容するインレットを有し、前記第２供給から提供される前記乾燥用流体の供給率に基づいて定められる比率で前記汚染除去用流体を供給するためのアウトレットを有する汚染除去用流体の供給貯蔵段階と、
前記第１供給から第１加熱器を介して第１経路を通じて前記乾燥用流体を供給し、当該流体と、動作温度が前記第１加熱器よりも低い第２加熱器を介して前記第２供給から第２経路を通じて供給された前記乾燥用流体および第３経路を通じて供給された前記汚染除去用流体のうちの選択された流体とを第４経路に同時に供給する段階と、
前記第４経路にカップリングされた処理チャンバの内部に置かれている半導体ウェーハの汚染を前記第４経路から供給された流体で除去する段階と、を含むウェーハ処理方法。
前記第１供給から提供される前記乾燥用流体は窒素ガスを含むことを特徴とする請求項２２に記載のウェーハ処理方法。
前記第１供給から提供される前記乾燥用流体が前記処理チャンバに放出される前に前記乾燥用流体を加熱する段階をさらに含むことを特徴とする請求項２２に記載のウェーハ処理方法。
前記第２供給から提供される前記乾燥用流体は窒素ガスを含むことを特徴とする請求項２２に記載のウェーハ処理方法。
前記第２供給から提供される前記乾燥用流体が前記汚染除去用の流体タンクに放出される前に前記乾燥用流体を加熱する段階をさらに含むことを特徴とする請求項２２に記載のウェーハ処理方法。
前記タンク内にある前記汚染除去用流体の少なくとも一部を液体状態から蒸気状態に変化させるように加熱する段階をさらに含むことを特徴とする請求項２２に記載のウェーハ処理方法。
前記第１供給から提供される前記乾燥用流体及び供給される前記汚染除去用流体が前記処理チャンバ内に放出される前に前記乾燥用流体及び前記汚染除去用流体を加熱する段階をさらに含むことを特徴とする請求項２４に記載のウェーハ処理方法。
前記処理チャンバで収容される、前記第１供給から提供される前記乾燥用流体及び供給される前記汚染除去用流体は、蒸気状態であることを特徴とする請求項２２に記載のウェーハ処理方法。
前記第１供給から提供される前記乾燥用流体及び前記汚染除去用流体を前記処理チャンバに同時に供給する段階よりも前に、
半導体ウェーハを洗浄するために前記半導体ウェーハを入れている前記処理チャンバの中に洗浄用流体を供給する段階と、
前記処理チャンバから前記洗浄用流体を急速ドレインする段階と、をさらに含むことを特徴とする請求項２２に記載のウェーハ処理方法。
前記処理チャンバの体積と同じか、またはさらに大きい体積を有するバッファタンクの中に前記洗浄用流体を急速ドレインする段階をさらに含むことを特徴とする請求項３０に記載のウェーハ処理方法。
前記洗浄用流体は液体状態の脱イオン水を含むことを特徴とする請求項３０に記載のウェーハ処理方法。
前記第１供給から提供される前記乾燥用流体及び前記汚染除去用流体を前記処理チャンバに同時に供給する以前に前記洗浄用流体を完全にドレインさせることを特徴とする請求項３０に記載のウェーハ処理方法。
前記第１供給から提供される前記乾燥用流体及び前記汚染除去用流体を前記処理チャンバに同時に供給した後で、前記半導体ウェーハを乾燥するために前記処理チャンバ内に乾燥用流体を供給する段階をさらに含むことを特徴とする請求項２２に記載のウェーハ処理方法。