JP5478469B2 - 過熱水蒸気供給装置及び基板処理装置 - Google Patents
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Description
本発明は、例えば半導体基板、液晶基板、マスク基板、記録ディスク用の基板等の表面上の微粒子、有機物、金属粉、残留薬液等の除去を行う過熱水蒸気供給装置及びこれを用いた基板処理装置に関し、特に不純物を最大限に除去することができる技術に関する。
また、高純度過熱水蒸気による殺菌効果、環境浄化に関する分野、さらには、環境保全、低炭素社会実現等、環境問題に関する分野、その他、一般的に加熱プロセスによる高温ガス取得並びに加熱水蒸気の提供に関する分野である。
半導体基板の洗浄方法として、過酸化水素と水酸化アンモニウムのＳＣ−１溶液と、過酸化水素と希塩酸のＳＣ−２溶液を用いたＲＣＡ洗浄法が知られている。しかしながら、近年の半導体基板の大口径化、微細プロセス化、新配線材料導入の対応、並びに地球環境に対する負荷を低減するという観点から大量の薬液・超純水を使用する従来のＲＣＡ洗浄プロセスを見直す必要があった。このため、過熱水蒸気生成装置により生成された過熱水蒸気を用いて洗浄する方法が開発された（例えば、特許文献１参照）。
過熱水蒸気生成装置は、金属を使用したボイラ等で高圧下で水を高温加熱して、過熱水蒸気を生成している。また、ボイラ等で発生した水蒸気を、バーナ、電気ヒータで直接加熱したり、誘導加熱方式で間接的に高温加熱し、過熱水蒸気を生成している。
上述した過熱水蒸気生成装置では、次のような問題があった。すなわち、水を収容する容器として金属を使用しているため、金属不純物の溶出を防ぐことは困難である。また、高温の過熱水蒸気を生成するに従い、金属不純物の溶出は多くなるとともに、容器の金属疲労が生じやすくなる。
このため、クリーン洗浄、乾燥が要求される半導体基板、液晶基板、マスク基板、記録ディスク用の基板及びその他の基板等の洗浄、乾燥では過熱水蒸気による洗浄方法は使用できない、という問題があった。
そこで本発明は、水蒸気中の不純物を極限まで低減することで基板上の微粒子、有機物、金属粉、残留薬液等を確実に除去する過熱水蒸気供給装置及びこの過熱水蒸気供給装置を有する基板処理装置を提供することを目的としている。
前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の過熱水蒸気供給装置及び基板処理装置は次のように構成されている。
純水流通路を通流する純水を、前記純水流通路から隔離した位置に設けたハロゲンランプの照射により加熱沸騰させて水蒸気を発生させる石英ガラス製の水蒸気発生容器と、前記水蒸気発生容器に純水を供給する純水供給部と、前記水蒸気発生容器で発生した水蒸気を、水蒸気が通流する水蒸気流通路から隔離した位置に設けた赤外線ヒータからの照射により加熱して１１０〜１０００℃の過熱水蒸気を生成する石英ガラス製の過熱水蒸気生成容器とを備えている。
純水流通路を通流する純水を、前記純水流通路から隔離した位置に設けたハロゲンランプの照射により加熱沸騰させて水蒸気を発生させる石英ガラス製の水蒸気発生容器と、前記水蒸気発生容器に純水を供給する純水供給部と、前記水蒸気発生容器で発生した水蒸気を、水蒸気が通流する水蒸気流通路から隔離した位置に設けた赤外線ヒータからの照射により加熱して１１０〜１０００℃の過熱水蒸気を生成する石英ガラス製の過熱水蒸気生成容器と、この過熱水蒸気生成容器で発生した過熱水蒸気を被処理基板の表面に噴射させる基板処理機構とを備えている。
また、さらには、地球環境保全を目的として低炭素社会形成、太陽光発電、未利用エネルギー使用発電、自然環境利用発電排熱回収、高効率電池の開発等が行われている時代であるが、これ等の諸目的達成の為に当該高純度過熱水蒸気に前記窒素ガス、不活性ガス以外のガス体、例えば、ＣＯ２等を用いて、ガス混合高純度過熱水蒸気を用いる事も可能である。従って、本発明は一般的に諸目的に応じて、合目的にガス体を選択して高温加熱ガス体を生成する手段の提供及び、当ガス体を加熱水蒸気と混在させて、過熱ガス混合高純度過熱水蒸気生成手段をも含むものとする。
本発明によれば、水蒸気中の不純物を極限まで低減することで基板上の微粒子、有機物、金属粉、残留薬液等を確実に除去することが可能となる。
図１は本発明の一実施の形態に係る過熱水蒸気供給装置１００が組み込まれた基板処理装置１０の構成を示す説明図、図２及び図３は基板処理装置１０の動作を示す説明図、図４は過熱水蒸気供給装置１００の要部を図３におけるＸ−Ｘ線の位置で切断し矢印方向に見た断面図である。なお、図中ＰＷは純水、ＳＶは飽和水蒸気、ＨＶは過熱水蒸気、Ｗは半導体基板等の被処理対象となる基板を示している。
基板処理装置１０は、過熱水蒸気供給装置１００と、基板洗浄装置３００とを備えている。過熱水蒸気供給装置１００は、純水ＰＷを加熱して飽和水蒸気ＳＶを発生させるための石英ガラス製の水蒸気発生容器１１０と、飽和水蒸気ＳＶをさらに加熱して過熱水蒸気ＨＶを発生させるための石英ガラス製の過熱水蒸気生成容器１５０と、水蒸気発生容器１１０の後述する純水供給口１２１に接続された第１配管部２００と、水蒸気発生容器１１０の後述する水蒸気排出口１２２と過熱水蒸気生成容器１５０の後述する水蒸気供給口１７１の間に接続された第２配管部２１０と、過熱水蒸気生成容器１５０の水蒸気排出口１７２に接続された第３配管部２２０とを備えている。
水蒸気発生容器１１０は、水平方向に延設された容器１２０を備えている。この容器１２０の一端下部には純水供給口１２１が設けられ、他端上部には、容器１２０内で発生した水蒸気排出口１２２とが設けられている。容器１２０内部には、純水供給口１２１から供給された純水が通流する純水流通路１２３と、この純水流通路１２３と隔離され、ハロゲンランプ１３０を収納するランプ収納管１２４が設けられている（図４参照）。
容器１２０内部は、仕切り板１４０で、純水加熱貯蓄室１４１と水蒸気発生室１４２に分離され、純水加熱貯蓄室１４１の下部には、純水供給口１２１が連通し、水蒸気発生室１４２の上部には、水蒸気排出口１２２が連通している。なお、容器１２０は水位確認配管１２５を有し、この水位確認配管１２５の途中には純水適量検出液面センサ１２６が設けられている。なお、容器１２０の上部には温度センサ１２７が設けられている。
過熱水蒸気生成容器１５０は、水平方向に延設された容器１７０を備えている。この容器１７０の一端下部には飽和水蒸気ＳＶを導入する水蒸気供給口１７１が設けられ、他端上部には、容器１７０内で発生した過熱水蒸気ＨＶを排出する水蒸気排出口１７２とが設けられている。容器１７０内部には、飽和水蒸気ＳＶが通流する水蒸気流通路１７３と、この水蒸気流通路１７３と隔離され、赤外線ヒータ１８０を収納するランプ収納管１７４が設けられている。なお、容器１７０の上部には温度センサ１７５が設けられている。
第１配管部２００は、純水供給装置４００に接続された純水供給弁２０１と、薬液供給装置４１０と接続された薬液供給弁２０２とを備えている。第２配管部２１０は、水蒸気排出口１２２と水蒸気供給口１７１との間に接続された水蒸気供給弁２１１と、外部に開放された水蒸気廃出口２１４と接続された水蒸気廃出弁２１２と、窒素ガス供給装置４２０と接続された窒素ガス供給弁２１３とを備えている。第３配管部２２０は、水蒸気排出口１７２と基板洗浄装置３００との間に接続された石英ガラス製の過熱水蒸気供給管２２１と、この過熱水蒸気供給管２２１の周囲に配置されたヒータ２２２とを備えている。
基板洗浄装置３００は、筐体３１０と、洗浄対象となる基板Ｗを載置する支持台３２０とを備えている。
このように構成された基板処理装置１０は、図２及び図３に示すようにして基板Ｗの処理を行う。過熱水蒸気ＨＶの生成を必要とする時に、純水供給弁２０１を開にし、純水加熱貯蓄室１４１内に純水ＰＷを供給する。
純水加熱貯蓄室１４１内に供給された純水ＰＷは、仕切り板１４０の上部位置に設けられた純水供給補給口１４０ａから水蒸気発生室１４２内に供給される。水蒸気発生室１４２内に供給されている純水ＰＷが純水適量検出液面センサ１２６の位置に到達した時点で、純水供給弁２０１が閉となり、純水加熱貯蓄室１４１への純水ＰＷの供給が停止される。
次に、ハロゲンランプ１３０及び赤外線ヒータ１８０をＯＮにする。この時、水蒸気発生容器１１０内の温度センサ１２７を１００℃で制御し、過熱水蒸気生成容器１５０内の温度センサ１７５を２００℃で制御する。水蒸気発生室１４２に貯蓄されている純水ＰＷは、ハロゲンランプ１３０の照射を受けて蒸発し、水蒸気発生室１４２内に飽和水蒸気ＳＶが発生する。この時、水蒸気供給弁２１１を閉、水蒸気廃出弁２１２を開とし、水蒸気発生室１４２内で発生している飽和水蒸気ＳＶを水蒸気廃出口２１４から排出する。
次に、温度センサ１７５が２００℃で制御されていることを確認後、水蒸気廃出弁２１２を閉、水蒸気供給弁２１１を開とし、過熱水蒸気生成容器１５０内に飽和水蒸気ＳＶを供給する。
飽和水蒸気ＳＶは過熱水蒸気生成容器１５０内の水蒸気流通路１７３を通過する際、通路壁からの直接加熱又は、赤外線ヒータ１８０の照射を受けて２００℃の過熱水蒸気ＨＶが生成される。生成された過熱水蒸気ＨＶは、水蒸気排出口１７２から過熱水蒸気供給管２２１を通して基板Ｗに噴射して半導体基板Ｗを洗浄、乾燥する。過熱水蒸気供給管２２１の外側には、管内に供給されている過熱水蒸気ＨＶの凝縮を防止するため、保温ヒータ２２２が設けられている。
過熱水蒸気ＨＶを基板Ｗ上に噴射することにより、基板Ｗを加熱しながらによる洗浄効果の増大と共に、基板Ｗ上での過熱水蒸気ＨＶの凝縮作用による洗浄・剥離・脱脂効果による微粒子、有機物、金属粉等の除去が行われる。さらには、基板が過熱水蒸気の温度と同温度となった時点で、基板上での水蒸気の凝縮が終了し、基板上はクリーン乾燥される。
なお、水蒸気発生容器１１０内で発生させる飽和水蒸気ＳＶの発生量の調整は、ハロゲンランプ１３０の通電本数で調整することが可能である。
例えば、図４に示すように、容器１２０内に３本のハロゲンランプ１３０が収納されていると、純水ＰＷの蒸発量は、１本通電の場合は蒸発量は１００（ｃｃ／ｍｉｎ）、２本通電の場合は２００（ｃｃ／ｍｉｎ）、３本通電の場合は３００（ｃｃ／ｍｉｎ）となる。これは、温度センサ１２７の制御温度の上昇と共に増加する。
過熱水蒸気生成容器１５０内で生成される過熱水蒸気ＨＶの生成量は、当然、水蒸気発生容器１１０内で発生させる飽和水蒸気ＳＶの発生量に比例する。
過熱水蒸気生成容器１５０内で生成される過熱水蒸気ＨＶの温度の調整は、水蒸気流通路温度１７４の制御温度を調整することにより、１１０〜１０００℃の範囲で制御することが可能である。過熱水蒸気ＨＶを１１０℃以上とすることで不純物の除去効果が得られる。また、石英管の軟化点が１２００℃位なので、過熱水蒸気ＨＶの最高温度を１０００℃以下とすることで容器１７０や過熱水蒸気供給管２２１の軟化を防止し、耐久性を維持することができる。
なお、上述した基板Ｗの洗浄後、水蒸気供給弁２１１を閉、窒素ガス供給装置４２０に接続されている窒素ガス供給弁２１３を開とし、過熱水蒸気生成容器１５０内に窒素ガスを供給し、所定温度（１１０〜１０００℃）に加熱された加熱窒素ガスが水蒸気排出口１７２から過熱水蒸気供給管２２１を通して半導体基板Ｗに噴射され半導体基板Ｗを乾燥させるようにしてもよい。
なお、必要に応じて薬液供給装置４１０と接続された薬液供給弁２０２を開き、純水ＰＷの代わり、あるいは純水ＰＷと共に、薬液を導入するようにしてもよい。なお、薬液としては、例えば、フッ酸、塩酸、過酸化水素水、硫酸、オゾン水、アンモニア水、イソプロピルアルコール、フッ素系有機溶剤、電解イオン水等である。
以上述べたように、本実施の形態に係る基板処理装置１０によれば、高純度の石英ガラス製の容器内で純水ＰＷを蒸発させ、過熱して生成した高純度の過熱水蒸気ＨＶを使用しているため、金属イオンやダスト等の不純物を一切含まない。よって、基板Ｗに対する洗浄効果、半導体デバイスの信頼性を向上させながら、洗浄装置のコストの低減とコンパクト化を図ることができる。
また、過熱水蒸気ＨＶには、有機物質に対する強い溶解力、加水分解能力があり、従来の薬液を使用した洗浄から過熱水蒸気ＨＶのみの洗浄に切り替えることができ、環境負荷の大幅な低減となる。また、洗浄以外にも不純物を含まない過熱水蒸気ＨＶは、安全に食品の加熱、滅菌、乾燥等ができる。
なお、筐体３１０又は支持台３２０にヒータを設けることで、基板Ｗを１００℃以上に保つようにしてもよい。基板Ｗが１００℃を超える温度が維持されるように制御することで、ドライ洗浄を行うことができる。ドライ洗浄とは、基板Ｗに過熱水蒸気ＨＶを噴射しても基板Ｗ上で凝縮することがないため、基板Ｗが濡れることなく洗浄されることとなる。基板Ｗで凝縮した場合に残るウォータマークや、基板Ｗ上で水分が蒸発する際に生じるパターンの倒壊を防止することができる。また、凝縮した液の処理や乾燥工程が不要に成るため、洗浄工程を単純化することができる。
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではない。窒素ガスの代わりに不活性ガスや炭酸ガスを用いてもよい。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。
１０…基板処理装置、１００…過熱水蒸気供給装置、１１０…水蒸気発生容器、１３０…ハロゲンランプ、１５０…過熱水蒸気生成容器、１８０…赤外線ヒータ、２００…第１配管部、２１０…第２配管部、２２０…第３配管部、３００…基板洗浄装置、ＰＷ…純水、ＳＶ…飽和水蒸気、ＨＶ…過熱水蒸気、Ｗ…基板。
Claims (6)
- 純水流通路を通流する純水を、前記純水流通路から隔離した位置に設けたハロゲンランプの照射により加熱沸騰させて水蒸気を発生させる石英ガラス製の水蒸気発生容器と、
前記水蒸気発生容器に純水を供給する純水供給部と、
前記水蒸気発生容器で発生した水蒸気を、水蒸気が通流する水蒸気流通路から隔離した位置に設けた赤外線ヒータからの照射により加熱して１１０〜１０００℃の過熱水蒸気を生成する石英ガラス製の過熱水蒸気生成容器とを備えていることを特徴とする過熱水蒸気供給装置。 - 純水流通路を通流する純水を、前記純水流通路から隔離した位置に設けたハロゲンランプの照射により加熱沸騰させて水蒸気を発生させる石英ガラス製の水蒸気発生容器と、
前記水蒸気発生容器に純水を供給する純水供給部と、
前記水蒸気発生容器で発生した水蒸気を、水蒸気が通流する水蒸気流通路から隔離した位置に設けた赤外線ヒータからの照射により加熱して１１０〜１０００℃の過熱水蒸気を生成する石英ガラス製の過熱水蒸気生成容器と、
この過熱水蒸気生成容器で発生した過熱水蒸気を被処理基板の表面に噴射させる基板処理機構とを備えていることを特徴とする基板処理装置。 - 前記過熱水蒸気生成容器に窒素ガスを供給する窒素ガス供給部をさらに備えていることを特徴とする請求項２に記載の基板処理装置。
- 前記基板処理機構は、基板表面が１００℃を超える温度に維持されるヒータを備えていることを特徴とする請求項２記載の基板処理装置。
- 前記水蒸気発生容器に薬液を供給する薬液供給部をさらに備えていることを特徴とする請求項２記載の基板処理装置。
- 前記薬液は、フッ酸、塩酸、過酸化水素水、硫酸、オゾン水、アンモニア水、フッ素系有機溶剤、電解イオン水等から選択された少なくとも１種類以上の薬液を含むことを特徴とする請求項５記載の基板処理装置。
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