JPH05508737A - 工作物を洗浄し乾燥する方法 - Google Patents

工作物を洗浄し乾燥する方法

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 改良型乾燥装置および乾燥方法 [発明の分野] 本発明は、超清浄工作物用の改良型乾燥装置に関し、具体的には、半導体基板ま たは類似物の表面からの有機材料、顕微鏡的粒子および水の除去の改善を可能に する、半導体の製造または加工に使用するための乾燥装置に関する。
[背景技術] 半導体デバイスの加工の際に、デバイスがその中に製造される基板は、基板の層 またはその他のフィーチャに追加または削除を行い、あるいはそのような層また はフィーチャを改変するために、順次配列された複数の操作を受ける。このよう なデバイスの集積度または集積規模が増大するにつれて、あらゆる種類の汚染物 質を除去する必要も増大してきた。
「生産」ステップごとに複数の洗浄ステップを設けることが一般的である。すな わち、各生産ステップの前に、基板を洗浄して超清浄状態にする。各洗浄ステッ プには複数の洗浄操作が付随し、それには、熱酸洗浄、熱塩基洗浄、ストリッピ ング操作、または他の乾式もしくは湿式の操作が含まれる。
このような付随の洗浄ステップと、次の操作のために洗浄剤を除去し、工作物を 清浄な乾燥状態にするステップが含まれる。混入した汚染物は、製造されるパタ ーンをアディティブまたはサブトラクティブに劇的に改変し、回路、デバイスま たは類似物の保全性を変化させる可能性があるので、歩留まりを達成し維持する ためには、フォトリソグラフィ・エツチングおよびプラズマ・エツチングの後の 適切な洗浄が不可欠である。
加工の際の具体的な開運は、洗浄または乾燥が不完全な工作物から生じる。有機 材料が完全には除去されない場合、あるいは、水のスポット、条痕または薄膜が 乾燥または除去されない場合には、工作物上に残っている残渣、ヘーズまたは有 機薄膜が、加工の次の段または層に悪影響を及ぼす可能性がある。したがって、 付着される次の材料の層が、形成中の構造に適切に接着せず、あるいは汚染物質 が後続の加工をその他の形で妨げて、以降の製造ステップを無効な、異常に高価 な、またはもはや有益でないものにする可能性がある。さらに、デバイス組立中 に、基板内または基板上にパターンを形成する際に、構造が平面でな(なること に留意されたい。
これらのパターンには、溝、トレンチまたは穴、ならびに粒子状の材料または水 分を捕捉することのできる表面上の隆起や谷が含まれる。微細粒子は、製造中の デバイスに欠陥をもたらす可能性があり、たとえば、リソグラフィ処理中に影を 生じ、あるいはスパッタリング、蒸着またはCVD処理中に金属化される可能性 がある。同様にして、粒子が構造中の割目に取り込まれ、後続の加ニステップで 空隙の形成や不適切な核生成を引き起こす可能性がある。
米国特許第3893869号明細書および米国特許第4118649号明細書に は、メガソニック(超音波)変換器によって付勢される、洗浄用流体が内部に配 置されるようになった開放式洗浄タンクを有する洗浄装置が開示されている。
メガソニック・エネルギーとは、約0.2MHzないし5MHzの周波数範囲の 高エネルギーの超音波エネルギーである。
米国特許出願第4543730号明細書は、メガソニック洗浄装置と、半導体ウ ェハまたは類似物の清浄化にそれを使用する方法を提供する。この装置には、ア ルコールを含む揮発性で爆発性の洗浄用流体が使用できるように、メガソニック ・エネルギーを変換器から開放式洗浄タンクへ(安全に)伝達するための、バッ ファまたは中間の密閉式タンクが含まれる。乾燥手段は設けられない。
米国特許第4854337号明細書は、ウェハを縦に平行に配置するカセットに 洗浄すべきウェハを受けるように配置され、上向きに放射するメガソニック変換 器をウェハの表面と平行に下方へ移動する手段を備えた、半導体ウェハを洗浄す るためのメガソニック装置を対象としている。この装置は、大気に開放されてい る。
特開昭59−202298号明細書(英文要約書)には、熱可塑性残渣を鋳型か ら取り除(ために、超音波とアルコールを含む有機洗浄溶液とを使用することが 開示されている。
特開昭60−92621号明細書(英文要約書)は、工作物を有機溶媒に浸した 後に、アルコール、水、過酸化水素溶液およびアンモニア溶液で順次処理し、そ の後、高速回転または減圧エタノールによって工作物を乾燥する、精密洗浄方法 に関する。
ソビエト連邦特許公開第983913号明細書(英文要約書)は、芳香族炭化水 素を事前に加熱するステップと、含浸すべき部品をその溶液に入れるステップと 、圧力を下げて洗浄溶液を気化させるステップと、圧力を上げるステップと、圧 力を下げてステップと圧力を上げるステップを複数回繰返すステップとを含む、 洗浄処理によって電子部品の含浸を改善する方法に関する。
工作物はまた、スピン乾燥機を含む装置内で洗浄され乾燥されている。このよう な装置は、乾燥速度が不均一であり、静電気力に起因する微細粒子の再付着があ るので、条痕がなく粒子のない工作物をもたらさない。
[発明の要約] 本発明は、工作物の洗浄および乾燥用装置を提供する。この装置は、大気に対し て閉じることのできるチャンバと、洗浄溶媒をチャンバに導入する手段と、チャ ンバ内の溶媒液高を制御する手段と、洗浄すべき工作物を受ける手段と、不活性 ガスをチャンバに導入する手段と、溶媒液面に対して工作物を移動させる手段と 、チャンバ内の溶媒にメガソニックC高強度超音波)エネルギーを付与する手段 と、溶媒をチャンバから取り除く手段と、チャンバを真空排気する手段と、チャ ンバを周囲温度まで冷却する手段とを含む。
本発明の好ましい実施例によれば、微細粒子、有機汚染物、水および無機汚染物 を除去し、そのような洗浄済み工作物を乾燥する手段を含む装置が提供される。
また、本発明は、大気に対して閉じることのできるチャンバを有する装置内に工 作物を置くステップと、チャンバを閉じるステップと、洗浄溶媒を導入するステ ップと、工作物を洗浄溶媒の液面より下に移動させるステップと、洗浄溶媒を覆 って不活性ガスの覆いを導入するステップと、微細粒子を除去するため洗浄溶媒 にメガソニック・エネルギーを付与するステップと、有機薄腹を溶解し、洗浄溶 媒から工作物をすばや(取り出すステップと、チャンバから洗浄溶媒を取り除き 、洗浄溶媒の分圧より低い圧力までチャンバを真空排気するステップと、熱運搬 による微細粒子の再付着を防ぐために、チャンバを周囲温度まで冷却するステッ プとを含む、工作物を超純粋状態に洗浄し乾燥するための方法も提供する。
[図面の簡単な説明コ 第1図は、洗浄しようとする工作物を受ける際の、本発明の装置の概略立面図で ある。
第2図は、洗浄ステップ中の工作物を示す、第1図の装置の概略図である。
第3図は、乾燥ステップ中の工作物を示す、第1図の装置の概略図である。
第4図は、本発明のもう1つの実施例の概略立面図である。
[実施例の詳細な説明コ 第1図ないし第3図に示す洗浄乾燥装置10は、タンク12と、丁番手段16を 介してタンクに取り付けられたカバー14を備える。カバー14は、タンクの側 壁の頂部と係合するガスケット15を備える。カバーを開位置と閉位置の間で移 動させるための引上げ用アーム18が設けられる。カバーが閉じてタンク上にか ぶさると、気密の洗浄乾燥チャンバが形成される。
タンク内に工作物ブック・アセンブリ30が置かれている。
工作物リフタ・アセンブリ30は、受はプラットホーム32、持上げ手段34( 図にはアクチュエータ・ピストンとして示す)、および受けプラットホームと持 上げ手段の間の連接棒 −36を備える。連接棒がタンクの床を貫通できるよう にする密封手段38 (図ではベローズ)が設けられる。
洗浄溶媒は、入口管40によって、貯液槽(@示せず)からタンクに入れられる 。この貯液槽には、洗浄溶液を所望の高い温度で導入するための加熱手段を設け ることができる。
入口管は、最終的な溶媒液面44(第2図)より低い位置にある吐出管42で終 わる。洗浄溶媒をタンクから完全にかつすばやく除去するため、1つまたは複数 の出口またはドレン46がタンクの底面にある。
ガス操作用マニホルド5oが、タンク内の最終的な溶媒液面よりかなり高い位置 にある。管52が、ガス操作用マニホルドを多位置弁54に連結している。この 多位置弁54により、不活性ガスをマニホルドに導入し、オリフィス56を通過 してタンクを加圧できるようになる。同じ理由で、タンク内を真空にするため、 この弁を調節することができる。
冷却コイル60が、タンク内の洗浄溶媒の液面より高い位置にある。冷媒をこの コイルを通して入口62から出口64へ流す。この冷媒は、冷却された液体、ま たはフレオンすなわちクロロフルオロカーボン材料など周知の冷媒ガスとするこ とができる。圧縮機を冷却コイルに結合することができる。
1つまたは複数の工作物を洗浄乾燥チャンバに対して所望の向きに保持するよう になっている工作物受け2oが設けられている。この工作物受けは、工作物リフ タ・アセンブリ30に対して間隔を置いて配置することができる。図かられかる ように、工作物22をこの工作物受けに固定することができる。工作物は、半導 体ウェハとすることができる。
図では、メガソニック変換器70が、タンク内部の底壁に取り付けられている。
こうした圧電デバイスは、周知である。
たとえば米国特許出願第3893869号明細書および米国特許出願筒4118 649号明細書を参照されたい。
第4図は、第1図ないし第3図に示したものと類似しているが、タンク内部の側 壁上に、工作物の中間点の高さの所に、洗浄される表面から離して、追加のメガ ソニック変換器72が配置されている、洗浄乾燥装置の別の実施例を示す図であ る。したがって、メガソニック・エネルギーは、捕捉された微細粒子が工作物の 表面から離れるような向きになる。
動作に際しては、第1図ないし第3図を参照すると、下記の処理事象および順序 を使用して、超清浄乾燥半導体ウェハがもたらされる。
工作物22は、工作物受け20内に縁部を下にして立てて置かれる。工作物受け は、半導体加工にしばしば使用されるタイプの「ボート」とすることができる。
ウェハは、ウェハ受けに対して垂直に保持することが好ましい。工作物受け20 を、工作物リフタ・アセンブリ30の受けプラットホーム32上に置く。リフタ ・アセンブリは、洗浄乾燥段階の後に存在する可能性のある静電電荷を消散させ て、粒子状汚染物質の再付着を防止するように設計されている。ウェハ受けをタ ンク12内まで下げ、引上げアーム18によってカバー14を閉じる。引上げア ーム18は、圧縮空気で作動して、閉じてガスケット15で気密にする。
真空系55を介して閉じたタンク12を約200トールの部分真空にする。真空 系55は、管52と多位置弁54によってガス操作用マニホルド50に連結され ている。その後、多位置弁54を調節して、ガス系57から多位置弁54を介し て閉じたタンクにアルゴン・ガスを入れ、1気圧にする。
アルゴンは、チャンバの壁を45℃ないし50’Cに加熱するのに十分なだけ加 熱することが好ましい。したがって、通常はアルゴンを約80℃に加熱する。処 理ガスとして窒素を使用することも可能である。不活性処理ガスの選択の鍵は、 加熱されメガソニックによって攪拌されたイソプロピルアルコールに対して引火 性のないことである。
第2図に示すように、加熱したイソプロピルアルコールを、貯液槽から入口管4 0を介して吐出管42から閉じたチャンバに導入する。圧縮空気式持上げ手段3 4によってチャンバ内で下げられたウェハが、溶媒液面44で完全に覆われまた はその下に沈むまで、この導入を続ける。前のステップで導入されたアルゴンが 、チャンバ内の加熱されたイソプロピルアルコールを覆う不活性ガスの覆いを形 成する。
その後、メガソニック変換器70に電力を加えて、洗浄サイクルの間、約0.2 MHzないし5MHzの一定の波エネルギーを供給する。好ましい動作範囲は、 約950KHzないし1.6MHzで、約500Wまでの電力である。メガソニ ック変換器は、洗浄サイクルの間中ずっとオンに保つ。イソプロピルアルコール は、ドレン46を介して除去する。
(廃棄または使用済みのイソプロピルアルコールは、再処理または再利用するこ とができる)。アルコールを除去している間に、高温のアルゴン・ガスを室内に 導入し、ウェハ表面を加熱して、ウェハ表面上でのイソプロピルアルコールの揮 発を助ける。アルコールが(少な(とも工作物の高さより下まで)除去された時 、メガソニック変換器をオフにする。これによって、ウェハ表面への微細粒子の 再付着が防止される。
アルゴン温度は約50℃ないし95°Cが望ましく、約80℃が好ましい。高温 アルゴンがチャンバに入った後、真空排気弁を開き、チャンバ内の圧力を200 トールに下げる。
第3図に示すように、圧縮空気式持上げ手段34によって受けプラットホーム3 2を持ち上げ、ウェハを冷却コイル60内の冷却域に移す。その後、アルゴン系 を閉じ、チャンバ圧力を100トールに下げる。ウェハを室温に戻すため、冷却 コイルに送り、冷却された液体を入口62から出口64へと流す。その後、大気 圧に達するまで、室温のアルゴンをさらにチャンバ内に導入する。
その後、チャンバを開いて、その後の加工のため、清浄な乾燥したウェハを取り 出すことができる。
第4図の実施例では、ウェハは、メガソニック変換器72に対して、メガソニッ ク変換器72の発するエネルギー波が、ウェハの下面または裏面に当たり、頂面 または前面の溝、割目またはトレンチ中に捕捉された粒子をウェハから離れさせ るような相対位置にある。
以下の表に、スピン乾燥装置と比べた洗浄の改善を示す。
表1 微量金属のX線分析のまとめ(1012原子/cm2)Cu Zn Ca Ni  Cr Fe 1(対照) N、D、N、D、N、D、N、D、N、D、0.12(対照) N 、D、N、D、N、D、N、D、N、D、N、D。
3(対照) N、D、N、D、N、D、N、D、N、D、0.14(スピン乾燥 ) N、D、0.4 0.09 0,1 0.1 0.35(スピン乾燥) N 、D、0.2 N、D、0.1 0.1 0.36(スピン乾燥) N、D、0 .3 N、D、0.09 N、D、0.37(本発明) N、D、N、D、N、 D、N、D、N、D、0.18(本発明) N、D、N、D、N、D、N、D、 N、D、0.1.9(本発明’) N、D、N、D、N、D、N、D、N、D、 N、D。
N、 D、・検出されず 上記の試験では、自然酸化物表面を有する125mmのウェハを使用した。対照 ウェハは、湿式加工を施していない、背景の示度を与える。この結果から、微量 金属汚染物質が関係する時の、従来のスピン乾燥に対する本発明の装置および方 法の有利なことが明らかである。本発明の装置を使用する時には、微量金属の大 きな変化はないものとおもわれる。
表2 表面汚染物質のSIMS分析のまとめ (イオン数/オングストローム) NaK CIBC 1(対照) 423 1320 0.1 40 402(対照) 12000  58000 2.5 121 7203(対照) 410 2100 2.1  180 5804(スピン乾燥) 197 1980 1.3 31 5105 (スピン乾燥) 182 1200 .1.5 42 4306(スピン乾燥)  210 1750 2.2 38 3957(本発明) 185 1580  0.5 38 1108(本発明’) 310 1690 2.5 42 55 9(本発明) 482 1210 1.1 39 90この二次イオン質量分析 データによれば、炭素の場合を除いて、他の元素は、3グループのサンプルでほ ぼ同一レベルの濃度である。本発明の装置によって処理したサンプルの炭素含量 は、他のサンプルより低(、本発明の装置の有機物除去能力を示している。
下記の比較表に、市販の乾燥装置を用いる場合に見られる粒子汚染物を示す。
表3 表面走査による、スピン乾燥の前後のカウントのまとめ(0,5μ口以上の粒子 数/ウェハ) サンプル(1) ; 乾燥機A 前 19粒子 後 31粒子 サンプル(2) ; 乾燥機B 前 5粒子 後 27粒子 サンプル(3) ; 乾燥機C 前 18粒子 後 32粒子 サンプル(4) ; 乾燥機り 前 19粒子 後 43粒子 スピン乾燥装置AないしDは、クラス10のクリーン・ルームに置いた。上記の データから、現在のスピン乾燥技術によって、ウェハ1枚あたり12個ないし2 4個の範囲で粒子が追加されることが確認される。
以上、イソプロピルアルコールを使用する方法の動作について述べてきたが、低 分子量のアルコールやケトンを含めて他の溶媒を使用するのも好都合であり、エ チルアルコールおよびアセトンが特に有用である。微細粒子の除去と有機薄膜の 溶解だけを望む時は、クロロフルオロカーボン(フレオン)を使用することもで きる。本発明の装置の動作には、特殊な溶媒は不要である。
上記では本発明の好ましい実施例だけを記述したが、当業者なら本開示を読めば 、包括的な概念に含まれる多くの潜在的な変更を思いつ(であろう。装置および 方法が機能上本明細書に開示されたものと同等である限り、順序、配列またはシ ーケンスに関するこのような変更は、本発明の教示の範囲に含まれ、下記の請求 の範囲に示された本発明の範囲に含まれる。
専− 改良型乾燥装置 [適用コ 閉じることのできるチャンバと、前記チャンバに洗浄溶媒を導入する手段と、前 記チャンバから前記溶媒を除去する手段と、前記チャンバに不活性ガスを導入す る手段と、前記チャンバを真空排気する手段と、工作物を受け、前記工作物を前 記溶媒の液面に対して移動する手段と、前記溶媒にメガソニック・エネルギーを 伝達する手段とを具備する、工作物を洗浄し乾燥するための装置。
手続補正書(自発) 平成6年6月18日

Claims (26)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.閉じることのできるチャンバと、前記チャンバに洗浄溶媒を導入する手段と 、前記チャンバから前記溶媒を除去する手段と、前記チャンバに不活性ガスを導 入する手段と、前記チャンバを真空排気する手段と、工作物を受け、前記工作物 を前記溶媒の液面に対して移動する手段と、前記溶媒にメガソニック・エネルギ ーを伝達する手段とを具備する、工作物を洗浄し乾燥するための装置。
  2. 2.前記チャンバが、タンクと、それと移動可能に係合するカバーとを具備する ことを特徴とする、請求項1の装置。
  3. 3.前記洗浄溶媒が、低分子量のアルコール、ケトンまたはクロロフルオロカー ボンであることを特徴とする、請求項1の装置。
  4. 4.前記洗浄溶媒が、イソプロピルアルコール、エチルアルコールまたはアセト ンであることを特徴とする、請求項3の装置。
  5. 5.前記洗浄溶媒が、イソプロピルアルコールであることを特徴とする、請求項 4の装置。
  6. 6.前記不活性ガス導入手段および前記チャンバ真空排気手段が、前記チャンバ 内に配置されたマニホルドと、前記チャンバの外に配置され、前記チャンバの壁 を通って延びる管によって前記マニホルドに連結された多位置弁とを具備するこ とを特徴とする、請求項1の装置。
  7. 7.さらに、前記チャンバ内に配置された冷却コイルを具備する、請求項1の装 置。
  8. 8.前記メガソニック・エネルギー伝達手段が、メガソニック変換器であること を特徴とする、請求項1の装置。
  9. 9.前記メガソニック変換器が、前記溶媒の表面に対して一般に垂直の方向に前 記エネルギーを伝達するように配置されることを特徴とする、請求項8の装置。
  10. 10.追加のメガソニック変換器が、前記チャンバの側壁上に配置されることを 特徴とする、請求項9の装置。
  11. 11.前記不活性ガスが、窒素またはアルゴンであることを特徴とする、請求項 1の装置。
  12. 12.さらに、前記チャンバ内に前記溶媒を導入する前に前記溶媒を加熱する手 段を含む、請求項1の装置。
  13. 13.前記不活性ガスを加熱する手段が設けられることを特徴とする、請求項1 の装置。
  14. 14.前記メガソニック・エネルギー伝達手段が、約0.2MHzないし5MH zの範囲の周波数を有することを特徴とする、請求項1の装置。
  15. 15.前記メガソニック・エネルギー伝達手段が、約0.95MHzないし1. 6MHzの範囲の周波数を有することを特徴とする、請求項14の装置。
  16. 16.閉じることのできるチャンバ内に工作物を置き、前記チャンバに洗浄溶媒 を導入するステップと、前記工作物を、前記洗浄溶媒の液面より下に移動するス テップと、 前記工作物の表面から微細粒子を除去するため、前記洗浄溶媒にメガソニック・ エネルギーを加えるステップと、前記工作物を前記洗浄溶媒中から取り出すステ ップと、前記溶媒を揮発させるため、前記チャンバ内の圧力を下げるステップと を含む、工作物を洗浄し乾燥する方法。
  17. 17.前記洗浄溶媒が、低分子量のアルコール、ケトンまたはクロロフルオロカ ーボンであることを特徴とする、請求項16の方法。
  18. 18.前記洗浄溶媒が、イソプロピルアルコール、エチルアルコールまたはアセ トンであることを特徴とする、請求項17の方法。
  19. 19.前記洗浄溶媒が、イソプロピルアルコールであることを特徴とする、請求 項18の方法。
  20. 20.前記不活性ガスが、窒素またはアルゴンであることを特徴とする、請求項 16の方法。
  21. 21.前記工作物を前記チャンバから取り出す前に周囲温度まで冷却することを 特徴とする、請求項16の方法。
  22. 22.前記不活性ガスを、前記チャンバに導入する前に加熱することを特徴とす る、請求項16の方法。
  23. 23.前記不活性ガスを、50℃ないし95℃の範囲に加熱することを特徴とす る、請求項22の方法。
  24. 24.前記不活性ガスを、約80℃に加熱することを特徴とする、請求項23の 方法。
  25. 25.前記メガソニック・エネルギーが、約0.2MHzないし5MHzの周波 数を有することを特徴とする、請求項16の方法。
  26. 26.前記メガソニック・エネルギーが、約0.95MHzないし1.6MHz の周波数を有することを特徴とする、請求項25の方法。
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