JPH06163508A - 基板の乾燥方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】シリコンウェーハなどを対象とした基板の湿式
洗浄プロセスの最終段で、基板へのパーティクル付着，
ウオーターマークの生成を良好に防止しつつ、基板を短
時間で減圧乾燥できるようにした乾燥方法を提供する。 【構成】洗浄処理後の基板を純水で満たした内槽に搬
入，浸漬し、かつ内槽を収容した外槽（圧力容器）の槽
内雰囲気を窒素ガスで置換し，かつ槽内を減圧状態に保
ったまま、外槽に窒素ガスを流しながら内槽に純水を供
給して基板をオーバーフローリンスし、次いで内槽に接
続した受水槽の槽内圧力を内槽の内圧以下に減圧し、処
理槽と受水槽との間の差圧により内槽から受水槽へ排水
して基板を水切りした後、続いて外槽内に窒素ガスを供
給しつつ真空引きし、併せてランプヒータを点灯して基
板を加熱しながら減圧乾燥させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シリコンウェーハ，液
晶用ガラス基板などの洗浄プロセスにおける最終段で行
う基板の乾燥方法，およびその乾燥装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】頭記した基板の洗浄プロセスとして多槽
浸漬式洗浄方式（ウエットステーション）が周知であ
り、かかる洗浄方式では基板を各種の薬液槽，純水槽へ
交互に浸漬して洗浄処理し、さらにファイナルリンスを
行った後の最終段で基板を乾燥部に移して表面の濡れた
基板を乾燥するようにしている。

【０００３】一方、この基板乾燥方法として、在来のス
ピンドライ方式，ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）に
よる蒸発乾燥方式に代わるものとして、減圧乾燥（真空
乾燥とも呼ばれる）方式が開発され、その実用化が進め
られている。この減圧乾燥方式の原理は、まず洗浄処理
後の基板を純水で満たした処理槽内に搬入，浸漬し、か
つ処理槽の周囲雰囲気を減圧した状態で、基板をオーバ
ーフローリンスにより濯いで基板に付着しているパーテ
ィクルを除去し、次いで処理槽から純水を排水して基板
を水切りした後に槽内を真空式して減圧し、この減圧状
態の下で基板の表面に残留している水滴を蒸発させて真
空乾燥を行い、最後に槽内を大気圧に戻して基板を取り
出すようにしたものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記した減
圧乾燥方法においては、実用化を押し進める上で次記の
ような問題点が残る。すなわち、 （１）減圧した周囲雰囲気の下で基板をオーバーフロー
リンスすると、処理槽の水面から蒸発した多量の水蒸気
が周囲雰囲気中に充満し、その一部は温度の低い槽壁な
どに結露する。このために、リンス後に処理槽内を真空
引きして減圧すると、結露した水滴が再び蒸発して槽内
に拡散するため、基板が十分な乾燥状態になるまでに要
する真空引きの時間が長くかかる。しかも、槽内に水蒸
気が残っている状態のまま乾燥後に処理槽を大気圧に戻
すと、一旦は乾燥状態となった基板の表面に周囲の水蒸
気が凝縮し、この結果として基板が再び濡れた状態とな
って基板表面にウオーターマークが生じてしまう。

【０００５】（２）オーバーフローリンス，排水後に行
う真空乾燥の時点で槽内雰囲気に空気が残っていると、
特にフッ酸洗浄処理後のシリコンウェーハ（表面が活性
状態になっている）を乾燥する場合には、空気中の酸素
との接触によりウェーハの表面に自然酸化膜が生成して
しまう。そこで、この酸化膜の生成防止策として、排水
時点に槽内雰囲気を窒素ガスで置換しおき、その後に槽
内を真空引きにより減圧してウェーハを真空乾燥させる
方法が提唱されている。しかしながらこの方法では、真
空引き開始に伴って生じる気流の乱れが誘因となって槽
壁などに付着していたパーティクルが舞い上がり、これ
がリンス後の濡れたウェーハ表面に付着するといった不
具合を引き起こす。

【０００６】（３）処理槽から純水を排水する際に、周
囲雰囲気が減圧状態（大気圧以下）のままであると処理
槽から大気側へ水抜きする排水がすこぶる困難となる。
この場合に排水手段として通常の水ポンプを使用する
と、排水直後に水ポンプを通じて大気側から槽内にエア
が逆流してしまう。また、アスピレータ（エゼクタポン
プ）を使用した場合には吸引速度が遅く、排水に長時間
を要して乾燥処理のスループットが低下する。

【０００７】本発明は上記の点にかんがみなされたもの
であり、その目的は前記課題を解決し、基板へのパーテ
ィクル付着，ウオーターマークの生成を良好に防止しつ
つ、しかも基板を短時間で減圧乾燥できるようにした基
板の乾燥方法および装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による基板の乾燥方法は、洗浄処理後の基板
を純水で満たした処理槽内に搬入，浸漬した状態で、該
処理槽の周囲雰囲気を窒素ガスで置換し、さらに減圧す
る工程と、減圧状態を保ったまま周囲に窒素ガスを流し
ながら処理槽内に純水を供給して基板をオーバーフロー
リンスする工程と、リンス終了後に処理槽から排水する
基板の水切り工程と、槽内に窒素ガスを供給しつつ真空
引きして基板を減圧乾燥させる工程を経て行うものとす
る。

【０００９】また、前記の乾燥方法において、処理槽か
らの排水を短時間で行う手段として、水切り工程では処
理槽の排水口に接続した受水槽の槽内圧力を処理槽に加
わる圧力以下に減圧し、処理槽と受水槽との間の差圧に
より処理槽から受水槽に向けて水抜きする排水方法があ
る。さらに、基板の乾燥を早めるために、少なくとも基
板の減圧乾燥工程で基板をヒータ加熱するのがよい。

【００１０】一方、前記乾燥方法の実施に用いる本発明
の乾燥装置は、密閉構造の開閉蓋付き外槽と、外槽の内
部に収容した内槽と、外槽に給気弁，排気弁を介して接
続した窒素ガス供給装置，および真空引き装置と、内槽
に接続した純水供給装置と、内槽の底部に排水弁を介し
て接続した密閉構造の受水槽と、受水槽と前記真空引き
装置との間に排気弁を介して接続した排気管路と、内槽
の内部に設置したランプヒータとを具備して構成するも
のとする。

【００１１】

【作用】上記において、外槽の槽内雰囲気を窒素ガスで
置換し、かつ真空引きにより槽内を減圧状態（２００To
rr程度) にした上で、引続き窒素ガスを流しながら基板
をオーバーフローリンスすることにより、リンス過程で
内槽から発生する水蒸気、並びに外槽内の空間に舞い上
がったパーティクルが逸早く槽外に排出される。また、
リンス中は基板が水中に完全に没しているので外槽内に
流れる気流の影響を受けることがなく、かつリンスによ
り基板の表面から離脱したパーティクルは水面に浮上し
てオーバーフロー水と一緒に槽外に排除されるので、槽
内の雰囲気を汚損することはない。

【００１２】さらに、前記のようにオーバーフローリン
ス開始の時点から外槽の内部空間を減圧状態に保ちつつ
槽内に窒素ガスを流し、リンス過程で発生する水蒸気，
および槽内に舞い上がったパーティクルを窒素ガスと一
緒に排出しておくことにより、オーバーフローリンス，
排水後に行う基板の減圧乾燥工程での乾燥時間が短くて
済み、かつ槽内を真空引きした際にパーティクルが新た
に舞い上がったり、槽内を大気圧に戻した際に水蒸気が
基板表面に凝縮するなどの現象が殆ど発生しない。した
がって、ウオーターマークの生成，パーティクルの付着
を抑えつつ、短時間で基板が十分な乾燥状態になる。し
かも、排水時点では既に槽内が窒素ガス雰囲気となって
いるので、基板がフッ酸洗浄工程を経た表面活性状態の
シリコンウェーハであっても、ウェーハ表面に自然酸化
膜の生成することもない。

【００１３】また、乾燥工程中に基板をヒータ加熱する
ことにより、基板の表面に残留している水滴の蒸発が促
進されるので、それだけ乾燥時間が短くなる。この場合
に、加熱ヒータとしてランプヒータを採用し、槽内の減
圧開始から乾燥工程の終了時点までランプヒータを点灯
しておけば、その輻射熱が有効に働いて槽内に生じた水
蒸気（オーバーフローリンスの際に生じた水蒸気）が槽
壁などに結露するのを良好に防げる。

【００１４】一方、オーバーフローリンス後の水切り工
程において、内槽の底部排水口から引出した排水管路の
排水弁を開くとともに、排水管路を介して内槽の下方に
配置した受水槽を真空引きし、その槽内圧力が外槽側の
内圧よりも低くなるように減圧すれば、これにより内槽
に滞留している純水は、重力，および外槽と受水槽と間
の圧力差の作用により内槽から受水槽に向けて流下，排
水されるとともに、この排水に伴う内槽の水位低下によ
り、基板に水の表面張力が作用して水切りが円滑に行わ
れる。

【００１５】

【実施例】以下本発明の実施例を図面に基づいて詳細に
説明する。まず、図３に本発明による減圧乾燥装置の構
成を示す。図において、１はウェーハ（基板）２を収容
する石英製（透明）の内槽、３は内槽１を収容した開閉
蓋３ａ付きの外槽（圧力容器）であり、内槽１に対して
は給水管４，給水弁５を介して純水供給装置６が接続さ
れ、さらに内槽１の底部，およびオーバーフロー水の水
受け１ａから外槽３を貫通して排水管７，８が排水弁７
ａ，８ａを介して引き出されており、排水管７，８の他
端は外槽３の下方に設置した圧力容器の受水槽９に接続
されている。一方、外槽３に対しては、給気管１０，給
気弁１０ａを介して窒素ガス供給装置１１が、また排気
管１２，排気弁１２ａを介して真空引き装置（アスピレ
ータ）１３が接続されている。さらに、前記受水槽９と
真空引き装置１３との間が排気管１４，排気弁１４ａを
介して相互接続されている。なお、１５は開閉蓋３ａの
操作シリンダ、１６は受水槽９のドレン弁、１７は大気
側に通じる開放弁である。さらに、内槽１の槽内底部側
にはウェーハ２の保持具を兼ねた石英ランプヒータ１８
を備えている。このランプヒータ１８は内槽１に搬入さ
れたウェーハ２，内槽１（透明な石英製）の槽壁，外槽
３，および開閉蓋３ａなど照射して輻射加熱する。

【００１６】次に前記構成の減圧乾燥装置による基板乾
燥動作を図１のフローチャートを基に説明する。まず、
乾燥工程の待機状態では外槽３の蓋３ａが開放してお
り、かつ内槽１は純水供給装置６から供給した純水で満
たされている。ここで、ステップＳ１では前段の洗浄プ
ロセスを経て搬送されてきたウェーハ２を内槽１に搬入
して純水に浸漬する。次に、ステップＳ２で外槽３の蓋
３ａを閉じた後、ステップＳ３で給気弁１０ａ，排気弁
１２ａを開放して窒素ガス供給装置１１より外槽３に窒
素ガスを導入しつつ真空引き装置１３により真空引き
し、槽内の空気をパージして窒素ガスで置換するととも
に、槽内を２００Torr程度の真空圧に減圧する。続くス
テップＳ４では、減圧状態を保ったまま外槽３に窒素ガ
スを流しつつ、内槽１に純水を注入してウェーハ２をオ
ーバーフローリンスし、ウェーハ２に付着しているパー
ティクルを洗い流す。なお、このリンス工程では受水槽
９の排気弁１４ａを開いて受水槽を減圧しておくととも
に、内槽１のオーバーフロー水受け１ａから引出した排
水管８の排水弁８ａを開放しておく。これにより、ウェ
ーハ２の表面から離脱して内槽１の水面上に浮遊するパ
ーティクルは、オーバーフロー水と一緒に排水管８を通
じて受水槽９に排出されるとともに、リンス中に内槽１
の水面から蒸発した水蒸気，および外槽３の通風によっ
て槽内に舞い上がったパーティクルは窒素ガスと一緒に
排気管１２を通じて槽外に排出される。

【００１７】そして、オーバーフローリンス工程が済む
と、次のステップＳ５で内槽１より純水を排水してウェ
ーハ２を水切りする。なお、この水切り工程の基本的な
フローチャートを図２に示す。すなわち、具体的な操作
手順として、まず純水の供給を停止するとともに、内槽
１から引出した排水管７の排水弁７ａを開，排水管８の
排水弁８ａを閉，外槽３の排気弁１２ａを閉にして受水
槽９を引続き真空引きし、その内圧が外槽３の内圧より
も低い圧力となるように減圧する。

【００１８】これにより、内槽１に滞留している純水
は、水に働く重力，および外槽３と受水槽９と間の圧力
差により排水管７を通じて受水槽９に向けて排水され
る。また、この排水に伴い内槽１の水面が漸次低下し、
この過程で加わる水の表面張力の働きによりウェーハ２
の表面に残留している水滴が水切りされる。なお、水面
上に露呈したウェーハ２に対して槽内雰囲気が窒素ガス
であるので、ウェーハ表面がフッ酸洗浄処理で活性状態
にあっても自然酸化膜の生成、残留水滴の酸化反応にに
よるウオーターマークの生成のおそれはない。

【００１９】そして、内槽１の排水，ウェーハ２の水切
りが済むと、次のステップＳ６で再び外槽３を真空引き
して減圧状態に保ちつつ、窒素ガスを流しながらウェー
ハ２を真空乾燥させる。これにより、ウェーハ２の表面
に残留している水滴が蒸発するととに、槽内に拡散した
水蒸気は窒素ガスとともに槽外に排出されてウェーハ２
が乾燥状態となる。続くステップＳ７では、外槽３から
の真空引きを停止し、さらに窒素ガス供給装置１１から
窒素ガスを送り込んで槽内雰囲気を大気圧に戻し、さら
にステップＳ８で外槽３の蓋３ａを開いてウェーハ２を
槽外に搬出して一連の乾燥工程が終了する。なお、乾燥
工程の終了時には、弁１７を開いて受水槽９を大気圧に
開放するとともに、ドレン弁１７を開放して受水槽９に
回収した廃液を系外に排出する。

【００２０】また、前記における一連の乾燥工程で、ス
テップＳ３〜Ｓ８と並行して内槽１に内装したランプヒ
ータ１８を点灯すれば、その輻射熱によりオーバーフロ
ーリンス，排水工程で槽内に生じた水蒸気が槽壁に結露
するのを防止できるほか、減圧乾燥工程ではウェーハ表
面に残留している水滴の蒸発が促進するので、その分だ
け乾燥時間を短縮できる。

【００２１】なお、発明者が一連の洗浄，乾燥プロセス
を経たウェーハについて検査した洗浄評価から、前記の
乾燥方法を採用することにより、従来の減圧乾燥方法と
比べてウオーターマークの生成，パーティクルの付着が
大幅に改善できることが確認されている。また、図示実
施例における内槽１を洗浄プロセスにおけるファイナル
リンス槽として使用し、洗浄処理後のウェーハ２に対す
るファイナルリンス，および乾燥を連続して行うことも
できる。

【００２２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の乾燥方法，
および装置によれば、洗浄プロセスを経て洗浄処理され
たシリコンウェーハなどの基板に対し、従来の減圧乾燥
方法における問題点を全て解消して基板へのウオーター
マーク生成，パーティクルの付着を良好に防止し、短時
間で効果的に減圧乾燥することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による基板乾燥方法のフローチ
ャートを表す図

【図２】図１における基板水切り工程のフローチャート
を表す図

【図３】本発明の実施例による乾燥装置の構成図

【符号の説明】

１ 内槽（処理槽） １ａ オーバーフロー水の水受け ２ ウェーハ（基板） ３ 外槽 ３ａ 開閉蓋 ６ 純水供給装置 ７ 排水管 ７ａ 排水弁 ９ 受水槽 １０ 給気管 １０ａ 給気弁 １１ 窒素ガス供給装置 １２ 排気管 １２ａ 排気弁 １３ 真空引き装置 １４ 排気管 １４ａ 排気弁

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】湿式洗浄プロセスの最終段で行う基板の乾
   燥方法であり、洗浄処理後の基板を純水で満たした処理
   槽内に搬入，浸漬した状態で、該処理槽の周囲雰囲気を
   窒素ガスで置換し、さらに減圧する工程と、減圧状態を
   保ったまま周囲に窒素ガスを流しながら処理槽内に純水
   を供給して基板をオーバーフローリンスする工程と、リ
   ンス終了後に処理槽から排水する基板の水切り工程と、
   槽内に窒素ガスを供給しつつ真空引きして基板を減圧乾
   燥させる工程とからなる基板の乾燥方法。
2. 【請求項２】請求項１記載の乾燥方法において、水切り
   工程では処理槽の排水口に接続した受水槽の槽内圧力を
   処理槽に加わる圧力以下に減圧し、処理槽と受水槽との
   間の差圧により処理槽から受水槽に向けて水抜きするこ
   とを特徴とする基板の乾燥方法。
3. 【請求項３】請求項１記載の乾燥方法において、少なく
   とも減圧乾燥工程で基板をヒータ加熱することを特徴と
   する基板の乾燥方法。
4. 【請求項４】圧力容器としてなる開閉蓋付き外槽と、外
   槽の内部に収容した内槽と、外槽に給気弁，排気弁を介
   して接続した窒素ガス供給装置，および真空引き装置
   と、内槽に接続した純水供給装置と、内槽の底部に排水
   弁を介して接続した密閉構造の受水槽と、受水槽と前記
   真空引き装置との間に排気弁を介して接続した排気管路
   と、内槽の内部に設置したランプヒータとを具備して構
   成した請求項１ないし３記載の乾燥方法の実施に用いる
   乾燥装置。