JPH0817165B2 - 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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JPH0817165B2
JPH0817165B2 JP3507448A JP50744891A JPH0817165B2 JP H0817165 B2 JPH0817165 B2 JP H0817165B2 JP 3507448 A JP3507448 A JP 3507448A JP 50744891 A JP50744891 A JP 50744891A JP H0817165 B2 JPH0817165 B2 JP H0817165B2
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デイッデル、ダロ
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ガブリエル、エドワード、ポール
ヤグマール、ファロッコー
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インターナシヨナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーシヨン
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Description

【発明の詳細な説明】 ［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。このようにデバイスの集積度または集積規模
が増大するにつれて、ある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、熱散洗浄、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・エッチン
グおよびプラズマ・エッ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問題は、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、構造が平面でなく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、後続の加工ステップ
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5M
Hz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号明細書には、ウェハを立に平行
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くために、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（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に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、有機薄膜を
溶解し、洗浄溶媒から工作物をすばやく取り出すステッ
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］ 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］ 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。
タンク内に工作物リフタ・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、受けプラットホー
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（図示せず）
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、最終的な溶液液面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50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を連通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20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。図からわかるように、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
び米国特許出願第4118649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200mmHg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℃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撹拌されたイソプ
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40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34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0.2MHz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。イオンプロ
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（少なくとも工作
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℃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200mmHg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32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100mmHg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。
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。
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く、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 表面操作による、スピン乾燥の前後のカウントのまとめ
（0.5μｍ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Ｄ 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24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くであろう。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。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 チャヒン、ジョン、ジョセフ アメリカ合衆国ニューヨーク州ポキプシ ー、ブレントウッド・ドライブ40番地 (72)発明者 デイッデル、ダロ アメリカ合衆国カリフォルニア州サン・デ イエゴ、ヴィア・タヴィト11602番地 (72)発明者 アール、グレゴリー、ジェームス アメリカ合衆国ニューヨーク州ウオールキ ル、アルバニー・ポスト・ロード17番地 (72)発明者 ガブリエル、エドワード、ポール アメリカ合衆国ニューヨーク州ニューバー グ、モンアーチ・ドライブ12番地 (72)発明者 ヤグマール、ファロッコー アメリカ合衆国ニューヨーク州ホープウエ ル・ジャンクション、フラーワー・ロード 26番地 (56)参考文献 特開 平１−199432（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−122526（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−195653（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−94991（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−191581（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−94990（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−52438（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−100684（ＪＰ，Ｕ) 米国特許3893869（ＵＳ，Ａ) 米国特許4543730（ＵＳ，Ａ) 米国特許4736759（ＵＳ，Ａ)

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】閉じることのできるチャンバ内に工作物を
    置き、前記チャンバを排気して不活性ガスを導入するス
    テップと、 前記工作物が洗浄溶媒の液面より下に沈むまで前記チャ
    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。
  2. 【請求項２】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の方法。
  3. 【請求項３】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２の方法。
  4. 【請求項４】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の方法。
  5. 【請求項５】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１の
    方法。
  6. 【請求項６】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１の方法。
  7. 【請求項７】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６の方法。
  8. 【請求項８】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７の方法。
  9. 【請求項９】前記メガソニック・エネルギーが、約0.2M
    Hzないし5MHzの周波数を有することを特徴とする、請求
    項１の方法。
  10. 【請求項１０】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９の方法。
JP3507448A 1991-01-04 1991-04-03 工作物を洗浄し乾燥する方法 Expired - Lifetime JPH0817165B2 (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
US637,415 1991-01-04
US07/637,415 US5143103A (en) 1991-01-04 1991-01-04 Apparatus for cleaning and drying workpieces
PCT/US1991/002318 WO1992012533A1 (en) 1991-01-04 1991-04-03 Improved drying apparatus

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Publication Number Publication Date
JPH05508737A JPH05508737A (ja) 1993-12-02
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US (1) US5143103A (ja)
EP (1) EP0565521A1 (ja)
JP (1) JPH0817165B2 (ja)
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