JPH10150018A - 洗浄乾燥方法および洗浄乾燥装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 取扱いが安全で、短時間で良好な洗浄および
乾燥を達成する。 【解決手段】 本発明の第１では、処理槽内に、所望の
温度に加熱された洗浄水を供給し、水面が被処理物を十
分に覆う高さとなるように洗浄水層を形成し、この洗浄
水中で前記被処理物を洗浄する洗浄工程と、前記洗浄水
層の水面を下降させるかまたは前記被処理物を洗浄水層
から気相にむけて移動させ、前記被処理物を前記気相内
に導く導出工程と、前記気相内で、前記被処理物を乾燥
させる乾燥工程とを含み、前記被処理物を洗浄乾燥する
方法において、前記導出工程において、前記被処理物が
前記洗浄水層から導出されつつ加熱されるようにしたこ
とを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、洗浄乾燥方法およ
び洗浄乾燥装置に係り、特に特に半導体ウェハーや半導
体デバイスなどの半導体装置を洗浄し乾燥する技術に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の微細化および高集積化に伴
い、素子パターンの微細化は高まる一方である。したが
って半導体装置の製造工程では小さな埃やよごれについ
てもパターン精度の劣化の原因となるため、入念な清浄
化処理が必要となる。さらにまた、金属イオンの残留
や、水分の残留などによって、半導体表面が劣化したり
するなどさまざまな領域でさまざまな問題が生じるた
め、半導体装置の製造工程において、半導体ウェハーの
洗浄および乾燥は極めて重要な課題となっている。

【０００３】特に、種々の処理工程においてフォトリソ
グラフィによるレジストパターンの形成、これを用いた
エッチングなどの選択的処理がたびたび用いられる。フ
ォトリソグラフィによるレジストパターンの形成におい
ては、通常、レジスト塗布、露光マスクを用いた選択的
露光、現像という３つのステップで実行され、現像によ
り未露光領域（ポジでは露光領域）のレジスト剥離がな
される。このような工程では、レジスト剥離後洗浄乾燥
を行う必要がある。通常、所望の濃度の現像液を所望の
時間吹き付ける自動現像装置が用いられ、洗浄、乾燥を
経て清浄な状態の半導体ウェハーが得られる。

【０００４】従来、このような装置において乾燥のため
に、純水による洗浄を行った後、半導体ウェハーにイソ
プロピルアルコール（ＩＰＡ）液を吹き付け、水と置換
して、乾燥する方法がある。この方法は、液体を吹き付
ける方法であるため、多数の半導体基板に均一な処理を
行うのは困難であるという問題がある。また、ＩＰＡ蒸
気を吹き付ける方法等、種々の方法が提案されている。

【０００５】しかしながら、ＩＰＡは可燃性であるた
め、特に蒸気を用いる場合には、防爆対策すなわち安全
対策のための設備が必要であるという問題がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ＩＰＡなどの有機溶剤
を使用する乾燥方法では、可燃性で爆発しやすいため蒸
気としての取扱いは安全面で難しいという問題がある。
本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、特別な溶剤
を必要とすることなく温度変化による表面張力の差を利
用し、取扱いが安全で、乾燥性能が高く短時間で良好な
洗浄および乾燥を達成することのできる装置および方法
を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで本発明の第１の方
法では、処理槽内に、所望の温度に加熱された洗浄水を
供給し、水面が被処理物を十分に覆う高さとなるように
洗浄水層を形成し、この洗浄水中で前記被処理物を洗浄
する洗浄工程と、前記洗浄水層の水面を下降させるかま
たは前記被処理物を洗浄水層から気相にむけて移動さ
せ、前記被処理物を前記気相内に導く導出工程と、前記
気相内で、前記被処理物を乾燥させる乾燥工程とを含
み、前記被処理物を洗浄乾燥する方法において、前記導
出工程において、前記被処理物が前記洗浄水層から導出
つつ加熱されるようにしたことを特徴とする。

【０００８】望ましくは、前記導出工程において、前記
被処理物が前記洗浄水層から導出されつつ液面通過部の
ウェハに接した水が加熱されるようにしたことを特徴と
する。

【０００９】望ましくは、前記導出工程において、前記
洗浄水の水面近傍に輻射熱を供給する加熱工程を含むこ
とを特徴とする。

【００１０】また望ましくは、前記導出工程において、
前記洗浄水の水面近傍に加熱ガスを供給する加熱工程を
含むことを特徴とする。

【００１１】更に望ましくは、前記加熱ガスは乾燥用薬
液を含むことを特徴とする。

【００１２】また望ましくは、前記加熱ガスは、前記水
蒸気を含むことを特徴とする。

【００１３】また望ましくは、前記導出工程は、前記洗
浄水層から導出された直後の前記被処理物近傍の液体を
選択的に加熱し、前記液体表面に温度分布を形成する工
程を含むことを特徴とする。

【００１４】本発明の第２の洗浄乾燥装置では、洗浄水
を充填した処理槽と、前記洗浄水層の水面を下降させる
かまたは前記被処理物を洗浄水層から気相にむけて移動
させ、前記被処理物を前記気相内に導く導出手段と、前
記被処理物と前記洗浄水層との界面近傍を加熱する加熱
手段とを具備したことを特徴とする。

【００１５】望ましくは、前記加熱手段は、処理槽の外
側に設けられたランプであることを特徴とする。

【００１６】また望ましくは、加熱手段は、洗浄水槽と
気相との界面近傍に加熱ガスを供給するガス供給手段で
あることを特徴とする。

【００１７】本発明では、液体中から被処理物を取り出
し、その表面から液体を除去する方法において、液体表
面に温度分布をつくるようにしたものである。一般的
に、液体は温度が上昇すると、表面張力が小さくなる性
質を有している。そこで本発明では、被処理物近傍の液
体表面または、被処理物自体の温度を変化させることに
より処理物付近は表面張力が小さい状況となり、この結
果マランゴニ流が発生し、液体は被処理物表面から引き
剥がされる。これにより被処理物表面からの液体の除去
は促進され、これが継続して処理が完了する。

【００１８】望ましくは、導出工程において、洗浄水の
水面近傍に輻射熱を供給するようにすれば、処理槽の外
側からの加熱で内部に影響を与えることなく乾燥を行う
ことができ、使用する薬液を制限することなく安全に加
熱を行うことが可能となる。また導出工程において、洗
浄水の水面近傍に加熱ガスを供給することによって加熱
するようにすれば、ガスと共に同時に液体が被処理物表
面から除去される。更に、加熱ガスに乾燥用薬液を含有
させることにより、さらに効率よく乾燥を行うことが可
能となる。

【００１９】また、加熱ガスに、水蒸気を含有させるこ
とにより、洗浄水の蒸発を防ぐことが可能となる。 こ
こで加熱ガスは、半導体ウェハの表面や液体表面に接触
し、それらを加熱すると同時に蒸気含有ガス自身は洗浄
水温度付近まで冷却され飽和濃度に近づき洗浄槽中の液
体の蒸発を抑える。これにより、洗浄槽の液体が蒸発し
て、溶質すなわち、洗浄により半導体ウェハ表面から洗
い落とされたものが半導体ウェハ表面に析出するのを防
止することができる また望ましくは、導出工程は、洗浄水層から導出された
直後の被処理物近傍の液体を選択的に加熱する工程を含
むことにより、直接液体が加熱され、表面張力が小さく
なり、マランゴニ流を生起することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明は、図１に原理図を示すよ
うに、半導体基板を洗浄水層（液相）から気相に向けて
ゆっくりと引上げ、この引上げ時に、この半導体基板ま
たはその近傍を加熱することにより、半導体基板近傍の
液体を加熱し、温度上昇による表面張力の低下を利用
し、マランゴニ流を形成することにより、半導体基板表
面から液体を引き剥がす様にしたことを特徴とする。そ
して気相では、半導体基板は混合ガスにより加熱され、
液面から離れた位置では十分に高い温度となっており、
置換をおこなった凝縮液は蒸発して処理が完了する。従
って、小型でかつ極めて簡単な構成で、高速で液体を除
去することができ、このガス層でそのまま乾燥され、ス
ループットが極めて高い。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
つつ詳細に説明する。本発明の第１の実施例の半導体洗
浄装置は、図２に示すように、トレンチ形成のためのエ
ッチング後、半導体ウェハ１を純水洗浄するための洗浄
槽３において、半導体ウェハ１と水面との界面近傍にハ
ロゲンランプ２による輻射熱をあてるようにしたことを
特徴とする。すなわち、この装置では、洗浄槽３の上部
に半導体ウェハ１が通過可能な程度のスリットＳを有す
る遮蔽板４が設置され、この上部に設置されたハロゲン
ランプ２の光がこのスリットＳを介して、ウェハ１と水
面との界面近傍に照射されるように構成されている。

【００２２】ここで洗浄槽３は図示しない加熱器によっ
て設定温度Ｔに調整された純水がオーバーフロー状態で
供給されるように構成されている。半導体ウェハは、水
平および上下方向に移動可能なカセットハンドラー（図
示せず）を具備し、このカセットハンドラー内にカセッ
ト（図示せず）が装着できるようになっており、カセッ
トに所定の間隔で半導体ウェハーが配列され、露光装置
などからカセットごとカセットハンドラー内に装着する
と、カセットハンドラーが洗浄槽３の真上に水平移動
し、洗浄槽３上に装着され、カセットが洗浄槽３の内部
まで下降するとともに、カセットの引上げに同期してハ
ロゲンランプの駆動が実行されるように構成されてい
る。

【００２３】次に、この装置を用いた半導体ウェハーの
洗浄乾燥方法について説明する。

【００２４】トレンチ形成のためのエッチングが終了
し、レジスト剥離を行った後、処理槽３内で十分な水洗
を行い、乾燥を行うものとする。ここで洗浄水は図示し
ない加熱器で温度Ｔ＝２０℃に設定されており、処理槽
３の底部から２０℃の純水を供給し、オーバーフロー状
態に維持している。

【００２５】そして半導体ウェハ１は洗浄水から引上げ
られると、これに同期してハロゲンランプ２が駆動さ
れ、スリットＳを介してハロゲンランプ２からの光が半
導体ウェハと洗浄水との界面に供給される。これによ
り、洗浄水から引き上げられた直後の半導体ウェハは加
熱され、半導体ウェハ表面の洗浄水の表面張力がより小
さくなる。このようにしてできた表面張力分布によって
マランゴニ流が発生し、洗浄水は半導体基板表面から引
きはがされる。また、凹部に微量残留した液体もハロゲ
ンランプ２により引き続き加熱され速やかに蒸発するた
め、ウォーターマークが残ることなく、良好に乾燥せし
められる。ここで１．５ｋＷのハロゲンランプを用いた
場合は８インチのウェハを３分以内に乾燥させることが
できた。

【００２６】従って、小型でかつ極めて簡単な構成で、
高速で液体を除去することができ、このガス層でそのま
ま乾燥され、スループットが極めて高い。次に本発明の
第２の実施例について説明する。この装置は図３に示す
ようにハロゲンランプ１２からの光をスリットＳ２をも
つ反射鏡１３で覆い、ハロゲンランプ１２からの光を、
シリンドリカルレンズ１４を介して、半導体ウェハ１と
洗浄水との界面に集光するようにしたことを特徴とす
る。かかる構成によれば、洗浄水から引き上げられた直
後の半導体ウェハ１を局所的に加熱し、半導体ウェハ表
面の洗浄水の表面張力がより小さくなるようにしたもの
である。このようにしてできた表面張力分布によってマ
ランゴニ流が発生し、洗浄水は半導体基板表面から引き
はがされる。

【００２７】次に本発明の第３の実施例について説明す
る。この装置は図４に示すように輻射熱供給源としてＬ
ＥＤアレイ２２を用い、半導体ウェハとしてシリコンウ
ェハの洗浄乾燥を行うようにしたことを特徴とするもの
である。ここでは洗浄水槽は石英製であり、輻射熱供給
源としては波長が２００ｎｍから１．２μｍの光を用い
ることにより、洗浄水を透過してシリコンウェハのみを
加熱することができる。これにより、シリコンウェハ１
からの熱伝導でシリコンウェハ近傍の洗浄水の温度が上
昇する。そしてこの結果シリコンウェハ表面の洗浄水の
表面張力がより小さくなり、表面張力分布によってマラ
ンゴニ流が発生し、洗浄水はシリコンウェハ表面から引
きはがされる。また、光源として放電ランプの使用も可
能である。

【００２８】次に本発明の第４の実施例について説明す
る。この装置は図５に示すように、半導体ウェハとその
近傍に、加熱器３３で洗浄液よりも温度を高くしたガス
をノズル３２により吹き付け、半導体ウェハ近傍の温度
を上昇させるようにしたものである。ここで半導体ウェ
ハ１表面の温度は純水層から出た時点ではＴ１であり、
ノズル３２から吹き付けられたガスは、加熱器３３で洗
浄水温度Ｔ１よりも高温であるＴ２となっており、この
ガスにより半導体ウェハ近傍の洗浄水の温度が上昇す
る。そしてこの結果半導体ウェハ表面の洗浄水の表面張
力がより小さくなり、表面張力分布によってマランゴニ
流が発生し、洗浄水は半導体ウェハ表面から引きはがさ
れる。そして、凹部に微量残留した液体もこのガスによ
り引き続き加熱され速やかに蒸発するため、ウォーター
マークが残ることなく、良好に乾燥せしめられる。

【００２９】次に本発明の第５の実施例について説明す
る。この装置は図６に示すように、前記第２の実施例の
装置に、ガスに液体の蒸気を含ませて供給し、洗浄槽中
の洗浄液の蒸発を抑えるようにしたものである。すなわ
ち、ハロゲンランプ１２のまわりをスリットＳ２をもつ
反射鏡１３で覆い、ハロゲンランプ１２からの光を、シ
リンドリカルレンズ１４を介して、半導体ウェハ１と洗
浄水との界面に集光するとともに、水蒸気含有ガスを加
熱器４３で洗浄液よりも温度を高くし高温にして、ノズ
ル４２により、引上げ部の洗浄水と半導体ウェハとの界
面近傍に吹き付けるようにしたことを特徴とする。半導
体ウェハとその近傍に、水蒸気を含有した高温のガスを
吹き付け、半導体ウェハ近傍の温度を上昇させるように
したものである。ここで半導体ウェハ１表面の温度は洗
浄水層から出た時点ではＴ１であり、ノズル４２から吹
き付けられたガスは、加熱器４３で洗浄水温度Ｔ１より
も高温であるＴ３となっており、このガスにより半導体
ウェハ近傍の洗浄水の温度が上昇する。そしてこの結果
半導体ウェハ表面の洗浄水の表面張力がより小さくな
り、表面張力分布によってマランゴニ流が発生し、洗浄
水は半導体ウェハ表面から引きはがされる。そして、凹
部に微量残留した液体もこのガスにより引き続き加熱さ
れ速やかに蒸発するため、ウォーターマークが残ること
なく、良好に乾燥せしめられる。４７は加熱器である。
なおここでバブリングの際に純水槽４５を通過させる
ガスはアルゴンなどの不活性ガスに限定されることな
く、空気等でもよい。

【００３０】この装置において、ノズル４２から吹き出
されたガスは、半導体ウェハの表面や液体表面に接触
し、それらを加熱すると同時に蒸気含有ガス自身はＴ１
付近まで冷却され飽和濃度に近づき洗浄槽３中の液体の
蒸発を抑える。これにより、洗浄槽の液体が蒸発して、
溶質すなわち、洗浄により半導体ウェハ表面から洗い落
とされたものが半導体ウェハ表面に析出するのを防止す
ることができる。

【００３１】次の本発明の第６の実施例について説明す
る。この装置では、図７にブロック図を示すように、上
記第１の実施例の装置に加え、洗浄槽に供給するための
洗浄水の供給に先立ち、ガス抜きと含有ガスのイオン化
によるパーティクルの付着を抑制する機能を具備したこ
とを特徴とする。すなわち、洗浄水中のガスを除去する
ガス除去手段１０と、含有ガスをイオン化するイオン化
手段２０とを具備したことを特徴とする。洗浄乾燥処理
中において、半導体ウェハ近傍では温度が高くなり気体
の溶解度が低下する。このため液体中から気泡が発生し
て被処理物表面に付着し、水切り乾燥を阻害することに
なる。これに対してあらかじめ液体中から溶解ガスをぬ
いておくようにすれば、気泡の発生を防止することがで
きる。また、処理後の半導体ウェハ表面には静電気が残
留することになり、雰囲気中に浮遊しているパーティク
ルを吸い寄せ付着させるために問題となる。液体上のガ
スを電離しておくことにより、処理後速やかに表面から
電荷を除去しパーティクルの付着を防止することができ
る。

【００３２】また、前記第１乃至第６の実施例では、半
導体ウェハを引き上げる方法について説明したが、半導
体ウェハは静止した状態で洗浄水を排出することによ
り、同様の効果を得ることができる。

【００３３】また、前記実施例では、洗浄乾燥専用の装
置について説明したが、露光後の現像装置と一体化した
り、エッチング装置と一体化したりすることも可能であ
る。すなわち、純水供給部と同様の機能を備えた、現像
液供給部などを処理槽にとりつけることにより、現像液
を供給して、露光後の半導体ウェハーをセットしたカセ
ットを所定時間該現像液に浸漬し、現像液を排出した
後、純水供給部から純水を供給して、前記実施例と同様
に洗浄乾燥を行うようにすればよい。

【００３４】このようにすれば１つの装置で、現像から
洗浄乾燥まで行うことができる。

【００３５】さらにまたエッチング液供給部およびレジ
スト剥離液供給部まで同様にして前記処理槽に設置すれ
ば、露光後の半導体ウェハーをセットすれば、液体の供
給および排出のみで、現像、洗浄、エッチング、洗浄、
レジスト剥離、洗浄、乾燥までを一貫して行い、所望の
パターンを形成した乾燥された清浄な半導体ウェハーを
得ることができる。

【００３６】また、前記実施例では有機溶剤としてＩＰ
Ａを用いたがメチルアルコール（ＣＨ₃ＯＨ）、エチル
アルコール（Ｃ₂Ｈ₅ＯＨ）、 アセトン（ＣＨ₃ＣＯＣＨ
₃）、フロンＲ−１１３（ＣＣｌ₂ＦＣＣｌＦ₃）など、
他の水溶性の有機溶剤にも適用可能である。

【００３７】さらにまた、前記実施例では、ガスとして
アルゴンガスを用いたが、アルゴンや窒素等の不活性ガ
スのほか、状況によっては、空気等を用いてもよい。

【００３８】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、小型でかつ極めて簡単な構成で、乾燥を促進するこ
とができ、スループットが極めて高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の乾燥メカニズムを示す説明図

【図２】本発明の第１の実施例の洗浄乾燥装置を示す図

【図３】本発明の第２の実施例の洗浄乾燥装置を示す図

【図４】本発明の第３の実施例の洗浄乾燥装置を示す図

【図５】本発明の第４の実施例の洗浄乾燥装置を示す図

【図６】本発明の第５の実施例の洗浄乾燥装置を示す図

【図７】本発明の第６の実施例の洗浄乾燥装置を示す図

【符号の説明】

１ 半導体ウェハ ２ ハロゲンランプ ３ 洗浄槽 ４ 遮蔽板 Ｓ スリット １０ ガス除去手段 １２ ハロゲンランプ １３ 反射鏡 １４ シリンドリカルレンズ ２０ イオン化手段 ２２ ＬＥＤアレイ ３２ ノズル ３３ 加熱器 ４２ ノズル ４４ バルブ ４５ 純水槽 ４３ ４７ 加熱器 ４６ 純水

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 処理槽内に、所望の温度に加熱された洗
   浄水を供給し、水面が被処理物を十分に覆う高さとなる
   ように洗浄水層を形成し、この洗浄水中で前記被処理物
   を洗浄する洗浄工程と、 前記洗浄水層の水面を下降させるかまたは前記被処理物
   を洗浄水層から気相にむけて移動させ、前記被処理物を
   前記気相内に導く導出工程と、 前記気相内で、前記被処理物を乾燥させる乾燥工程とを
   含み、 前記被処理物を洗浄乾燥する方法において前記導出工程
   において、前記被処理物が前記洗浄水層から導出されつ
   つ加熱されるようにしたことを特徴とする洗浄乾燥方
   法。
2. 【請求項２】 前記導出工程において、前記被処理物が
   前記洗浄水層から導出されつつ液面通過部のウェハに接
   した水が加熱されるようにしたことを特徴とする請求項
   １記載の洗浄乾燥方法。
3. 【請求項３】 前記導出工程において、前記洗浄水の水
   面近傍に輻射熱を供給し加熱する加熱工程を含むことを
   特徴とする請求項１または２記載の洗浄乾燥方法。
4. 【請求項４】 前記導出工程において、前記洗浄水の水
   面近傍に加熱ガスを供給し加熱する加熱工程を含むこと
   を特徴とする請求項１または２記載の洗浄乾燥方法。
5. 【請求項５】 前記加熱ガスは乾燥用薬液を含むことを
   特徴とする請求項４記載の洗浄乾燥方法。
6. 【請求項６】 前記加熱ガスは、前記水蒸気を含むこと
   を特徴とする請求項４記載の洗浄乾燥方法。
7. 【請求項７】 前記導出工程は、前記洗浄水層から導出
   された直後の前記被処理物近傍の液体を選択的に加熱す
   る加熱工程を含むことを特徴とする請求項１乃至４のい
   ずれかに記載の洗浄乾燥方法。
8. 【請求項８】 洗浄水を充填した処理槽と、 前記洗浄水層の水面を下降させるかまたは前記被処理物
   を洗浄水層から気相にむけて移動させ、前記被処理物を
   前記気相内に導く導出手段と、 前記被処理物と前記洗浄水層との界面近傍を加熱する加
   熱手段とを具備したことを特徴とする洗浄乾燥装置。
9. 【請求項９】 前記加熱手段は、処理槽の外側に設けら
   れたランプであることを特徴とする請求項８記載の洗浄
   乾燥装置。
10. 【請求項１０】 前記加熱手段は、前記洗浄水槽と気相
    との界面近傍に加熱ガスを供給するガス供給手段を具備
    したことを特徴とする請求項８記載の洗浄乾燥装置。