JPH10177986A

JPH10177986A - 乾燥方法及び乾燥装置

Info

Publication number: JPH10177986A
Application number: JP33589896A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Aisaka; 勉逢坂
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-12-16
Filing date: 1996-12-16
Publication date: 1998-06-30

Abstract

(57)【要約】【課題】効率よく、かつウォーターマークを残すこと
なく基体表面を乾燥させることのできる乾燥方法及び乾
燥装置を提供する。【解決手段】本発明の乾燥装置は、ウェーハ１の表面
に付着した水３を乾燥させる装置である。水に溶解せ
ず、ウェーハ１表面との間の表面張力が水よりも低い低
分子シロキサン７をウェーハ表面に適用するノズル５を
有する。低分子シロキサン８は、表面張力が小さいた
め、ウェーハ１表面に付着（残留している）水３とウェ
ーハ表面との間に侵入して、水を浮き上がらせる、水が
ウェーハ表面から除去されるのを助長する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板等を洗
浄する際に付着した水等を乾燥させる方法及び装置に関
する。特には、効率よくかつウォーターマークを残すこ
となく基体表面を乾燥させることのできる乾燥方法及び
乾燥装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体基板（ウェーハ）等を回転させな
がら基板表面の洗浄と乾燥を行う洗浄機を例にとって説
明する。一般的な枚葉式スピン洗浄機は、キャリアにセ
ットされたウェーハを一枚ずつ処理チャンバーに搬送
し、ウェーハを水平に保ったまま回転させ、ウェーハの
上部・下部もしくは、その両方から洗浄液を供給し洗浄
を行う。洗浄が終了すると洗浄液と同様に純水リンス液
等が供給される。リンスが終了すると、ウェーハの乾燥
を行うため、ウェーハの回転数を高回転にして振りきり
乾燥を行う。その後、処理室より取り出されたキャリア
に戻される。処理室は場合によって複数用意され、洗浄
薬液の種類や乾燥などの処理により使い分けられる場合
もある。また、ひとつの処理室において複数の処理液に
よる処理を連続して行う場合もある。

【０００３】一方、一般的な回転式乾燥機は、薬液処理
や純水リンス処理が終わったウェーハ複数枚を乾燥装置
内の棚にセットし、ウェーハを棚毎回転することによっ
て水分を遠心力で吹き飛ばし、乾燥させる。回転に加え
て、ウェーハ表面に乾燥ＡｉｒやＮ₂ ガスを吹き付けて
乾燥を促進するものもある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のウェーハ乾燥に
おいては、次のような問題点があった。ウェーハ表面に掘られた深い穴や、ウェーハ上に形
成された素子による凹凸が大きいと、その部分に水が残
り、ウォーターマークの原因となる。窒素などのガスを供給して乾燥効果を向上させる場
合は、乾燥処理を行うチャンバー全てに窒素ガスを供給
しなくてはならず、窒素ガスの使用量が非常に多くなっ
てしまう。ＩＰＡなど水溶性溶液やガス（蒸気）を用いた場
合、ＩＰＡ等の分離回収が困難なため、ＩＰＡ等の使用
量が増加し、また、廃液処理コストが高くなる。

【０００５】本発明は、半導体基板等を洗浄する際に付
着した水等を乾燥させる方法及び装置であって、効率よ
くかつウォーターマークを残すことなく基体表面を乾燥
させることのできる乾燥方法及び乾燥装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の乾燥方法は、基体表面に付着した第一の
液体（水等）を乾燥させる方法であって；第一の液体
に溶解せず、該基体表面との間の表面張力が第一の液体
よりも低い第二の液体を基体表面に適用することを特徴
とする。第二の液体は、表面張力が小さいため、基体表
面に付着（残留している）第一の液体と基体表面との間
に侵入して、第一の液体を浮き上がらせる、第一の液体
が基体表面から除去されるのを助長する。

【０００７】また、本発明の乾燥装置は、基体表面に
付着した第一の液体（水等）を乾燥させる装置であっ
て；第一の液体に溶解せず、該基体表面との間の表面
張力が第一の液体よりも低い第二の液体を基体表面に適
用する手段を有することを特徴とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明においては、上記第二の液
体が上記第一の液体よりも蒸発性が強い液体であること
が好ましい。第二の液体の乾燥も迅速になされるからで
ある。

【０００９】本発明においては、上記第二の液体が、上
記基体表面及び／又は第一の液体表面にガスの形で適用
され、該第一の液体表面で液化することが好ましい。上
述の第一の液体を浮き上がらせる作用をなしながら、第
二の液体自身が基体表面に残留することがないからであ
る。

【００１０】本発明においては、上記基体を回転させな
がら上記第二の液体を適用することが好ましい。上述の
作用によって浮き上がった第一の液体が基体表面から除
去されやすいからである。

【００１１】本発明の適用可能な第一の液体と第二の液
体との組合せの例として以下を挙げることができる。水：低分子シロキサン

【００１２】以下、図面を参照しつつより詳しく説明す
る。図１は、本発明の第一実施例に係る枚葉式のウェー
ハの洗浄・乾燥装置を模式的に示す図である。（Ａ）は
平面図であり、（Ｂ）は正面断面図である。図１におい
ては、有底円筒状のウェーハ保持具（兼スピナー）４上
にウェーハ１が載置されている。保持具４の上端外周部
には、７本の爪４ａが周上に振り分けられて配置されて
おり、爪４ａはウェーハ１の周縁を押さえる。保持具４
は、その底面中央に突設されている回転軸４ｂにより回
転駆動される。

【００１３】ウェーハ１の中心上には、純水供給ノズル
２が配置されている。この純水供給ノズル２の下端から
は、ウェーハ１の上面にリンス用純水３が流下供給され
る。ウェーハ１の左側上方には、低分子シロキサンガス
供給ノズル５が、その下端をウェーハ１の中心方向に向
けて配置されている。この低分子シロキサンガス供給ノ
ズル５からは、ウェーハ１上面に向けて低分子シロキサ
ンガスが供給される。ウェーハ１の右側上方には、乾燥
窒素供給ノズル６が配置されており、乾燥用の窒素ガス
が供給される。

【００１４】なお、ここでは、乾燥処理前の洗浄方法や
洗浄装置の構成は特に制約はなく、純水がリンスノズル
から供給されている一例を示す。また、保持具の保持方
法や接触部分の形状及び数あるいは各ノズルの形状及び
数などは特に限定されるものではない。以下の図には簡
単のためウェーハの保持具等は省略している。

【００１５】図２は、図１の洗浄・乾燥装置を用いて、
ウェーハ表面のリンス及び乾燥を行う工程を模式的に示
す図である。図２−１においては、ウェーハ１表面にノ
ズル２からリンス用純水を流して、ウェーハ１表面を洗
浄している。次に、図２−２に示すように、ガス供給口
５から低分子シロキサンなど非水溶性で水よりも表面張
力の小さい薬品のガス（蒸気）７をウェーハ表面に供給
する（以下ではこのような薬品の代表として、低分子シ
ロキサンとして記す）。低分子シロキサンのガス７がリ
ンス用純水３の表面に達すると、図２−２に示すよう
に、ウェーハ表面を覆っている純水３の表面に低分子シ
ロキサンが凝集し、低分子シロキサンの薄い膜８を形成
する。ウェーハ１上の純水３は遠心力によってウェーハ
１外周へと流れ、それと共に低分子シロキサンの膜８も
流れてしまうが、低分子シロキサンのガス７は連続的に
供給されるので、いつでも純水表面には低分子シロキサ
ンの液層８が形成される。

【００１６】次に、図２−３に進んで、低分子シロキサ
ンのガス７を供給しながら純水３の供給を止めると、ウ
ェーハ１上の純水の液膜が薄くなり、ウェーハ１表面が
疎水性のため純水の表面張力によって純水３は水滴状に
なる。そして低分子シロキサン液８はウェーハ１表面及
び純水の水滴３表面を覆うように凝集する。そして、低
分子シロキサンの供給を継続すると、図２−４に示すよ
うに、低分子シロキサンは表面張力が小さいため、表面
に残留している水滴３とウェーハ１表面の間に侵入して
いく。

【００１７】次に、低分子シロキサンが純水とウェーハ
１の間に入るにつれて水滴３とウェーハ表面の吸着力
（付着力）が低下するため水滴３は遠心力によって表面
から除去され、図２−５に示すようにウェーハ１表面か
ら水が除去される。

【００１８】最後に、低分子シロキサンガス８の供給を
止めると、図２−６に示すように、ウェーハ１表面の低
分子シロキサンは蒸発し乾燥が終了する。この時、図２
−６のように乾燥窒素供給ノズル６から窒素ガス９を供
給しても良い。その後、回転を止めウェーハ１を取り出
す。なお、純水と混じり合った低分子シロキサンは、図
示せぬ分離装置において分離回収され、再使用される。

【００１９】図１及び図２に示した第一実施例について
は、以下のような変形やオプションを加えることもでき
る。（１）実施例では純水を流しながら低分子シロキサンガ
スを供給し始めているが、純水の供給を止めてから低分
子シロキサンガスを供給しても良い。（２）実施例では低分子シロキサンガスの温度は規定し
ていないが、ガスの温度を上げて（低分子シロキサンの
沸点くらいの温度、分子量によって異なる、一例１００
〜１５０℃）供給しても良い。（３）低分子シロキサンガスの純水上やウェーハ上への
凝集を促進するために純水の温度を低くしても良い（一
例１０℃）。低温の純水で処理することでウェーハも温
度が低下する。（４）実施例では純水を流しながら低分子シロキサンガ
スを供給し始めているが、純水の供給を止めてから低分
子シロキサン溶液を供給しても良い。（５）最後の乾燥窒素ガス処理は行わなくても良い。

【００２０】次に本発明の第二実施例を説明する。図３
は、本発明の第二実施例に係る枚葉式のウェーハの洗浄
・乾燥装置を模式的に示す図である。図３の装置におい
ては、ウェーハ１１の上下に、ウェーハ１１の上下面を
覆う乾燥カバー１２及び１４が設けられている。同カバ
ー１２及び１４は、ウェーハ１１の上下面と少しの隙間
（一例１mm）を開けて設けられている。なお、ウェーハ
１１は、その周縁において図示せぬ保持具によって保持
されている。両カバー１２、１４の中心部には、純水や
低分子シロキサンガス等をウェーハ１１とカバー１２、
１４の間に供給するための供給管１３、１５が設けられ
ている。

【００２１】図３の第二実施例における動作は次のとお
りである。まず、図３−１のように、ウェーハ１１を乾
燥カバー１２、１４と共に回転させながら、乾燥カバー
１２、１４とウェーハ１１の間に純水１６、１６′を満
たす。

【００２２】次に、ウェーハ１１と上部及び下部乾燥カ
バー１２、１４の間に純水１６、１６′が満たされた状
態から、図３−２のように低分子シロキサン蒸気１７、
１７′が供給管１３、１５に供給される。低分子シロキ
サン蒸気１７、１７′が供給されると、純水１６、１
６′は押しのけられ、純水１６、１６′と低分子シロキ
サン蒸気１７、１７′の界面には低分子シロキサンが凝
集し低分子シロキサン液体層１８、１８′を作る。な
お、ここで、供給する低分子シロキサンは純粋な低分子
シロキサン蒸気でも低分子シロキサン蒸気と窒素ガスな
どの混合ガスなどでも良い。低分子シロキサンガス等の
供給量や温度は、ウェーハ１１の大きさ、表面状態、回
転速度に応じて調節する。

【００２３】さらに低分子シロキサン蒸気が供給される
と、低分子シロキサン蒸気１７、１７′と純水１６、１
６′の界面はウェーハ１１に達し、ウェーハ１１が回転
しているため、遠心力で図３−３のように、ウェーハ１
１の中心を中心とした同心円状に低分子シロキサン蒸気
１７、１７′と純水１６、１６′の界面を形成し、リン
グ状の低分子シロキサン液体層１８、１８′を作る。こ
の低分子シロキサン液体層１８、１８′がウェーハ表面
を通過するときウェーハ上の水分は低分子シロキサンと
置換され、水分が除去される。この低分子シロキサン蒸
気１７、１７′と純水１６、１６′の界面は同心円状に
広がり、ウェーハ１１の端まで到達すると遠心力で振り
切られる。

【００２４】次に図３−４に示すように、窒素ガス１
９、１９′を供給してウェーハ１１表面に付着している
低分子シロキサンを蒸発させた後、回転を止め乾燥が終
了する。

【００２５】図３に示した第二実施例については、以下
のような変形やオプションを加えることもできる。（１）上記の例ではウェーハ１１上下に上部乾燥カバー
１２、下部乾燥カバー１４を設置したが、用途によって
どちらか一方のみを設置してもよい。（２）上部乾燥カバー１２、下部乾燥カバー１４に加熱
装置を付加し、低分子シロキサン蒸気等や窒素ガスの温
度が低下しないように調節してもよい。（３）低分子シロキサン蒸気の代わりに、水との親和性
がなく表面張力が低い揮発性の高い化合物の蒸気を用い
てもよい。

【００２６】（４）洗浄液を乾燥カバーの供給口から供
給し、続いて純水リンスを行い、さらに、低分子シロキ
サン蒸気を供給することで、洗浄処理から乾燥処理ま
で、大気にウェーハが触れることなく洗浄処理が可能に
なり、大気からの汚染やウェーハ表面の酸化が抑制でき
る。（５）低分子シロキサンガスの純水上やウェーハ上への
凝集を促進するために純水の温度を低くしてもよい。（６）低分子シロキサンガスの代わりに低分子シロキサ
ン液を用いてもよい。

【００２７】次に、本発明の第三実施例を説明する。図
４は、本発明の第三実施例に係る回転式のウェーハ乾燥
機を模式的に示す側面断面図である。図４においては、
キャリア２２内に多数積層されたウェーハ２１が、乾燥
機のターンテーブル２３上に置かれている。ターンテー
ブル２３は、乾燥チャンバー２４内に設置されている。
ターンテーブル２３は、その下方の乾燥チャンバー２４
外に設置されている回転モーター２６によって回転駆動
される。ターンテーブル２４の中央部には、ガスノズル
２７が配置されており、低分子シロキサンガスや乾燥窒
素がウェーハ２１に向けて供給される。また、乾燥チャ
ンバー２４の上面には、エアーフィルター２５が設けら
れており、乾燥機内に入る空気のゴミを除去している。
乾燥チャンバー２４の下部には、乾燥チャンバー２４内
を排気する排気口２８が設けられている。

【００２８】次に図４の第三実施例における動作を説明
する。純水リンスの終了したウェーハ２１は、キャリア
２２に入れられたまま、図４のようにターンテーブル２
３にセットされる。ウェーハ２１がセットされると、モ
ーター２６によって、ウェーハ２１はターンテーブル２
３と共に回転し始める。

【００２９】回転開始と同時に、ガスノズル２７から低
分子シロキサンのガスが供給される。なお、回転の前か
ら低分子シロキサンガスを供給してもよい。供給された
低分子シロキサンはウェーハ２１表面に凝集し、ウェー
ハ２１表面とその上に付着している水滴上に凝集する。
低分子シロキサンは表面張力が小さいので、ウェーハ２
１表面と水滴の間に浸透し、水滴の付着力を弱める。そ
の結果、水滴は遠心力によってウェーハ２１表面から除
去される。その後、低分子シロキサンガスの供給を止
め、窒素ガスをガスノズル２７からウェーハ２１に供給
し、ウェーハ２１表面の低分子シロキサンを蒸発させ
る。なお、必要に応じて窒素ガスを供給しなくてもよ
い。窒素ガスの供給を止め、回転を停止させ、ウェーハ
２１をキャリア２２ごと乾燥チャンバー２４から取り出
し、乾燥が終了する。

【００３０】図４に示した第三実施例については、以下
のような変形やオプションを加えることもできる。（１）上記の例ではウェーハ２１の入ったキャリア２２
をターンテーブル２３の回転の中心からずらして置いた
が、キャリア２２がターンテーブル２３の回転中心にあ
ってもよい。（２）ガスノズル２７から供給する低分子シロキサン蒸
気の温度を高くしておいてもよい。

【００３１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は以下の効果を発揮する。（１）洗浄・乾燥の対象となるウェーハ表面に大きな凹
凸があっても、また、ウェーハ表面に親水性と疎水性の
部分が混在していても乾燥が可能で、ウォーターマーク
の発生を防止できる。（２）第二実施例のように乾燥カバーを設けることで、
大気にウェーハを暴露することなく、乾燥処理が可能に
なる。（３）一般的な振り切り乾燥のようにウェーハの回転数
を高くしなくとも、乾燥ができるため、ウェーハを高速
回転させることにより生じる、ウェーハへの応力や空気
との摩擦による静電気に起因する、ウェーハ上に形成し
た素子の破壊等がない。（４）低分子シロキサンなど水に不溶性の乾燥剤を使う
ことで、純水とこの乾燥剤の分離回収が容易に可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例に係る枚葉式のウェーハの
洗浄・乾燥装置を模式的に示す図である。

【図２】図１の洗浄・乾燥装置を用いて、ウェーハ表面
のリンス及び乾燥を行う工程を模式的に示す図である。

【図３】本発明の第二実施例に係る枚葉式のウェーハの
洗浄・乾燥装置を模式的に示す図である。

【図４】本発明の第三実施例に係る回転式のウェーハ乾
燥機を模式的に示す側面断面図である。

【符号の説明】

１…ウェーハ、２…純水供給ノズル、３…リンス用純
水、４…ウェーハ保持具及びスピナー、５…低分子シロ
キサンガス供給ノズル、６…乾燥窒素供給ノズル、７…
低分子シロキサンガス、８…低分子シロキサンの液層、
９…窒素ガス、１１…ウェーハ、１２…上部乾燥カバ
ー、１３…供給管、１４…下部乾燥カバー、１５…供給
管、１６、１６′…純水、１７、１７′…低分子シロキ
サン蒸気、１８、１８′…低分子シロキサン液体層、１
９、１９′…窒素ガス、２１…ウェーハ、２２…キャリ
ア、２３…ターンテーブル、２４…乾燥チャンバー、２
５…エアーフィルター、２６…回転モーター、２７…ガ
スノズル、２８…排気口

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基体表面に付着した第一の液体（水等）
を乾燥させる方法であって；第一の液体に溶解せず、該
基体表面との間の表面張力が第一の液体よりも低い第二
の液体を基体表面に適用することを特徴とする乾燥方
法。
【請求項２】上記第二の液体が上記第一の液体よりも
蒸発性が強い液体であることを特徴とする請求項１記載
の乾燥方法。
【請求項３】上記第二の液体が、第一の液体表面にガ
スの形で適用され、該第一の液体表面で液化することを
特徴とする請求項１又は２記載の乾燥方法。
【請求項４】上記基体を回転させながら上記第二の液
体を適用することを特徴とする請求項１又は２記載の乾
燥方法。
【請求項５】上記第二の液体が、低分子シロキサンで
あることを特徴とする請求項１又は２記載の乾燥方法。
【請求項６】上記基体表面を上記ガスで覆ったままで
乾燥を完了させることを特徴とする請求項３記載の乾燥
方法。
【請求項７】基体表面に付着した第一の液体（水等）
を乾燥させる装置であって；第一の液体に溶解せず、該
基体表面との間の表面張力が第一の液体よりも低い第二
の液体を基体表面に適用する手段を有することを特徴と
する乾燥装置。
【請求項８】上記第二の液体が上記第一の液体よりも
蒸発性が強い液体であることを特徴とする請求項７記載
の乾燥装置。
【請求項９】上記第二の液体が、上記第一の液体表面
にガスの形で適用され、該第一の液体表面で液化するこ
とを特徴とする請求項７又は８記載の乾燥装置。
【請求項１０】上記基体を回転させながら上記第二の
液体を適用することを特徴とする請求項７又は８記載の
乾燥装置。
【請求項１１】上記基体表面を覆うカバーを有するこ
とを特徴とする請求項９記載の乾燥装置。