JPH11307507A - ウエハ乾燥装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡便な構成でありながら、従来より安全で効
率的に高清浄なウエハの乾燥表面を容易に得ることがで
きるウエハ乾燥装置の提供。 【解決手段】 同一クリーンチャンバ内に、水槽と、該
水槽の超純水中に浸漬されている半導体ウエハを水中か
らほぼ垂直姿勢で引き上げて水槽上部で乾燥させる乾燥
部とを有するウエハ乾燥装置であり、前記水槽に、超純
水を下方から導入してウエハ表面と平行な方向に沿って
上方へ向かいつつ水槽上縁から外側方へオーバーフロー
させる給排水構造を備えると共に、前記乾燥部に、乾燥
用ガスを上方から導入して下方へ流通させつつ前記水槽
と乾燥部との境界部からのオーバーフローと順方向にチ
ャンバ外側方へ排気する給排気構造を備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば仕上げ研磨
済の最終洗浄後等、湿式洗浄後の半導体ウエハを乾燥す
るためのウエハ乾燥装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般的な半導体ウエハの製造加工工程に
おいては、まず、シリコン単結晶インゴットをワイヤソ
ーや内周刃等により一定の厚さにスライシングしてウエ
ハ基板を得る。このウエハ基板の表面にはスライシング
で生じた凹凸があったりウエハ基板の厚さが不均一であ
ったりするため、ラッピングを行なって、表面の凹凸を
平坦にすると共に加工歪みの深さを均一化してウエハ基
板の厚さを均一に調製している。

【０００３】ラッピング後のウエハ基板には、加工によ
って加工歪層が生じ、この加工歪層には微小なメタルや
研磨粉、シリコン屑等のパーティクルが付着しているた
め、これらを除去するために、強酸およびフッ酸等を用
いた化学的腐食法によってエッチングを行なっている。

【０００４】エッチング後のウエハ基板は、表面に付着
している酸をアルカリ中和し、水洗し乾燥させてから、
片面に鏡面研磨を行なう。通常、鏡面研磨には、粗研磨
と仕上げ研磨との二段階研磨があり、最終的には仕上げ
研磨で微細な表面粗さであるマイクロラフネスの向上、
ヘイズの除去を行なった後、最終洗浄工程へ進む。

【０００５】最終洗浄工程では、単なる洗浄だけでな
く、エッチング等の薬液処理による化学的洗浄も行われ
ることが多く、ウエハ表面に残留する薬液を純粋で完全
に洗い落とすリンス洗浄を行い、その後ウエハ表面を濡
らす水を除去乾燥して最終洗浄上りとなる。このように
高清浄度表面を得た半導体ウエハ基板は、いずれエピタ
キシャル成長工程に供される。又は、デバイス製造工程
に供される。

【０００６】上記のように、高清浄な表面が求められる
半導体ウエハの最終洗浄後の乾燥には、特にウエハ表面
に再汚染の生じにくい強制的な乾燥方法が選択される。
このような乾燥方法として従来から用いられている主な
ウエハ乾燥方法として、所謂、スピン乾燥法とイソプロ
ピルアルコール（ＩＰＡ）による蒸気乾燥法や減圧乾燥
法等が挙げられる。

【０００７】スピン乾燥法とは、半導体ウエハを高速回
転させることによってウエハ表面上の付着水を強い遠心
力によって強制的に流動、飛散させて迅速に乾燥する方
法である。これは、ウエハに回転力を与えるだけで短時
間で乾燥でき、また装置構成も比較的簡単であるため、
経済的で効率のよい乾燥方法である。

【０００８】また、ＩＰＡ蒸気乾燥法は、ウエハ表面の
付着水をより蒸発しやすい有機溶剤に置換することによ
って迅速に乾燥する方法であり、その置換溶剤として工
業的に使いやすいＩＰＡを用いている。この方法は、機
械的な可動部を必要としないため、可動部の振動による
発塵からの汚染防止を考慮する必要がないため、容易に
清浄なウエハ乾燥表面が得られる。

【０００９】減圧乾燥法は、減圧容器内で温純水により
ウエハを予熱した後、温水の排出し、ウエハ表面上の水
を充分流下させてから容器内を減圧してウエハ表面の付
着水膜を蒸発させるものである。

【００１０】これらの乾燥方法は、仕上げ研磨後のウエ
ハの最終洗浄工程だけでなく、エピタキシャルウエハや
ＳＯＩウエハなど、湿式仕上げ洗浄後の乾燥やデバイス
プロセス工程での湿式洗浄後に用いられている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の乾燥方法は、充分に高清浄な乾燥表面を容易に得る
には問題がある。スピン乾燥法では、ウエハを高速回転
させるものであるため、表面に静電気が発生してパーテ
ィクルが付着する場合がある。さらに、回転中心付近は
遠心力が弱いため水滴が残ることがあり、また、飛沫水
滴が他の表面に付着することがある。これら残留水滴
は、スピン乾燥後の自然乾燥でウォーターマークという
欠陥を残すことになる。また、高速回転させるための装
置構成を近年の大口径化ウエハに対応させるのは困難で
ある。

【００１２】また、ＩＰＡ蒸気乾燥法では、可燃性溶媒
を蒸気化して使用するものであるため、防爆の安全対策
としての周辺構造が大がかりとなってしまう。また、Ｉ
ＰＡ蒸気乾燥したウエハ表面にはＩＰＡ分子が吸着残存
してしまい、後のウエハ加工プロセスへの影響が充分解
明されてはいないが気になるところである。

【００１３】また、減圧乾燥法では、蒸発潜熱によりウ
エハ温度が低下してしまい、飽和蒸気圧が容器内の減圧
度より下がって蒸発しなくなる状態に陥ることがある。
これを回避するためには、予熱温度をより高くしたり、
水切り時間をのばしたり、減圧度をさらに向上させたり
などの手間がかかり、生産性が低い乾燥方法である。

【００１４】本発明は、上記問題点に鑑み、簡便な構成
でありながら、効率的にかつ安全に高清浄なウエハの乾
燥表面を容易に得ることができるウエハ乾燥装置の提供
を目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明に係るウエハ乾燥装置では、
水槽の超純水中に浸漬されている半導体ウエハを水中か
らほぼ垂直姿勢で引き上げて乾燥するための装置であっ
て、同一クリーンチャンバ内に、前記水槽と、該水槽か
ら上方に引き上げられたウエハを水槽上部で乾燥させる
乾燥部とを有し、前記水槽は、超純水を下方から導入し
てウエハ表面と平行な方向に沿って上方へ向かいつつ水
槽上縁から外側方へオーバーフローさせる給排水構造を
備えると共に、前記乾燥部は、乾燥用ガスを上方から導
入して下方へ流通させつつ前記水槽と乾燥部との境界部
からのオーバーフローと順方向にチャンバ外側方へ排気
する給排気構造を備えたものである。

【００１６】また、請求項２に記載の発明に係るウエハ
乾燥装置では、請求項１に記載のウエハ乾燥装置におい
て、前記水槽にメガソニック超音波発振子を更に備えた
ものである。

【００１７】また、請求項３に記載の発明に係るウエハ
乾燥装置では、請求項１に記載のウエハ乾燥装置におい
て、前記乾燥部内へ導入する乾燥用ガスを湿度４０％以
下、４０℃以上に調整するガス加熱乾燥手段を更に備え
たものである。

【００１８】また、請求項４に記載の発明に係るウエハ
乾燥装置では、請求項１に記載のウエハ乾燥装置におい
て、前記水槽内を流れる超純水の温度を４０℃以上、７
０℃以下の範囲内に保つ水温制御手段を更に備えたもの
である。

【００１９】本発明のウエハ乾燥装置においては、クリ
ーンチャンバの上部が乾燥部、下部が水槽となってお
り、乾燥部に連続的に導入されて上方から下方へ流れる
乾燥用ガスは、垂直姿勢で吊られているウエハ表面上を
流れることによってウエハ表面の付着水を効率的に蒸発
させると共に、もしウエハ表面にパーティクルが付着し
ていればこれも遊離させることができる。

【００２０】また下方へ流れる乾燥用ガスは、水槽の水
面に達し、水槽上縁からオーバーフローする水と共にチ
ャンバ外側方へ排出される構成であるため、ウエハ表面
から遊離したパーティクルは、ガス流と共に水面上に落
ち、上方へ逆流することなく水のオーバーフローと共に
チャンバ外側方へ排出される。従って、乾燥部でのパー
ティクルのウエハ表面への再付着は防止され、高清浄な
ウエハ乾燥表面が得られる。

【００２１】一方、水槽内では常に下方から上方へ超純
水が流れているが、上記、上方から下方への乾燥用ガス
の流れにぶつかるため、水滴等の水分が必要以上に上方
へ向かってウエハの乾燥表面に付着し濡らすことはな
い。

【００２２】また、ウエハが乾燥部へ引き上げられる前
に浸漬される水槽内でも、ウエハ表面に付着していたパ
ーティクルは水槽内の下方からウエハ表面と平行な方向
に沿って上方へ向かう流水によってウエハ表面から遊離
され、水面に浮かび上げられる。このパーティクルは水
のオーバーフローに伴ってチャンバ外側方へ排出され
る。

【００２３】以上のように、本発明のウエハ乾燥装置で
は、水槽内でも乾燥部内においてもウエハ表面に付着し
ていたパーティクルを除去することができ、そのパーテ
ィクルを効率よくチャンバ外へ排出することができるの
で、ウエハ表面の乾燥を高清浄度状態で行うことができ
る。

【００２４】このような、乾燥部内を上方から下方へ流
通するガスを水槽上縁からの超純水のオーバーフローと
共にチャンバ外側方へ排出する実質的な排水構造及び排
気構造としては、チャンバの水槽と乾燥部との境界に、
外側方へ向かう排水と排気兼用の排水排気口を設ければ
よい。

【００２５】なお、請求項２に記載したように、水槽の
例えば底部や下方側面にメガソニック超音波発振子を取
付ければ、超純水へのメガソニック照射により有機物の
除去作用を強化でき、パーティクル除去効率をより高め
ることができる。

【００２６】また、乾燥用ガスは、効率良くウエハを乾
燥させるためには湿度の低い熱風を用いることが望まし
いのは言うまでもないが、ガス加熱乾燥手段を更にそな
えておき、乾燥部内へ導入する乾燥用ガスを湿度４０％
以下、４０℃以上に調整するのが好ましい。

【００２７】また、水槽内に流れる超純水も常温より温
度が高い方が、水槽から引き上げられた後のウエハ表面
の乾燥が効率よくなる。例えば、４０℃以上、７０℃以
下の温水が好ましい。７０℃を越えて高くなると、水槽
側からの蒸気が増して逆に乾燥効率が低下してしまう。
そこで、水温制御手段を備えて、水槽内の純水を上記温
度範囲内内に保てば良い。

【００２８】これらのガス加熱乾燥手段や、水温制御手
段には、例えば、赤外線ランプやヒータ等の輻射熱を照
射する加熱装置が利用できる。また、乾燥部内に吊られ
ているウエハ自身をチャンバを介して加熱する構成とし
てさらに乾燥効率を向上させることも可能である。

【００２９】なお、ウエハを水槽内へ搬入する際には、
後に下方から上方へ向かって流れる超純水がウエハ表面
と平行な方向に沿うように、その流水方向に沿ってウエ
ハを載置する。特に複数枚のウエハを一度に処理する場
合には、ウエハ同士も互いに平行にしなければならない
が、ウエハカセット等を利用することによって容易に所
定方向に沿ったウエハの載置が可能である。

【００３０】また、水槽内のウエハを上方の乾燥部へ引
き上げるために、ウエハをほぼ垂直姿勢で引き上げるこ
とができる昇降手段を備えれば良い。複数枚のウエハを
処理する場合は、上記のウエハカセットごと昇降すれば
よい。本発明のウエハ乾燥装置において必要な機械的な
可動は、この昇降手段によるウエハの上下同のみであ
り、従来のスピン乾燥法の拘束回転のような激しい可動
部と異なり、装置構成を容易にウエハ大口径化に対応で
きる。

【００３１】また、本発明におけるウエハ乾燥装置で
は、乾燥用ガスも上方から下方へ向かってウエハ表面と
平行な方向に沿って流れるものであるが、乾燥部内をで
きるだけ均一に流通することが好ましい。

【００３２】例えば、上方のガス導入部付近にガス整流
板を設置し、これを通過させることによって均一なガス
層流を形成することができる。なお本発明の乾燥用ガス
として用いられるガスは、ウエハ表面が酸化されること
のない清浄なものであればよく、例えば、窒素ガス、ア
ルゴンガス等が使用できる。また、本発明では、従来の
ＩＰＡのような可燃性溶剤を使用する必要がないため、
防爆のための大がかりな安全対策措置を設ける必要もな
い。また、清浄工程にてＨＦなどで疎水化処理を施した
ウエハや、ウエハ表面に自然酸化膜が形成されても問題
ない場合には清浄な空気を用いても良い。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の一実施の形態と
して、断面長方形で水槽と乾燥部との境界部高さの両側
に排水排気口が形成された石英ガラス製のクリーンチャ
ンバからなる直径４００ｍｍウエハ用の乾燥装置を図１
に示す。（ａ）は正面から見た縦断面図、（ｂ）は
（ａ）のＸ−Ｘ部分横断面図である。

【００３４】チャンバ１内は、下部の水槽２と上部の乾
燥部６とを備え、水槽２の底部にはメガソニックを粋そ
う２内の超純水に照射する超音波発信機９が取付けられ
ている。この水槽１内には、複数枚のウエハ１１を載置
（ここでは３枚）できるウエハカセット１２がチャンバ
１上部の昇降装置１０によって昇降可能に設置されてい
る。本実施形態においては、ウエハ１１の表面がチャン
バ１の長辺側面と平行に載置されるようにウエハカセッ
ト１２が位置決めされている。

【００３５】この水槽２には、最終洗浄工程のクリーン
ルームからのウォーターシュータや水中コンベア等から
なる水路（不図示）が密閉可能に連通しており、最終洗
浄工程から最終洗浄、リンス済のウエハが水槽２内へ搬
送されてくるものとする。

【００３６】さらに、水槽２内へは、下部の超純水導入
口３から水温制御装置４を介して４０℃以上７０℃以下
の温水となった超純水が流入され、この超純水は下方か
ら上方へ向かいつつ、チャンバ１の両側面にチャンバ断
面長方形の長手方向に沿ってそれぞれ形成された排水排
気口５からオーバーフローでチャンバ１外側方へ排出さ
れる。

【００３７】また、乾燥部６内へは、上部のガス導入口
７からガス加熱乾燥装置８を介して湿度４０％以下、温
度４０℃以上に調整されたＮ_２ ガス等の乾燥用ガスが
流入される。乾燥部６の天井部付近には整流板１３が設
けられており、ガス導入口７から流入してくる乾燥用ガ
スは、この整流板１３を通過することによって、均一な
層流となって乾燥部６内を下方へ向かって流通する。

【００３８】さらに、乾燥部６内の上方から下方の水槽
２との境界部まで流下してきた乾燥用ガスは、水槽２の
水面に達し、超純水のオーバーフローと共に、排水排気
口５からチャンバ１の外側方へ排出される。なお、乾燥
部６の外周辺には、赤外線ランプ１４を設置し、ウエハ
１１の乾燥時には、輻射熱を照射してウエハ１１を加熱
して乾燥効率の向上を図る構成とした。

【００３９】以上の構成を備えたウエハ乾燥装置におけ
るウエハ１１の乾燥工程の一例を以下に示す。先ず、水
温制御装置４を介して約５０℃に調整された超純水を或
る程度満たした水槽２内へ、最終洗浄工程からの流路
（不図示）を介して最終洗浄、リンス済ウエハ１１を順
次搬送し、水槽２内のウエハカセット１２に設置した
後、流路との連結部を遮断して水槽２を密閉する。

【００４０】超音波発信器９を作動して０．８〜３ＭＨ
ｚのメガソニックを水槽２内に照射しつつ、温超純水を
水槽２内に流通させる。超純水は、ウエハ１１の表面と
平行な方向に沿って下方から上方へ向かい、水槽２上縁
で排水排気口５からチャンバ１の外側方へオーバーフロ
ー排出される。

【００４１】このようなメガソニック照射された超純水
の流通によって、搬送されてきた時点でウエハ１１の表
面に付着していた有機物等のパーティクルは遊離され、
水面上に運ばれて、図１（ｂ）の点線矢印で示すように
オーバーフローと共にウエハ１１表面と平行な方向に沿
って排水排気口５からチャンバ１の外側方へ排出され
る。

【００４２】上記水槽２内にウエハ１１を約１分間浸漬
した後、昇降装置１０を駆動させてウエハカセット１２
ごとウエハ１１をほぼ垂直姿勢で上方の乾燥部６内へ引
き上げ、所定高さ位置に吊持状態とする。乾燥部６で
は、上方から、ガス加熱乾燥装置８を介して湿度約１０
％、約８０℃に調整された乾燥用ガスをチャンバ１内へ
流入し、整流板１３を通過させて均一なそう流として乾
燥部６内をウエハ１１表面と平行な方向に沿って下方へ
向けて流通させる。また、乾燥部６のチャンバ１外周に
配置された赤外線ランプ１４によってチャンバ１を介し
てウエハ１１へ輻射熱を放射してウエハ加熱も同時に行
う。

【００４３】乾燥用ガスは、ウエハ１１表面上を流れる
ことによって付着水を蒸発させると共に、もしウエハ１
１表面にまだ付着しているパーティクルがあれば、これ
を遊離させ、下方へ落とす。水槽２の水面に達したガス
は水のオアーバーフローと順方向に排水排気口５からチ
ャンバ１の外側方へ排出される。このとき、ガスによっ
て落とされ、水面上に浮かぶパーティクルは水のオーバ
ーフローと共に前記点線矢印方向に沿って排水排気口５
からチャンバ１の外側方へ排出される。

【００４４】以上のような乾燥部６内で赤外線ランプ１
４による加熱状態でのウエハ１１の乾燥を約３分間行っ
た後、チャンバ１の取り出し口（不図示）から乾燥済ウ
エハ１１を保管用クリーンルームへ、あるいはエピタキ
シャル成長等の次のプロセス工程へ直接搬出する。

【００４５】本乾燥装置では、所定湿度に調整された乾
燥用ガスをチャンバ１の乾燥部６内へ連続的に導入、流
通させ、下方のオーバーフロー水と共に排水排気口５か
らチャンバ１外側方へ排出させるものであるので、非常
に効率的なウエハ１１表面の乾燥が高清浄な状態で行え
た。また、水槽２へ導入する超純水の温度制御、乾燥用
ガスの湿度・温度の調整によって、さらにウエハ１１を
加熱状態することによってさらなる乾燥効率の向上が図
れた。

【００４６】また、本乾燥装置は、機械的な可動は昇降
装置による上下動のみであるので、スピン乾燥法での高
速回転に比べて駆動機構が簡便であり、大口径ウエハに
ついても容易に対応できる。また、ＩＰＡのような可燃
性ガスを使用する必要がないので、防爆のための大がか
りな安全対策措置を設ける必要もない。

【００４７】なお、上記実施の形態においては、カセッ
トを利用して直径４００ｍｍのウエハを３枚一度に乾燥
する場合を説明したが、もちろん、一枚単位でも、４枚
以上を単位として乾燥を行っても良い。従って、水温、
ガスの湿度・温度、乾燥時間等の各種条件は、乾燥すべ
きウエハの口径や枚数に応じて、最も効率的な乾燥がで
きる条件となるように適宜設定する。

【００４８】本発明によるウエハ乾燥装置は、上記実施
の形態のように仕上げ研磨後のウエハの最終洗浄工程だ
けでなく、エピタキシャルウエハやＳＯＩウエハなど、
湿式仕上げ洗浄後の乾燥やデバイスプロセス工程での洗
浄後など、各種湿式洗浄後に広く用いることができる。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明のウエハ乾
燥装置によれば、従来の乾燥方法に比べて、簡便な構成
でありながら安全で効率的に高清浄なウエハの乾燥表面
を容易に得ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態によるウエハ乾燥装置の
概略構成図であり、（ａ）は正面視した縦断面図、
（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ部分横断面図である。

【符号の説明】

１：チャンバ ２：水槽 ３：超純水導入口 ４：水温制御装置 ５：排水排気口 ６：乾燥部 ７：乾燥用ガス ８：ガス加熱乾燥装置 ９：超音波発振機 １０：昇降装置 １１：ウエハ １２：ウエハカセット １３：整流板 １４：赤外線ランプ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水槽の超純水中に浸漬されている半導体
   ウエハを水中からほぼ垂直姿勢で引き上げて乾燥するた
   めの装置であって、 同一クリーンチャンバ内に、前記水槽と、該水槽から上
   方に引き上げられたウエハを水槽上部で乾燥させる乾燥
   部とを有し、 前記水槽は、超純水を下方から導入してウエハ表面と平
   行な方向に沿って上方へ向かいつつ水槽上縁から外側方
   へオーバーフローさせる給排水構造を備えると共に、前
   記乾燥部は、乾燥用ガスを上方から導入して下方へ流通
   させつつ前記水槽と乾燥部との境界部からのオーバーフ
   ローと順方向にチャンバ外側方へ排気する給排気構造を
   備えたことを特徴とするウエハ乾燥装置。
2. 【請求項２】 前記水槽にメガソニック超音波発振子を
   更に備えたことを特徴とする請求項１に記載のウエハ乾
   燥装置。
3. 【請求項３】 前記乾燥部内へ導入する乾燥用ガスを湿
   度４０％以下、４０℃以上に調整するガス加熱乾燥手段
   を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の半導体
   ウエハ用乾燥装置。
4. 【請求項４】 前記水槽内を流れる超純水の温度を４０
   ℃以上、７０℃以下の範囲内に保つ水温制御手段を更に
   備えたことを特徴とする請求項１に記載の半導体ウエハ
   用乾燥装置。