JP2007221073A - ウェーハ洗浄乾燥装置及びウェーハ洗浄乾燥方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
ウェーハ上に洗浄液を残すことなくウェーハの乾燥を行い、ウォーターマークやパーティクル残留の発生がない高品質なウェーハの洗浄乾燥を行なうウェーハ洗浄乾燥装置及びウェーハ洗浄乾燥方法を提供すること。
【解決手段】
ウェーハＷの乾燥を行うＩＰＡを、洗浄液５０に浸漬されたウェーハＷ上に形成されるウェーハＷ表面と洗浄液５０表面との境界線Ｋ付近へＩＰＡ供給手段６により少量且つ連続的に供給することにより、効果的に濃度勾配を形成し、ウォーターマークやパーティクル残留の発生がない高品質なウェーハの洗浄乾燥を行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体装置や電子部品等のウェーハの洗浄と乾燥とを行なうウェーハ洗浄乾燥方法及びウェーハ洗浄乾燥装置に関するものである。

半導体装置や電子部品等のウェーハは、製造の過程において切削、研磨等の各種工程を経ていく。例えば、ＣＭＰによるウェーハの研磨は、ウェーハ保持ヘッドによってウェーハを保持し、このウェーハを回転する研磨定盤に所定の圧力で押し付け、その研磨定盤とウェーハとの間にケミカル研磨剤（以下、「スラリ」と称する）を供給することにより行われる。

このようなウェーハ研磨装置で研磨加工されたウェーハは、洗浄装置により洗浄されてウェーハに付着していたスラリが除去される。洗浄されたウェーハは、洗浄装置内に設けられた、又は洗浄装置に隣接した乾燥装置により乾燥が行なわれる。

乾燥の工程では、従来、ウェーハを回転させて表面の水分を遠心力により除去するスピン乾燥などが行なわれていた。しかし、スピン乾燥では、水分が複数の水滴に分離してウェーハ上から除去されずに残留する場合があり、特にＣｕ／Ｌｏｗ−Ｋ対応のＣＭＰにおいては、Ｌｏｗ−Ｋ材料が撥水性であるためウォーターマークがウェーハ表面に残る問題があった。また、跳ね飛ばされた水滴の跳ね返りなどによるパーティクル残りが発生するなどの問題もあった。

そのため、現在では純水や脱イオン水などの洗浄液内にウェーハを立て、洗浄液を排出してウェーハを縦に洗浄液内から引き抜くとともにイソプロピルアルコール（Ｉｓｏ−Ｐｒｏｐｙｌ Ａｌｃｏｈｏｌ。以下ＩＰＡと称する）のガスを密閉された洗浄槽内へ送り、洗浄液とＩＰＡガスの表面張力の差を利用することによりパーティクル残留を防止しながら乾燥を行なう、マランゴニ方式の乾燥装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００３−２２４１０４号公報

しかし、特許文献１に記載された乾燥装置では、洗浄液に浸漬したウェーハにＩＰＡを含む蒸気を吹きつけながら、洗浄液内からウェーハをゆっくり引き出すことにより乾燥を行っているが、マランゴニ効果を有効に発揮させることが非常に困難であった。

これは、洗浄液に対してＩＰＡを蒸気にして吹き付けた際に、ＩＰＡの蒸気が洗浄液の気液界面部分で結露して洗浄液とＩＰＡ蒸気との間に表面張力差が発生するが、ＩＰＡ蒸気が液体へ結露する量が非常に微量であるため、有効な表面張力差が発生するまでに非常に時間がかかる問題による。

この問題は、ＩＰＡが洗浄液表面で結露する一方で、一部のＩＰＡが洗浄液中に溶解していくことが大きな要因の一つとなっている。ＩＰＡはメチルアルコールやエタノールとの比較に対して、洗浄液への溶解性は遅いが、メチルアルコールやエタノールと同様に水酸基を有するため、水への浸透、溶解は避けることが出来ない。

マランゴニ力は、２つの流体の濃度勾配に比例して増大する。しかし、ＩＰＡが洗浄液に溶解することによって効果的な濃度勾配が形成出来ず、溶解速度の違いもあり、洗浄液とＩＰＡとの間に働くマランゴニ力にばらつきを発生させることとなる。これにより、洗浄液より相対的に引き上げられたウェーハ表面では、効果的にマランゴニ効果を利用出来ず、一部に水滴残りなどを発生させる場合があった。取り残された洗浄液は一部がウェーハ内部に取り込まれるなどしてウォーターマークを形成し、デバイス製作時などに大きな問題を起こす原因となっていた。

本発明はこのような問題に対して成されたものであり、ウェーハ上に洗浄液を残すことなくウェーハの乾燥を行い、ウォーターマークの発生がない高品質なウェーハの洗浄乾燥を行なうウェーハ洗浄乾燥装置及びウェーハ洗浄乾燥方法を提供することを目的としている。

本発明は前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、洗浄用の第１の流体が満たされ、前記第１の流体内に浸漬されたウェーハの洗浄が行われる洗浄槽と、前記ウェーハを前記第１の流体より引き上げる際、又は前記第１の流体を排出する際、前記第１の流体表面と前記ウェーハ表面との境界線付近に、前記第１の流体よりも表面張力が小さい、前記ウェーハの乾燥を行う第２の流体を供給する第１の供給手段と、前記供給装置と前記ウェーハとを相対的に移動させる移動手段と、を備えたことを特徴としている。

請求項１の発明によれば、研磨後のウェーハが、洗浄槽内に傾倒して載置された状態で、第１の流体内に浸漬されて洗浄が行われる。洗浄終了後、ウェーハを第１の流体内から引き上げる、又は第１の流体を排出することにより、ウェーハ表面に第１の流体表面とウェーハ表面との境界線が形成される。このとき、移動手段によりウェーハと第１の供給手段を相対的に移動させながら、第１の流体よりも表面張力が小さい第２の流体が、第１の供給手段により境界線付近へ液体状のまま均一に供給される。

これにより、気液界面である境界線付近に濃度の高い極少量の第２の流体であるＩＰＡを供給することが可能となる。その結果、第１の流体と第２の流体との間で効果的な濃度勾配が形成され、効率的かつ一様にウェーハの洗浄乾燥が行われる。

請求項２に記載の発明は、請求項１の発明において、前記第１の供給手段は、線状部材、又は管状部材で形成された供給部材を備え、前記供給部材の先端が前記境界線近傍の前記ウェーハ表面に近接していることを特徴としている。

請求項２の発明によれば、第１の供給手段に一様に供給された第２の流体は、界面張力によって生じる毛細管現象等の効果により、極少量であっても絶えず一定の流量で供給部材を流れる。供給部材の先端まで流れた第２の流体は、供給部材とウェーハ表面との間に働く界面張力により少量ずつ連続的に境界線付近のウェーハ面上へ供給され、ウェーハの相対的な引き上げ速度を調整することによりウェーハ全面において一様な乾燥が行われる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２の発明において、前記供給部材は、高分子樹脂素材により形成されていることを特徴としている。

請求項３の発明によれば、供給部材はナイロン、ポリエチレン、酢酸ビニル等の高分子樹脂素材により形成され、ウェーハ、ウェーハを浸漬している第１の流体、及び第２の流体を金属に起因するコンタミにより汚染されることがなく、清浄な状態でウェーハの洗浄乾燥が可能となる。

請求項４に記載の発明は、請求項１、２、又は３のいずれか１項において、前記第１の供給手段は、前記供給部材へ前記第２の流体を供給する、管状部材、又は多孔質素材で形成された支持部を備えていることを特徴としている。

請求項４の発明によれば、第１の供給手段は、供給部材へ第２の流体を供給する、供給部材が取り付けられた支持部を備えている。支持部は、スリットが設けられた管状部材、又はＰＶＡスポンジ等の多孔質素材で形成され、第２の流体が内部に貯留される。支持部内部に貯留できる量を超えた第２の流体は、支持部表面から均一に流れ出し、供給部材へ供給される。

これにより、一定量の第２の流体が供給部材に均一に供給され、供給部材に供給された第２の流体は、第１の流体表面とウェーハ表面との境界線付近に液体状のまま均一に供給される。

請求項５に記載の発明は、請求項１、２、３、又は４のいずれか１項において、前記ウェーハ洗浄乾燥装置は、前記ウェーハ表面への酸素の接触を防止する第３の流体を供給する第２の供給手段が設けられていることを特徴としている。

請求項５の発明によれば、第２の供給手段より、気液界面である境界線付近にウェーハ表面への酸素の接触を防止する第３の流体が供給される。これにより、酸素の介在によるウォーターマークの形成を防ぎながら、気液界面を早く後退させることが可能となる。

請求項６に記載の発明は、請求項１、２、３、４、又は５のいずれか１項において、前記第３の流体は、窒素ガスであることを特徴としている。

請求項６の発明によれば、前記第３の流体は、不活性ガスである窒素ガスであるため、境界線付近のウェーハ面に酸素が接触するのを防ぎ、酸素の介在によるウォーターマークの形成が無くなる。

請求項７に記載の発明は、請求項１、２、３、４、５、又は６のいずれか１項において、前記洗浄槽には、前記第１の流体を供給する供給口と、前記第１の流体を排出するドレイン口が設けられていることを特徴としている。

請求項７の発明によれば、洗浄槽内に第１の流体を供給することと、ウェーハを移動させる移動機構を設けることなくウェーハを第１の流体内から引き上げることとが可能となり、簡易な構造で第１の流体とウェーハとの間に形成される境界線を移動させることが可能となる。

請求項８に記載の発明は、請求項１、２、３、４、５、６、又は７のいずれか１項において、前記ウェーハ洗浄乾燥装置は、前記洗浄槽内に満たされた前記第１の液体の内部より、前記境界線へ向かって前記第１の流体を供給する第３の供給手段が設けられていることを特徴としている。

請求項８の発明によれば、境界線付近の第１の流体は、第３の供給手段により供給される新たな第１の流体により、絶えず新たな第１の流体となり、一方で境界線付近には絶えず一定流量で新たな第２の流体が供給されることにより、境界線付近の第１の流体と第２の流体の濃度勾配は一定となる。そのため、２つの液体の表面張力差によって生じるマランゴニ力は絶えず一定となり、安定した洗浄乾燥を行うことが可能となる。

請求項９に記載の発明は、洗浄用の第１の流体内に浸漬された洗浄後のウェーハ表面と、前記第１の流体表面との境界線近傍の、前記ウェーハ表面に近接するように設けられた供給部材より、前記第１の流体よりも表面張力が小さい第２の流体を前記境界線付近へ供給するとともに、前記供給部材と前記境界線との相対的位置を保ちながら前記ウェーハを前記第１の流体より引き上げる、又は前記第１の流体を排出することにより乾燥を行うことを特徴としている。

請求項９の発明によれば、洗浄槽内に傾倒して載置された状態のウェーハが、第１の流体内に浸漬されて洗浄される。洗浄終了後のウェーハは、ウェーハを第１の流体内より引き上げる、又は第１の流体を排出する際に形成される第１の流体表面とウェーハ表面との境界線近傍のウェーハ表面に、近接するように設けられた供給部材より第２の流体が液体状のまま均一に供給されて乾燥が行われる。

これにより、気液界面である境界線付近に濃度の高い極少量の第２の流体であるＩＰＡを供給することが可能となる。その結果、第１の流体と第２の流体との間に効果的な濃度勾配が形成され、効率的かつ一様にウェーハの洗浄乾燥が行われる。

請求項１０に記載の発明は、請求項９の発明において、前記洗浄槽に満たされた前記第１の流体内より前記境界線へ向かって新たな前記第１の流体を供給して前記洗浄槽から前記第１の流体を溢れさせるとともに、前記ウェーハを前記第１の流体より引き上げて該ウェーハの乾燥を行うことを特徴としている。

請求項１０の発明によれば、ウェーハを引き上げる際に形成される第１の流体表面とウェーハ表面との境界線に向けて、洗浄槽内に満たされた第１の流体内より新たな第１の流体が供給される。

境界線付近では、第１の流体と第２の流体とが一部作用した後に混ざり合うが、混ざり合った液体部分が、連続的に境界線に向かって供給される第１の流体に押され、第１の流体の表面付近に沿って拡散する。拡散した第１の流体と第２の流体とが混合した液体は、洗浄槽の側面に設けられたオーバーフロー用の窓より排出されていく。

これにより、気液界面である境界線付近には絶えず新たな第１の流体が供給され、一方で境界線付近には絶えず一定流量で新たな第２の流体が供給される。よって、２つの液体の表面張力差によって生じるマランゴニ力は絶えず一定となり、安定した洗浄乾燥を行うことが可能となる。

以上説明したように、本発明のウェーハ洗浄乾燥装置及びウェーハ洗浄乾燥方法によれば、気液界面付近に濃度の高い極少量の第２の流体であるＩＰＡを連続的に供給することが可能となり、第１の流体と第２の流体との間の効果的な濃度勾配が形成され、効率的かつ一様にウェーハの洗浄乾燥が行われる。これにより、ウェーハ上に洗浄液を残すことなく、ウォーターマークの発生がない高品質なウェーハの洗浄乾燥を行なうことが可能となる。

以下、添付図面に従って本発明に係るウェーハ洗浄乾燥装置及びウェーハ洗浄乾燥方法の好ましい実施の形態について詳説する。

まず初めに、本発明に係わるウェーハ洗浄乾燥装置とウェーハ洗浄乾燥装置が組み込まれたウェーハ研磨装置の構成について説明する。図１は、ウェーハ研磨装置 の平面断面図である。

図１に示すようにウェーハ研磨装置１０は、洗浄乾燥装置１、ウェーハ収納部２０、搬送手段１４、研磨手段１６、１６、１６、及び膜厚測定手段２９とから構成されている。

ウェーハ収納部２０は、製品用ウェーハ収納部２０Ａ、ダミーウェーハ収納部２０Ｂ、第１モニターウェーハ収納部２０Ｃ、第２モニターウェーハ収納部２０Ｄとからなり、各収納部にはカセット２４に収納されたウェーハＷが収納される。製品用ウェーハ収納部２０Ａは２個並んで設けられている。また第１モニターウェーハ収納部２０Ｃはカセット２４の下段を使用し、同じカセット２４の上段は第２モニターウェーハ収納部２０Ｄになっている。

搬送手段１４は、インデックス用ロボット２２とトランスファーロボット３０及び搬送ユニット３６Ａ、３６Ｂとから構成されている。

インデックス用ロボット２２は、旋回自在かつ屈曲自在なアームを２本備えており、図１の矢印Ｙ方向に沿って移動自在に設けられている。このインデックス用ロボット２２は、各ウェーハ収納部に載置されたカセット２４から研磨対象のウェーハＷを取り出して膜厚測定手段２９及び受渡しポート２６、２８に搬送するとともに、洗浄が終了したウェーハＷを洗浄乾燥装置１から受け取ってカセット２４に収納する。

トランスファーロボット３０は、屈曲自在かつ旋回自在なロード用アーム３０Ａとアンロード用アーム３０Ｂとを備えており、図１に示す矢印Ｘ方向に沿って移動自在に設けられている。

ロード用アーム３０Ａは、研磨前のウェーハＷの搬送に使用され、その先端部に備えられた図示しないパッドで研磨前のウェーハＷを受渡しポート２６、２８から受け取り、搬送ユニット３６Ａ、３６Ｂに搬送する。

アンロード用アーム３０Ｂは、研磨後のウェーハＷの搬送に用いられ、その先端に備えられた図示しないパッドで研磨後のウェーハＷを搬送ユニット３６Ａ、３６Ｂから受け取り、洗浄乾燥装置１又はアンロードカセット３２へと搬送する。

搬送ユニット３６Ａ、３６Ｂは、どちらも図１に示される矢印Ｙ方向に沿って移動自在に設けられ、夫々受取り位置ＳＡ 、ＳＢ と受渡し位置ＴＡ 、ＴＢの間を移動する。受取り位置ＳＡ、ＳＢ でトランスファーロボット３０のロード用アーム３０Ａから研磨対象のウェーハＷを受取り、受渡し位置ＴＡ 、ＴＢ に移動して研磨ヘッド３８Ａ、３８Ｂに受け渡す。また研磨後のウェーハＷを受渡し位置ＴＡ 、ＴＢ で受取り、受取り位置ＳＡ 、ＳＢ に移動してトランスファーロボット３０のアンロード用アーム３０Ｂに受け渡す。

この搬送ユニット３６Ａ、３６Ｂは夫々が別々の２個の受け台を持っており、この２個の受け台は研磨前のウェーハＷ用と研磨後のウェーハＷ用とに使い分けられる。

研磨手段１６、１６、１６は、ウェーハＷの研磨を行い、図１に示すように、研磨定盤３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ、研磨ヘッド３８Ａ、３８Ｂ、スラリ供給ノズル３７Ａ、３７Ｂ、３７Ｃ及びキャリア洗浄ユニット４０Ａ、４０Ｂを備えている。

研磨定盤３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃは、円盤状に形成されており、３台が並列して配置されている。各研磨定盤３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃの上面には、それぞれ研磨パッド（図示せず）が貼付されており、この研磨パッド上にスラリ供給ノズル３７Ａ、３７Ｂ、３７Ｃからスラリが供給される。また、各研磨定盤３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃは、図示しないモータで駆動されて回転し、この回転する研磨定盤３４Ａ、３４Ｂ、３４ＣにウェーハＷが押し付けられることで、ウェーハＷが研磨される。

ここで、この３つの研磨定盤３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃのうち左右の研磨定盤３４Ａ、３４Ｂは第１の研磨対象膜の研磨に用いられ、中央の研磨定盤３４Ｃは第２の研磨対象膜の研磨に用いられる。両者の研磨においては、供給するスラリの種類、研磨ヘッドの回転数や研磨定盤の回転数、また、研磨ヘッドの押付力や研磨パッドの材質等が変更されている。

なお、この研磨定盤３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃの近傍には、それぞれドレッシング装置３５Ａ、３５Ｂ、３５Ｃが設けられている。ドレッシング装置３５Ａ、３５Ｂ、３５Ｃは、旋回自在なアームを備えており、このアームの先端に設けられたドレッサによって研磨定盤３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ上の研磨パッドをドレッシングする。研磨ヘッドは３８Ａ、３８Ｂと２台設置されており、それぞれ図１の矢印Ｘ方向に沿って移動自在に設けられている。

研磨ヘッド３８Ａは、保持したウェーハＷを研磨定盤３４Ａ上の研磨パッドに押し付けて、研磨定盤３４Ａと研磨ヘッド３８Ａとをそれぞれ回転させながら、研磨パッド上にスラリを供給することにより、ウェーハＷが研磨される。他方側の研磨ヘッド３８Ｂも同様に構成される。

また図１に示すように、研磨定盤３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃの間にはキャリア洗浄ユニット４０Ａ、４０Ｂが２台設置されており、それぞれ搬送ユニット３６Ａ、３６Ｂの所定の受渡位置ＴＡ 、ＴＢに配置されている。このキャリア洗浄ユニット４０Ａ、４０Ｂは、研磨終了後の研磨ヘッド３８Ａ、３８Ｂのキャリアを洗浄する。

膜厚測定手段２９は、ウェーハＷのセンタリング機構と膜厚測定機とを有している。膜厚測定機では、研磨対象膜が酸化膜である場合には、光干渉式の膜厚測定機等が用いられ、研磨対象膜がメタル膜の場合には４探針比抵抗測定器等が用いられる。

洗浄乾燥装置１は、研磨が終了したウェーハＷの洗浄と乾燥を行なう。洗浄乾燥装置１には、複数の洗浄槽２が設けられ、図２に示すように、ウェーハＷが移動手段としての移動台５１上に傾倒して載置される。

洗浄槽２内には、第１の流体としての洗浄液５０を供給する供給口３、洗浄後の洗浄液５０を排出するドレイン口４、第２の流体としての液体状のＩＰＡを供給する第１の供給手段としてのＩＰＡ供給部６、ウェーハ面への酸素の接触を防止するための第３の流体としての窒素を供給する複数のノズル６１を備えた第２の供給手段としてのキャリアガス供給部６０等が設けられている。

また、洗浄槽２内にはダブルサイドブラシ、又は超音波水を使用したペンブラシ等の不図示の洗浄機構が備えられている。洗浄機構は、供給口３より供給されたアルカリ溶液、酸性薬液、脱イオン水、又は純水等を使用した洗浄液５０により浸漬されているウェーハＷの洗浄を行なう。

移動台５１上には、図３に示すように、ストッパ５と複数の支持柱５５が設けられている。ウェーハＷは、ストッパ５により一端が支持され、支持柱５５により裏面が支持される。移動台５１は、レール５２と不図示の駆動装置により図２に示す矢印Ａ方向に移動可能であり、洗浄液５０に浸漬されたウェーハＷを洗浄液５０内より引き上げる。

ＩＰＡ供給部６とキャリアガス供給部６０とは、それぞれブロック９に設けられている。ＩＰＡ供給部６へは、ブロック９に接続された配管６３より、ブロック９内に形成された穴を介してＩＰＡが供給され、キャリアガス供給部６０へは、配管６２よりキャリアガスが供給される。

ブロック９は、移動手段としての不図示の移動機構に接続されている。これによりＩＰＡ供給部６と、キャリアガス供給部６０とは、洗浄槽２内に載置されたウェーハＷと距離を一定に保ちながら平行に移動可能であり、ウェーハＷ表面と洗浄液５０表面との境界線Ｋ近傍へ、それぞれウェーハＷの乾燥を行うＩＰＡ、窒素等のキャリアガスを供給する。

ＩＰＡ供給部６は、供給部材７と支持部としての供給管８を備えている。供給部材７は、刷毛状に形成されたナイロン、ポリエチレン、酢酸ビニル等の高分子樹脂を素材とする線状部材、又は櫛状に並べられた高分子樹脂を素材とする管状部材で形成されている。供給部材７の先端部は、先端部にＩＰＡの表面張力によるＩＰＡの液滴が形成されない距離まで境界線Ｋ近傍のウェーハＷ表面に近接され、長手方向が境界線Ｋと平行になるように設けられている。

供給管８は、管状の部材で形成され、ウェーハＷと平行になるように側面にスリットが形成されており、一端が封止され、配管６３よりＩＰＡが供給される。供給管８へ供給されたＩＰＡは、図４に示すように、供給管８の内部に貯留され、一定量を超えた時点でスリット６５より流出し、供給部材７を流下して毛細管現象等の効果により、極微量ウェーハＷ表面へ供給される。

また、供給部材７が、図５に示す供給部材７Ａのように微小な穴が開いた管状部材の場合は、供給管８Ａに満たされたＩＰＡは、供給部材７Ａ内を毛細管現象の効果により移動して極微量ウェーハＷ表面へ供給される。

更に、供給部材７、及び供給管８が、図６に示す供給部材７Ｂ、供給管８Ｂのように、刷毛状部材である供給部材７Ｂの上端が、上部が開口した供給管８Ｂの開口部内に取り付けられている場合は、供給管８Ｂに満たされたＩＰＡは、刷毛状部材である供給部材７Ｂを毛細間現象の効果により持ち上がり、供給部材７Ｂを伝って極微量ウェーハＷ表面へ供給される。

以上のような構成により、本発明に関わるウェーハ洗浄乾燥装置は、気液界面である境界線Ｋ付近に濃度の高い極少量のＩＰＡを供給することが可能となる。これにより、効果的な濃度勾配が形成され、効率的かつ一様にウェーハＷの洗浄乾燥が行なわれる。

なお、本実施の形態では、供給部材７へのＩＰＡの供給は供給管８より行われ、供給管８は管状の部材としているが、本実施の形態はそれに限らず、供給管８をＰＶＡスポンジ等の多孔質素材、又は線状に形成された刷毛状部材で形成しても同様な毛細管現象の効果により好適に利用可能である。

この場合、多孔質素材により形成された支持部へＩＰＡを注入することにより、支持部内部にＩＰＡが貯留される。支持部で貯留できる量を超えたＩＰＡは、支持部表面から均一に流れ出し、供給部材７へ供給されることとなる。

また、供給部材７がウェーハＷ表面に対して先端にＩＰＡの液滴が形成されない距離まで近接する際の具体的な距離は以下のような方法で計算可能である。例として、外径５ｍｍの円管より落下する水滴を想定する。温度が２０度では、水の表面張力は７２．８ｍＮ／ｍである。外径が５ｍｍであるとすると、外周長は約１５．７ｍｍとなる。７２．８ｍＮ／ｍの表面張力が１５．７ｍｍの長さに作用するため、１つの水滴を重力に対して支える応力は１．１４ｍＮとなる。ここで、重力加速度は９．８ｍ／ｓ２であるので、支えられる水滴の重さは、０．１１７ｇとなる。これは、１１７ｍｍ２の体積に相当することから、半径を算出すると約３ｍｍとなる。よって、外径５ｍｍの円管から滴下する水滴の外径は直径６ｍｍということになる。これにより、外径５ｍｍの円管の下面から液滴の下面までは、水滴の半径が３ｍｍから４ｍｍ程度となる。ＩＰＡを水に置き換えた場合において、本発明における近接の距離とは、ウェーハＷ表面より３ｍｍから４ｍｍ程度の位置以内にあることを意味する。ＩＰＡの場合も同様に、表面張力を求めることにより、液滴を支持する半径から、近接させる距離を計算により求めることが可能である。

次に、本発明に係わるウェーハ洗浄乾燥装置の別の実施の形態における装置構成を説明する。図１に示す、ウェーハ研磨装置１０に設けられた洗浄乾燥装置７０は、複数の洗浄槽７１が設けられ、図６に示すように、ウェーハＷが移動手段としての移動台５１上に傾倒して載置される。

洗浄槽７１には、底面に第１の流体としての洗浄液５０を供給する供給口３と使用後の洗浄液５０を排出するドレイン口４とが設けられ、ウェーハＷの乾燥の際に洗浄液５０とＩＰＡとが混合した液体が排出される窓７６が側面部に設けられている。

更に、洗浄槽７１内には、液体状のＩＰＡを供給するＩＰＡ供給部６、窒素を供給する複数のノズル６１を備えたキャリアガス供給部６０、洗浄液５０を境界線Ｋに向けて供給する複数のノズル７４を備えた第３の供給手段としての洗浄液供給部７３が設けられている。

また、洗浄槽７１内にはダブルサイドブラシ、又は超音波水を使用したペンブラシ等の不図示の洗浄機構が備えられている。洗浄機構は、供給口３より供給されたアルカリ溶液、酸性薬液、脱イオン水、又は純水等を使用した洗浄液５０により浸漬されているウェーハＷの洗浄を行なう。

移動台５１上には、図７に示すように、ストッパ５と複数の支持柱５５が設けられている。ウェーハＷは、ストッパ５により一端が支持され、支持柱５５により裏面が支持される。移動台５１は、レール５２と不図示の駆動装置により図６に示す矢印Ａ方向に移動可能であり、洗浄液５０に浸漬されたウェーハＷを洗浄液５０内より引き上げる。

ＩＰＡ供給部６、キャリアガス供給部６０、洗浄液供給部７３とは、それぞれブロック７２に設けられている。ＩＰＡ供給部６へは、ブロック７２に接続された配管６３より、ブロック７２内に形成された穴を介してＩＰＡが供給され、キャリアガス供給部６０へは、配管６２よりキャリアガスが供給される。

洗浄液供給部７３は、洗浄槽７１内に満たされた洗浄液５０内に位置し、ノズル７４を境界線Ｋへ向けてブロック７２に設けられている。洗浄液供給部７３へは、配管７５よりブロック７２内に形成された穴を介して洗浄液５０が供給され、供給された洗浄液５０は境界線Ｋへ向けて噴射される。

噴射された洗浄液５０は、ＩＰＡ供給部６より供給されたＩＰＡと大きな濃度勾配を形成するとともに、ＩＰＡの一部が洗浄液５０に溶融する。溶融したＩＰＡは洗浄槽７１内に満たされた洗浄液５０の表面付近に沿って拡散して窓７６より装置外へ排出される。これにより、境界線Ｋ付近へは常に新しい洗浄液５０が供給される。

ＩＰＡ供給部６は、供給部材７と支持部としての供給管８を備え、供給部材７の先端部は、先端部にＩＰＡの表面張力によるＩＰＡの液滴が形成されない距離まで境界線Ｋ近傍のウェーハＷ表面に近接されている。

供給管８は、図４に示すように、ウェーハＷと平行になるように側面にスリットが形成されており、供給されたＩＰＡが供給管８の内部に貯留され、一定量を超えた時点でスリット６５より流出し、供給部材７を流下してウェーハＷ表面へ供給される。

また、供給部材７が、図５に示す供給部材７Ａのように微小な穴が開いた管状部材の場合は、供給管８Ａに満たされたＩＰＡは、供給部材７Ａ内を毛細管現象の効果により移動してウェーハＷ表面へ供給される。

以上のような構成により、本発明に関わるウェーハ洗浄乾燥装置の、別の実施の形態では、気液界面である境界線Ｋ付近に濃度の高い極少量のＩＰＡを供給され、洗浄液５０内の境界線Ｋ付近へ一定の流量で常に新たな洗浄液５０が供給される。これにより、境界線付近のＩＰＡと洗浄液との間の濃度勾配が一定に形成され、安定した一様な乾燥を行うことが可能となる。

次に、本発明に係わるウェーハ洗浄乾燥方法について説明する。図１に示すウェーハ研磨装置１０により研磨されたウェーハＷは図２に示すように、洗浄乾燥装置１の洗浄槽２内に設けられた移動台５１上に傾倒して載置される。ウェーハＷが載置された後、供給口３より洗浄液５０が供給され、洗浄液５０に浸漬されたウェーハＷは不図示の洗浄機構により洗浄が行なわれる。

洗浄終了後、不図示の移動手段によりＩＰＡ供給部６の供給部材７の先端部が、洗浄液５０に浸漬されたウェーハＷの表面最上部へ近接される。この状態でドレイン口４より洗浄液５０が排出され、それにともない、供給管８よりウェーハＷの乾燥を行うＩＰＡが供給部材７へ供給され、キャリアガス供給部６０のノズル６１よりキャリアガスが噴射される。

洗浄液５０の排出が進み洗浄液５０の液面が低下すると、ウェーハＷ表面と洗浄液５０表面との境界線ＫがウェーハＷ表面に形成され、液面の低下とともに移動していく。

ＩＰＡ供給部６とキャリアガス供給手段６０とは、境界線Ｋの移動に合わせて移動を行う。ＩＰＡ供給部６の供給部材７は、先端部が境界線Ｋ近傍のウェーハＷ表面に近接し、供給部材７とウェーハＷとの距離を一定に保ちながら、図３に示す、矢印Ｂ位置、矢印Ｃ位置へと移動していく。

キャリアガス供給部６０もＩＰＡ供給部６と同様に、境界線Ｋ付近へキャリアガスを供給するように矢印Ｂ位置、矢印Ｃ位置へと移動を行う。

このとき、境界線Ｋ付近へは、図８に示すように、毛細管現象により供給部材７を微量に流れるＩＰＡが、供給部材７とウェーハＷ表面との間に作用する界面張力によって生じる毛細管現象等の効果で微量且つ連続的に供給され、洗浄液５０とＩＰＡとの境界面で、大きな濃度勾配が形成される。

これにより、マランゴニ効果によるマランゴニ力が洗浄液とＩＰＡの間に、ばらつきなく効果的に発生し、ウェーハＷ全面において一様な乾燥が行われる。

乾燥が終了したウェーハＷは、インデックス用ロボット２２、又はトランスファーロボット３０によって、洗浄槽２より搬出される。

次に、本発明に係わるウェーハ洗浄乾燥方法の別の実施の形態について説明する。図１に示すウェーハ研磨装置１０により研磨されたウェーハＷは図７に示すように、洗浄乾燥装置７０の洗浄槽７１内に設けられた移動台５１上に傾倒して載置される。ウェーハＷが載置された後、供給口３より洗浄液５０が供給され、洗浄液５０に浸漬されたウェーハＷは不図示の洗浄機構により洗浄が行なわれる。

洗浄終了後、図８に示すように、不図示の移動手段によりＩＰＡ供給部６の供給部材７の先端部が、洗浄液５０に浸漬されたウェーハＷの表面最上部へ近接される。この状態で移動台５１が図８の矢印Ａ１方向へ上昇してウェーハＷが洗浄液５０より引き上げられる。

それにともない、ＩＰＡ供給部６よりウェーハＷの乾燥を行うＩＰＡが、供給部材７とウェーハＷ表面との間に作用する界面張力によって生じる毛細管現象等の効果で微量且つ連続的に供給され、キャリアガスがキャリアガス供給部６０のノズル６１より噴射される。更に、ウェーハＷが引き上げられることによりウェーハＷ面上に形成される境界線Ｋ付近へ向けて、洗浄液５０内部に位置する洗浄液供給部７３より、矢印Ｆ１方向に向かって新たな洗浄液５０が噴射される。

噴射された洗浄液５０は、境界線ＫにおいてＩＰＡ供給部６より供給された微量のＩＰＡとの間で大きな濃度勾配を形成するとともに、ＩＰＡの一部が洗浄液５０へ溶融する。

洗浄液５０に溶融したＩＰＡは、図８に示す矢印Ｆ２のように、洗浄槽７１内に満たされた洗浄液５０の表面付近に沿って拡散し、矢印Ｆ３のように、窓７６より装置外へ排出される。

これにより、境界線Ｋ付近へは常に新しい洗浄液５０が供給され、境界線Ｋ付近のＩＰＡと洗浄液５０との間の濃度勾配が一定に形成され、安定した一様な乾燥を行うことが可能となる。

乾燥が終了したウェーハＷは、インデックス用ロボット２２、又はトランスファーロボット３０によって、洗浄槽７１より搬出される。

次に、本発明に係わるウェーハ洗浄乾燥方法による実験例を示す。ウェーハ洗浄乾燥方法には、別の実施の形態で説明した方法によるウェーハ洗浄乾燥方法を使用し、実験装置の構成は図７に示すウェーハ洗浄乾燥装置と同様のものとする。

実験の条件は図１０に示す通り、第１の流体としての洗浄水には超純水、第２の流体としては濃度５０％のＩＰＡ、第３の流体としては、純度９９．９９％以上の窒素ガスを使用する。

この実験の結果、ウェーハ表面のディフェクト数は２２個（＞０．１８μｍ、スクラッチ、パーティクル含む）であった。ウォーターマーク、ストリークラインは確認されなかった。これにより、本発明によるウェーハ洗浄乾燥方法において、ウェーハ上に洗浄液を残すことなく、ウォーターマークの発生がない高品質なウェーハの洗浄乾燥を行なうことが可能であることが確認された。

以上説明したように、本発明に係るウェーハ洗浄乾燥装置及びウェーハ洗浄乾燥方法によれば、極少量の濃度の高い第２の流体であるＩＰＡ、または第１の流体である洗浄液を、気液界面付近へ一様に且つ連続的に供給することが可能となる。供給されたＩＰＡと洗浄液との間には、高い濃度勾配が形成され、一様にウェーハの洗浄乾燥が行われる。これにより、ウェーハ上に洗浄液を残すことなく、ウォーターマークの発生がない高品質なウェーハの洗浄乾燥を行なうことが可能となる。

なお、本実施の形態では、本発明に係わるウェーハ洗浄乾燥装置１は、ウェーハ研磨装置１０内に組込まれた形で説明されているが、ウェーハ洗浄乾燥装置１のみを別の装置としても好適に利用可能である。

本発明に係わるウェーハ研磨装置の全体構成図。 ウェーハ洗浄乾燥装置の構成を示した斜視図。 ウェーハ洗浄乾燥装置の構成を示した側面断面図。 ＩＰＡ供給部の側面断面図。 別のＩＰＡ供給部の側面断面図。 別のＩＰＡ供給部の側面断面図。 別のウェーハ洗浄乾燥装置の構成を示した斜視図。 別のウェーハ洗浄乾燥装置の構成を示した側面断面図。 ウェーハの乾燥方法を説明した断面図。 実施の条件を示した図表。

符号の説明

１、７０…ウェーハ洗浄乾燥装置，２、７１…洗浄槽，３…供給口，４…ドレイン口，５…ストッパ，６…ＩＰＡ供給部（第１の供給手段），７…供給部材，８…供給管（支持部），９、７２…ブロック，１０…ウェーハ研磨装置，５０…洗浄液（第１の流体），５１…移動台，５２…レール，５５…支持柱，６０…キャリアガス供給部（第２の供給手段），６１…ノズル，７３…洗浄液供給部（第３の供給手段），Ｋ…境界線，Ｗ…ウェーハ

Claims (10)

1. 洗浄用の第１の流体が満たされ、前記第１の流体内に浸漬されたウェーハの洗浄が行われる洗浄槽と、
   前記ウェーハを前記第１の流体より引き上げる際、又は前記第１の流体を排出する際、前記第１の流体表面と前記ウェーハ表面との境界線付近に、前記第１の流体よりも表面張力が小さい、前記ウェーハの乾燥を行う第２の流体を供給する第１の供給手段と、
   前記供給装置と前記ウェーハとを相対的に移動させる移動手段と、を備えたことを特徴とするウェーハ洗浄乾燥装置。
2. 前記第１の供給手段は、線状部材、又は管状部材で形成された供給部材を備え、前記供給部材の先端が前記境界線近傍の前記ウェーハ表面に近接していることを特徴とする請求項１に記載のウェーハ洗浄乾燥装置。
3. 前記供給部材は、高分子樹脂素材により形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載のウェーハ洗浄乾燥装置。
4. 前記第１の供給手段は、前記供給部材へ前記第２の流体を供給する、管状部材、又は多孔質素材で形成された支持部を備えていることを特徴とする請求項１、２、又は３いずれか１項に記載のウェーハ洗浄乾燥装置。
5. 前記ウェーハ洗浄乾燥装置は、前記ウェーハ表面への酸素の接触を防止する第３の流体を供給する第２の供給手段が設けられていることを特徴とする請求項１、２、３、又は４のいずれか１項に記載のウェーハ洗浄乾燥装置。
6. 前記第３の流体は、窒素ガスであることを特徴とする請求項５に記載のウェーハ洗浄乾燥装置。
7. 前記洗浄槽には、前記第１の流体を供給する供給口と、前記第１の流体を排出するドレイン口が設けられていることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、又は６のいずれか１項に記載のウェーハ洗浄乾燥装置。
8. 前記ウェーハ洗浄乾燥装置は、前記洗浄槽内に満たされた前記第１の液体の内部より、前記境界線へ向かって前記第１の流体を供給する第３の供給手段が設けられていることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、又は７のいずれか１項に記載のウェーハ洗浄乾燥装置。
9. 洗浄用の第１の流体内に浸漬された洗浄後のウェーハ表面と、前記第１の流体表面との境界線近傍の、前記ウェーハ表面に近接するように設けられた供給部材より、前記第１の流体よりも表面張力が小さい第２の流体を前記境界線付近へ供給するとともに、前記供給部材と前記境界線との相対的位置を保ちながら前記ウェーハを前記第１の流体より引き上げるか、又は前記第１の流体を排出することにより乾燥を行うことを特徴とするウェーハ洗浄乾燥方法。
10. 前記洗浄槽に満たされた前記第１の流体内より前記境界線へ向かって新たな前記第１の流体を供給して前記洗浄槽から前記第１の流体を溢れさせるとともに、前記ウェーハを前記第１の流体より引き上げて該ウェーハの乾燥を行うことを特徴とする請求項９に記載のウェーハ洗浄乾燥方法。

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