JP4306217B2 - 洗浄後の半導体基板の乾燥方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコンウェーハに代表される半導体基板を洗浄した後における乾燥方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの微細化と高集積化が進むに従って、半導体基板の表面汚染が製造歩留りやデバイス特性及び信頼性に与える影響はますます大きくなってきている。半導体基板は様々なデバイス製造工程を経て最終製品に至るが、この間に基板表面は各種の汚染環境に晒される。そこで基板表面から金属不純物や微粒子等を除去するために鏡面研磨ウェーハ加工、酸化、不純物拡散、イオンインプランテーション、化学的気相成長（ＣＶＤ）、リソグラフィーなど各工程の前後にはその半導体基板を洗浄して乾燥させる洗浄乾燥工程が設けられている。
従来、この洗浄乾燥工程として、多槽浸漬式のウエットステーションが知られている（例えば、特許文献１参照。）。この多槽浸漬式のウエットステーションは、ウェーハ洗浄処理工程に対応して薬液槽を直線的に設け、この薬液層に順次ウェーハを浸漬して洗浄処理し、その後乾燥される。この乾燥は洗浄されたウェーハを純水槽に浸漬し、その後乾燥槽で乾燥させることにより行われるようになっている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−１６３４９２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ウェーハを純水槽に浸漬した後に引上げてそのウェーハの表面に付着した温純水を乾燥槽で乾燥させることは、その温純水に含有される有機物が乾燥後のウェーハの表面に付着し、その温純水に含まれる有機物汚染を十分に解消させることは困難であった。また、ウェーハを乾燥させるために純水槽と乾燥槽の２つの槽を必要とし、これらの槽を用いることなくウェーハを乾燥できれば、洗浄乾燥工程における全体の槽の数を減少させることができ、設備管理等の面で有利である。
本発明の目的は、洗浄乾燥工程における全体の槽の数を減少させることができ、かつ純水における有機汚染を減少することができる洗浄後の半導体基板の乾燥方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、供給管１２から供給されて処理槽１１に貯留された処理液１３に半導体基板１４を浸漬し処理液１３を供給管から供給し続けた状態で処理する工程と、供給管から処理液１３の供給を続けながら処理された半導体基板１４を処理槽１１から引上げながら大気又はＮ₂雰囲気下１５〜７０℃で乾燥させる工程とを有する洗浄後の半導体基板の乾燥方法であって、引上げながら乾燥するときの処理層に貯留された処理液が２０〜７０℃の０．００１〜０．１Ｎの硝酸水溶液であることを特徴とする洗浄後の半導体基板の乾燥方法である。
【０００８】
請求項１に係る発明では、処理槽１１に貯留される処理液１３が硝酸水溶液であり、純水に比較して有機物汚染は少なく、純水を用いて処理する場合に比較して有機物汚染を減少させることができる。また、硝酸水溶液は、供給管から供給してもその液中に気泡が発生することはなく、この気泡に起因して、引上げられる半導体基板１４の表面にウォーターマーク等の面質異常が生じることはなく、有機物汚染を有効に回避することができる。そして、洗浄工程の最終段階で硝酸水溶液を用いるようなものである場合には、更に使用する槽を減少させることができ、洗浄乾燥工程における設備費及びその管理負担を著しく低減させることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１〜図６に示すように、本発明の洗浄後の半導体基板の乾燥方法には、処理槽１１のみが用いられ、この処理槽１１の周囲には図示しないヒータ及び冷却チラーが設けられる。処理槽１１にはその内底部に一端が沿うように供給管１２が設けられ、その供給管１２の一端には長手方向に向かって図示しない複数の供給口が形成され、他端から供給した処理液１３をその複数の供給口から図の矢印で示すように上方に噴出可能に構成される。供給管１２から処理液１３を噴出させて処理槽１１に処理液を供給すると、その処理槽１１には処理液１３が貯留されて前述したヒータにより所定の温度に保つように構成される。本発明の方法は、処理槽１１に貯留された処理液１３に半導体基板１４を浸漬して処理する工程と、処理液１３の供給を停止して処理された半導体基板１４を処理槽１１から引上げながら大気又はＮ₂雰囲気下１５〜７０℃で乾燥させる工程とを有する。ここで、処理槽１１に貯留される処理液１３は、２０〜２７℃の０．００１〜０．１Ｎの硝酸水溶液である。以下に本発明の洗浄後の半導体基板の乾燥方法を各工程に分けて説明する。
【００１０】
ａ．浸漬処理工程
先ず、半導体基板１４を乾燥する際には、先の洗浄工程における洗浄液等を除去するために、最初処理槽１１内で半導体基板１４を処理液１３により処理する。この処理は、処理槽１１に貯留されて所定の温度に保たれた処理液１３に処理すべき半導体基板１４を浸漬させることにより行われる。図１に示すように、この浸漬に際して、半導体基板１４は第１ホルダ１６に保持され、その半導体基板１４とともに第１ホルダ１６を下降させて第２ホルダ２１に複数の半導体基板１４を保持させる。第２ホルダ２１に保持された状態で半導体基板１４は処理槽１１に貯留された処理液１３中に浸漬される。ここで、第１ホルダ１６は起立した半導体基板１４の底の側部を保持して複数枚の半導体基板１４を垂直に保持するように構成され、第２ホルダ２１は処理槽１１に予め設けられる。第２ホルダ２１は、第１ホルダ１６と同様に、半導体基板１４の底の側部を保持して複数枚の半導体基板１４を垂直に保持するものであり、複数枚の半導体基板１４を垂直に保持する図示しない複数の溝が形成される。
【００１１】
処理すべき複数枚の半導体基板１４の処理液１３中への浸漬は、第１ホルダ１６の上部を保持して移動可能に構成されたホルダアーム１８により行われ、そのホルダアーム１８が半導体基板１４を保持した第１ホルダ１６の上部を保持し、その状態で図１の実線矢印で示すように下降して、半導体基板１４を第１ホルダ１６とともに処理液１３中に浸漬させる。複数枚の半導体基板１４が第２ホルダ２１に保持された後、第１ホルダ１６は引上げられる。図２に示すようにウェーハ１４が第２ホルダ２１に保持されて処理液１３に浸漬された状態で、供給管１２からは処理液１３が垂直状態の複数枚の半導体基板の下端に向けて供給し続けられ、複数枚の半導体基板は処理液１３が供給されている状態でその処理液１３により処理される。
【００１２】
ｂ．引上げ乾燥工程
半導体基板１４は処理後に乾燥させられる。図３に示すように、処理された半導体基板１４を第２ホルダ２１とともに処理槽１１から１〜５ｍｍ／ｓｅｃの比較的ゆっくりした速度で引上げながら大気又はＮ₂雰囲気下１５〜７０℃で乾燥させる。この引上げに関しては、供給管１２から処理液１３の供給は停止される。処理液１３の供給を停止した状態で、第２ホルダ２１を複数枚の半導体基板１４とともに比較的緩やかな速度で引上げると、複数枚の半導体基板１４は処理液１３の液面から緩やかに出現して乾燥させられる。このとき、液面から出現する半導体基板１４の乾燥を促すための不活性ガスをその出現した半導体基板１４に吹き付けることもできる。
【００１３】
ここで、処理槽１１に貯留される処理液１３は、２０〜２７℃の０．００１〜０．１Ｎの硝酸水溶液であるので、純水に比較して有機物汚染は少なく、純水を用いて処理する場合に比較して有機物汚染を減少させることができる。この場合、供給管１２からは処理液１３の供給を続けながら処理された半導体基板１４を処理槽１１から引上げながら大気又はＮ ₂ 雰囲気下１５〜７０℃で乾燥させることができる。硝酸水溶液は、供給管から供給してもその液中に気泡が発生することはなく、この気泡に起因して、引上げられる半導体基板１４の表面にウォーターマークが生じることはなく、有機物汚染を有効に回避することができる。そして、洗浄工程の最終段階で硝酸水溶液を用いるようなものである場合には、更に使用する槽を減少させることができ、洗浄乾燥工程における設備費及びその管理負担を著しく低減させることができる。
【００１４】
図４及び図５に示すように、引上げられた複数枚の半導体基板１４はその後第１ホルダ１６に保持されて移動させられる。図６に示すように、複数枚の半導体基板１４が第１ホルダ１６に保持されて移動した後の第２ホルダ２１は再び下降し、供給管１２からは処理液１３が再び供給され、次に乾燥すべき半導体基板を受け入れる最初の状態に戻る。ここで、半導体基板１４の第２ホルダ２１により保持されていた部分は、その半導体基板１４が第１ホルダ１６に保持された状態でその部分に付着残存した処理液１３も揮発し、第２ホルダ２１により実際に保持されている半導体基板１４表面下部であっても、半導体基板１４表面上部と同様に十分に乾燥させることができる。
【００１６】
【実施例】
次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。
＜参考例１＞
半導体基板として通常の研磨工程を経た未洗浄のシリコンウェーハ２５枚を下記の条件にてそれぞれ洗浄処理した。
先ず、これらのウェーハをＳＣ−１溶液（Ｈ₂Ｏ：Ｈ₂Ｏ₂(30%)：ＮＨ₄ＯＨ(29%)＝１０：１：０．５の混合液）に浸漬し、６０℃で４分間処理した。次に、これらのウェーハを６０℃の電解イオン水に４分間浸漬した。次に、前述したＳＣ−１溶液に再び浸漬して６０℃で４分間処理し、その後６０℃の電解イオン水に再び４分間浸漬した。その後電解イオン水から取り出して更に別の槽に貯留された６０℃の電解イオン水にそれらのシリコンウェーハを浸漬して更に４分間処理し、洗浄処理を終了させた。
【００１７】
このように洗浄処理されたシリコンウェーハ２５枚を下記の条件にてそれぞれ乾燥させた。
先ず、洗浄処理されたシリコンウェーハ２５枚を第１ホルダ１６に保持させて、その半導体基板１４とともに第１ホルダ１６を処理槽１１に貯留された処理液１３中に浸漬させ、処理槽１１中に設けられた第２ホルダ２１に保持させた。処理液としてはＯ₃濃度が１０ｐｐｍである２０℃のオゾン溶存水を用いた。２５枚の半導体基板１４が第２ホルダ２１に保持された後に第１ホルダ１６を引上げ、供給管１２から２０℃のオゾン溶存水１３を供給し続けた状態で２５枚の半導体基板を４分間そのオゾン溶存水中に浸漬して処理した。その後、供給管１２からオゾン溶存水１３の供給を停止し、処理された半導体基板１４を第２ホルダ２１とともに処理槽１１から１ｍｍ／ｓｅｃの比較的ゆっくりした速度で引上げながら乾燥させた。
【００１８】
＜比較例１＞
参考例１同一の条件で洗浄処理されたシリコンウェーハを２５枚用意した。そして、処理液として温度が６０℃の温純水を使用し、処理槽１１から２ｍｍ／ｓｅｃの速度で引上げながら乾燥させたことを除いて、参考例１と同一の条件で２５枚のシリコンウェーハを乾燥させた。
＜比較例２＞
参考例１同一の条件で洗浄処理されたシリコンウェーハを２５枚用意した。そして、この２５枚のシリコンウェーハをスピン乾燥機にかけて回転数７５０〜８００ｒｐｍの回転速度で３分間回転させて乾燥させた。
＜比較試験＞
参考例１及び比較例１，２のそれぞれ乾燥させた後の２５枚のシリコンウェーハの表面に残留する粒径が０．１μｍ以上の大きさのパーティクルの数をパーティクルカウンタでカウントすることにより、ウェーハ表面に残留するパーティクル数を算出した。
また、それら２５枚のシリコンウェーハの表面に付着する有機物質の量をＧＣ−ＭＳで計測することにより、その物質量を求めた。これらの結果を表１に示す。
【００１９】
【表１】

【００２０】
表１より明らかなように、比較例１及び比較例２の方法で乾燥されたウェーハ表面に残留するパーティクル数はそれぞれ平均で１０．５個及び１５．３個と残留しているパーティクルが多かった。特にスピン乾燥である比較例２では最大パーティクル数も４０とかなり多くなっていた。これに対して参考例１の方法で洗浄されたウェーハ表面に残留するパーティクル数は平均で９．２個と少なかった。また、有機物量においても、比較例１及び比較例２の方法で乾燥されたウェーハではそれぞれ０．６０ｎｇ／ｃｍ²及び０．６５ｎｇ／ｃｍ²と多いけれども、参考例１の方法で洗浄されたウェーハでは０．２９ｎｇ／ｃｍ²と少なかった。このことから、参考例１の乾燥方法は比較例１及び２の乾燥方法より微粒子を良く洗浄することが判明した。
【００２２】
【発明の効果】
以上述べたように、処理液を供給管から供給し続けた状態で処理する工程と、供給管から処理液の供給を続けながら処理された半導体基板を処理槽から引上げながら大気又はＮ₂雰囲気下１５〜７０℃で乾燥させる工程とを含む乾燥方法であっても、引上げながら乾燥するときの処理層に貯留された処理液が２０〜７０℃の０．００１〜０．１Ｎの硝酸水溶液であるので、供給管から供給してもその液中に気泡が発生することはなく、この気泡に起因して、引上げられる半導体基板の表面にウォーターマークが生じることはなく、有機物汚染を有効に回避することができる。そして、洗浄工程の最終段階で硝酸水溶液を用いるようなものである場合には、更に使用する槽を減少させることができ、洗浄乾燥工程における設備費及びその管理負担を著しく低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】処理槽に貯留された処理液に半導体基板を浸漬させる状態を示す図。
【図２】供給管から処理液を供給しながら半導体基板を処理している状態を示す図。
【図３】処理液の供給を停止して半導体基板を処理液から引上げながら乾燥している状態を示す図。
【図４】半導体基板を保持する第１ホルダが下降している状態を示す図。
【図５】その第１ホルダにより半導体基板を保持させた状態を示す図。
【図６】第２ホルダが下降して処理液が再び供給された状態を示す図。
【符号の説明】
１１ 処理槽
１２ 供給管
１３ 処理液
１４ 半導体基板

Claims (1)

1. 供給管(12)から供給されて処理槽(11)に貯留された処理液(13)に半導体基板(14)を浸漬し前記処理液(13)を前記供給管から供給し続けた状態で処理する工程と、
   前記供給管から前記処理液(13)の供給を続けながら処理された前記半導体基板(14)を前記処理槽(11)から引上げながら大気又はＮ₂雰囲気下１５〜７０℃で乾燥させる工程とを有する洗浄後の半導体基板の乾燥方法であって、
   前記引上げながら乾燥するときの処理層に貯留された処理液が２０〜７０℃の０．００１〜０．１Ｎの硝酸水溶液である
   ことを特徴とする洗浄後の半導体基板の乾燥方法。

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