JP4554146B2

JP4554146B2 - 回転式シリコンウエハ洗浄装置

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Publication number: JP4554146B2
Application number: JP2002276818A
Authority: JP
Inventors: 忠弘大見; 泰雪白井; 巧藤田; 幸男皆見; 信一池田; 明弘森本; 幸司川田
Original assignee: Pre Tech Co Ltd; Fujikin Inc
Current assignee: Pre Tech Co Ltd; Fujikin Inc
Priority date: 2002-09-24
Filing date: 2002-09-24
Publication date: 2010-09-29
Anticipated expiration: 2022-09-24
Also published as: AU2003264411A8; CN1596461A; US20050126030A1; US7103990B2; AU2003264411A1; KR100705344B1; IL161793A0; CA2465875A1; TWI226661B; TW200409218A; CN100359641C; KR20040089117A; JP2004119417A; IL161793A; WO2004036637A1; EP1544902A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体製造装置等で使用する回転式シリコンウエハ洗浄装置の改良に関するものであり、洗浄後の乾燥工程に於いて、シリコンウエハの外表面により完全な水素終端処理を施すことにより、シリコンウエハ外表面の安定化を図ってその大幅な品質向上を可能にした回転式シリコンウエハ洗浄装置に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
各種半導体素子の製造は、一般にシリコンウエハの洗浄処理から始められ、洗浄処理したシリコンウエハにＳｉＯ皮膜の形成等の各種処理が施されて行く。
而して、この種シリコンウエハの洗浄処理には、所謂回転式シリコンウエハ洗浄装置が広く利用されており、装置本体内の回転ディスクにセッティングしたシリコンウエハを高速回転（約２０００ＲＰＭ）させ、これにフッ酸等の薬品洗浄剤を散布することにより酸洗浄処理を行なったあと、純水等による洗浄処理を施し、最後に、純水洗浄処理後のシリコンウエハを高速回転させつつ乾燥させる方式が広く利用されている。
【０００３】
上記従前の回転式シリコンウエハ洗浄装置により洗浄処理したウエハの外表面は、所謂表層のＳｉが露出した状態となると共に、この露出したＳｉの原子に水素原子が結合することにより外表面が所謂水素終端処理された状態となっており、不純物原子等がＳｉに直接付着することの殆んど無い高度に安定した清浄面となっている。その結果、大気中に長期間置いても、表層部に所謂自然酸化が生じ難いと云われてきた。
【０００４】
しかし、従前のこの種回転式シリコンウエハ洗浄装置により洗浄処理をしたウエハにあっても、現実には洗浄後の時間の経過と共にウエハ外表面に酸化物皮膜が自然に形成されることになり、ウエハ保存の環境条件を如何に整備しても、前記酸化物皮膜の自然形成を阻止することが困難な状態にある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従前のこの種回転式シリコンウエハ洗浄装置に於ける上述の如き問題、即ち時間の経過と共に洗浄処理後のウエハ外表面に酸化物皮膜等が自然に形成され、これを有効に防止したり或いは形成を遅らせることが出来ないと云う問題を解決せんとするものであり、従前の回転式ウエハ洗浄装置に新規なウエハ乾燥装置を付加することにより、洗浄処理後のウエハ外表面の安定化をより一層高め得るようにした回転式シリコンウエハ洗浄装置を提供せんとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
而して、従前の回転式シリコンウエハ洗浄装置では、乾燥工程に於いて、露出したウエハのＳｉ原子に水素原子が結合することにより、ウエハ外表面のＳｉの全てが所謂水素終端されることになり、これによって洗浄処理後のシリコンウエハの安定性が確保されていると考えられていた。
【０００７】
これに対して、本願発明者等は、従前の回転式ウエハ洗浄装置で処理したウエハの外表面の安定性が相対的に低いのは、前記Ｓｉ外表面の水素終端処理が不完全であるか、若しくは部分的は水素終端斑を生じているかの何れかであると考え、当該純水洗浄後のウエハ外表面のＳｉ水素終端処理をラジカル化された水素を含む水素と反応をしない不活性ガス（例えばＮ₂）の雰囲気下で行うことにより、Ｓｉ原子とＨ原子との結合度合いを高め、未結合状態のＳｉ原子やフッ素原子等と結合しているシリコン原子の数を大幅に減少させることにより、Ｓｉ外表面の安定性を長期に亘って高め得ることを着想すると共に、当該着想を具現化した回転式シリコンウエハ洗浄装置を開発し、これを用いて洗浄並びに乾燥したウエハについて数多くの安定化試験を実施した。
【０００８】
本願発明は、上記着想並びに試験の結果を基にして創作されたものであり、本願の請求項１に記載の発明は、ケース本体（２）内にシリコンウエハの支持・回転駆動装置（３）を備え、薬品洗浄後のシリコンウエハを純水により洗浄するようにした回転式シリコンウエハ洗浄装置に於いて、ケース本体（２）に付設され、０．０５Ｖｏｌ％以上の水素ガスを含む水素ガスと不活性ガスとの混合ガスを供給するガス供給パネル（５）と，一端が前記ガス供給パネル（５）のガス混合器（１４）へ連結された混合ガス供給管（Ａ）と、前記混合ガス供給管（Ａ）内の混合ガスを加熱する混合ガス加熱装置（Ｂ）と、前記混合ガス供給管（A）の先端に固定されると共に、前記混合ガス加熱装置（Ｂ）により加熱された高温混合ガスとの接ガス部分に水素ラジカルを形成する白金コーティング皮膜を短円筒形のフィルタフランジに設けた白金コーティングフィルタを有する水素ラジカル生成・散布器（１１）から成る水素ラジカル生成装置（Ｃ）とから形成したシリコンウエハ乾燥装置（１）を設け、前記水素ラジカル生成装置（C)は、シリコンウェハを洗浄する際は上方に退避し、水素終端処理をする際には前記水素ラジカル生成装置（Ｃ）により生成した水素ラジカルを含有する混合ガスを洗浄後の回転するシリコンウエハ（４）上へ直近から噴出することにより、シリコンウエハ（４）の外表面の乾燥と水素終端処理を行なうことを発明の基本構成とするものである。
【０００９】
請求項２の発明は、ケース本体（２）内にシリコンウエハの支持・回転駆動装置（３）を備え、薬品洗浄後のシリコンウエハを純水により洗浄するようにした回転式シリコンウエハ洗浄装置に於いて、ケース本体（２）に付設され、０．０５Ｖｏｌ％以上の水素ガスを含む水素ガスと不活性ガスとの混合ガスを供給するガス供給パネル（５）と、一端が前記ガス供給パネル（５）のガス混合器（１４）へ連結された混合ガス供給管（Ａ）と、前記混合ガス供給管（Ａ）内の混合ガスを加熱する混合ガス加熱装置（Ｂ）と、前記混合ガス加熱装置（Ｂ）により加熱された高温混合ガスとの接ガス部分に水素ラジカルを形成する白金コーティング皮膜を備えた水素ラジカル生成装置（Ｃ）とから成るシリコンウエハ乾燥装置（１）を設け、混合ガス供給管（Ａ）をケース本体（２）に上・下方向へ移動自在に且つ円周方向へ回転自在に支持された縦連結管（７）と当該縦連結管（７）の他端に連結されて水平方向に支持された横連結管（１０）とから形成すると共に、前記縦連結管（７）を昇降回転駆動装置（８）により上・下方向へ移動可能に且つ正・逆方向へ回動可能に保持する構成とし、水素ラジカル生成装置（Ｃ）を、混合ガス供給管（Ａ）の先端に固定した白金コーティングフィルタを備えた水素ラジカルガス生成・散布器（１１）とし、前記水素ラジカル生成装置（Ｃ）により生成した水素ラジカルを含有する混合ガスを洗浄後の回転するシリコンウエハ（４）上へ噴出することにより、シリコンウエハ（４）の外表面の乾燥と水素終端処理を行なうようにしたものである。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明に於いて混合ガス加熱装置Ｂを混合ガス供給管Ａの一部分に設けたシースヒータとし、当該混合ガス加熱装置Ｂにより混合ガスを１５０℃以上の温度に加熱する構成としたものである。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１又は２の発明に於いて、水素ガスの混合比を０．０５Ｖｏｌ％〜５．０Ｖｏｌ％とするようにしたものである。
【００１３】
請求項５の発明は、請求項２の発明に於いて縦連結管７を、その上方部に、連結管本体１５とその内部に挿着したシースヒータ１６とから成り、前記連結管本体１５の内壁面とシースヒータ１６の外壁面との間を流通する混合ガスをシースヒータ１６により加熱するようにしたヒータ付縦連結管９を備えた縦連結管としたものである。
【００１４】
請求項６の発明は、請求項２の発明に於いてヒーター付横連結管１０を、ステンレス鋼製の外管１７と、その内方にスペーサ１８を介設して挿着された混合ガスが流通する内管１９と、内管１９の外周面に巻回したマイクロシースヒータ２０と、マイクロシースヒータ２０を巻回した内管１９の外周面を囲繞するアルミ箔製カバー２１とから成るヒータ付横連結管としたものである。
【００１５】
請求項７の発明は、請求項２の発明に於いて縦連結管７の昇降・回転駆動装置８を、縦連結管７の下降により、白金コーティングフィルタ２６の下面とこれに対向するシリコンウエハ４の上面との間隔が０．５ｍｍ〜３ｍｍとなる位置に水素ラジカル生成・散布器１１を保持固定するようにしたものである。
【００１６】
請求項８の発明は、請求項３の発明に於いて、水素ラジカル生成・散布器１１へ供給する混合ガスの温度を１５０℃〜３００℃とするようにしたものである。
【００１７】
請求項９の発明は、請求項１又は２の発明に於いて水素ラジカル生成・散布器１１を、上壁中央に混合ガス導入口２３ａを有する逆皿形の上部本体２３と、上部本体２３の下面側に水平に設けられ、外周部に複数のガス透過孔２５ａを穿設した反射板２５と、上部本体２３の下端面に溶接した短円筒形のフィルタフランジ２４と、フィルタフランジ２４の下面側に固定され、ステンレス鋼焼結材から成る多孔性の円盤に白金コーティング層を形成した白金コーティングフィルタ２６とから成る水素ラジカル生成・散布器としたものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。
図１は本発明の実施形態に係る回転式シリコンウエハ洗浄装置の正面図であり、図２はその側面図、図３は図２のＡ−Ａ断面概要図、図４は図２のＢ−Ｂ断面概要図である。尚、本実施形態では所謂枚葉洗浄装置をベースとして用いているが、洗浄装置の型式は回転式洗浄装置であれば如何なるものであってもよい。
図１乃至図４に於いて１はシリコンウエハ乾燥装置、２はケース本体、３はウエハの支持・回転駆動装置、３ａは支持ディスク、３ｂは回転駆動部、４はシリコンウエハ、５はガス供給パネル、６はフレキシブル連結管、７は縦連結管、８は昇降・回転駆動装置、９はヒータ付縦連結管、１０はヒータ付横連結管、１１は水素ラジカル生成・散布器である。また、Ａはフレキシブル連結管６、縦連結管７、ヒータ付縦連結管９及びヒータ付横連結管１０等からなる混合ガス供給管、Ｂは混合ガス供給管Ａの一部分に設けた混合ガス加熱装置、Ｃは混合ガス加熱装置Ｂの下流側に設けた水素ラジカル生成装置である。
【００１９】
前記回転式シリコンウエハ洗浄装置は、ケース本体２内に、後述するガス供給パネル５、混合ガス供給管Ａ、混合ガス加熱装置Ｂ、水素ラジカル生成装置Ｃ等から成るシリコンウエハ乾燥装置１と、支持ディスク３ａ及び回転駆動部３ｂ等から成るウエハ４の支持・回転駆動装置３と、ウエハ４の自動挿・脱着装置（図示省略）と、ウエハ４の自動搬入・搬出装置（図示省略）と、フッ酸等薬品洗浄剤の噴射装置（図示省略）と、純水等の洗浄水噴射装置（図示省略）等とを配備することにより形成されている。
【００２０】
尚、前記支持ディスク３ａ及び回転駆動部３ｂから成るウエハの支持・回転駆動装置３やウエハ自動挿・脱着装置、ウエハ自動搬入・搬出装置、薬品洗浄剤噴射装置、及び純水洗浄水噴射装置等は公知であるため、ここではその詳細な説明を省略する。
【００２１】
前記ガス供給パネル５はケース本体２内の側部に配設固定されており、図５に示す如く、水素と反応しない不活性ガス（例えばＮ₂ガス）とＨ₂ガスとの混合ガスＧを後述するフレキシブル連結管６、縦連結管７、ヒータ付縦連結管９及びヒータ付横連結管１０等から成る混合ガス供給管Ａを通して、水素ラジカル生成・散布器１１へ供給する。
尚、本実施形態ではガス供給パネル５等をケース本体２内へ格納しているが、ケース本体２の外部に設けてもよいことは勿論である。また、本実施形態では、後述する混合ガスＧの加熱をヒータ付縦連結管９とヒータ付横連結管１０の２ケ所で分割して行なっているが、前者のヒータ付縦連結管９又は後者のヒータ付横連結管１０のみで行なうようにしてもよい。
また、本実施形態では、混合ガス加熱装置Ｂを縦連結管９と横連結管１０に設けたヒータにより形成しているが、混合ガス加熱装置Ｂの構成そのものは如何なるものであってもよく、更に混合ガスＧの加熱方式も間接加熱方式であっても或いは直接加熱方式であってもよい。
【００２２】
具体的には、前記ガス供給パネル５は、図５に示す如く圧力調整器１２ａ・圧力計１２ｂ・マスフロコントローラ１２ｃ・バルブ１２ｄ・１２ｅから成るＮ₂供給ラインと、圧力調整１３ａ・圧力計１３ｂ・マスフロコントローラ１３ｃ・バルブ１３ｄ・１３ｅから成るＨ₂供給ラインと、Ｈ₂とＮ₂のガス混合器１４とから形成されており、本実施形態に於いては、ガス混合器４内でＮ₂とＨ₂とを混合することにより、Ｈ₂を０．１Ｖｏｌ％含有するＮ₂とＨ₂の混合ガスＧを約３０ＳＬＭの流量で水素ラジカル生成・散布器１１へ供給するようにしている。
【００２３】
上記実施形態に於いては、水素ラジカル生成装置Ｃを混合ガス供給管Ａの下流側先端に設けた水素ラジカル生成・散布器１１としているが、当該水素ラジカル生成装置Ｃは混合ガスＧの接ガス部に白金コーティング皮膜を有するものであれば、如何なる構成のものであってもよい。
また、当該水素ラジカル生成装置Ｃの設置場所は、混合ガス加熱装置Ｂよりも下流側であれば、如何なる位置であっても良いことは勿論である。
【００２４】
尚、上記実施形態に於いて、Ｎ₂用マスフロメータ１２ｃには流量５０ＳＬＭのものが、またＨ₂用マスフロメータには流量１００ＳＣＣＭのものが夫々使用されている。また、ここでＳＬＭ及びＳＣＣＭは、標準状態下に於けるｌ／ｍｉｎ及びｃｃ／ｍｉｎで表わした流量を示すものである。
【００２５】
また、本実施形態では混合ガスＧ内のＨ₂の混合比を約０．１Ｖｏｌ％としているが、Ｈ₂の混合比は０．０１〜５．０Ｖｏｌ％の間に選定するのが望ましい。何故なら、Ｈ₂混合比を５．０％以上にしても、所謂Ｓｉの水素終端処理レベルは飽和して向上せず、Ｈ₂の損失量が増加するだけだからである。また、逆にＨ₂の混合比を０．０１％以下にすると、Ｓｉの水素終端処理の度合が低下し、完全なＳｉの水素終端処理を行なうのが困難になったり、処理に時間が掛かり過ぎることになるからである。
【００２６】
更に、本実施形態に於いては、後述するように外径約５４ｍｍφのウエハ４の乾燥処理に対して、３０ＳＭＬの流量の混合ガスＧを２〜３分間水素ラジカル生成・散布器１１へ供給するようにしているが、処理対象であるウエハ４の外径寸法は、当該実施例のものに限定されるものではなく、洗浄対象となるウエハ４の外径寸法や乾燥処理時間、混合ガスの温度等に応じて、供給する混合ガスＧの流量は適宜に調整される。
【００２７】
前記フレキシブル連結管６としては、本実施形態に於いては内面を電解研磨した外径６．３５ｍｍφのステンレス鋼製フレキシブルチューブを使用しており、図１に示す如くガス供給パネル５の出口側と縦連結管７の下端部間に着脱自在に装着されている。
【００２８】
同様に前記縦連結管７としては外径６．３５ｍｍφの内面を電解研磨したステンレス鋼管が使用されており、ケース本体１内に縦向き姿勢で配設され、ケース本体１に回転並びに上・下動自在に支持されている。
即ち、当該縦連結管７の下端部外周面は、後述する昇降・回転駆動装置８へ係合・支持されており、昇降・回転駆動装置８の作動により、縦連結管７は一定距離（本実施形態では約２００ｍｍ）範囲だけ上・下方向に摺動すると共に、所定の角度範囲（本実施形態では約２０°）だけ円周方向に正・逆回転をする。
【００２９】
また、当該縦連結管７の上端部には後述するヒータ付縦連結管９が連結されており、両連結管７、９により混合ガスＧの縦方向への流路が形成されている。
【００３０】
前記昇降・回転駆動装置８は、縦連結管７及びヒータ付縦連結管９等を上・下方向へ摺動させると共に、縦連結管７の軸芯を円周方向へ角度θ（本実施形態では２０°）だけ正・逆回転させるものであり、本実施形態に於いてはモータ駆動部とラック機構との組合せによって縦連結管７を上・下動させると共に、モータ駆動部とギヤ機構との組合せにより、縦連結管７を円周方向へ所定の角度θだけ正・逆回転させる構成としている。
尚、当該昇降・回転駆動装置８は如何なる構造のものであってもよく、エアーシリンダ式や油圧シリンダ式の昇降・回転駆動装置８とすることも可能である。
【００３１】
前記ヒータ付縦連結管９は、図６に示す如く連結管本体１５と、連結管本体１５内に収納したシースヒータ１６とから形成されており、連結管本体１５にはガス入口１５ａとガス出口１５ｂとリード線引出口１５ｃとが夫々設けられている。
本実施形態に於いては、連結管本体１５として外径１９．０５ｍｍφの内面と電解研磨したステンレス鋼管が使用されており、その内部へ挿着固定したシースヒータ１６の外周面と連結管本体１５の内壁面との間が、流体通路となっている。また、ガス入口１５ａ及びガス出口１５ｂには外径６．３５ｍｍφの内壁面を電解研磨したステンレス鋼管が使用されている。
【００３２】
前記シースヒータ１６は、発熱部１６ａと熱電対１６ｂと入力用リード１６ｃ、熱電対用リード１６ｄ等から形成されており、本実施形態に於いては、外径１２ｍｍφのステンレス鋼管内に２００Ｖ、２００Ｗの発熱部６ａ等を挿着したシースヒータ１６が使用されている。
【００３３】
使用するシースヒータ１６の容量や連結管本体１５内の流通路の有効断面積は、ヒータ付縦連結管９内を流通するガス流量、混合ガスＧの昇温の程度及び昇温速度等に応じて適宜に選定される。
尚、本実施形態に於いては、約３０ＳＬＭの混合ガス（０．１％のＨ₂と４９．９％のＮ₂との混合ガス）を５〜２０秒以内に１００℃〜１５０℃の温度に加熱上昇させるため、２００Ｗの発熱部１６ａを備えたシースヒータ１６を２本使用している。また、混合ガスを形成するＮ₂は、水素と反応をしないガスであれば如何なるものであってもよいことは勿論である。
【００３４】
また、本実施形態では、ヒータ付縦連結管９の連結管本体１５の下部外周面にガス入口１５ａを設けているため、縦連結管７の軸芯とヒータ付縦連結管９の軸芯とが一直線状になっていないが、リード線引出口１５ｃとガス入口１５ａの位置を入れ替えして、両者７、９の軸芯を一直線状に位置せしめることも可能である。
【００３５】
前記ヒータ付横連結管１０は、ヒータ付縦連結管９の上端部に水平姿勢で連結されており、その先端部には後述する水素ラジカル生成・散布器１１が取り付け固定されている。尚、水素ラジカル生成・散布器１１の内部に加熱用ヒータを設けることも勿論可能である。
【００３６】
図７は、本実施形態の回転式ウエハ洗浄装置に於いて用いられているヒータ付横連結管１０の断面概要図であり、外径１９．０５ｍｍφのステンレス鋼製外管１７の内部に、スペーサ１８を介設して外径６．３５ｍｍφの内壁面を電解研磨したステンレス鋼製内管１９を支持固定すると共に、内管１９の外周面に外径１ｍｍφのマイクロシースヒータ２０を適宜のピッチで巻回し、その上方をアルミ箔２１によって覆うことにより形成されている。
【００３７】
本実施形態に於いては、ヒータ付縦連結管９を通して供給されて来た約１００℃〜１２０℃、約３０ＳＬＭの混合ガスＧが内管１９を通過する間に、１５０Ｗ×６本のマイクロシースヒータ２０により約２００℃〜２５０℃に加熱されたあと、その先端部から後述する水素ラジカル生成・散布器１１内へ供給されて行く。
【００３８】
また、本実施形態に於いては、ヒータ付横連結管１０の長さ寸法が約４００〜５００ｍｍに選定されている。更に、当該ヒータ付横連結管１０は図３及び図４に示す如く昇降・回転駆動装置８の作動により、上・下方向に約２００ｍｍ及び水平方向に約２０°の範囲に亘って夫々移動することになる。
【００３９】
更に、前記図６及び図７に於いては省略されているが、ヒータ付縦連結管９の連結管本体１５の外周部及びヒータ付横連結管１０の外管１７の外周部には、断熱保護材（図示省略）が設けられていることは勿論である。
【００４０】
前記ヒータ付横連結管１０の先端部には水素ラジカル生成・散布器１１が溶接されており、当該水素ラジカル生成・散布器１１からラジカル化された水素を含む窒素ガスが、その下方に位置するシリコンウエハ４の外表面へ向けて噴出される。
【００４１】
前記水素ラジカル生成・散布器１１は、図７に示すように逆皿形を呈するステンレス鋼製の上部本体２３と、上部本体２３の下端縁に筒状のフィルタフランジ２４の上端部と共に溶接した円盤状の反射板２５と、フィルタフランジ２４の下端縁に固定した円盤状の白金コーティングフィルタ２６とから構成されている。
【００４２】
即ち、前記逆皿形を呈する上部本体２３の上壁面中央には混合ガス導入孔２３ａが設けられており、当該導入孔２３ａを通して約１５０℃〜２５０℃に加熱された混合ガスＧが上部本体２３の内方へ導入される。
【００４３】
また、前記円盤状の反射板２５はステンレス鋼から形成されており、その外周部には複数のガス透過孔２５ａが穿設されている。そして当該反射板２５の外周縁は、短円筒状のフィルタフランジ２４の上端面と上部本体２３の下端面との間に挾着された状態で、上部本体２３へ溶接されている。
【００４４】
更に、前記白金コーティングフィルタ２６は、ステンレス鋼製のフィルタ材の外表面に白金をコーティングすることにより形成されており、本実施形態に於いては、外径１μｍのステンレス鋼製ワイヤーから成る約８メッシュの網状体を積層して焼結し、厚さ約２〜３ｍｍ、外径約６０ｍｍ、平均ポアーサイズ２０μｍのディスク状のフィルタ材を形成すると共に、当該フィルタ材のポアー外表面に蒸着法により厚さ約０．３μｍの白金層を形成するようにしたものである。
【００４５】
尚、ステンレス鋼製フィルタ材に白金コーティング層を形成する方法は、上記蒸着工法に限定されるものではなく、ステンレス鋼の外表面に直接白金層を形成し得る工法であれば、イオンプレーテング法やその他の工法であってもよいことは勿論である。
【００４６】
また、本実施形態では、ステンレス鋼製フィルタ材に焼結材を用いると共に、その平均ポアーサイズを２０μｍに、厚さを約２〜３ｍｍに、白金層厚さを約０．３μｍに夫々設定しているが、フィルタ材の形成方法やその厚さ、外形寸法、平均ポアーサイズ、白金層の厚さ等は、本実施形態に於ける数値に限定されるものではなく、噴出する混合ガスＧの流量や噴出時間、シリコンウエハ４の外形寸法等に応じて適宜に選定されるものである。
【００４７】
前記水素ラジカル生成・散布器１１の白金コーティングフィルタ２６は、短円筒形のフィルタフランジ２４の下端部に水平状態で、ねじ止め機構により保持固定されている。
また、昇降・回転駆動装置８を介して水素ラジカル生成・散布器１１が定位置まで下降されることにより、当該白金コーティングフィルタ２６の下面側は、ウエハ支持ディスク３ａ上にセッチングされたウエハ４の外表面の近傍にまで下降される。
【００４８】
尚、前記白金コーティングフィルタ２６の下面側とウエハ４の外表面との間隔は、小さいほど好都合であるが、通常は後述する白金の触媒作用により形成された水素ラジカルの活性度の持続性等の点から、０．５〜１．５ｍｍ位いに設定される。
【００４９】
次に、本発明に係る回転式シリコンウエハ枚葉洗浄装置の作動について説明する。
図１乃至図４を参照して、洗浄処理すべきウエハ４は、先ずウエハ洗浄装置の支持ディスク３ａ上へ自動的に挿着固定され、ウエハ支持・回転駆動装置３が作動することにより、ウエハ４は高速回転（約２０００〜２５００ＲＰＭ）される。次に、この高速回転するウエハ４にフッ酸等の薬品洗浄剤が噴射されることにより、所謂酸洗いが施される。更に、当該酸洗いが完了すると、ウエハ４の外表面へ純水を噴射することにより純水洗浄が行なわれる。
尚、上記薬品洗浄処理や純水洗浄処理は周知の工程であるため、ここではその詳細な説明を省略する。
【００５０】
純水洗浄処理が完了すれば、引き続きウエハ４を高速回転させ乍ら水切りを行なうと共に、昇降・回転駆動装置８を作動させ、縦連結管７とヒータ付縦連結管９及びヒータ付横連結管１０を一体として下降及び回転させることにより、ヒータ付横連結管１０の先端の水素ラジカル生成・散布器１１を図３及び図４の退避位置（点線の位置）から作動位置（実線の位置）へ移動させる。
【００５１】
また、前記昇降・回転駆動装置８の作動と同時に又は適宜の時間遅れを置いてガス供給パネル５を作動させ、ガス混合器１４から０．１％のＨ₂を含むＨ₂とＮ₂の混合ガスＧを３０ＳＬＭの流量で縦連結管７へ供給する。尚、当該混合ガスＧの供給開始の前に、水素ラジカル生成・散布器１１は作動位置への移動を完了しているのが望ましい。
【００５２】
縦連結管７へ供給された混合ガスＧは、ヒータ付縦連結管９を通過する間にそのシースヒータ１６により加熱され、約８０℃〜１５０℃にまで昇温される。また、縦連結管９内で加熱された混合ガスＧは、引き続きヒータ付横連結管１０内を通過する間に加熱され、約１５０℃〜３００℃の温度となって水素ラジカル生成・散布器１１内へ導入される。
【００５３】
図７を参照して、混合ガス導入口２３ａを通して水素ラジカル生成・散布器１１の上部本体２３内へ噴出された混合ガスは、反射板２５へ衝突して拡散されると共に、ガス透過孔２５ａを通して白金コーティングフィルタ２６の上面側へ導入され、フィルタ２６を通過する間に内部の水素ガスが白金の触媒作用によって水素ラジカルに変換されたあと、Ｎ₂と共にウエハ４上へ噴出される。
【００５４】
前記フィルタ２６の上方へ噴出されて来た混合ガスＧは、１５０℃〜３００℃（本実施形態では約２５０℃）の高温度に加熱されている。
その結果、混合ガスＧがフィルタ２６を通過する間に白金触媒と接触することにより、混合ガスＧ内の水素が所謂活性化されて水素ラジカルとなり、Ｓｉ原子に対する水素の結合力が大幅に向上することになる。
即ち、水素ラジカルを含むＮ₂を主体とする混合ガスＧがフィルタ２６の下面から高速回転するウエハ４上へ噴出されることにより、純水洗浄により露出されたＳｉ原子に水素原子が緊密且つ容易に結合することになり、ウエハ外表面のＳｉ原子は斑なく完全に水素終端されることになる。
【００５５】
前記混合ガスＧ内の水素の白金触媒によるラジカル化は、混合ガス温度が１５０℃以上であれば十分であり、本実施形態では余裕を見込んで混合ガス温度を２５０℃にまで上昇させている。
尚、水素ラジカル形成の限界温度が１５０℃位いであることは、図８に示した白金触媒によりラジカル化された水素と酸素との反応により水を生成する場合の、反応率と温度との関係曲線からも明らかであり、約１５０℃を越えると反応率が略１００％となっており、このことから約１５０℃になれば、水素はその殆んどがラジカル化されてしまうことが判る。
【００５６】
また、本実施形態では、水素ラジカル生成・散布器１１とウエハ４との間隔を約１ｍｍとしているが、この間隔は小さいほど望ましい。上記間隔が約３ｍｍを越えると、フィルタ２６の外表面とウエハ４の外表面間で水素ラジカルが消滅することになり、その結果十分な水素終端処理が行なわれなくなる。
また、逆に、前記間隔を０．０５ｍｍ以下とすると、高速回転をするウエハ４とフィルタ２６とが接触する危険があり、不都合である。そのため、本実施形態では前記間隔を１ｍｍに設定している。
【００５７】
前記水素ラジカル生成・散布器１１からの混合ガスＧの放出は、約２〜３分間程度で十分であり、本実施形態では２５０℃、３０ＳＬＭの混合ガスＧを２分間連続的に放出することにより、２０００ＲＰＭで回転させた６０ｍｍφのＳｉウエハを完全に乾燥させることが出来ると共に、その外表面のＳｉ原子を略完全に水素終端処理することが可能となる。
【００５８】
【実施例】
外径６０ｍｍφのＳｉウエハ４をフッ酸及び純水で洗浄処理し、Ｓｉ面を完全に露出せしめたＳｉウエハ４を２０００ＲＰＭで回転させ、０．１％のＨ₂を含むＨ₂とＮ₂との混合ガスを３０ＳＬＭの流量で水素ラジカル生成・散布器１１へ供給し、フィルタ２６とＳｉウエハ４との間隔を１ｍｍとして、２分間混合ガスＧを連続的に噴出した。
但し、フィルタ２６は、外径が５４ｍｍφ、厚さが２．５ｍｍ、ステンレス鋼線製網状体の焼結体から成る円盤で、平均ポアーサイズは２０μｍであり、またフィルタ２６の入口に於ける混合ガス温度は２５０℃である。
【００５９】
上記実施例の本発明のシリコンウエハ乾燥装置１でもって乾燥並びに水素終端処理を施したウエハ４を清浄大気中に置いて自然酸化をさせた場合、約４８時間経過した場合に於いても、シリコンウエハの外表面に変色等の顕著な外観的変化が全く生じなかった。
【００６０】
一方、比較試験として、フッ酸及び純水により同一の前洗浄処理を施したＳｉウエハ４を２０００ＲＰＭで回転させ、２５０℃のＮ₂ガスを３０ＳＬＭの割合で、白金コーティングを施していない同一のフィルタを装着した散布器を用いて、Ｓｉウエハ４の外表面へ２分間連続的に噴射した。
【００６１】
当該比較試験により乾燥処理したＳｉウエハ４を清浄大気中に置いて自然酸化をさせた場合、約４８時間経過後には、Ｓｉウエハの外表面に酸化膜の形成に起因する変色が観察された。
【００６２】
上記外観観察の結果からも明らかなように、本発明に係る回転式シリコンウエハ枚葉洗浄装置によって乾燥処理を施した場合には、Ｓｉウエハの外表面のＳｉ原子が高度に水素終端されることになり、洗浄後のシリコンウエハの外表面を長期に亘って安定状態に保持することが可能となる。
【００６３】
尚、シリコン外表面の水素終端の度合は、一般的には所謂ＦＴ−ＩＲ（ＡＴＲ法）によりＳｉ−Ｈの赤外吸収（２２００Ｃｍ^-1近傍）のピークを観察することに判定されている。
図９は、本発明に係る回転式シリコンウエハ洗浄装置を用いて、前記実施例に記載の方法により洗浄・乾燥処理をした直後のシリコンウエハのＳｉ−Ｈの赤外吸収を、ＦＴ−ＩＲ−ＡＴＲ法により測定した結果を示すものであり、水素ラジカルを含有する混合ガスＧでもって乾燥処理（水素終端処理）を行なった場合（曲線Ａ）には、水素ラジカルを含有せしめない場合（曲線Ｂ）に比較して、Ｓｉ−Ｈの赤外吸収のピークが高く出ていることが確認されている。
【００６４】
【発明の効果】
本発明に於いては、回転式シリコンウエハ洗浄装置のケース本体内に白金コーティング皮膜を接ガス部分に備えた水素ラジカル生成装置Ｃや混合ガス加熱装置Ｂ、混合ガス供給管Ａ及びガス供給パネル等から成るシリコンウエハ乾燥装置を設け、１５０℃以上の温度に加熱した水素と不活性ガスとの混合ガスを前記水素ラジカル生成装置Ｃを通して噴出することにより、混合ガス内の水素を前記白金コーティング皮膜の触媒作用によって水素ラジカルとし、当該水素ラジカルを含む混合ガスをウエハへ噴射することによりウエハを乾燥させる構成としている。
【００６５】
その結果、純水洗浄によりＳｉが露出したシリコンウエハの外表面のＳｉ原子は、より完全にＨ原子と結合されることになり、高度な水素終端処理が行なえる。これにより、Ｓｉウエハの外表面は長期に亘って安定状態に保持されることになる。
本発明は上述の通り優れた実用的効用を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るウエハ洗浄装置の正面図である。
【図２】図１の右側面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ視断面概要図である。
【図４】図２のＢ−Ｂ視断面概要図である。
【図５】ガス供給パネルの構成を示す系統図である。
【図６】ヒータ付縦連結管の断面概要図である。
【図７】ヒータ付横連結管の断面概要図である。
【図８】白金触媒により活性化された水素と酸素との反応に於ける温度と反応率の関係を示す特性曲線
【図９】本発明により水素終端処理を施した直後のシリコンウエハのＳｉ−Ｈの赤外吸収特性曲線を示すものである。
【符号の説明】
Ａは混合ガス供給管、Ｂは混合ガス加熱装置、Ｃは水素ラジカル生成装置、１はシリコンウエハ乾燥装置、２はケース本体、３はウエハの支持・回転駆動装置、３ａは支持ディスク、３ｂは回転駆動部、４はシリコンウエハ、５はガス供給パネル、６はフレキシブル連結管、７は縦連結管、８は昇降・回転駆動装置、９はヒータ付縦連結管、１０はヒータ付横連結管、１１は水素ラジカル生成・散布器、１２ａは圧力調整器、１２ｂは圧力計、１２ｃはマスフロコントローラ、１２ｄ・１２ｅはバルブ、１３ａは圧力調整器、１３ｂは圧力計、１３ｃはマスフロコントローラ、１３ｄ・１３ｅはバルブ、１４はガス混合器、１５は連結管本体、１５ａはガス入口、１５ｂはガス出口、１５ｃはリード線引出口、１６はシースヒータ、１６ａは発熱部、１６ｂは熱電対、１６ｃは入力用リード、１６ｄは熱電対用リード、１７は外管、１８はスペーサ、１９は内管、２０はマイクロシースヒータ、２１はアルミ箔カバー、２２はユニオン継手、２３は上部本体、２３ａは混合ガス導入口、２４はフィルタフランジ、２５は反射板、２５ａはガス透過孔、２６は白金コーティングフィルタ。

Claims

ケース本体（２）内にシリコンウエハの支持・回転駆動装置（３）を備え、薬品洗浄後のシリコンウエハを純水により洗浄するようにした回転式シリコンウエハ洗浄装置に於いて、ケース本体（２）に付設され、０．０５Ｖｏｌ％以上の水素ガスを含む水素ガスと不活性ガスとの混合ガスを供給するガス供給パネル（５）と，一端が前記ガス供給パネル（５）のガス混合器（１４）へ連結された混合ガス供給管（Ａ）と、前記混合ガス供給管（Ａ）内の混合ガスを加熱する混合ガス加熱装置（Ｂ）と、前記混合ガス供給管（A）の先端に固定されると共に、前記混合ガス加熱装置（Ｂ）により加熱された高温混合ガスとの接ガス部分に水素ラジカルを形成する白金コーティング皮膜を短円筒形のフィルタフランジに設けた白金コーティングフィルタを有する水素ラジカル生成・散布器（１１）から成る水素ラジカル生成装置（Ｃ）とから形成したシリコンウエハ乾燥装置（１）を設け、前記水素ラジカル生成装置（C）は、シリコンウェハを洗浄する際は上方に退避し、水素終端処理をする際には前記水素ラジカル生成装置（Ｃ）により生成した水素ラジカルを含有する混合ガスを洗浄後の回転するシリコンウエハ（４）上へ直近から噴出することにより、シリコンウエハ（４）の外表面の乾燥と水素終端処理を行なうことを特徴とする回転式シリコンウエハ洗浄装置。
ケース本体（２）内にシリコンウエハの支持・回転駆動装置（３）を備え、薬品洗浄後のシリコンウエハを純水により洗浄するようにした回転式シリコンウエハ洗浄装置に於いて、ケース本体（２）に付設され、０．０５Ｖｏｌ％以上の水素ガスを含む水素ガスと不活性ガスとの混合ガスを供給するガス供給パネル（５）と、一端が前記ガス供給パネル（５）のガス混合器（１４）へ連結された混合ガス供給管（Ａ）と、前記混合ガス供給管（Ａ）内の混合ガスを加熱する混合ガス加熱装置（Ｂ）と、前記混合ガス加熱装置（Ｂ）により加熱された高温混合ガスとの接ガス部分に水素ラジカルを形成する白金コーティング皮膜を備えた水素ラジカル生成装置（Ｃ）とから成るシリコンウエハ乾燥装置（１）を設け、混合ガス供給管（Ａ）をケース本体（２）に上・下方向へ移動自在に且つ円周方向へ回転自在に支持された縦連結管（７）と当該縦連結管（７）の他端に連結されて水平方向に支持された横連結管（１０）とから形成すると共に、前記縦連結管（７）を昇降回転駆動装置（８）により上・下方向へ移動可能に且つ正・逆方向へ回動可能に保持する構成とし、水素ラジカル生成装置（Ｃ）を、混合ガス供給管（Ａ）の先端に固定した白金コーティングフィルタを備えた水素ラジカルガス生成・散布器（１１）とし、前記水素ラジカル生成装置（Ｃ）により生成した水素ラジカルを含有する混合ガスを洗浄後の回転するシリコンウエハ（４）上へ噴出することにより、シリコンウエハ（４）の外表面の乾燥と水素終端処理を行なうことを特徴とする回転式シリコンウエハ洗浄装置。
混合ガス加熱装置（Ｂ）を混合ガス供給管（Ａ）の一部分に設けたシースヒータとし、当該混合ガス加熱装置（Ｂ）により混合ガスを１５０℃以上の温度に加熱する構成とした請求項１又は２に記載の回転式シリコンウエハ洗浄装置。
水素ガスの混合比を０．０５Ｖｏｌ％〜５．０Ｖｏｌ％とした請求項１又は２に記載の回転式シリコンウエハ洗浄装置。
縦連結管（７）を、連結管本体（１５）とその内部に挿着したシースヒータ（１６）とから成り、前記連結管本体（１５）の内壁面とシースヒータ（１６）の外壁面との間を流通する混合ガスをシースヒータ（１６）により加熱するようにしたヒータ付縦連結管（９）を備えた縦連結管とした請求項２に記載の回転式シリコンウエハ洗浄装置。
横連結管（１０）を、ステンレス鋼製の外管（１７）と，その内方にスペーサ（１８）を介設して挿着された混合ガスが流通する内管（１９）と、内管（１９）の外周面に巻回したマイクロシースヒータ（２０）と、マイクロシースヒータ（２０）を巻回した内管（１９）の外周面を囲繞するアルミ箔製カバー（２１）とから成るヒータ付横連結管とした請求項２に記載の回転式シリコンウエハ洗浄装置。
縦連結管（７）の昇降・回転駆動装置（８）を、縦連結管（７）の下降により、白金コーティングフィルタ（２６）の下面とこれに対向するシリコンウエハ（４）の上面との間隔が０．５ｍｍ〜３ｍｍとなる位置に水素ラジカル生成・散布器（１１）を保持固定する構成の昇降・回転駆動装置とした請求項２に記載の回転式シリコンウエハ洗浄装置。
水素ラジカル生成・散布器（１１）へ供給する混合ガスの温度を１５０℃〜３００℃とするようにした請求項３に記載の回転式シリコンウエハ洗浄装置。
水素ラジカル生成・散布器（１１）を、上壁中央に混合ガス導入口（２３ａ）を有する逆皿形の上部本体（２３）と、上部本体（２３）の下面側に水平に設けられ、外周部に複数のガス透過孔（２５ａ）を穿設した反射板（２５）と、上部本体（２３）の下端面に溶接した短円筒形のフィルタフランジ（２４）と、フィルタフランジ（２４）の下面側に固定され、ステンレス鋼焼結材から成る多孔性の円盤に白金コーティング層を形成した白金コーティングフィルタ（２６）とから成る水素ラジカル生成・散布器とした請求項１又は２に記載の回転式シリコンウエハ洗浄装置。