WO2004036637A1

WO2004036637A1 - 回転式シリコンウエハ洗浄装置

Info

Publication number: WO2004036637A1
Application number: PCT/JP2003/011667
Authority: WO
Inventors: Tadahiro Ohmi; Yasuyuki Shirai; Takumi Fujita; Yukio Minami; Nobukazu Ikeda; Akihiro Morimoto; Koji Kawada
Original assignee: Fujikin Incorporated; Pre-Tech Co., Ltd.
Priority date: 2002-09-24
Filing date: 2003-09-11
Publication date: 2004-04-29
Also published as: US7103990B2; CN100359641C; EP1544902A1; IL161793A; IL161793A0; TWI226661B; KR20040089117A; KR100705344B1; AU2003264411A8; TW200409218A; US20050126030A1; CA2465875A1; JP2004119417A; JP4554146B2; AU2003264411A1; CN1596461A

Description

明細書

回転式シリコンウェハ洗浄装置

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ェ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、シリコンウェ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、シリコンウェハ外表面の安定化を図つてその大幅な品質向上を可能にした回転式シリコンウェハ洗浄装置に関するものである。

背景技術

各種半導体素子の製造は、一般にシリコンウェハの洗浄処理から始められ、洗浄処理したシリコンウェハに S i O皮膜の形成等の各種処理が施されて行く。而して、この種シリコンウェハの洗浄処理には、従前から所謂回転式シリコンウェ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ェハを高速回転（約 2 0 0 0 R P M) させ、これにフッ酸等の薬品洗净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、純水洗浄処理をした後のシリコンウェ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。

上記従前の回転式シリコンウェハ洗浄装置により洗浄処理したシリコンウェハの外表面は、所謂表層の S iが露出した状態となると共に、この露出した S i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 S iに直接付着することが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、大気中に長期間放置しておいても、表層部に所謂自然酸化が生じ難レ、と云われてきた。

従来技術の問題点

しカゝし、従前のこの種回転式シリコンウェハ洗浄装置により洗浄処理をしたシリコンウェハにあっても、現実には洗浄後の時間の経過と共に、ウェハ外表面に酸化物皮膜が自然に形成されることになり、ウェ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。

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ェ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ェ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、従前の回転式ウェハ洗浄装置に新規なウェハ乾燥装置を付加することにより、洗浄処理後のウェ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ェハ洗浄装置を提供せんとするものである。発明の開示

而して、従前の回転式シリコンウェハ洗浄装置では、乾燥工程に於いて、露出したウェハの S i原子に水素原子が結合することにより、ウェハ外表面の S iの全てが所謂水素終端されることになり、これによつて洗浄処理後のシリコンゥェハの安定性が確保されていると考えられていた。

これに対して、本願発明者等は、従前の回転式ウェハ洗浄装置で処理したゥェハの外表面の安定性が相対的に低いのは、前記 s i外表面の水素終端処理が不完全であるか、若しくは、部分的に水素終端の斑が生じているかの何れかであると考えた。そして、当該純水洗浄後のウェハ外表面の S i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 N ₂ ) の雰囲気下で行うことにより、 S i原子と H原子との結合度合いを高め、未結合状態の S i 原子ゃ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、 S i外表面の安定性を長期に亘つて高め得ることを着想した。また、これと同時に、当該着想を具現化した回転式シリコンウェ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ェハについて、数多くの安定化試験を実施した。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内にシリコンウェハの支持 ·回転駆動装置 3を備え、薬品洗浄後のシリコンウェハを純水により洗浄するようにした回転式シリコンウェハ洗浄装置に於いて、ケース本体 2に取り付けした 0 . 0 5 V o 1 %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 1 4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ェハ乾燥装置 1を設け、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ゥェハ 4上へ噴出することにより、シリコンウェハ 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。

請求項 2の発明は、請求項 1の発明に於いて、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に他端に連結されて水平方向に支持された横連結管 1 0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たものである。

請求項 3の発明は、請求項 1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 1 5 0 °C以上の温度に加熱する構成としたものである。

請求項 4の発明は、請求項 1の発明に於いて、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ノレガス生成 ·散布器 1 1とするようにしたものである。

請求項 5の発明は、請求項 1の発明に於いて、水素ガスの混合比を 0 . 0 5 V o 1 %〜5 . 0 V o 1 %とするようにしたものである。

請求項 6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 1 5とその内部に挿着したシースヒータ 1 6とから成り、前記連結管本体 1 5の内壁面とシースヒータ 1 6の外壁面との間を流通する混合ガスをシースヒータ 1 6により加熱するようにしたヒ一タ付縦連結管 9を備えた縦連結管 7 としたものである。

請求項 7の発明は、請求項 2の発明に於いて、ヒータ一付横連結管 1 0を、ステンレス鋼製の外管 1 7と、その内方にスぺーサ 1 8を介設して揷着された混合ガスが流通する内管 1 9と、内管 1 9の外周面に卷回したマイクロシースヒータ 2 0と、マイクロシースヒータ 2 0を巻回した内管 1 9の外周面を囲繞するアルミ箔製カバー 2 1とから成るヒータ付横連結管 1 0としたものである。

請求項 8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 2 6の下面とこれに対向するシリコンウェハ 4の上面との間隔が 0 . 5 mn！〜 3 mmとなる位置に、水素ラジカル生成■散布器 1 1を保持固定するようにしたものである。

請求項 9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 1 1 へ供給する混合ガスの温度を 1 5 0 °C〜3 0 0 °Cとするようにしたものである。請求項 1 0の発明は、請求項 4の発明に於いて、水素ラジカル生成 .散布器 1 1を、上壁中央に混合ガス導入口 2 3 aを有する逆皿形の上部本体 2 3と、上部本体 2 3の下面側に水平に設けられ、外周部に複数のガス透過孔 2 5 aを穿設した反射板 2 5と、上部本体 2 3の下端面に溶接した短円筒形のフィルタフランジ 2 4と、フィルタフランジ 2 4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 2 6 とから成る水素ラジカル生成■散布器 1 1としたものである。

図面の簡単な説明

図 1は、本発明の実施態様に係るウェハ洗浄装置の正面図である。

図 2は、図 1の右側面図である。

図 3は、図 2の A— A視断面概要図である。

図 4は、図 2の B— B視断面概要図である。

図 5は、ガス供給パネルの構成を示す系統図である。

図 6は、ヒータ付縦連結管の断面概要図である。

図 7は、ヒータ付横連結管の断面概要図である。

図 8は、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は、本発明により水素終端処理を施した直後のシリコンウェハの S i— 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 はシリコンウェハ乾燥装置、 2はケース本体、 3はウェハの支持'回転駆動装置、 3 aは支持ディスク、 3 bは回転駆動部、 4はシリコンウェハ、 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、 1 1は水素ラジカル生成'散布器、 1 2 aは圧力調整器、 1 2 bは圧力計、 1 2 cはマスフロコントローラ、 1 2 d · 1 2 eはバルブ、 1 3 aは圧力調整器、 1 3 bは圧力計、 1 3 cはマスフロコントローラ、 1 3 d ' 1 3 eはバルブ、 14はガス混合器、 1 5は連結管本体、 1 5 aはガス入口、 1 5 bはガス出口、 1 5 cはリード線引出口、 1 6はシースヒータ、 1 6 aは発熱部、 1 6 bは熱電対、 1 6 cは入力用リード、 1 6 dは熱電対用リード、 1 7は外管、 1 8はスぺーサ、 1 9は内管、 20はマイクロシースヒータ、 2 1はアルミ箔カバー、 2 2はユニオン継手、 2 3は上部本体、 2 3 a は混合ガス導入口、 24はフィルタフランジ、 2 5は反射板、 2 5 aはガス透過孔、 26は白金コーティングフィルタである。

発明の実施の態様 - 以下、図面に基づいて本発明の実施態様を説明する。

図 1は本発明の実施態様に係る回転式シリコンウェ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、本実施態様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はシリコンウェハ乾燥装置、 2はケース本体、 3はウェハの支持 ·回転駆動装置、 3 aは支持ディスク、 3 bは回転駆動部、 4はシリコンウェハ、 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、 1 0はヒータ付横連結管、 1 1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 1 0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。

前記回転式シリコンウェハ洗浄装置は、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ェハ乾燥装置 1と、支持ディスク 3 a及び回転駆動部 3 b等から成るウェハ 4の支持 ·回転駆動装置 3と、ウェハ 4の自動挿 ·脱着装置（図示省略）と、ウェハ 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。

尚、前記支持ディスク 3 a及び回転駆動部 3 bから成るウェハの支持 .回転駆動装置 3やウェハ自動挿 '脱着装置、ウェハ自動搬入 '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。

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 N ₂ ガス）と H ₂ 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 1 0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 1 1へ供給する。

尚、本実施態様ではガス供給パネル 5等をケース本体 2内へ格納するようにしているが、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、本実施態様では、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 1 0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 1 0のみで行なうようにしてもよい。

また、本実施態様では、混合ガス加熱装置 Bを、縦連結管 9と横連結管 1 0に設けたヒータとにより形成している力混合ガス加熱装置 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。

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 1 2 a ，圧力計 1 2 b 'マスフ口コントローラ 1 2 c 'バルブ 1 2 d · 1 2 eから成る N ₂ 供給ラインと、圧力調整 1 3 a ·圧力計 1 3 b 'マスフ口コントローラ 1 3 c 'バルブ 1 3 d · 1 3 eから成る H₂ 供給ラインと、 H₂ と N ₂ のガス混合器 1 4とから形成されており、本実施態様に於いては、ガス混合器 4内で N ₂ と H ₂ とを混合することにより、 H₂ を 0 . l V o 1 %含有する N₂ と H₂ の混合ガス Gを約 3 0 S LMの流量で水素ラジカル生成■散布器 1 1 へ供給するようにしている。上記実施態様に於いては、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 1 1としている力当該水素ラジカノレ生成装置 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。

尚、上記実施態様に於いて、 N₂ 用マスフ口メータ 12 cに流量 50 S LMのものが、また H₂ 用マスフ口メータに流量 100 SCCMのものが、夫々使用されている。また、ここで S LM及び S CCMは、標準状態下に於ける 1 /m i n 及び c c/m i nで表わした流量を示すものである。

本実施態様では、混合ガス G内の H₂ の混合比を約 0. lVo 1 %としている力 H₂ の混合比は 0. 01〜5. 0 Vo 1 %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 S i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、 S iの水素終端処理の度合が低下し、完全な S i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。

本実施態様に於いては、後述するように外径約 54 mm φのウェハ 4の乾燥処理に対して、 30 SML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、処理対象であるウェハ 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、洗浄対象となるウェハ 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。

前記フレキシブル連結管 6としては、本実施態様に於いては内面を電解研磨した外径 6. 35 mm φ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。

同様に前記縦連結管 7としては外径 6. 35 mm φ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（本実施態様では約 2 0 O mm) 範囲だけ上■下方向に摺動すると共に、所定の角度範囲（本実施態様では約 2 0 ° ) だけ円周方向に正，逆回転をする。

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。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 0 (本実施態様では 2 0 ° ) だけ正 '逆回転させるものであり、本実施態様に於いては、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。前記ヒータ付縦連結管 9は、図 6に示す如く連結管本体 1 5と、連結管本体 1 5内に収納したシースヒータ 1 6とから形成されており、連結管本体 1 5にはガス入口 1 5 aとガス出口 1 5 bとリード線引出口 1 5 cとが夫々設けられている。本実施態様に於いては、連結管本体 1 5として外径 1 9 . 0 5 mm φ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 1 6の外周面と連結管本体 1 5の内壁面との間が、流体通路となっている。また、ガス入口 1 5 a及びガス出口 1 5 bには外径 6 . 3 5 πιπι φ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。

前記シースヒータ 1 6は、発熱部 1 6 aと熱電対 1 6 bと入力用リード 1 6 c、熱電対用リード 1 6 d等から形成されており、本実施態様に於いては、外径 1 2 mm φのステンレス鋼管内に 2 0 0 V、 2 0 0 Wの発熱部 6 a等を揷着したシースヒータ 1 6が使用されている。

使用するシースヒータ 1 6の容量や連結管本体 1 5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、本実施態様に於いては、約 3 0 S LMの混合ガス（0 . 1 %の H₂ と 4 9 . 9 %の N ₂ との混合ガス）を 5〜2 0秒以内に 1 0 0 °C〜 1 5 0 °Cの温度に加熱上昇させるため、 2 0 O Wの発熱部 1 6 aを備えたシースヒータ 1 6を 2本使用している。また、混合ガスを形成する N ₂ 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。

また、本実施態様では、ヒータ付縦連結管 9の連結管本体 1 5の下部外周面にガス入口 1 5 a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の軸芯とがー直線状になっていないが、リード線引出口 1 5 cとガス入口 1 5 a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。

前記ヒータ付横連結管 1 0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 1 1が取り付け固定されている。尚、水素ラジカル生成 '散布器 1 1の内部に加熱用ヒータを設けることも勿論可能である。

図 7は、本実施態様の回転式ウェハ洗浄装置に於いて用いられているヒータ付横連結管 1 0の断面概要図であり、外径 1 9 . 0 5 mm ψのステンレス鋼製外管 1 7の内部に、スぺーサ 1 8を介設して外径 6 . 3 5 mm φの内壁面を電解研磨したステンレス鋼製内管 1 9を支持固定すると共に、内管 1 9の外周面に外径 1 mm (ί>のマイクロシースヒータ 2 0を適宜のピッチで卷回し、その上方をアルミ箔 2 1によって覆うことにより形成されている。

本実施態様に於いては、ヒータ付縦連結管 9を通して供給されて来た約 1 0 0 °C〜1 2 0 °C、約 3 0 S L Mの混合ガス Gが、内管 1 9を通過する間に、 1 5 O W X 6本のマイクロシースヒータ 2 0により約 2 0 0 °C〜2 5 0 °C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 1 1内へ供給されて行く。

また、本実施態様に於いては、ヒータ付横連結管 1 0の長さ寸法が約 4 0 0〜 5 0 O mmに選定されている。更に、当該ヒータ付横連結管 1 0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 2 0 0 mm 及び水平方向に約 2 0 ° の範囲に亘つて夫々移動することになる。

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 1 5の外周部及びヒータ付横連結管 1 0の外管 1 7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。

前記ヒータ付横連結管 1 0の先端部には水素ラジカル生成 ·散布器 1 1が溶接されており、当該水素ラジカル生成 '散布器 1 1からラジカルィヒ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ェハ 4の外表面へ向けて噴出される。

前記水素ラジカル生成 ·散布器 1 1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 2 3と、上部本体 2 3の下端縁に筒状のフィルタフランジ

2 4の上端部と共に溶接した円盤状の反射板 2 5と、フィルタフランジ 2 4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 2 6とから構成されている。即ち、前記逆皿形を呈する上部本体 2 3の上壁面中央には、混合ガス導入孔 2

3 aが設けられており、当該導入孔 2 3 aを通して、約 1 5 0 °C〜 2 5 0 °Cに加熱された混合ガス Gが、上部本体 2 3の内方へ導入される。

また、前記円盤状の反射板 2 5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 2 5 aが穿設されている。そして、当該反射板 2 5の外周縁は、短円筒状のフィルタフランジ 2 4の上端面と上部本体 2 3の下端面との間に挾着された状態で、上部本体 2 3へ溶接されている。

更に、前記白金コーティングフィルタ 2 6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、本実施態様に於いては、外径 1 μ πι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 2〜3 mm、外径約 6 0 mm、平均ポア一サイズ 2 0 /z m 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一外表面に、蒸着法により厚さ約 0 . 3 /z mの白金層を形成するようにしたものである。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。

また、本実施態様では、ステンレス鋼製フィルタ材に焼結材を用いると共に、その平均ポア一サイズを 2 0 / mに、厚さを約 2 ~ 3 mmに、白金層厚さを約 0 . 3 m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、平均ポア一サイズ、白金層の厚さ等は、本実施態様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、シリコンウェハ 4の外形寸法等に応じて適宜に選定されるものである。

前記水素ラジカル生成 '散布器 1 1の白金コーティングフィルタ 2 6は、短円筒形のフィルタフランジ 2 4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 1 1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 2 6の下面側は、ゥェハ支持ディスク 3 a上にセツチングされたウェハ 4の外表面の近傍にまで下降される。

尚、前記白金コ一ティングフィルタ 2 6の下面側とウェハ 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 . 5 mm位いに設定される。

次に、本発明に係る回転式シリコンウェハ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、洗浄処理すべきウェハ 4は、先ずウェハ洗浄装置の支持ディスク 3 a上へ自動的に揷着固定され、ウェハ支持 ·回転駆動装置 3が作動することにより、ウェハ 4は高速回転（約 2 0 0 0〜 2 5 0 0 R P M) される。次に、この高速回転するウェハ 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、ウェハ 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。

純水洗浄処理が完了すれば、引き続きウェハ 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 1 0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 1 0の先端の水素ラジカル生成 '散布器 1 1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。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 1 4から 0 . 1 %の H₂ を含む H₂ と N ₂ の混合ガス Gを 3 0 S LM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 1 1は作動位置への移動を完了しているのが望ましい。

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 1 6により加熱され、約 8 0 °C〜 1 5 0 °C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 1 0内を通過する間に加熱され、約 1 5 0 °C〜 3 0 0 °Cの温度となって水素ラジカル生成 ·散布器 1 1内へ導入される。

図 7を参照して、混合ガス導入口 2 3 aを通して水素ラジカル生成 ·散布器 1 1の上部本体 2 3内へ噴出された混合ガスは、反射板 2 5へ衝突して拡散されると共に、ガス透過孔 2 5 aを通して白金コーティングフィルタ 2 6の上面側へ導入され、フィルタ 2 6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、 N ₂ と共にウェハ 4上へ噴出される。

前記フィルタ 2 6の上方へ噴出されて来た混合ガス Gは、 1 5 0 °C〜 3 0 0 °C (本実施態様では約 2 5 0 °C) 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 2 6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、 S i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 2 6の下面から高速回転するウェハ 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 S i原子に水素原子が緊密且つ容易に結合することになり、ウェハ外表面の S i原子は斑なく完全に水素終端されることになる。

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 1 5 0 °C以上であれば十分であり、本実施態様では、余裕を見込んで混合ガス温度を 2 5 0 °C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 1 5 0 °C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 1 50°Cを越えると反応率が略 1 00%となっており、このことから、約 1 50°C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。

また、本実施態様では、水素ラジカル生成■散布器 1 1とウェハ 4との間隔を約 lmm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 3 mmを越えると、フィルタ 26の外表面とウェハ 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、高速回転をするウェハ 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、本実施態様では、前記間隔を lmmに設定している。

前記水素ラジカル生成 '散布器 1 1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、本実施態様では、 250 °C、 30 S LMの混合ガス Gを 2分間連続的に放出することにより、 2000 RPMで回転させた 60111111 の3 i ウェ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 S i原子を略完全に水素終端処理することが可能となる。

実施例

外径 6 Omm φの S i ウェハ 4をフッ酸及び純水で洗浄処理し、 S i面を完全に露出せしめた S iウェハ 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 30 S LMの流量で水素ラジカル生成 '散布器 1 1 へ供給し、フィルタ 26と S iウェハ 4との間隔を lmmとして、 2分間混合ガス Gを連続的に噴出した。

伹し、フィノレタ 26は、外径が 54πιπιφ、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、平均ポア一サイズは 2 O imであり、またフィルタ 26の入口に於ける混合ガス温度は 2 50°Cである。

上記実施例のシリコンウェハ乾燥装置 1でもって乾燥並びに水素終端処理を施したウェハ 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、シリコンウェハの外表面に、変色等の顕著な外観的変化が全く生じなかった。

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 S i ウェハ 4を 2 0 0 0 R P Mで回転させ、 2 5 0 °(3の1^₂ ガスを 3 O S LM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、 S iウェハ 4の外表面へ 2分間連続的に噴射した。

当該比較試験の方法により乾燥処理した S i ウェハ 4を、清浄大気中に置いて自然酸ィヒをさせた場合、約 4 8時間経過後には、 S i ウェ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。

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ゥェハ洗浄装置によって乾燥処理を施した場合には、 S i ウェハの外表面の S i原子力高度に水素終端されることになり、洗浄後のシリコンウェハの外表面を、長期に亘つて安定状態に保持することが可能となる。

尚、シリコン外表面の水素終端の度合は、一般的には、所謂 F T— I R (AT R法）により、 S i _Hの赤外吸収（2 2 0 0 c m—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ェ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ェハの S i _Hの赤外吸収を、 F T— I R—A T R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、 S i - 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。

発明の効果

本発明に於いては、回転式シリコンウェハ洗浄装置のケース本体内に、白金コ —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ェハ乾燥装置を設け、 1 5 0 °C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ェハへ噴射することにより、ウェハを乾燥させる構成としている。

その結果、純水洗浄により S iが露出したシリコンウェハの外表面の S i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、 S iウェハの外表面は長期に亘つ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。

Claims

請求の範囲

1. ケース本体 (2) 内にシリコンウェハの支持 '回転駆動装置（3) を備え、薬品洗浄後のシリコンウェハを純水により洗浄するようにした回転式シリコンウェハ洗浄装置に於いて、前記ケース本体（2) に取り付けした 0. 05Vo 1 %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) 內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一テイ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ェハ乾燥装置（1) を設け、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ェハ（4) 上へ噴出することにより、シリコンウェハ（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ェハ洗浄装置。

2. 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) に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た請求項 1に記載の回転式シリコンウェハ洗浄装置。

3. 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 1 50°C以上の温度に加熱する構成とした請求項 1に記載の回転式シリコンウェハ洗浄装置。

4. 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（1 1) とした請求項 1に記載の回転式シリコンウェハ洗浄装置。

5. 水素ガスの混合比を 0. 05 V o 1 %〜 5. 0 V o 1 %とした請求項 1に記載の回転式シリコンウェハ洗浄装置。

6. 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 (1 6) と力ら成り、前記連結管本体（1 5) の内壁面とシースヒータ（1 6) の外壁面との間を流通する混合ガスをシースヒータ（1 6) 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ェハ洗浄装置。

7. 横連結管（1 0) を、ステンレス鋼製の外管（1 7) と，その内方にスぺーサ（1 8) を介設して揷着された混合ガスが流通する内管（1 9) と、内管（1 9) 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（1 9) の外周面を囲繞するアルミ箔製カバー（2 1) 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ゥェハ洗浄装置。

8. 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ゥェノヽ（4) の上面との間隔が 0. 5 mm~ 3 mmとなる位置に水素ラジカル生成 - 散布器（1 1) 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ェハ洗浄装置。

9. 水素ラジカル生成 ·散布器（1 1) へ供給する混合ガスの温度を 1 50°C〜 300°Cとするようにした請求項 3に記載の回転式シリコンウェハ洗浄装置。

10. 水素ラジカル生成'散布器（1 1) を、上壁中央に混合ガス導入口（23 a) を有する逆皿形の上部本体（2 3) 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（25 a) を穿設した反射板（2 5) 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（2 6) とから成る水素ラジカル生成 ·散布器とした請求項 4に記載の回転式シリコンウェハ洗浄装置。