JPH06103686B2

JPH06103686B2 - 表面乾燥処理方法および装置

Info

Publication number: JPH06103686B2
Application number: JP1306351A
Authority: JP
Inventors: エフ．マッコネルクリストファー; イー．ウォルターアラン
Original assignee: シーエフエムテクノロジーズ，インコーポレイテッド
Priority date: 1989-11-24
Filing date: 1989-11-24
Publication date: 1994-12-14
Anticipated expiration: 2009-12-14
Also published as: JPH03169013A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、流体処理、もしくは湿式処理後における表面
の乾燥を目的とする。具体的には、本発明は半導体部品
の製造、特に拡散、イオン注入、エピタキシアル成長お
よび化学的気相沈着段階のような高温処理段階前におけ
る半導体ウエハの調整に関する。さらに本発明は拡散前
の洗浄後における半導体の乾燥の方法と装置に関する。

（従来と技術および発明が解決しようとする課題）半導体ウエハの製造において、数段階の処理はウエハと
流体との接触を必要とする。このような処理段階の例と
しては、エッチング、フォトレジストストリッピングお
よび拡散前の清浄化がある。半導体ウエハの接触用の従
来使用されている装置は、通常、半導体ウエハのラック
を浸漬する一連のタンクまたはシンクから構成されてい
る。例えば、米国特許番号3,607,478号、3,964,957号お
よび3,977,926号では、ウエハ支持容器が説明されてい
る。かかる従来の湿式処理装置では、いくつかの困難が
生じる。

タンクは大気に開放されているので、空気媒介粒子が処
理溶液中に浸入する可能性がある。これらの粒子は、ウ
エハがシンク中に浸漬されて、そこから吊り出されると
き、表面張力を介してウエハへ容易に移行する。この粒
状汚染物は、ウエハ製造処理により製造される微細回路
にとり非常に有害である。したがって、拡散前の清浄化
中に、粒状汚染物を最小にすることが特に重要である。

液体処理後、ウエハは、通常、乾燥する必要がある。乾
燥処理中に汚染物が全く生成してはならないという重要
処理であるため、これは、特に発明の目的となる処理と
いえる。蒸発は、斑点もしくは縞を生じることが多いの
で好ましくない。超純水の蒸発でも、この超純水はウエ
ハ面に対し非常に侵食性があり、短い水の接触期間でも
微量のシリコンおよびシリコン酸化物を溶解するので、
問題を生じることがある。引続く蒸発により、ウエハ面
上に溶質物質の残留物が残されることになる。汚染およ
び半導体不良の他の原因については、たとえば、J.Scha
del,“集積回路内におけるデバイス不良のメカニズム",
半導体デバイス1983年度第69回大会（物理学会、ロンド
ン1984年）105〜120で発表されている。

従来半導体は、回転水洗乾燥装置における遠心力により
乾燥されている。これらの装置は、ウエハ面から水を放
出する遠心力に依存しているので、使用に際し、いくつ
かの問題がある。第１に、ウエハ上に機械的応力が加わ
り、特に大形のウエハの場合にウエハの破損をもたら
す。第２に、回転水洗乾燥装置内には多くの可動部品が
あるので、汚染を抑制することは困難となる。第３に、
従来、ウエハは乾燥窒素中を高速で移動するので、ウエ
ハ面に静電荷が生じる。反対の電荷を持つ空気媒介粒子
は、回転水洗乾燥装置を開放すると急速にウエハ面に引
きつけられ、結果として粒子汚染が生じる。第４に、上
述した付随する欠点がある回転処理中に、ウエハ面から
の水の蒸発を避けることは困難である。

最近、ウエハの蒸気または化学的乾燥に対する方法と装
置が開発され、この中には、我々の米国特許番号4,778,
532号において開示されている方法と装置がある。化学
的乾燥は、一般に、２つの段階からなる。第１段階で
は、水洗流体好ましくは水が、ウエハから追い出され、
水でないの乾燥流体で置きかえられる。第２段階では、
水でない乾燥流体は、事前乾燥ガス、好ましくは窒素な
どの不活性ガスを低速で使用して蒸発される。

日本で現在使用されている他の化学的乾燥処理は、ウエ
ハ支持容器を脱イオン水のタンク中に順次浸漬させて、
ついで、沸騰しているイソプロパノールのタンク上にウ
エアを懸垂させることにより構成される。ウエハ支持容
器は、ついで、イソプロパノール蒸気から徐々に引き出
され、ウエハ面から水滴が除去される。

効果的なウエハ乾燥技術に対する最も重要な特徴は、製
造されるウエハは、超清浄すなわち、粒子汚染物が最小
で、しかも化学的残留物が最小であるという点である。
乾燥溶剤の多くは可燃性であるので、安全も非常に重要
な考慮事項である。他の重要な設計基準としては、少な
い化学薬品の消費量、少ない廃棄物の発生量、および操
作員への暴露が全くないか殆どない自動取扱いが含まれ
る。

（課題を解決するための手段）本発明の表面乾燥処理方法は、水洗流体内に完全に浸漬
された物体の表面を乾燥させる方法であって、乾燥蒸気
を供給して、前記水洗流体を乾燥蒸気で置換後に、液滴
が前記物体の表面に実質的に残らず、また、水洗流体ま
たは乾燥蒸気が液滴の蒸発により実質的に除去されない
ような、十分に遅い水洗流体の乾燥蒸気による置換速度
で、水洗流体を前記物体の表面から直接置換することに
より水洗流体を乾燥蒸気で置換する工程を包含してな
り、そのことにより、上記従来の問題が解決される。

また、本発明の表面乾燥処理装置は、湿り物体の表面を
乾燥させる装置であって、洗浄物体と乾燥蒸気と接触す
るために前記物体を支持する容器と、前記乾燥蒸気を流
入させる流入手段と、前記水洗流体と前記乾燥蒸気とを
流出させる流出手段と、水洗流体を乾燥蒸気で置換後に
液滴が表面上に実質的に残らず、また、水洗流体または
乾燥蒸気が液滴の蒸発により実質的に除去されないよう
な、十分に遅い速度で水洗流体が乾燥蒸気により置換さ
れるように、水洗流体が前記容器から流出する速度およ
び乾燥蒸気が前記容器に流入する速度を制御する制御手
段と、を有してなり、そのことにより、上記従来の問題
が解決される。

（作用）エッチング剤、フォトレジストストリッピング剤または
拡散前の清浄剤のような処理流体を除去するために半導
体ウエハなどの物体の表面を水洗後、その表面を乾燥す
る本発明に従う方法と装置が提供される。乾燥蒸気で水
洗流体を置きかえた後に表面に実質的に液滴が残らない
速度で、表面上の水洗流体を直接置換することにより蒸
気が水洗流体を置きかえるように、乾燥蒸気が表面に供
給される。好ましくは、全閉した水力学的に充満したシ
ステム内の物体の上から乾燥蒸気が供給され、液体レベ
ルが下向に下がるにつれて、水洗流体が乾燥蒸気により
表面から押し出される。

水洗流体は、通常は液相の水であるので、乾燥蒸気は水
と相溶性であり、しかも水と最小沸点の共沸混合物を生
成するのが好ましく、この点でイソプロパノールは特に
好ましい。さらに乾燥蒸気は、実質的に純粋であると共
に飽和しているか、好ましくは過熱されており、また表
面は、接触前に乾燥蒸気の温度近く、好ましくはそれ以
下の温度まで加熱される必要がある。これにより表面上
に若干の蒸気凝縮が生じることがあり、また過大な凝縮
は避けるべきであるが、乾燥蒸気の温度以上に加熱する
と不十分な結果となる。

本発明の方法と装置にさらに含まれるものとして、水洗
流体の置換後に乾燥蒸気をパージする乾燥した不活性の
非凝縮ガスの供給装置、および処理容器から流出後に水
洗流体と乾燥蒸気の混合物を濃縮するボイラと蒸留塔が
ある。

好ましい実施例において、飽和乾燥蒸気を生成する蒸発
器には、上部ボイラセクションと下部保持セクションが
設けられ、そこでは乾燥蒸気がボイラセクションで急速
に生成され、乾燥蒸気の丁度沸点で下部セクションに保
持される。これは、ボイラセクションから保持セクショ
ンへの熱伝達量を制限する絶縁ガスケットを設けること
により達成できる。蒸発器は、好ましくは全閉であり、
また好ましくは蒸発器の温度以下に維持される貯蔵源か
ら新鮮な乾燥流体を引き込む減圧を生じるように、上部
保持セクション内の流体の温度を下げることにより新鮮
な乾燥流体を自動的に補給される。適切な潜熱曲線（圧
力とエンタルピの線図）を持つ飽和乾燥蒸気は、好まし
くは、圧力降下弁の手段で過熱され、しかも、蒸発器と
処理容器の間で濾過される。

（実施例）本発明は、各種の湿式処理または流体処理後において、
固体物体、特に平面状物体の表面乾燥を広く目的とした
ものであるが、本発明は、拡散前の清浄化と水洗後にお
ける半導体ウエハの乾燥に特に言及して説明されるの
で、同一の一般的原理は他の湿り表面にも適用されるこ
とが理解される。

さらに、本発明の乾燥システムは、各種の清浄化、エッ
チングまたは他のウエハ処理方法と装置と共に使用でき
るが、本システムは、米国特許4,775,532号で説明さ
れ、請求されているように、処理流体を使用してウエハ
を処理する方法と装置での使用にとりわけ適している。
したがって、本発明は、その出願で説明される蒸気また
は化学的乾燥システムに代わることができる改良であ
る。

同様に、各種のウエハ支持容器は、ここで説明するよう
に、水洗および乾燥流体中での半導体ウエハを懸垂する
のに使用できるが、特に、我々の米国特許4,577,650号
で説明するウエハ支持容器は、本発明の方法と装置にお
いての使用に適することが判明している。かかる支持容
器は、本発明を図示する目的で、本出願の第２図に単純
化した形で示されている。

本発明を実施する装置には、第１図に示すように、３個
の主な装置、すなわち、乾燥蒸気を生成する蒸発器10
と、水洗流体と乾燥蒸気で処理するためにウエハを保持
する容器12と、処分および／もしくは再使用のために使
用済み水洗流体と乾燥蒸気を濃縮するボイラ14とが設け
られている。これらの３個のユニットは、その付属する
配管、弁および他の構成物と共に、第１図に概略示され
ている。

まず、第２図を参照して、本発明で使用される好ましい
容器12について説明する。我々の米国特許第4,577,650
号でさらに詳細に説明されている型式の上部と下部のウ
エハ支持容器18および20内には、側面側から見て示され
ている、２列の並列垂直に配向したウエハの形態で、複
数の半導体ウエハ16が懸垂されている。２個のかかるウ
エハ支持容器18、20は、１個が他の上部に積み重ねられ
た状態が第２図に示されるが、容器12は、このような支
持容器を１個だけ、または３個以上設けることも可能で
ある。いくつかの例では、垂直方向への積み重ねによ
り、下部の支持容器への好ましくない滴下が生じること
がある。

ウエハ支持容器18および20は、流体入口24へ接続される
上部容器クランプ22、および流体出口28へ接続される下
部容器クランプ26により所定位置に保持される。第２図
において、容器12は、上部が乾燥蒸気32で満たされて、
上側のウエハ支持容器18内のウエハを通しガス−液体−
固体の界面34が下方に押されるにつれて、水洗液体30が
部分的に満たされている。

第３図において容器12は、SEMI（Semicondustor Equipm
ent and Meterial Institure,Inc.）承認のウエハ支持
容器が並列して配置されるように設けられている。この
実施例における上部容器クランプ22′は、ベルジャーの
形状であり、ガスケット25とクランプ取付具27とによ
り、下部容器クランプ26′上にシールされている。ウエ
ハ容器18′および20′は、ウエハ16′を保持した状態
で、下部容器クランプ26′内のロッド21上に支持されて
いる。第３図において、容器12′は、水洗流体が空にな
った状態が示される。

本発明を実施する際に、他の容器配置（図示されない）
を採用することも可能である。例えば、他の実施例で
は、システムをシールし、オーバフローと廃液を除去す
るため、第３図の上部容器クランプ22′に類似したベル
ジャー型のような適切なカバーを有する下部容器クラン
プ内に位置するオーバフロー型シンク内に１個以上のウ
エハ支持容器を設けることができる。乾燥流体で水洗流
体を直接、置換する間に、異なるガス、たとえば窒素カ
ズの流入を防止するように、乾燥蒸気でウエハの回りの
蒸気空間をガスシールするために、システムをシールす
ることが重要である。

第１図を参照すると、蒸発器10には、下部のボイラセク
ション36と上部の保持セクション38とが設けられてお
り、ボイラセクション36と保持セクション38のメタルケ
ーシングは、絶縁ガスケット40で分離され、そのガスケ
ットにより下部メタルケーシングから上部メタルケーシ
ングへの熱伝達量が制限される。

ボイラセクション36には、加熱バンド42または他の適当
な伝熱装置が設けられ、乾燥流体をその沸点以上に急速
に加熱する。ボイラセクション36は、伝熱面が常に浸漬
するように液体の乾燥流体を必ず満杯にしておく必要が
ある。この目的のために、液面検知器とスイッチ（図示
されない）を設けることができると共に、乾燥液体の温
度の測定用および加熱バンドの温度監視用に抵抗温度検
知器（図示されない）も設けられる。

絶縁ガスケット40は、任意の適切な材料のものでよく、
ボイラセクション36の熱に耐え、しかも乾燥流体による
腐食にも抵抗があるもので構成される。たとえば、ボイ
ラセクション36と保持セクション38の２枚のANSIフラン
ジ間に入れられる囲いガスケットが適切である。この絶
縁ガスケットにより、メタルケーシングと共に内部乾燥
流体の急激な昇温をもたらす厄介な温度圧力の行過ぎが
防止される。このようにして、ボイラセクション36は、
乾燥蒸気を急速に生成するように高温であるが、保持セ
クション38は、高圧沸点である乾燥流体の沸騰温度に丁
度に保つようにされている。

保持セクション38は、蒸発器10の液体容量を実質的に保
持し、上端のフランジ46近くで液体と蒸気を分離してい
る。ガスケット48は、上述のガスケット40と同様に、フ
ランジ46の間に入れて、液体と蒸気の界面近くにある保
持セクション38の上端からの不必要な熱伝達を防止する
ことができる。保持セクション38は、例えば、液面の検
知器とスイッチ、外部加熱器、および水冷ジャケットな
どの他の付属装置（図示されない）を設けることができ
る。

乾燥液体と蒸気は、チューブ50とクロス継手52を経て保
持セクション38へ流入されるとともに、そこから流出さ
れる。新鮮な、および／もしくは循環される液体の乾燥
流体は、流入ライン58に設けられる弁54（好ましくはベ
ロー弁）、およびフイルタ56（好ましくは商標「Millip
ore」として知られているサブミクロンフイルタ）を通
して蒸発器10に流入し、この流入ラインは弁53を通して
新鮮な乾燥流体の発生源（図示されない）へ接続され、
および／もしくは後述される循環乾燥流体を提供する蒸
留塔94および廃液受け槽95へ接続される。

飽和乾燥蒸気は、ライン64に設けた弁60（好ましくはこ
れもベロー弁）、およびフラッシュ弁62を経て容器12に
流入する。下記で詳細に説明するように、このフラッシ
弁は、圧力を低下させて、それにより飽和乾燥蒸気を過
熱するのに使用できる。フラッシュ弁62と３方切換え弁
68を通過した後、乾燥蒸気は、最終フイルタ69を通過す
る。ガスは液体よりも高度に濾過できるので、この最終
フイルタ69は、例えば、Eeast Technollogy,Inc.のFast
ek事業部により製造されたモデル「PGF-2フイルタ」の
ような0.01ミクロンのセラミックフィルタが使用され
る。

継手52には、蒸発器の過大圧力に対する非常用として圧
力逃し弁66も設けられている。蒸発器10は、ボイラ36底
部に保守用ドレン（図示されない）を設けることもでき
る。

容器12は、ウエハ16を処理するために容器12に流出入す
る各種の処理流体、たとえばエッチング、ストリッピン
グ、清浄化および／もしくは水洗用の流体を制御する他
の弁70、72、74および76を設けられる。これらの流体が
容器12へ流出および流入することを制御する方法は、例
えば我々の米国特許第4,778,532号で詳細に説明されて
いるが、これは本発明の一部を構成するものではない。

乾燥流体が界面34にてウエハ16からの水洗流体を置きか
えると、乾燥流体は水洗流体と混合し、水洗流体の上部
に明確な乾燥流体層が形成され、その厚さは場合によっ
ては1/2インチ以上に達することがある。

この最終の水洗流体と乾燥流体層は、容器12から流出
し、ライン80に設けられる弁78または計量ポンプ79を経
て、使用済み液体の濃縮および／もしくは処分用のボイ
ラ14へ流入する。計量ポンプ79は、好ましくは、界面降
下速度を適切に制御し、かつ乾燥時間を最適にするよう
に可変速度ポンプが使用される。ライン80にある弁78と
計量ポンプ79の直前に静電容量式スイッチ（リミットス
イッチ）があり、容器12が完全に排液されたときを感知
する。この時点で蒸気ライン64は閉じ、パージガズが弁
71、68および70、ならびにフイルタ69を通り容器12に流
入できる。

乾燥蒸気とパージガスは、容器12から流出し弁78を経て
ボイラ14に流入することができる。界面34の降下速度を
さらに適切に制御し、乾燥時間を最適化するために、水
洗流体は可変速度計量ポンプ79により、少なくとも降下
の一部の期間中に取り出すことができる。水洗液体は弁
79を通してドレンへ排液される。適当な時に、乾燥流体
層とその直下にある水洗液体の層は、弁83を通してボイ
ラ14へ切換え流入される。

ボイラ14には、バンド加熱器92または浸漬加熱器が設け
られ、乾燥流体もしくは乾燥流体と水洗流体の共沸混合
物を廃水から取り除く。蒸気は蒸留塔94へ流入して、さ
らに濃縮される。水冷式凝縮器86は、乾燥蒸気を凝縮す
る。冷却された非凝縮性ガス（たとえばパージガス）は
ベント88を通って流出し、他方、凝縮液の一部はドレン
90を通って廃液受け槽95に流入し、蒸発器10用の供給ラ
イン58へ再循環される。

蒸留塔94は、使用済み流体の再循環または処分に必要な
乾燥流体の濃縮の程度に応じて、単一塔もしくは従来一
般に採用されている構造の一連の塔にすることができ
る。蒸気が取り除かれた廃水は、オーバフロー弁96を通
してボイラ14から流出し、使用済み流体の新しいバッチ
として、次の運転からボイラ14に流入する。新鮮な乾燥
流体は、弁83を通して再循環流体に追加することができ
る。

本発明の方法の実施において、乾燥流体は水洗流体と相
溶性のものであり、しかも、好ましくは水洗流体と最小
沸点の共沸混合物を生成するものが選択される。水は最
も容易に入手できて通常使用されている水洗流体である
ので、水と最小沸点の共沸混合物を形成する乾燥流体が
特に好ましい。一般に、乾燥流体は、乾燥される表面と
は非反応性であり、しかも、大気圧下で140℃未満の沸
点を有する有機化合物でなければならない。

乾燥に最も有効な化学薬品はイソプロピルアルコール
（イソプロパノール）である。イソプロパノールは、経
済的で比較的安全（無毒性）であり、水と最小沸点の共
沸混合物を形成する。また、重要な点として、イソプロ
パノールは表面張力が低く、また疎水性と親水性の両方
の特性（すなわち、油と水の両方に混合できる）を有す
る。特定の理論に拘束されようとするとなく、イソプロ
パノールは、親水性の水と比較的疎水性水表面との間の
厄介な表面張力を破壊する傾向がある。界面34における
固相はウエハ面であり、また液相は超純水であるので、
ガス相特性の選択は大きな影響があり、イソプロパノー
ルは最も満足する流体と考えられる。

本発明の方法は、上述した装置、および好ましい水洗流
体（水）と乾燥蒸気（イソプロパノール）を参照して、
ここで詳細に説明することにするが、この方法は他の適
切な装置を使用して実施できるし、また他の水洗と乾燥
流体の場合でも同様である。

我々の米国特許第4,778,532号の方法に従う半導体ウエ
ハの湿式処理において、流体入口24が出口になり、流体
出口28が入口になるように容器12を通して流体を上向に
流すことは、若干の処理作業にとっては利点がある。こ
れは、容器を通して通常は上向きに循環する水洗流体に
もあてはまる。しかしながら、本発明によれば、ウエハ
乾燥の最適形態は、下向流であることが判明している。

超純水を使用する水洗の最後のサイクルは、ウエハをイ
ソプロパノールの沸点（82℃）近くまで加熱するため
に、温水（たとえば、65〜85℃）を使用するのが好まし
い。代わりに、ウエハ16は、ウエハ支持容器18および20
に取り付けられる加熱バンドまたは他の加熱装置の手段
により、その支持容器を通して、固体／固体の直接熱伝
達により加熱できる。

最終の水洗サイクル後、容器12は超純水の温水で水力学
的に満たされたままとなる。ついで、弁78が開けられ
る。しかし、水を置換するものが上部に流入していない
ので、水は容器12から流出しない。ついで、フラッシュ
弁と弁70が開き、純粋な飽和イソプロパノール蒸気が入
口24を通して容器12に流入する。蒸気が上部容器22に流
入するに連れて、水は流体出口28と弁78を通って底部26
から流出する。

代わりに、水洗水は軽量ポンプ79により容器12から取り
出すことができ、その流量は取り出しサイクルの段階に
応じて変化する。たとえば、軽量ポンプ79は、界面34が
ウエハの丁度上になるまで、非常に高速で運転され、次
いで、界面がウエハを通って降下すると低速になるよう
に運転される。最後に、界面が最後のウエハ面16を通過
すると、ポンプ79回りのバイパス弁78が単に開き、残り
の水と乾燥流体はパージガスにより容器から押し出され
る。

ガス−液体−固体の界面の下向速度は、考慮すべき妥協
値があるが、比較的低速で制御されるのが重要であると
信じられる。従って、洗浄水の容器12からの流出が速す
ぎると、液滴がウエハ上に残り、この液滴が蒸発すると
汚染物が生じることになる。このため、水をイソプロパ
ノールで置換後にウエハ面上に実質的に液滴が残らない
ような速度で、乾燥蒸気がウエハから水洗流体を置換す
るのが好ましい。一方、界面の降下が速いと、乾燥装置
の生産性が向上し、また化学薬品の消費量が最小にな
る。

一般に界面降下速度は、毎分１〜４インチの範囲内で満
足した結果が得られることが判明している。毎分５イン
チを越える降下速度では、良好な結果が得られず、他
方、毎分１インチ未満の降下速度では、不十分な結果し
た得られない。また、75℃程度の高い温度の容器は、60
℃程度低い温度の容器よりも、界面を速く降下させるこ
とにより、良好な乾燥性能を示すことも判明している。

同様に、液体が蒸発によりウエハ面から除去されないと
いう要求に合致するように、イソプロパノールを加熱し
て、より乾燥した蒸気を提供し、ウエハ面上の蒸気凝縮
の危険を防止することが好ましい。イソプロパノールの
ような有機液体の利点は、その圧力とエンタルピ線図内
の潜熱曲線が後方に傾斜しているために、圧力降下が生
じると、飽和蒸気を相線図の加熱領域中に押し入れると
いうことである。この結果、蒸発器10により生成された
飽和蒸気は、フラッシュ弁62を通過すると、より乾燥し
た飽和蒸気となり、容器12内のウエハ16に供給される。

蒸発器10の保持セクション38は、蒸発器10が、補給され
ることなくウエハの数回分の仕込ができるように、十分
な量の液体イソプロパノールを保持するのが好ましい。
蒸発器10に新鮮なイソプロパノールを追加する必要があ
る場合には、保持セクション38内の沸騰しているイソプ
ロパノールの温度をその沸点（大気圧で82℃）以下まで
下げることができる。温度を下げるには、保持セクショ
ン38に取り付けられる冷却ジャケット（図示されない）
を使用すると役立つ。温度が沸点よりも下がると、蒸発
器10内の蒸気圧力は減圧される。ついで、弁54が開かれ
ると、液体イソプロパノールは吸い込みにより、貯蔵個
所から引き出されて蒸発器10に流入する。この液体イソ
プロパノールは、一般に、蒸発器自体よりも温度が低い
ので、蒸発器内の圧力はさらに下がり、再充填操作が促
進される。

洗浄水が容器12から流出して、弁78または軽量ポンプ79
を通してドレイン81または弁83に流入すると、リミット
スイッチ82が、容器12から液体が完全に流出した時点を
感知する。この容器が完全に空になると直ちに、ライン
64が閉じて、窒素のような乾燥した不活性で非凝縮性ガ
スが、弁71、68および70を経て導入され、イソプロパノ
ール蒸気を容器12からパージする。窒素ガスも、弁68と
70の間にあるセラミックフィルタ69を通過するので、こ
のフィルタは、イソプロパノール通過後に窒素で本質的
にパージされる。このパージによりフィルタ内のイソプ
ロパノールの凝縮およびその結果として生じる目詰まり
が防止される。

このパージにより、ドレイン弁78を通して容器12の残留
しているすべての蒸気が外部へフラッシュされる。窒素
ガスは、イソプロパノール蒸気を容器外に押しだし、ま
たウエハ面上にある単層のイソプロパノールとみられる
ものを除去する。この単層は、非常に揮発性が高いが、
その除去のメカニズムは、蒸発とは相違するのは明らか
である。

最後に、容器からの使用済みの水とイソプロパノールの
最後のものはボイラ14に流入する。ボイラ14と蒸留塔94
の目的は、イソプロパノールと汚染水の混合物を保持
し、イソプロパノールを再循環または処分用に再濃縮し
てその量を少なくすることである。容器12内の液体が一
旦空になると、窒素パージが開始される。この窒素ガス
は容器12を通過してボイラ14に流入し、凝縮器86とベン
ト88を通して流出する。

イソプロパノールは、界面34が容器12内で降下するにつ
れて水の上端にある層に濃縮するのは明白であるので、
最初に容器12から流出する水の全てを取り除く必要はな
い。したがって大部分の水は弁81を通して流出させら
れ、液体の最後のパイントまたはそのくらいの量（すな
わち、イソプロパノール層とその直下の水）はボイラ14
に貯留されて、処理される。液体の量はそのように少量
であるので、イソプロパノール／水の混合物は容易に沸
騰させることができる。

バンド加熱器92に通電されると、水／イソプロパノール
混合物が加熱され、イソプロパノールと水の共沸騰混合
物（沸点79℃）は廃水から蒸発される。このガス状の混
合物は蒸留塔94を通り、凝縮器86に流入し、凝縮され
て、ドレイン90から廃液受け槽95に貯留されるか、もし
くは蒸留塔94に還流される。共沸騰混合物と蒸気が除去
された廃水は、弁94を通してオーバフローし、ついで次
の運転からの使用済みの水が容器12からボイラ14へ流入
する。

実質的にボイラ14は不完全な分離を行うので、凝縮器86
から蒸留塔94へ送られる液体は50重量％の水と50重量％
のイソプロパノールになる可能性がある。蒸留塔は、次
いで、水から共沸騰混合物を分離して、90重量％のイソ
プロパノールと10重量％の水の共沸騰混合物にする。こ
の共沸騰混合物は、廃液受け槽95、適切な混合タンク、
および／もしくはフィルタを通して、必要に応じてバッ
チベースまたは連続的に蒸発器10に再導入できる。

前述のように、水洗後にウエハ面に水が残っていると、
縞、斑点および粒状汚染が殆ど例外なく生じる。最小沸
点の共沸騰混合物、たとえば水とイソプロパノールを使
用する利点は、ウエハ面上の残留水膜はイソプロパノー
ル蒸気と結合すると、共沸騰混合物として直ちにガス層
にフラッシュするということである。乾燥効率は、界面
34における降下する水洗水の上端にある液体イソプロパ
ノールの厚さに依存するという１つの理論があるが、液
体イソプロパノールの層が薄いか、または層が全くない
と、処分上の問題が少なくなり、流体が少なくなるので
好ましい。この理論の有効性に関係なく、縞と斑点は、
水面（界面34）の降下速度を減少し、しかも、蒸気の乾
燥度（加熱度）を増加することにより最小になることが
明白である。

上記の説明は、イソプロパノールの再循環（閉グループ
システム）、または処分用に有機液体を濃縮するための
ものであるが、回収を再循環用にイソプロパノールまた
は他の乾燥蒸気を清浄にすることは、環境及び経済的検
地から好ましい。この共沸騰混合物は、沸点が低く、ま
た熱容量と伝達係数を含めた電熱特性が良好であり、新
鮮で純粋なイソプロパノール単独使用の場合に比較し
て、明らかにウエハの粒子性能（清浄度）を犠牲にする
ことなくこれが達成されている。

特定の理論に拘束されようとすることなく、界面34が十
分低い速度で降下する場合、水／イソプロパノール界面
は、液面が降下するにつれて、ウエハからすべての水滴
と共沸騰混合物の液滴を除去するものと信じられる。し
かし界面34の降下が速すぎると、表面張力または水に対
する水や他の液滴の親和力が、降下する液体の表面張力
を越えるようになる。そうするとウエハ上に液滴が残
り、蒸発して縞と汚染物が残される。したがって、本発
明の方法には、蒸気による物理的押し出しまたは液体表
面による引っ張りが含まれ、この結果、液滴の蒸発では
なく液体に対して蒸気による直接の置換が生じる。

本発明の方法と装置は、水洗と乾燥の段階中に、好まし
くは水力学的に満たされる（すなわちシールされる）全
開の完全流れシステムであり、そのシステムは水洗と乾
燥の間にウエハの移動または取扱を必要としないこと
は、蒸気の説明から理解される。かかるシステムの利点
は、我々の米国特許第4,778,532号に開示されている。

本発明により、従来のシステムでは存在した溶解粒子と
他の汚染物によるウエハ面の汚染が少なくなり、半導体
ウエハの乾燥効率は向上される。

本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱すること
なく、他のいろいろな形で実施することができる。

（発明の効果）本発明の表面乾燥処理方法および装置は、このように、
物体の表面を、汚染することなく、確実に乾燥すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の好ましい実施例を示す概略図であ
る。第２図は、第１図に示すウエハ容器の詳細断面図であ
る。第３図は、ウエハ容器の他の実施例の示す断面図であ
る。 10…蒸発器、12…容器、14…ボイラ、18,20…ウエハ支
持容器、24…流体入口、26…下部容器クランプ、28…流
体出口、32…乾燥蒸気、36…ボイラセクション、38…保
持セクション、94…蒸留塔、95…廃液受け槽。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭62−245639（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−152020（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−198126（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−295635（ＪＰ，Ａ) 実開昭61−51830（ＪＰ，Ｕ) 実開昭63−23326（ＪＰ，Ｕ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水洗流体内に完全に浸漬された物体の表面
を乾燥させる方法であって、乾燥蒸気を供給して、前記
水洗流体を乾燥蒸気で置換後に、液滴が前記物体の表面
に実質的に残らず、また、水洗流体または乾燥蒸気が液
滴の蒸発により実質的に除去されないような、十分に遅
い水洗流体の乾燥蒸気による置換速度で、水洗流体を前
記物体の表面から直接置換することにより水洗流体を乾
燥蒸気で置換する工程を包含する表面乾燥処理方法。
【請求項２】前記水洗流体が液相での水である請求項１
に記載の方法。
【請求項３】前記物体の表面が、前記乾燥蒸気により接
触される前に該乾燥蒸気の温度前後まで加熱される請求
項２に記載の方法。
【請求項４】前記乾燥蒸気の加熱が、前記水洗流体から
の熱伝達により行われる請求項３に記載の方法。
【請求項５】前記乾燥蒸気の加熱が、前記物体を懸架す
る支持容器からの固体同士の熱伝達により行われる請求
項３に記載の方法。
【請求項６】前記水洗流体は、前記乾燥蒸気により下向
に押される請求項１に記載の方法。
【請求項７】前記水洗流体は、外部のポンプ手段により
前記物体から引き離される請求項１に記載の方法。
【請求項８】前記乾燥蒸気は、前記水洗流体の置換後
に、乾燥した不活性で非凝縮性ガスを導入することによ
り前記物体の表面からパージされる請求項１記載の方
法。
【請求項９】前記ガスは窒素である請求項８に記載の方
法。
【請求項１０】前記乾燥蒸気が飽和される請求項１に記
載の方法。
【請求項１１】前記乾燥蒸気が過熱される請求項１に記
載の方法。
【請求項１２】前記乾燥蒸気は水と相溶性である請求項
２に記載の方法。
【請求項１３】前記乾燥蒸気は水と最小沸点の共沸騰混
合物を生成する請求項２に記載の方法。
【請求項１４】前記乾燥蒸気がイソプロパノールである
請求項13に記載の方法。
【請求項１５】前記乾燥蒸気が共沸騰混合物である請求
項１に記載の方法。
【請求項１６】前記乾燥蒸気はイソプロパノールと水の
共沸騰混合物である請求項15に記載の方法。
【請求項１７】前記水洗流体を前記乾燥蒸気で置換後
に、前記物体の表面上に該水洗流体の液滴あるいは乾燥
蒸気が実質的に残らないような速度で、該水洗流体の水
面が該物体から下方に降下するように、該水洗流体を十
分に流出させて除去し置換するために、該物体を懸架す
る支持容器を完全に密閉し、かつ、該物体の上から該乾
燥蒸気を導入する請求項１に記載の方法。
【請求項１８】前記乾燥蒸気は、前記物体の表面と反応
性がなく、しかも大気圧において140℃未満の沸点を有
する有機化合物である請求項１に記載の方法。
【請求項１９】水洗と乾燥の工程の間で前記物体の表面
の移動または取扱いを必要としない請求項１に記載の方
法。
【請求項２０】前記物体が懸架する容器が、前記水洗と
乾燥の工程中に水力学的に満たされる請求項19に記載の
方法。
【請求項２１】前記物体は、水洗流体の取出し直後に乾
燥蒸気でガスシールされる請求項20に記載の方法。
【請求項２２】前記物体が半導体ウエハである請求項１
に記載の方法。
【請求項２３】前記乾燥蒸気は、前記物体の表面と接触
する前に気相で濾過される請求項１に記載の方法。
【請求項２４】前記乾燥蒸気が、前記物体の表面を乾燥
した後に集められて再循環される請求項１に記載の方
法。
【請求項２５】前記乾燥蒸気は、前記水洗流体との共沸
騰混合物の形で再循環される請求項24に記載の方法。
【請求項２６】前記物体が半導体ウエハであり、前記水
洗流体が温水であり、前記乾燥蒸気がイソプロパノール
であり、かつ、該物体を懸架する支持容器を完全に密閉
して行う表面乾燥処理方法であって、ウエハ面上に液滴が実質的に残らないような速度で、水
面がウエハから下方に降下するときに前記水を除去して
置換するために、ウエハの上からイソプロパノール蒸気
を導入するようにされており、前記ウエハが前記蒸気と
接触したときにその蒸気と実質的に温度が同一であるよ
うにされている工程を包含する請求項１に記載の方法。
【請求項２７】湿り物体の表面を乾燥させる装置であっ
て、洗浄流体と乾燥蒸気と接触するために前記物体を支持す
る容器と、前記乾燥蒸気を流入させる流入手段と、前記水洗流体と前記乾燥蒸気とを流出させる流出手段
と、水洗流体を乾燥蒸気で置換後に液滴が表面上に実質的に
残らず、また、水洗流体または乾燥蒸気が液滴の蒸発に
より実質的に除去されないような、十分に遅い速度で水
洗流体が乾燥蒸気により置換されるように、水洗流体が
前記容器から流出する速度および乾燥蒸気が前記容器に
流入する速度を制御する制御手段と、を有する表面乾燥処理装置。
【請求項２８】完全に密閉されている請求項27に記載の
装置。
【請求項２９】前記物体の表面を、前記乾燥蒸気と接触
する前に前記乾燥蒸気の温度前後まで加熱する手段を有
する請求項27に記載の装置。
【請求項３０】前記物体の表面と接触する前に前記乾燥
蒸気を過熱するために、前記乾燥蒸気の圧力を減少させ
る弁手段を有する請求項27に記載の装置。
【請求項３１】前記流入手段は、前記容器内にある前記
物体の上にあり、また前記流出手段はその下にある請求
項27に記載の装置。
【請求項３２】水洗流体の取出し後に乾燥蒸気で物体を
ガスシールをするシール手段を有する請求項27に記載の
装置。
【請求項３３】前記乾燥蒸気で前記水洗流体の置換後に
乾燥した不活性の非凝縮性ガスを前記容器に導入する手
段を有する請求項27に記載の装置。
【請求項３４】前記物体の表面が前記水洗流体および乾
燥蒸気と接触する状態で、前記水洗流体と乾燥蒸気が前
記物体表面と接触して通過中に前記物体が動かないよう
に保持する手段を有する請求項27に記載の装置。
【請求項３５】前記水洗流体と乾燥蒸気が前記物体表面
と接触する間に、前記容器を水力学的に満たすようにす
る手段を有する請求項34に記載の装置。
【請求項３６】乾燥中に異なるガスの流入を防止するシ
ール手段を有する請求項27に記載の装置。
【請求項３７】前記容器から流出後に水洗流体と乾燥蒸
気との混合物を濃縮する手段を有する請求項27に記載の
装置。
【請求項３８】濃縮した混合物を乾燥蒸気として前記容
器へ再循環する手段を有する請求項37に記載の装置。
【請求項３９】元の流体から飽和した乾燥蒸気を生成す
る蒸発器手段を有する請求項27に記載の装置。
【請求項４０】前記蒸発器手段は、前記有機液体用の下
水洗流体として温水を入れた容器内に浸漬された半導体
ウエハを乾燥するための表面乾燥処理方法であって、ウエハ面上に液滴が実質的に残らないような速度で、水
面がウエハから下方に降下するときに前記水を除去して
置換するために、ウエハの上からイソプロパノール蒸気
を導入するようにされており、前記ウエハが前記蒸気と
接触したときにその蒸気と実質的に温度が同一であるよ
うにされている、封入された水を十分に流出させる方法
を包含する表面乾燥方法。部ボイラセクションと上部保
持セクション、および前記上部保持セクションの温度を
前記有機液体の沸点に維持する手段から構成される請求
項39に記載の装置。
【請求項４１】前記温度維持手段には、前記ボイラから
前記保持セクションへの伝熱量を制限する手段が設けら
れている請求項40に記載の装置。
【請求項４２】前記蒸発器手段は全体が密閉される請求
項39に記載の装置。
【請求項４３】新鮮な有機液体および／もしくは再循環
した乾燥流体を前記蒸発器手段に自動的に補給する補給
手段を設けた請求項42に記載の装置。
【請求項４４】前記補給手段は、前記保持セクション内
の前記有機液体の温度を前記有機液体の沸点よりも低下
させる手段を有する請求項43に記載の装置。
【請求項４５】新鮮な有機液体および／もしくは再循環
した乾燥液体の供給液の温度を、前記保持セクションの
温度より低く維持する貯蔵手段を有する請求項44に記載
の装置。
【請求項４６】前記乾燥蒸気を容器手段に流入する前に
前記乾燥蒸発気相で濾過するフイルタ手段を設けた請求
項27に記載の装置。
【請求項４７】水洗流体として温水を入れた容器内に浸
漬された半導体ウエハを乾燥するための表面乾燥処理装
置であって、ウエハ面上に液滴が実質的に残らないような速度で、水
面がウエハから下方に降下するときに前記水を除去して
置換するために、ウエハの上からイソプロパノール蒸気
を導入するようにされており、前記ウエハが前記蒸気と
接触したときにその蒸気と実質的に温度が同一であるよ
うにされている、封入された水を十分に流出させるよう
にされている表面乾燥処理装置。