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JP2001252631A - 表面浄化装置及び表面浄化方法 - Google Patents

表面浄化装置及び表面浄化方法

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Publication number
JP2001252631A
JP2001252631A JP2000067053A JP2000067053A JP2001252631A JP 2001252631 A JP2001252631 A JP 2001252631A JP 2000067053 A JP2000067053 A JP 2000067053A JP 2000067053 A JP2000067053 A JP 2000067053A JP 2001252631 A JP2001252631 A JP 2001252631A
Authority
JP
Japan
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chemical
steam
water vapor
water
supply system
Prior art date
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Pending
Application number
JP2000067053A
Other languages
English (en)
Inventor
Masahiro Miki
正博 三木
Takehisa Nitta
雄久 新田
Tadahiro Omi
忠弘 大見
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
UCT Corp
Original Assignee
UCT Corp
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Publication date
Application filed by UCT Corp filed Critical UCT Corp
Priority to JP2000067053A priority Critical patent/JP2001252631A/ja
Publication of JP2001252631A publication Critical patent/JP2001252631A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板等の被処理体表面を分子・原子レベルに
“精清浄化”し、表面の清浄度を10-6〜10-7分子層
以下とする。 【解決手段】 高純度及び高化学機能の水蒸気、薬液の
化学成分を含有する水蒸気、及び気体を含有する水蒸気
のうち、少なくとも1種を水蒸気導入口31、水蒸気噴
射ノズル32、気体噴射ノズル33からチャンバー10
内に設置された基板11表面に供給して当該表面を浄化
し、続いて前記水蒸気を用いて当該表面にウォーターマ
ークの残存しない乾燥を施す。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、表面浄化装置及び
表面浄化方法に関し、特に、製品の機能が表面浄化工程
によって左右される工業分野に適用する「高純度・高機
能の水蒸気による表面浄化技術」に関すると同時に、環
境対策技術に関する。
【0002】主要な工業分野を例示すれば、半導体装置
・液晶表示装置の製造・プリント基板製造・磁気ディス
ク製造などの諸電子工業分野である。本発明は、水蒸気
を用いる新しい表面浄化技術によって、「技術と環境の
調和」を推進するものである。
【0003】本発明は、「水1リットルから発生する高
純度・高化学機能の水蒸気1700リットルを用いる技
術」によって、「技術と環境の調和」に寄与するものであ
る。
【0004】
【従来の技術】電子工業分野における表面洗浄技術は、
主としてウェット洗浄システムと呼ばれる大型装置を用
い、大量の超純水と各種類の薬液を使用する多段階処理
に依っている。これを革新する技術として、枚葉洗浄シ
ステムを用いる洗浄技術も推進されている。
【0005】しかしこれらの洗浄技術は、洗浄プロセス
設置面積の負担及び超純水・薬液消費の負担が重い。製
品性能の進展に追随できない悩みを抱えている。
【0006】一般工業分野における洗浄技術に、「流体
噴流方式」はよく用いられる方式である。高圧の気体・
液体の流体あるいは微粒子流体(氷粒子・研磨剤粒子)
のジェット流により、洗浄〜表面剥離〜表面研磨が可能
であり、航空機・車両など大型で現場洗浄が必要な場合
によく用いられている。
【0007】水蒸気を噴射する洗浄方法も周知であり、
工業分野のみならず医療・食品分野や家庭における洗浄
にも広く使用されている。しかし後述するように、この
分野の洗浄レベルと電子工業分野の要求レベルには大き
い格差がある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】1.表面浄化手段の課
題 従来の表面洗浄技術は、二つの洗浄手段に分類される。 気体洗浄:ドライ洗浄とも呼ばれ、反応性ガス・酸化
性ガスなどを用いる。 液体洗浄:ウエット洗浄とも呼ばれ、酸〜アルカリ・
酸化剤・有機溶媒などを用いる。
【0009】本発明者らは、「浄化」という新しい概念を
提起する。製品の機能が表面に左右される分野における
清浄度の要求レベルは、従来の「洗浄」あるいは「クリー
ニング」のレベルとは異質であるからである。
【0010】本発明者らは、「気体洗浄」でなく「液体洗
浄」でもない「水蒸気浄化」という新しい手段を提起す
る。
【0011】水蒸気は、蒸留水が純粋であるのと同じ意
味で本来純粋である。「水1リットルから発生する高純
度・高化学機能の水蒸気1700リットルを用いる浄化
技術」は、廃水問題からの脱却、資源・エネルギー多消
費型技術からの脱却、すなわち環境共生型浄化技術の実
現である。
【0012】本発明の目的は、特に高純度及び高化学機
能の水蒸気等を用いて被処理体の表面を浄化する表面浄
化装置及び表面浄化方法を提供することにある。
【0013】エネルギーや化学材料や有機溶剤に依存し
ないが、水蒸気の持つ物理化学作用による表面浄化を利
用する。
【0014】「水1リットルから発生する水蒸気170
0リットルを用いる水蒸気除去技術」は、資源・エネル
ギー多消費型技術からの脱却、すなわち環境共生型レジ
スト膜除去技術の実現である。
【0015】2.表面浄化レベルの課題 電子工業分野の製造プロセスは、表面加工プロセスであ
るという特色において他の分野と異なっている。そし
て、表面浄化技術が製品の性能を左右するという技術的
特徴を持っている。基板から製品に至るプロセス表面の
みならず、プロセス装置及びプロセス装置部品の表面な
どすべての表面の浄化レベルが技術世代の進展とともに
厳しさを増すという特殊分野である。
【0016】本発明者らは、“洗浄- Cleaning-”と
“浄化-Purification-”を区別している。一般的洗浄の
清浄要求度と、電子工業分野の清浄要求度は、全くレベ
ルが異なるからである。表1に、表面清浄度レベルの差
異を示す。
【0017】
【表1】
【0018】洗浄とは、「レベル」から「レベル」に到
達する技術である。例えば金属材料表面では、機械研磨
表面の粗度が数10μmであり、機械加工油が数mg/
cm2のレベルに付着している。化学研磨表面により表
面粗度を約10μmまで下げた場合でも1mg/cm2
のレベルに付着している。「レベル」から出発して約3
桁汚染を除去し「レベル」に到達すれば洗浄目的は達成
されている。一般工業分野では、この表面を清浄と考え
て支障はない。
【0019】一方、電子工業分野においては、「レベル
」が出発点である。汚染分子が数分子層存在するとい
うことは、基板の分子・原子が表面に存在しないことを
意味し、表面を機能させる意味を失う。浄化とは、「レ
ベル」に到達する技術である。「レベル」から約3桁
汚染を低下させ、「レベル」に到達する技術である。
【0020】それでも、汚染分子の種類によってはまだ
表面動作機構に問題が残ることがある。例えば超LSI
世代の半導体基板表面は、「レベル」からさらに約4桁
低い「レベル」(10-6〜10-7分子層)が要求されて
いる。
【0021】本発明の目的は、表面を分子・原子レベル
に“精清浄化”し、表面の清浄度を10-6〜10-7分子
層以下とする表面浄化装置及び表面浄化方法を提供する
ことにある。
【0022】なお、本明細書においては、表面の分子・
原子レベルの“精清浄化-Precise Cleaning-”を“浄化
-Purification-”という用語で表現する。
【0023】3.浄化装置の課題 本発明者らは、表面浄化装置を構成するために下記の課
題を検討した。 (1)システムの基本的構成 高純度・高化学機能の水蒸気により表面を処理する浄化
システムの構成。 (2)浄化機能の制御の態様 表面のスライトエッチング機能、表面乾燥時のウオータ
ーマーク制御機能、水蒸気純度の制御機能。 (3)システムの構成材料 高純度の水蒸気を発生させるに必要な化学耐蝕性の装置
構成材料。 (4)付帯システムの内容 水蒸気の浄化機能を補助あるいは増進する、物理化学的
作用のシステム化。
【0024】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、鋭意検討
の結果、以下に示す発明の諸態様に想到した。
【0025】本発明の表面浄化装置は、水と、薬液及び
気体のうち少なくとも1種とをそれぞれ所定量供給する
化学耐蝕性の水・薬液・気体供給システムと、前記水か
ら発生させた水蒸気を被処理体に所定量供給する化学耐
蝕性の水蒸気供給システムと、 前記被処理体が設置さ
れ、これを移動させる基板移動システムとを備え、高純
度及び高化学機能の水蒸気、前記薬液の化学成分を含有
する水蒸気、及び前記気体を含有する水蒸気のうち、少
なくとも1種を前記被処理体に供給して前記被処理体の
表面を浄化し、続いて前記水蒸気を用いて当該表面にウ
ォーターマークの残存しない乾燥を施すことを特徴とす
る。
【0026】本発明の表面浄化装置の一態様は、高周波
超音波を照射する高周波超音波照射機構と、紫外線を照
射する紫外線照射機構とを備える。
【0027】本発明の表面浄化装置の一態様において、
前記水・薬液・気体供給システムは、通路形成体に純水
を供給し、前記水蒸気供給システムは、化学耐蝕性及び
熱伝導性の前記通路形成体、内圧制御構造体、及び前記
通路形成体を囲む加熱体を有しており、高純度及び高化
学機能の純水水蒸気を前記被処理体の表面に供給して前
記浄化及び前記乾燥を行う。
【0028】本発明の表面浄化装置の一態様において、
前記水・薬液・気体供給システムは、通路形成体に純水
及び前記薬液をそれぞれ供給し、前記水蒸気供給システ
ムは、化学耐蝕性及び熱伝導性の前記通路形成体、内圧
制御構造体、及び前記通路形成体を囲む加熱体を有して
おり、化学成分含有水蒸気を前記被処理体の表面に供給
して前記浄化及び前記乾燥を行う。
【0029】本発明の表面浄化装置の一態様において、
前記水・薬液・気体供給システムは、通路形成体に純水
及び前記薬液をそれぞれ供給し、前記水蒸気供給システ
ムは、化学耐蝕性及び熱伝導性の前記通路形成体、内圧
制御構造体及び前記通路形成体を囲む加熱体を有してお
り、化学成分含有水蒸気とともに、化学成分含有加熱薬
液を前記被処理体の表面に混合供給して前記浄化及び前
記乾燥を行う。
【0030】本発明の表面浄化装置の一態様において、
前記水・薬液・気体供給システムは、通路形成体に純水
を供給するとともに、前記気体を供給し、前記水蒸気供
給システムは、化学耐蝕性及び熱伝導性の前記通路形成
体、内圧制御構造体及び前記通路形成体を囲む加熱体を
有しており、前記気体を常温又は加温の状態で前記水蒸
気と混合又は併用の態様で前記被処理体の表面に供給し
て前記浄化及び前記乾燥を行う。
【0031】本発明の表面浄化装置の一態様は、前記水
蒸気供給システムは水蒸気噴射機構を有し、当該水蒸気
噴射機構の作動に前記高周波超音波照射機構及び前記紫
外線照射機構の作動を重畳して、前記洗浄を行う。
【0032】本発明の表面浄化装置は、基板搬出入機
構、雰囲気排出・導入機構を有するチャンバーを備え、
前記チャンバーには、水と、薬液及び気体のうち少なく
とも1種とをそれぞれ所定量供給する化学耐蝕性の水・
薬液・気体供給システムと、前記水から発生させた水蒸
気を基板表面に所定量供給する化学耐蝕性の水蒸気供給
システムとが接続されており、高純度及び高化学機能の
水蒸気、前記薬液の化学成分を含有する水蒸気、及び前
記気体を含有する水蒸気のうち、少なくとも1種を前記
チャンバー内に設置された前記基板表面に供給して当該
表面を浄化し、続いて前記水蒸気を用いて当該表面にウ
ォーターマークの残存しない乾燥を施すことを特徴とす
る。
【0033】本発明の表面浄化装置の一態様において、
前記チャンバーは、前記基板表面に対して水蒸気噴射ノ
ズルが相対的に移動することにより噴射面が掃引される
駆動機構を有し、前記水・薬液・気体供給システムは、
前記基板表面に前記気体を噴射する気体噴射機構を有す
る。
【0034】本発明の表面浄化装置の一態様は、高周波
超音波を照射する高周波超音波照射機構と、紫外線を照
射する紫外線照射機構とを備える。
【0035】本発明の表面浄化装置の一態様は、前記内
圧制御構造体により規定される内圧と加熱体への供給熱
量と純水又は薬液の供給量の三条件を相関的に調節する
ことにより、水蒸気温度、水蒸気圧力、水蒸気飽和度及
び水蒸気発生量を制御する機構を有し、表面構成材料の
スライトエッチング速度及びスライトエッチング量を制
御する。
【0036】本発明の表面浄化装置の一態様は、純水水
蒸気の飽和度と加温状態の気体の混合度を制御する機構
を有し、乾燥表面のウォーターマークを制御する。
【0037】本発明の表面浄化装置の一態様において、
前記水蒸気噴射ノズルの噴射面掃引の態様は、固定機構
と駆動機構の組み合わせであり、ノズル形状がスポット
ノズル及びラインノズルの組み合わせであり、噴射角度
が可変であり、噴射距離が調節できる機構である。
【0038】本発明の表面浄化装置の一態様において、
前記チャンバーが保温構造及び加熱構造とされており、
水蒸気導入温度と基板温度が処理中安定する機構であ
る。
【0039】本発明の表面浄化装置の一態様において、
前記通路形成体は、熱伝導率が1Wm-1-1以上の化学
耐蝕性材料または化学耐蝕性材料表面で構成されてい
る。
【0040】本発明の表面浄化装置の一態様において、
前記高周波超音波照射機構は、周波数が1メガサイクル
以上の超音波を発振する高周波超音波発振子を有する。
【0041】本発明の表面浄化装置の一態様において、
前記紫外線照射機構は、水蒸気・窒素・空気に対する5
0%透過距離が2mm以上である波長の紫外線を照射す
る紫外線ランプを有する。
【0042】本発明の表面浄化装置の一態様において、
前記水蒸気供給システムは、化学耐蝕性及び熱伝導性の
材料からなる通路形成体を有しており、高純度及び高化
学機能の水蒸気を供給する。
【0043】本発明の表面浄化方法は、高純度及び高化
学機能の水蒸気、前記薬液の化学成分を含有する水蒸
気、及び前記気体を含有する水蒸気のうち、少なくとも
1種を前記被処理体に供給して被処理体の表面を浄化す
るステップと、前記水蒸気を用いて前記被処理体の表面
にウォーターマークの残存しない乾燥を施すステップと
を有することを特徴とする
【0044】
【発明の実施の形態】1.装置構成の内容 図1に、本実施形態に係る枚葉式の表面水蒸気浄化装置
を例示する。
【0045】枚葉式水蒸気浄化チャンバー:水蒸気浄化
チャンバーは、保温構造及び加熱構造とされ、水蒸気導
入温度と基板温度が処理中安定する機構を有するチャン
バー10、基板11を搬出入する機構12、基板支持・
回転機構13、後述する水蒸気噴射ノズル32が相対的
に移動することにより噴射面が掃引される基板駆動機構
14、雰囲気ガス導入機構15、排気・排液機構16を
有して構成される。ここで、基板搬出入機構12、基板
支持・回転機構13、基板駆動機構14により基板移動
システムが構成される。
【0046】水蒸気・気体供給機構20は、純水水蒸気
供給システム21、化学成分含有水蒸気供給システム2
2、気体供給システム23、細部を省略している化学成
分含有溶液供給システム26を有して構成され、超純水
及び薬液の定量供給ポンプ25として超純水用ポンプ2
51と薬液用ポンプ252を備える。化学成分含有溶液
供給システム26は、純水水蒸気供給システム21を利
用して純水水蒸気に直接薬液の化学成分を混合すること
ができる。
【0047】気体供給システム23は、気体ボンベ2
4、加熱体34及び混合制御機構35を有しており、当
該気体を常温又は加温の状態で水蒸気と混合又は併用の
態様で供給する。混合制御機構35は、気体を水蒸気と
混合させる場合に作動する機構である。
【0048】ここで、純水水蒸気供給システム21、化
学成分含有水蒸気供給システム22、化学成分含有溶液
供給システム26により化学耐蝕性の水蒸気供給システ
ムが構成される。また、超純水を純水水蒸気供給システ
ム21に供給するシステム、薬液を化学成分含有水蒸気
供給システム22に供給するシステム、気体供給システ
ム23により化学耐蝕性の水・薬液・気体供給システム
が構成される。
【0049】水蒸気及び気体の導入機構:水蒸気及び気
体の導入機構30は、水蒸気を供給して基板11表面に
接触させる水蒸気導入口31、水蒸気を基板11表面に
噴射する水蒸気噴射ノズル32、気体を基板11表面に
噴射する気体噴射ノズル33を備える。ここで、水蒸気
導入口31及び水蒸気噴射ノズル32は水蒸気供給シス
テムの一部を構成し、気体噴射ノズル33は水・薬液・
気体供給システムの一部を構成する。水蒸気噴射ノズル
32の噴射面掃引の態様は、固定機構と駆動機構の組み
合わせであり、ノズル形状がスポットノズル及びライン
ノズルの組み合わせであり、噴射角度が可変であり、噴
射距離が調節できる機構とされている。
【0050】加熱制御システム:加熱制御システム40
は、内圧制御機構(内圧制御構造体)42により分割さ
れている加熱体41の温度をそれぞれ制御する。これら
は、水蒸気供給システムの一部を構成し、加熱体41に
より化学耐蝕性及び熱伝導性の通路形成体が囲まれるか
たちとされている。この加熱制御システム40により、
通路形成体を通る超純水及び薬液が加熱調節され、所望
の水蒸気が作られる。
【0051】ここで、内圧制御機構42により規定され
る内圧と加熱体41への供給熱量と純水又は薬液の供給
量の三条件を相関的に調節することにより、水蒸気温
度、水蒸気圧力、水蒸気飽和度及び水蒸気発生量を制御
する機構(不図示)を有し、表面構成材料のスライトエ
ッチング速度及びスライトエッチング量を制御する。
【0052】更に、混合制御機構35は、純水水蒸気の
飽和度と加熱体34による加温状態の気体の混合度を制
御する機能を有し、乾燥する際の基板11表面のウォー
ターマークを制御する。
【0053】高周波超音波照射機構:高周波超音波照射
機構50は、周波数が1メガサイクル以上の超音波を発
振する高周波超音波発振子を有しており、超音波照射ノ
ズル51を備える。
【0054】紫外線照射機構:紫外線照射機構60は、
紫外線ランプハウス61内部の紫外線ランプ62から紫
外線窓板63を通して基板表面に紫外線を照射する。紫
外線ランプ62は、水蒸気・窒素・空気に対する50%
透過距離が2mm以上である波長の紫外線を照射するも
のである。
【0055】
【実施例】(実施例1) 具体的な装置構成例 以下、化学耐蝕性材料による装置構成例を示す。表2
に、熱伝導率1Wm-1-1以上の化学耐蝕性材料を用い
通路形成体を構成した。細管抵抗体は、熱伝導率1Wm
-1-1以下の化学耐蝕性材料を用いてもよいが、表には
通路形成体と同一材料で整理している。アモルファスカ
ーボン・アルミナ・シリコンカーバイトを用いた装置
は、酸類・アルカリ類・酸化剤・有機溶媒の総てに化学
耐蝕性を有する。ステンレス鋼は有機溶媒に使用可能で
あり、弱アルカリには適用できる濃度範囲がある。酸類
・酸化剤には使用できない。ステンレス鋼表面にフッ化
不導体膜あるいは酸化不導体膜を形成させる場合には、
酸類・アルカリ類・酸化剤への適用濃度範囲は拡大でき
る。石英ガラスはアルカリ類には適用できないが、その
他の場合に使用し得る。
【0056】
【表2】
【0057】(実施例2) 飽和水蒸気/過熱水蒸気 電気抵抗加熱体を用い、飽和水蒸気または過熱水蒸気の
供給を行った。表3に、次の供給態様における制御条件
例を示す。 飽和水蒸気:内圧1〜6Kg/cm2において100〜160
℃の飽和水蒸気供給 過熱水蒸気:内圧1Kg/cm2において100℃飽和、12
0〜160℃の過熱水蒸気供給 例示したように、内圧制御により任意の飽和度〜過熱度
の水蒸気の供給が可能である。
【0058】
【表3】
【0059】(実施例3) 内圧制御 内圧制御の構造体として、細管抵抗体を用いた実施例を
示す。細管通路の圧力損失は、水蒸気量と細管抵抗体の
形状によって規定される。表4に、細管の内径・長さに
よる通路形成体の圧力損失及び通路形成体内圧と、それ
により規定される水蒸気温度を例示する。
【0060】
【表4】
【0061】(実施例4) 化学成分含有水蒸気 図1に示した薬液定量供給システムを用いて供給する化
学成分含有水蒸気の成分含有濃度を評価した。水蒸気供
給装置の水蒸気出口に凝縮器を設置して凝縮液を採取
し、成分含有濃度を測定した。表5に、定量ポンプに供
給する原薬液中と、凝縮液中の化学成分濃度を対比して
いる。両者の濃度は、常に完全に一致する。通路形成体
における瞬間蒸発過程では、化学成分の濃縮〜蒸発〜気
化その他の遷移過程は存在し得ず原薬液組成そのままの
成分含有比の蒸気が得られる。
【0062】
【表5】
【0063】(実施例5) 水蒸気純度/化学耐蝕材料 装置構成材料として化学耐蝕性材料を用いた場合の、純
水水蒸気及び化学成分含有水蒸気の純度を評価した。水
蒸気供給装置の水蒸気出口に凝縮器を設置して凝縮液を
採取し、ICP−マススペクトロメータにより不純物を
測定した。用いた超純水及び高純度薬液は、不純物濃度
ppbレベル以下である。酸・アルカリ・酸化剤の代表
として、フツ酸・苛性カリ・過酸化水素を用いた。表6
に評価結果を示す。純水水蒸気凝縮液及び化学成分含有
水蒸気凝縮液中の不純物濃度はppbレベル以下であ
る。
【0064】
【表6】
【0065】(実施例6) 気体混合 図1の気体定量供給システムを有する水蒸気供給装置を
用い、水蒸気と窒素ガスの混合気体を供給した。表7
に、水蒸気と窒素ガスの混合供給例を示す。
【0066】水蒸気と窒素ガスの内圧・供給圧と供給温
度を同一条件とし、混合比を1:1とした場合の例であ
る。この混合気体は、過熱水蒸気と同様に水蒸気飽和度
が小さく、水蒸気を含む乾燥気体の作用を持つ。
【0067】混合比は任意であり、窒素ガスの混合比を
大にして水蒸気量を容易に拡大する効果がある。混合温
度も任意であり、水蒸気温度を窒素ガス温度によって容
易に高める効果がある。また、水蒸気供給装置と気体定
量供給システムを並列に稼動して処理表面において同時
作用させる態様、処理表面の異なる部位にそれぞれ作用
させる態様など、広い範囲に供給態様を選択することが
できる。
【0068】
【表7】
【0069】(実施例7) 有機物の浄化 表8に、シリコンウエハ表面に付着する有機物の浄化の
浄化試験結果を示す。120℃飽和水蒸気30秒噴射後
に、有機物は単分子層以下にまで浄化された。120℃
飽和水蒸気処理に紫外線照射を重畳した場合は、10秒
後に単分子層まで、20秒後にはFTIR測定の検出限
界以下まで除去された。
【0070】
【表8】
【0071】(実施例8) 粒子の浄化 表9に、シリコンウエハ表面に付着する粒子の浄化試験
結果を示す。アルミナ粒子(粒子径0.3μm〜0.5
μm)またはポリスチレン粒子(粒子径0.6μm)を
105個/ml含有する溶液に、シリコンウエハ(径4
インチ)を浸漬して各粒子を付着させた。この表面に、
水蒸気処理及び水蒸気・紫外線重畳処理を行った。
【0072】粒子:アルミナ粒子・ポリスチレン粒子の
いずれも、20秒処理でウエハ検査装置の検出限界以下ま
で浄化された。
【0073】スライトエッチングによるリフトオフ作
用;スライドエッチングとは、極く微量の表面溶解であ
る。粒子を表面から離すのに、リフトオフすなわち粒子
付着点を僅かに溶解して粒子を表面から浮かす作用が有
効であることはよく知られている。水はその大きい極性
により、最大の溶媒といわれる。特に、高温の水の溶解
作用は大きく、充分なリフトオフ作用を発揮する。例え
ば、SiO2の水への溶解度は、100℃では常温の約
100倍である(SiO2 の水への溶解度:0.013
%(20℃)、1.4%(100℃))。
【0074】シリコンウエハ表面は通常、自然酸化膜S
iO2となっている。また種々の表面構造は熱酸化膜S
iO2ベースで構成されている。メタル構造表面といえ
ども、メタル表面は自然酸化されて、酸化膜となってい
る。これらの表面に、高温の水の溶解力が作用する。
【0075】以上の理由で、高温水蒸気の溶解力は強力
なリフトオフ作用となる。
【0076】紫外線作用:ポリスチレン粒子の場合は、
水蒸気・紫外線重畳処理により浄化は著しく短縮され
た。また、過熱水蒸気がより浄化効果が大きいことが認
められた。表9の比較例に示すように、常温空気中紫
外線照射の場合はポリスチレン粒子の浄化効果が低い。
これは、空気中の191nm紫外線の透過率が充分大き
くないためである。191nmは、水蒸気をよく透過す
る。ここに、水蒸気雰囲気の有利性があらわれている。
【0077】
【表9】
【0078】(実施例9) ウォーターマークの解消:
枚葉式表面浄化装置及び紫外線処理装置を用い、シリコ
ン基板浄化を実施した。浄化ステップ1では、KrIエ
キシマ紫外線照射下にフツ酸/過酸化水素 含有水蒸気処
理により有機物・粒子の浄化を行った。浄化ステップ2
では、KrIエキシマ紫外線照射下にフッ酸含有水蒸気
処理を行った。浄化ステップ3では、過熱水蒸気処理に
よる乾燥を行った。
【0079】表10に、浄化結果を示す。有機物・金属
・粒子・ウオーターマークは、検出限界以下に浄化され
た。
【0080】ウォーターマークの解決:基板表面を浄化
するときの最終仕上げの課題として、ウオーターマーク
のが難問題である。超純水で洗浄を仕上げても、表面に
残る水滴がウオーターマークを発生させ、微細回路構造
の障害となる。水滴が表面を微量溶解させながら乾燥し
てゆく過程が発生原因と考えられている。過熱水蒸気処
理はこの問題を完全に解消する。過熱水蒸気は全くミス
トを含まないので、ウオーターマーク発生源がない。最
終仕上げ〜乾燥に最適の処理である。
【0081】
【表10】
【0082】(実施例10) マスク表面の浄化 半導体・液晶製造用マスク(リソグラフィー用)の表面
の浄化を行った。
【0083】ガラス基板浄化:ステップ1で、浄化促進
成分としてアルカリ及び界面活性剤を用いた。ガラス表
面のスライドエッチングによる粒子のリフトオフ作用、
アルカリによるスライドエッチング促進作用が重畳さ
れ、ガラス基板表面の異物はすべて浄化された。高温水
蒸気により有機物が浄化された。ステップ2で、表面の
単分子層レベルの界面活性剤吸着層が浄化された。ステ
ップ3で、過熱により清浄な乾燥表面が得られた。
【0084】ブランクス浄化;酸化クロム膜の表面層を
形成する酸化クロムは非化学量論組成であるため、高温
水蒸気にエッチングされる。したがって、ステップ1を
省略し、ステップ2による純水水蒸気噴射により表面は
スライドエッチされ、スパッター工程での汚染は総て浄
化できた。
【0085】マスク浄化:ステップ2のみによる浄化に
より、ウエットエッチング工程でのエッチング液成分
(例:セリウム塩溶液)の付着が浄化できた。紫外線処
理の重畳により、レジスト剥離工程でのレジスト残さが
浄化できた。
【0086】
【表11】
【0087】(実施例11) CMP処理表面の浄化 化学機械研磨(CMP)表面の浄化を行った。表12
に、処理ステップ、処理内容及び処理時間を示す。
【0088】酸化膜CMP表面:アルカリ性シリカスラ
リー研磨後に、ブラシを使用するスクラバー処理を経
ず、直接ステップ1の水蒸気処理を実施した。浄化促進
に、HF−界面活性剤を用いた。
【0089】ステップ1の後に、表面にスラリー粒子は
計測されない。ステップ2の後に、表面に界面活性剤は
検出されない。
【0090】Al−配線CMP表面:浄化促進溶液にア
ルカリ性−界面活性剤を用いた以外は、酸化膜CMP表
面処理と同様の処理を行った。スクラバー処理を経ない
直接処理である。ステップ1の後に、表面にアルミナス
ラリー粒子は残留しない。水蒸気の噴射力と、促進剤の
作用すなわち酸化膜表面のスライドエッチング作用と界
面活性剤の酸化膜/アルミナスラリー粒子のゼータ電位
効果によるものである。ステップ2の後に、表面に界面
活性剤は検出されない。
【0091】Cu−配線CMP表面:Al−配線CMP
表面と全く同様の処理を行った。同じく、水蒸気の噴射
力、スライドエッチング作用と界面活性剤のゼータ電位
効果により、全く清浄な表面を得た。
【0092】
【表12】
【0093】
【発明の効果】本発明によれば、特に高純度及び高化学
機能の水蒸気等を用いて被処理体の表面を浄化すること
により、被処理体(例えばウエハ)表面を分子・原子レ
ベルに“精清浄化”し、表面の清浄度を10-6〜10-7
分子層以下とすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態に係る枚葉式の表面水蒸気浄化装置
を示す模式図である。
【符号の説明】
10 チャンバー 11 基板 12 基板搬出入機構 13 基板支持・回転機構 14 基板駆動機構 15 雰囲気ガス導入機構 16 排気・排液機構 20 水蒸気・気体供給機構 21 純水水蒸気供給システム 22 化学成分含有水蒸気供給システム 23 気体供給システム 24 気体ボンベ 25 定量供給ポンプ 26 化学成分含有溶液供給システム 30 気体導入機構 31 水蒸気導入口 32 水蒸気噴射ノズル 33 気体噴射ノズル 34 加熱体 35 混合制御機構 40 加熱制御システム 41 加熱体 42 内圧制御機構 50 高周波超音波照射機構 51 超音波照射ノズル 60 紫外線照射機構 61 紫外線ランプハウス 62 紫外線ランプ 63 紫外線窓板 251 超純水用ポンプ 252 薬液用ポンプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/304 651 H01L 21/304 651G 651H (72)発明者 大見 忠弘 宮城県仙台市青葉区米ヶ袋2−1−17− 301 Fターム(参考) 3B201 AA03 AB01 AB34 AB42 BA02 BB13 BB21 BB82 BB85 BB90 BB93 BC01 CB21 CC11 CC21

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水と、薬液及び気体のうち少なくとも1
    種とをそれぞれ所定量供給する化学耐蝕性の水・薬液・
    気体供給システムと、 前記水から発生させた水蒸気を被処理体に所定量供給す
    る化学耐蝕性の水蒸気供給システムと、 前記被処理体が設置され、これを移動させる基板移動シ
    ステムとを備え、 高純度及び高化学機能の水蒸気、前記薬液の化学成分を
    含有する水蒸気、及び前記気体を含有する水蒸気のう
    ち、少なくとも1種を前記被処理体に供給して前記被処
    理体の表面を浄化し、続いて前記水蒸気を用いて当該表
    面にウォーターマークの残存しない乾燥を施すことを特
    徴とする表面浄化装置。
  2. 【請求項2】 高周波超音波を照射する高周波超音波照
    射機構と、 紫外線を照射する紫外線照射機構とを備えることを特徴
    とする請求項1に記載の表面浄化装置。
  3. 【請求項3】 前記水・薬液・気体供給システムは、通
    路形成体に純水を供給し、 前記水蒸気供給システムは、化学耐蝕性及び熱伝導性の
    前記通路形成体、内圧制御構造体、及び前記通路形成体
    を囲む加熱体を有しており、高純度及び高化学機能の純
    水水蒸気を前記被処理体の表面に供給して前記浄化及び
    前記乾燥を行うことを特徴とする請求項1又は2に記載
    の表面浄化装置。
  4. 【請求項4】 前記水・薬液・気体供給システムは、通
    路形成体に純水及び前記薬液をそれぞれ供給し、 前記水蒸気供給システムは、化学耐蝕性及び熱伝導性の
    前記通路形成体、内圧制御構造体、及び前記通路形成体
    を囲む加熱体を有しており、化学成分含有水蒸気を前記
    被処理体の表面に供給して前記浄化及び前記乾燥を行う
    ことを特徴とする請求項1又は2に記載の表面浄化装
    置。
  5. 【請求項5】 前記水・薬液・気体供給システムは、通
    路形成体に純水及び前記薬液をそれぞれ供給し、 前記水蒸気供給システムは、化学耐蝕性及び熱伝導性の
    前記通路形成体、内圧制御構造体及び前記通路形成体を
    囲む加熱体を有しており、化学成分含有水蒸気ととも
    に、化学成分含有加熱薬液を前記被処理体の表面に混合
    供給して前記浄化及び前記乾燥を行うことを特徴とする
    請求項1又は2に記載の表面浄化装置。
  6. 【請求項6】 前記水・薬液・気体供給システムは、通
    路形成体に純水を供給するとともに、前記気体を供給
    し、 前記水蒸気供給システムは、化学耐蝕性及び熱伝導性の
    前記通路形成体、内圧制御構造体及び前記通路形成体を
    囲む加熱体を有しており、前記気体を常温又は加温の状
    態で前記水蒸気と混合又は併用の態様で前記被処理体の
    表面に供給して前記浄化及び前記乾燥を行うことを特徴
    とする請求項1又は2に記載の表面浄化装置。
  7. 【請求項7】 前記水蒸気供給システムは水蒸気噴射機
    構を有し、当該水蒸気噴射機構の作動に前記高周波超音
    波照射機構及び前記紫外線照射機構の作動を重畳して、
    前記洗浄を行うことを特徴とする請求項2に記載の表面
    浄化装置。
  8. 【請求項8】 基板搬出入機構、雰囲気排出・導入機構
    を有するチャンバーを備え、 前記チャンバーには、 水と、薬液及び気体のうち少なくとも1種とをそれぞれ
    所定量供給する化学耐蝕性の水・薬液・気体供給システ
    ムと、 前記水から発生させた水蒸気を基板表面に所定量供給す
    る化学耐蝕性の水蒸気供給システムとが接続されてお
    り、 高純度及び高化学機能の水蒸気、前記薬液の化学成分を
    含有する水蒸気、及び前記気体を含有する水蒸気のう
    ち、少なくとも1種を前記チャンバー内に設置された前
    記基板表面に供給して当該表面を浄化し、続いて前記水
    蒸気を用いて当該表面にウォーターマークの残存しない
    乾燥を施すことを特徴とする基板枚葉式の表面浄化装
    置。
  9. 【請求項9】 前記チャンバーは、前記基板表面に対し
    て水蒸気噴射ノズルが相対的に移動することにより噴射
    面が掃引される駆動機構を有し、 前記水・薬液・気体供給システムは、前記基板表面に前
    記気体を噴射する気体噴射機構を有することを特徴とす
    る請求項8に記載の表面浄化装置。
  10. 【請求項10】 高周波超音波を照射する高周波超音波
    照射機構と、 紫外線を照射する紫外線照射機構とを備えることを特徴
    とする請求項9に記載の表面浄化装置。
  11. 【請求項11】 前記内圧制御構造体により規定される
    内圧と加熱体への供給熱量と純水又は薬液の供給量の三
    条件を相関的に調節することにより、水蒸気温度、水蒸
    気圧力、水蒸気飽和度及び水蒸気発生量を制御する機構
    を有し、 表面構成材料のスライトエッチング速度及びスライトエ
    ッチング量を制御することを特徴とする請求項3〜6の
    いずれか1項に記載の表面浄化装置。
  12. 【請求項12】 純水水蒸気の飽和度と加温状態の気体
    の混合度を制御する機構を有し、乾燥表面のウォーター
    マークを制御する請求項3〜6のいずれか1項に記載の
    表面水蒸気浄化装置。
  13. 【請求項13】 前記水蒸気噴射ノズルの噴射面掃引の
    態様は、固定機構と駆動機構の組み合わせであり、ノズ
    ル形状がスポットノズル及びラインノズルの組み合わせ
    であり、噴射角度が可変であり、噴射距離が調節できる
    機構であることを特徴とする請求項9に記載の表面浄化
    装置。
  14. 【請求項14】 前記チャンバーが保温構造及び加熱構
    造とされており、水蒸気導入温度と基板温度が処理中安
    定する機構であることを特徴とする請求項8又は9に記
    載の表面浄化装置。
  15. 【請求項15】 前記通路形成体は、熱伝導率が1Wm
    -1-1以上の化学耐蝕性材料または化学耐蝕性材料表面
    で構成されていることを特徴とする請求項3〜6のいず
    れか1項に記載の表面浄化装置。
  16. 【請求項16】 前記高周波超音波照射機構は、周波数
    が1メガサイクル以上の超音波を発振する高周波超音波
    発振子を有することを特徴とする請求項2又は10に記
    載の表面浄化装置。
  17. 【請求項17】 前記紫外線照射機構は、水蒸気・窒素
    ・空気に対する50%透過距離が2mm以上である波長
    の紫外線を照射する紫外線ランプを有することを特徴と
    する請求項2又は10に記載の表面浄化装置。
  18. 【請求項18】 前記水蒸気供給システムは、化学耐蝕
    性及び熱伝導性の材料からなる通路形成体を有してお
    り、高純度及び高化学機能の水蒸気を供給することを特
    徴とする請求項1に記載の表面浄化装置。
  19. 【請求項19】 高純度及び高化学機能の水蒸気、前記
    薬液の化学成分を含有する水蒸気、及び前記気体を含有
    する水蒸気のうち、少なくとも1種を前記被処理体に供
    給して被処理体の表面を浄化するステップと、 前記水蒸気を用いて前記被処理体の表面にウォーターマ
    ークの残存しない乾燥を施すステップとを有することを
    特徴とする表面浄化方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007058286A1 (ja) * 2005-11-18 2007-05-24 Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc. 基板の洗浄方法及び洗浄装置
KR101381634B1 (ko) * 2012-09-21 2014-04-04 청진테크 주식회사 다상유체 분사장치
KR101824628B1 (ko) * 2015-10-16 2018-02-01 라온닉스 주식회사 표면 세정 장치
CN113874164A (zh) * 2019-05-29 2021-12-31 应用材料公司 用于化学机械研磨系统的蒸气处理站

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KR101381634B1 (ko) * 2012-09-21 2014-04-04 청진테크 주식회사 다상유체 분사장치
KR101824628B1 (ko) * 2015-10-16 2018-02-01 라온닉스 주식회사 표면 세정 장치
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