(57)【要約】【課題】洗浄した半導体基板の基板面が疎水面であっても、ウォーターマークを発生する虞が少なく、速やかに乾燥を行うことができ、半導体装置製造時の歩留を向上させることが可能な半導体基板の乾燥方法及びその装置を提供する。【解決手段】洗浄後の半導体基板３をスピンチャック１５に水平に保持し、駆動部１６によって高速自転させて乾燥させる装置で、駆動部１６を、スピンチャック１５を回転軸方向に昇降可能に支持して回転駆動するモータ２１と、このモータ２１に回転軸方向に加速度を与える直動アクチュエータ２３を備えたものとし、半導体基板３を保持したスピンチャック１５を、直動アクチュエータ２３によって回転軸方向に上昇を開始させると同時に、モータ２１で回転させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
洗浄後の半導体基板を高速で自転させて乾燥する半導体基板の乾燥方法において、前記半導体基板を自転させると共に自転軸方向に加速度を与えることを特徴とする半導体基板の乾燥方法。
【請求項２】
前記加速度を、自転させると同時に自転軸方向に前記半導体基板を少なくとも１回上昇させることによって与えることを特徴とする請求項１記載の半導体基板の乾燥方法。
【請求項３】
前記加速度を、等速自転時に自転軸方向に前記半導体基板を少なくとも１回上昇させることによって与えることを特徴とする請求項１記載の半導体基板の乾燥方法。
【請求項４】
前記加速度を、自転軸方向に前記半導体基板を高周波振動させることによって与えることを特徴とする請求項１記載の半導体基板の乾燥方法。
【請求項５】
洗浄後の半導体基板を保持部材に水平に保持し、駆動部によって高速自転させて乾燥させる半導体基板の乾燥装置において、前記駆動部が、前記保持部材を回転軸方向に昇降可能に支持して回転駆動する回転駆動機構と、この回転駆動機構に回転軸方向に加速度を与える軸方向駆動機構を備えていることを特徴とする半導体基板の乾燥装置。
【請求項６】
前記軸方向駆動機構が、直動アクチュエータを備えてなることを特徴とする請求項５記載の半導体基板の乾燥装置。
【請求項７】
前記軸方向駆動機構が、高周波電圧により伸縮する高周波振動素子を備えてなることを特徴とする請求項５記載の半導体基板の乾燥装置。
【請求項８】
高周波振動素子が、圧電素子であることを特徴とする請求項７記載の半導体基板の乾燥装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、洗浄直後の半導体基板を高速で回転させて乾燥するスピン乾燥方式による半導体基板の乾燥方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術を図７乃至図１０を参照して説明する。図７は模式的に示す乾燥装置要部の側面図であり、図８は半導体基板表面が親水面である場合の水滴付着状態を示す図であり、図９は半導体基板表面が疎水面である場合の水滴付着状態を示す図であり、図１０は図９におけるＡ矢方向から見た水滴付着状態を示す図である。
【０００３】
図７乃至図１０において、１はスピン乾燥方式の乾燥装置の保持部材であるスピンチャックであり、このスピンチャック１は、下面側に延在する回転軸２の下部に連結された図示しない回転駆動部により、例えば矢印Ｐで示す回転方向に高速回転するようになっている。また、３は半導体基板で、洗浄直後にスピンチャック１上部に吸着保持され、スピンチャック１が高速回転することにより、半導体基板３は基板面に垂直な軸Ｏを回転中心にして高速で自転し、基板表面４に付着している水滴５が遠心脱離する。
【０００４】
また、このようなスピン乾燥方式においては、半導体基板３の表面４が親水面４ｘであるか、疎水面４ｙであるかによって水滴５の挙動が異なる。先ず、表面４が親水面４ｘである場合の面上における水滴５ｘの挙動を説明すると、図８に示すように、親水面４ｘ上での水滴５ｘは接触角αｘが小さく、水滴５ｘの運動は、主に半導体基板３との滑り摩擦力Ｆｓによってなされる。半導体基板３が軸Ｏを中心にして矢印Ｐ方向に回転を始めた瞬間、水滴５ｘは半導体基板３との滑り摩擦力Ｆｓ（Ｆｓ＝μｓＮ）により、半導体基板３と共に回転を始め、軸Ｏを回転中心として矢印Ｐ方向に公転する。なお、μｓは滑り摩擦係数で、Ｎは水滴５ｘが受ける基板面４ｘの垂直抗力である。
【０００５】
これにより、水滴５ｘは回転運動による遠心力Ｆｃと接線力Ｆｔを受け、この合力Ｆａ（水滴５ｘが受ける力）が滑り摩擦力Ｆｓを超えると、水滴５ｘが半導体基板３の表面４ｘから飛び出し、半導体基板３の乾燥が行われる。
【０００６】
すなわち、
Ｆｓ＜Ｆａ
Ｆａ＝Ｆｃ＋Ｆｔ＝ｍｒω２＋ｍｒ・ｄω／ｄｔ
であるから、
Ｆｓ＜ｍｒω２＋ｍｒ・ｄω／ｄｔ
となると、半導体基板３の表面４ｘから水滴５ｘが脱離し、半導体基板３が乾燥する。
【０００７】
なお、ｍは水滴５ｘの質量、ｒは水滴５ｘから半導体基板３の回転中心である軸Ｏに下ろした垂線の長さ、ωは水滴５ｘの位置における半導体基板３の回転中心である軸Ｏまわりの角速度である。
【０００８】
一方、表面４が疎水面４ｙである場合の面上における水滴５ｙの挙動を説明すると、図９に示すように、疎水面４ｙ上での水滴５ｙは接触角αｙが大きく、転がり摩擦係数μｒが小さいため、水滴５ｙの運動は、水滴５ｙの転がり摩擦による回転が支配的となる。そして、半導体基板３が矢印Ｐ方向に回転を始めた瞬間、半導体基板３の回転角速度が小さいため、水滴５ｙに生ずる力は半導体基板３の回転方向の接線力のみとなり、この接線力に伴う摩擦力で、水滴５ｙは半導体基板３に対し転がり運動を開始する。
【０００９】
この時、水滴５ｙは、外側から見ると図１０に示すように半導体基板３の表面４の同じ場所で、矢印Ｑ方向の転がり運動を始め、そのまま転がり運動のみを続ける。すなわち、水滴５ｙは半導体基板３上で軸Ｏを回転中心とした矢印Ｐ方向の公転運動をせずに、矢印Ｑ方向の自転運動のみをすることになり、半導体基板３の外に飛び出すことができない。したがって、高速回転している間も半導体基板３の基板面４に水滴５ｙが残る状態が生じることになり、半導体基板３の乾燥が十分に行われないことになる。
【００１０】
このように、基板表面４が疎水性となっている半導体基板３、例えばふっ酸処理など行った半導体基板３などを早期に乾燥しようとする際、スピン乾燥方式を用いて乾燥を行った場合には、基板面４に微量の純水等の洗浄液が残存し、極微小パーティクルが濃縮されて残りウォーターマークが発生してしまう虞がある。このため、清浄な基板面を有する半導体基板３を得ることがなかなか難しく、また、スピン乾燥方式を用いて得た半導体基板３では、半導体装置製造時の歩留を向上させることが非常に困難なものとなっていた。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような状況に鑑みて本発明はなされたもので、その目的とするところは、半導体基板を洗浄した時に、基板面が疎水面であっても、ウォーターマークを発生する虞が少なく、速やかな乾燥を行うことができ、半導体装置製造時の歩留を向上させることが可能な半導体基板の乾燥方法及びその装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体基板の乾燥方法及びその装置は、洗浄後の半導体基板を高速で自転させて乾燥する半導体基板の乾燥方法において、前記半導体基板を自転させると共に自転軸方向に加速度を与えることを特徴とする方法であり、
さらに、前記加速度を、自転させると同時に自転軸方向に前記半導体基板を少なくとも１回上昇させることによって与えることを特徴とする方法であり、
さらに、前記加速度を、等速自転時に自転軸方向に前記半導体基板を少なくとも１回上昇させることによって与えることを特徴とする方法であり、
さらに、前記加速度を、自転軸方向に前記半導体基板を高周波振動させることによって与えることを特徴とする方法であり、
また、洗浄後の半導体基板を保持部材に水平に保持し、駆動部によって高速自転させて乾燥させる半導体基板の乾燥装置において、前記駆動部が、前記保持部材を回転軸方向に昇降可能に支持して回転駆動する回転駆動機構と、この回転駆動機構に回転軸方向に加速度を与える軸方向駆動機構を備えていることを特徴とするものであり、
さらに、前記軸方向駆動機構が、直動アクチュエータを備えてなることを特徴とするものであり、
さらに、前記軸方向駆動機構が、高周波電圧により伸縮する高周波振動素子を備えてなることを特徴とするものであり、
さらに、高周波振動素子が、圧電素子であることを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下本発明のスピン乾燥方式による半導体基板の乾燥方法及びそれを用いた装置の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００１４】
先ず第１の実施形態を図１乃至図５により説明する。図１は装置の一部を切欠して示す斜視図であり、図２は装置の部分斜視図であり、図３は乾燥開始前の疎水性半導体基板表面における水滴付着状態を示す図であり、図４は乾燥開始直後に回転軸方向上向きに加速した時の疎水性半導体基板表面における大きい質量の水滴の付着状態を示す図であり、図５は乾燥運転時の回転軸方向加速度がなくなった後の疎水性半導体基板表面における小さい質量の水滴の付着状態を示す図である。なお、従来と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、従来と異なる本発明の構成について説明する。
【００１５】
図１乃至図５において、１１は洗浄乾燥装置であり、この洗浄乾燥装置１１は、下部が底板１２によって閉塞され、上部に開口部１３を有する円筒状のカップ１４と、半導体基板３をカップ１４内に水平に保持して昇降及び高速回転させるスピンチャック１５と、スピンチャック１５を昇降及び高速回転させる駆動部１６を備えて構成されている。またカップ１４は、側壁１７が外壁部１７ａに同一壁高さの内壁部１７ｂを密着するように設けた二層構造となっており、さらに内壁部１７ｂは上端部が縮径部分を設けて外壁部１７ａよりも小径の開口としたものとなっている。
【００１６】
また、カップ１４の底板１２は、外周側を中心方向に向けて下り傾斜とした外周側底板部１２ａと、内周側を外方に向けて下り傾斜とした内周側底板部１２ｂによって構成され、外周側底板部１２ａと内周側底板部１２ｂとの境界部分に開口するよう排出口１８が２つ形成されており、各排出口１８には排出管１９がそれぞれ接続されている。さらに底板１２には、中心部を貫通するように駆動部１６の軸受部材２０が設けられ、また軸受部材２０には、スピンチャック１５とこれをカップ１４の外底部側から回転駆動するモータ２１とを連結する駆動軸２２が軸支されている。
【００１７】
また、駆動部１６には、モータ２１以外にもう１つの駆動源である直動アクチュエータ２３を備えており、直動アクチュエータ２３は、その直動軸２４の直動方向がモータ２１の駆動軸２２と平行な方向となるように設けられている。さらに、モータ２１と直動アクチュエータ２３とは、逆Ｌ字形状の結合部材２５を介してモータ２１が直動アクチュエータ２３の直動軸２４の先端に結合され、直動アクチュエータ２３によってモータ２１が駆動軸２２方向に昇降可能な構成となっている。なお、モータ２１が駆動軸２２方向に昇降することによって、スピンチャック１５とこれに水平に保持された半導体基板３が、カップ１４の内壁部１７ｂの上端を超えない範囲内で昇降するようになっている。
【００１８】
また、スピンチャック１５は、直交するように４本の保持腕２６が外方に延びる十字形状の保持材２７と、各保持腕２６の先端部に設けられたチャック部２８を備えており、保持材２７は駆動軸２２の先端に固定ねじ２９によって固定されている。またチャック部２８には、保持腕２６の先端に形成された支持台３０に、下側に錘３１、上側に押え片３２を有する支持ピン３３が、軸ねじ３４によって枢支されることで、揺動可能に吊持されている。これにより、スピンチャック１５が回転すると、支持ピン３３の錘３１が遠心力により外方に振られるように動き、これに対応して支持ピン３３上側の押え片３２が内方に傾き、支持台３０の上面上に載置された半導体基板３が、支持ピン３３の押え片３２によって斜め上方向から押えられ、保持される。
【００１９】
そして、上記のように構成された洗浄乾燥装置１１での洗浄、乾燥過程は、以下の通り行われる。
【００２０】
すなわち、先ず、直動アクチュエータ２３を作動させて、カップ１４内の最上位置に上昇させたスピンチャック１５の支持台３０の上面上に、洗浄、乾燥する半導体基板３を載置する。続いてスピンチャック１５を下降させ、図示しない洗浄機構を用いてモータ２１によって回転するスピンチャック１５上の半導体基板３を、ふっ酸処理し、さらに純水によるリンスを所定時間実施した後、モータ２１を停止させて洗浄過程を終了する。また半導体基板３のふっ酸処理、純水リンス際に使われたふっ酸、純水は、カップ１４の外周側底板部１２ａと内周側底板部１２ｂの傾斜面に沿って流れて排出口１８に集められ、排出管１９を介して図示しない廃水回収部に回収される。
【００２１】
次に、乾燥過程に入り、直動アクチュエータ２３を作動させて、停止状態のスピンチャック１５を上昇させ、駆動軸２２方向上向きに加速し、所定の大きさの加速度を半導体基板３に加えると同時に、モータ２１によってスピンチャック１５を矢印Ｐ方向に軸Ｏを回転中心にして回転駆動する。そして半導体基板３を所定時間高速回転することによって付着している水滴５を脱離させ、半導体基板３を乾燥する。
【００２２】
このようにして、ふっ酸処理によって基板面４が疎水面４ｙとなっている半導体基板３の乾燥が行われるが、その際の水滴５ｙの脱離は、次のようになる。
【００２３】
ふっ酸処理、純水リンス直後の半導体基板３の疎水面４ｙとなっている基板面４に付着する水滴５ｙは、図３に示すように大きな接触角αｙを持って基板面４に付着している。そして、直動アクチュエータ２３を作動させて停止状態の半導体基板３を上昇させ、上向きに加速して所定の加速度を加えると、基板面４に付着する水滴５ｙは、加速度を受けて変形し、一時的に小さな接触角αｙ′となり、転がり摩擦係数μｒ′が大きくなる。この時、同時に半導体基板３が回転を始めるので、水滴５ｙは転がり運動を行わずに、半導体基板３と共に軸Ｏを回転中心とした公転運動を始める。
【００２４】
このように水滴５ｙが半導体基板３と共に回転を始めた瞬間、そのうちの比較的大きな質量ｍ′の水滴５ｙ′は、図４に示すように回転による遠心力Ｆｃ′と接線力Ｆｔ′を受け、その合力Ｆａ′（水滴５ｙ′が受ける力）が滑り摩擦力Ｆｓ′を超えると、半導体基板３の基板面４ｙから飛び出す。すなわち、この時の滑り摩擦力Ｆｓ′は、疎水性の基板面４ｙの滑り摩擦係数をμｓ′、水滴５ｙ′が受ける基板面４ｙの垂直抗力をＮ′とすると、
Ｆｓ′＝μｓ′Ｎ′
となり、合力Ｆａ′との関係は、
Ｆｓ′＜Ｆａ′
となる。
【００２５】
一方、小さい質量ｍ″の水滴５ｙ″については、摩擦力によって半導体基板３の基板面４ｙに留まっているが、直動アクチュエータ２３による上向きの運動が終了し、半導体基板３が等速回転運動を始めることで、水滴５ｙ″には軸Ｏに平行な方向の加速度が加わらなくなる。これにより、図５に示すように水滴５ｙ″は球状に戻り、大きな接触角αｙを持って基板面４ｙに付着した状態になり、自転運動を始める。またこの時、水滴５ｙ″は半導体基板３と共に円運動をし、軸Ｏを回転中心とした公転運動をしているので、遠心力Ｆｃ″を受けて基板面４ｙを外方に向け転がり運動を始め、同じく、半導体基板３の基板面４ｙから飛び出す。この結果、半導体基板３から大きな質量ｍ′の水滴５ｙ′、小さい質量ｍ″の水滴５ｙ″の両方共が脱離して乾燥が終了する。
【００２６】
以上の通り構成することで、基板表面４が疎水性となっている半導体基板３であっても、スピン乾燥方式により基板面４に水滴５を残すことなく乾燥させられるので、純水等の洗浄液が微量残存することで生じるウォーターマークの発生が防止でき、清浄な基板面を有する半導体基板３を得ることができ、さらに、こうして得た半導体基板３を用いることで、半導体装置製造時の歩留を向上させることが可能となる。また、上記による乾燥では、洗浄過程から乾燥過程に入り、乾燥を開始した後直ぐに水滴５の基板面４からの脱離が起こるので、半導体基板３の乾燥が速やかに行われる。
【００２７】
なお、上記の実施形態においては半導体基板３を上昇させると同時に軸Ｏを回転中心にして回転させ、軸Ｏ方向の加速度と回転を同時に半導体基板３上の水滴５に加えるようにしたが、半導体基板３を回転させた状態で上昇させ、半導体基板３上の水滴５に軸Ｏ方向の加速度を回転させた状態で加えるようにしてもよい。
【００２８】
次に、第２の実施形態を示す図６の装置の斜視図により説明する。なお、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、第１の実施形態と異なる本実施形態の構成について説明する。また図示しない第１の実施形態と同一符号の部分は、第１の実施形態と同様に構成されている。
【００２９】
図６において、３５は洗浄乾燥装置であり、この洗浄乾燥装置３５は、円筒状のカップ１４と、半導体基板３をカップ１４内に水平に保持して昇降及び高速回転させるスピンチャック１５と、スピンチャック１５を駆動する駆動部３６を備えて構成されている。そして、カップ１４の底板１２には、中心部を貫通するように駆動部３６の軸受部材２０が設けられ、また軸受部材２０には、スピンチャック１５とこれをカップ１４の外底部側から回転駆動するモータ２１とを連結する駆動軸２２が軸支されている。
【００３０】
また、駆動部３６には、モータ２１と、他の駆動源である、例えば圧電素子のピエゾ素子等、高周波電圧により伸縮する高周波振動素子３７を備えたアクチュエータ３８が設けられている。振動素子３７は、その振動方向がモータ２１の駆動軸２２と平行な方向となるように設けられている。これにより、振動素子３７を動作させると、スピンチャック１５とこれに水平に保持された半導体基板３が所定周波数の高周波振動で上下方向に振動するようになっている。
【００３１】
そして、上記のように構成された洗浄乾燥装置３５での洗浄、乾燥過程は、以下の通り行われる。
【００３２】
すなわち、先ず、カップ１４内のスピンチャック１５の支持台３０の上面上に、洗浄、乾燥する半導体基板３を載置する。続いてスピンチャック１５をモータ２１によって回転させ、図示しない洗浄機構を用いて軸Ｏを回転中心にして回転する半導体基板３を、ふっ酸処理し、さらに純水によるリンスを行って洗浄過程を終了する。
【００３３】
次に、乾燥過程に入り、アクチュエータ３８の振動素子３７を作動させて、スピンチャック１５に所定振動数の駆動軸２２方向の高周波振動を加え、半導体基板３に高周波振動を加えると同時にモータ２１によってスピンチャック１５を回転駆動する。これにより水滴５は半導体基板３の回転に伴い軸Ｏを回転中心として公転を始め、さらに所定時間高速回転することにより、付着している水滴５が基板面４から脱離し、半導体基板３が乾燥する。
【００３４】
このようにして、ふっ酸処理によって疎水性となっている半導体基板３の基板面４ｙにおいても、確実に水滴５が脱離して乾燥が行われる。また、この乾燥過程では、半導体基板３を上昇させるだけではないので、上昇させるだけの場合に軸Ｏ方向上向きに等速度運動する時、上昇速度に応じた風圧の影響を受けて水滴５の転がり摩擦係数μｒが若干大きくなり、公転を始めた水滴５の脱離に影響が出るという問題がなくなる。
【００３５】
すなわち、半導体基板３を軸Ｏ方向に振動素子３７で振動させ、付着している水滴５に加速度を与えることになり、この時の振動が高周波振動であるため上向きの速度は小さく、かつ下向きの加速度も発生するので、装置外からのダウンフローによる風圧の影響を消すようになり、水滴５の転がり摩擦係数μｒを小さくすることができ、速やかに水滴５を基板面４ｙから脱離させることができる。
【００３６】
以上、本実施形態においても第１の実施形態と同様に、速やかに疎水性の基板面４ｙから水滴５を脱離させることができ、清浄な基板面を有する半導体基板３を得ることができる。
【００３７】
なお、上記の実施形態においてはアクチュエータ３８が振動素子３７のみを備えたものとしたが、振動素子３７と直動アクチュエータの両方を備えたものとし、直動アクチュエータによってスピンチャック１５をカップ１４内で昇降させるようにしてもよい。
【００３８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、半導体基板を洗浄した基板面が疎水面であっても、ウォーターマークを発生する虞が少なく、速やかに乾燥することができ、また半導体装置製造時の歩留を向上させることが可能となる等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における装置の一部を切欠して示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における装置の部分斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態における乾燥開始前の疎水性半導体基板表面の水滴付着状態を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態における乾燥開始直後に回転軸方向上向きに加速した時の疎水性半導体基板表面の大きい質量の水滴の付着状態を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態における乾燥運転時の回転軸方向加速度がなくなった後の疎水性半導体基板表面の小さい質量の水滴の付着状態を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施形態における装置の斜視図である。
【図７】従来技術における模式的に示す装置要部の側面図である。
【図８】従来技術に係る半導体基板表面が親水面である場合の水滴付着状態を示す図である。
【図９】従来技術に係る半導体基板表面が疎水面である場合の水滴付着状態を示す図である。
【図１０】図９におけるＡ矢方向から見た水滴付着状態を示す図である。
【符号の説明】
３…半導体基板
１５…スピンチャック
１６…駆動部
２１…モータ
２２…駆動軸
２３…直動アクチュエータ
２４…直動軸
２８…チャック部
３７…振動素子
【図１】
2004327490.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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