JP2007150164A - Substrate washing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体ウェハ等の基板の洗浄方法に関するものである。 The present invention relates to a method for cleaning a substrate such as a semiconductor wafer.
半導体ウェハ等の基板の製造工程においては、基板の表面に付着したパーティクル、有機物、および金属等の汚染物質の除去すなわち洗浄が行なわれている。これらの汚染物質の洗浄工程では、従来、薬液および純水等と汚染物質との化学反応を利用した化学洗浄、超音波の物理力または液体とガスとを混合して噴射する2流体ジェット等の物理力によって汚染物質を吹き飛ばす物理洗浄、および、化学洗浄と物理洗浄との組合せかなる洗浄が行なわれてきた。 In the manufacturing process of a substrate such as a semiconductor wafer, contaminants such as particles, organic substances, and metals adhering to the surface of the substrate are removed, that is, washed. In the cleaning process of these pollutants, conventionally, chemical cleaning using a chemical reaction between a chemical solution and pure water and the pollutant, a two-fluid jet that jets a mixture of ultrasonic physical force or liquid and gas, etc. Physical cleaning that blows away contaminants by physical force and cleaning that is a combination of chemical cleaning and physical cleaning have been performed.
超音波洗浄は、基板の表面に付着したパーティクルの除去のために有効な物理洗浄である。この洗浄方法においては、超音波によって処理溶液中に発生するキャビテーション現象(Cavitation)に起因する物理力によってパーティクルが除去されると考えられている。キャビテーション現象とは、液体中に圧力が極度に低い部分が生じ、その部分の液体が気化することによって、非常に短い期間、蒸気の空洞が生まれる現象である。より具体的には、超音波洗浄においては、蒸気の空洞が消滅するときの衝撃力によって、基板上のパーティクルが除去されると考えられている。 Ultrasonic cleaning is effective physical cleaning for removing particles adhering to the surface of the substrate. In this cleaning method, it is considered that particles are removed by a physical force resulting from a cavitation phenomenon (Cavitation) generated in a processing solution by ultrasonic waves. The cavitation phenomenon is a phenomenon in which a part having an extremely low pressure is generated in a liquid, and the liquid in the part is vaporized, thereby generating a vapor cavity for a very short period. More specifically, in ultrasonic cleaning, it is considered that particles on a substrate are removed by an impact force when a vapor cavity disappears.
一般に、半導体ウェハ等の基板洗浄装置は、バッチ式洗浄装置(Batch Processing Cleaning Equipment)と枚葉式洗浄装置(Single Wafer Processing Cleaning Equipment)とからなる。超音波洗浄装置(Megasonic Cleaning Equipment)においても、バッチ式の洗浄装置と枚葉式の洗浄装置とが存在する。 In general, a substrate cleaning apparatus for a semiconductor wafer or the like includes a batch type cleaning apparatus (Batch Processing Cleaning Equipment) and a single wafer type cleaning apparatus (Single Wafer Processing Cleaning Equipment). Also in the ultrasonic cleaning equipment (Megasonic Cleaning Equipment), there are a batch type cleaning apparatus and a single wafer type cleaning apparatus.
バッチ式の超音波洗浄装置においては、処理槽内に設置された超音波振動子によって処理溶液中に超音波が導入された状態で、ウェハ1枚〜数十枚が処理溶液中に一度に浸漬され、ウェハが洗浄される。 In a batch-type ultrasonic cleaning apparatus, one to several tens of wafers are immersed in the processing solution at a time with the ultrasonic wave introduced into the processing solution by the ultrasonic vibrator installed in the processing tank. And the wafer is cleaned.
枚葉式の超音波洗浄装置の方式には、ノズルタイプ(Nozzle Type)および近接タイプ(Proximity Type)またはバータイプ(Bar Type)等の多数の方式が存在する。たとえば、ノズルタイプの洗浄装置を用いる場合においては、ノズルに取付けられた超音波振動子によって超音波が導入されている処理溶液がウェハに噴射され、1枚ずつウェハが洗浄処理される。また、近接タイプまたはバータイプの洗浄装置を用いる場合においては、ウェハとバーとの間に処理溶液が充填され、バーに取付けられた超音波振動子によって処理溶液中に超音波が導入され、1枚ずつウェハが洗浄される。 There are a number of systems such as a nozzle type (Nozzle Type), a proximity type (Proximity Type), and a bar type (Bar Type) in the system of the single wafer type ultrasonic cleaning apparatus. For example, when a nozzle type cleaning apparatus is used, a processing solution into which ultrasonic waves have been introduced is injected onto the wafer by an ultrasonic transducer attached to the nozzle, and the wafers are cleaned one by one. In the case of using a proximity type or bar type cleaning apparatus, a processing solution is filled between the wafer and the bar, and ultrasonic waves are introduced into the processing solution by an ultrasonic vibrator attached to the bar. The wafers are cleaned one by one.
これらの従来の超音波を用いた洗浄方法に共通している点は、バッチ式の洗浄装置および枚葉式の洗浄装置のいずれの場合にも、室温(約20℃程度)または高温の処理溶液を用いているということである。
近年、半導体デバイスの微細化に伴って、基板の表面上に形成されたパターンの微細化が進んでいる。微細パターンが形成された基板の表面に超音波洗浄を施すと、キャビテーションに起因した物理力によって基板の表面が損傷してしまう。 In recent years, with the miniaturization of semiconductor devices, the miniaturization of patterns formed on the surface of a substrate has progressed. When ultrasonic cleaning is performed on the surface of a substrate on which a fine pattern is formed, the surface of the substrate is damaged by physical force due to cavitation.
たとえば、微細パターンが形成されたウェハ表面の洗浄においては、従来から、バッチ式洗浄装置を用いて、室温(20℃)以上の温度でのAPM(アンモニア/過酸化水素水/純水の混合液)等のアルカリ性の薬液(Chemical)を用いる化学洗浄と、超音波を用いる物理洗浄との組合せ洗浄(APM中での超音波洗浄(Megasonic Cleaning))が広く用いられてきた。 For example, in the cleaning of a wafer surface on which a fine pattern is formed, conventionally, a batch type cleaning apparatus is used to mix APM (ammonia / hydrogen peroxide solution / pure water) at a temperature of room temperature (20 ° C.) or higher. ) And other chemical cleaning using an alkaline chemical solution (Chemical) and physical cleaning using ultrasonic waves (Ultrasonic cleaning in APM) has been widely used.
この組合せ洗浄を用いる場合、半導体デバイスが微細化されるにつれて、超音波に起因した微細パターンの損傷が顕著になっている。微細パターンの損傷は、半導体デバイスにとって致命的な欠陥になる。一方、微細パターンの損傷の発生を抑制するために、超音波洗浄を行わずに、薬液洗浄のみを行うと、洗浄能力が極端に低くなってしまう。洗浄能力が低いと、ウェハ表面に付着したパーティクルおよび有機物等の汚染に起因して歩留まりが低下する。 When this combination cleaning is used, as the semiconductor device is miniaturized, the damage of the fine pattern due to the ultrasonic wave becomes remarkable. The damage of a fine pattern becomes a fatal defect for a semiconductor device. On the other hand, in order to suppress the occurrence of damage to the fine pattern, if only the chemical cleaning is performed without performing the ultrasonic cleaning, the cleaning ability becomes extremely low. If the cleaning ability is low, the yield decreases due to contamination of particles and organic substances adhering to the wafer surface.
また、ノズルおよびバーなどを用いる枚葉式の超音波洗浄も開発されているが、それらの方法においても、バッチ式超音波洗浄と同様、超音波が基板の表面を損傷させてしまう。そのため、それらの方法も微細パターンを有する基板の洗浄方法として用いることはできない。 In addition, single-wafer ultrasonic cleaning using a nozzle, a bar, and the like has been developed. In these methods, as in batch ultrasonic cleaning, ultrasonic waves damage the surface of the substrate. Therefore, these methods cannot be used as a method for cleaning a substrate having a fine pattern.
近年では、窒素等を用いて超音波洗浄のための処理溶液中の溶存ガス量を増加させることによって、基板の表面の損傷の発生を抑制する方法が検討されている。しかしながら、この方法によれば、基板の表面の損傷の発生を抑制しようとすると、洗浄能力が不十分になってしまう。 In recent years, methods for suppressing the occurrence of damage on the surface of a substrate by increasing the amount of dissolved gas in a processing solution for ultrasonic cleaning using nitrogen or the like have been studied. However, according to this method, if it is attempted to suppress the occurrence of damage on the surface of the substrate, the cleaning ability becomes insufficient.
本発明は、上述の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、微細パターンを損傷の発生を抑制しながら、洗浄能力を向上させ得る基板洗浄方法を提供することである。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a substrate cleaning method capable of improving the cleaning capability while suppressing the occurrence of damage to a fine pattern.
本発明の基板洗浄方法は、処理溶液中の溶存ガスのキャビテーション現象に起因する物理力を利用して基板に付着したパーティクルを除去する超音波洗浄を用いた基板洗浄方法である。また、基板を超音波洗浄するときの処理溶液の温度が18℃以下である。なお、溶存ガスが、オゾンを含まない1または2種類以上のガス、および、オゾンを含む複数種類のガスのいずれかである。要するに、溶存ガスとしては、オゾン単体以外であれば、いかなるガスが用いられてもよい。 The substrate cleaning method of the present invention is a substrate cleaning method using ultrasonic cleaning that removes particles adhering to a substrate using physical force resulting from a cavitation phenomenon of dissolved gas in a processing solution. Further, the temperature of the treatment solution when ultrasonically cleaning the substrate is 18 ° C. or lower. The dissolved gas is one of one or more kinds of gases not containing ozone and a plurality of kinds of gases containing ozone. In short, any gas other than ozone alone may be used as the dissolved gas.
本発明によれば、高い洗浄能力を得ながら、基板の損傷の発生を抑制することができる。なお、前述の基板洗浄方法に使用される洗浄装置は、バッチ式の洗浄装置および枚葉式の洗浄装置のいずれであってよい。また、枚葉式の洗浄装置は、ノズルタイプ、バータイプ、および接近タイプのいずれであってもよい。 According to the present invention, it is possible to suppress the occurrence of substrate damage while obtaining a high cleaning ability. The cleaning apparatus used in the above-described substrate cleaning method may be either a batch type cleaning apparatus or a single wafer type cleaning apparatus. The single wafer cleaning device may be any of a nozzle type, a bar type, and an approach type.
まず、本発明の実施の形態の基板洗浄方法の技術思想を説明する。
超音波によって基板の表面上のパーティクルが除去される場合にパーティクルに作用する物理力は、処理溶液中で発生するキャビテーションに起因して作用する物理力であると考えられる。一方、超音波によって基板の表面上に形成された微細パターンが損傷する場合に微細パターンに作用する物理力も、同様に、キャビテーションに起因して作用する物理力であると考えられる。
First, the technical idea of the substrate cleaning method according to the embodiment of the present invention will be described.
It is considered that the physical force acting on the particles when the particles on the surface of the substrate are removed by ultrasonic waves is the physical force acting due to cavitation generated in the treatment solution. On the other hand, when the fine pattern formed on the surface of the substrate is damaged by the ultrasonic wave, the physical force acting on the fine pattern is also considered to be the physical force acting due to cavitation.
しかしながら、微細パターンを損傷させる物理力は、パーティクルを除去する物理力よりも大きいと考えられる。したがって、微細パターンを損傷させる物理力は、主として、エネルギの大きな水蒸気のキャビテーションに起因した物理力であり、一方、パーティクルを除去するための物理力は、主として、エネルギの小さな溶存ガスのキャビテーションに起因して作用する物理力であると考えられる。 However, the physical force that damages the fine pattern is considered to be greater than the physical force that removes the particles. Therefore, the physical force that damages the fine pattern is mainly due to the cavitation of water vapor with a large energy, while the physical force for removing particles is mainly due to the cavitation of a dissolved gas with low energy. It is thought that it is a physical force acting as a.
そのため、本発明の基板洗浄方法においては、超音波洗浄に用いる処理溶液の温度が従来の処理溶液の温度よりも低く設定されている。具体的には、超音波洗浄に用いる処理溶液の温度が18℃以下に下げられている。それによって、処理溶液中の水蒸気の発生が抑制される。その結果、エネルギの大きな物理力を発生させる水蒸気のキャビテーションの発生が抑制される。一方、エネルギの小さな溶存ガスのキャビテーションは促進される。したがって、微細パターンの損傷の発生が抑制されるとともに、基板からパーティクルを除去する能力が向上している。 Therefore, in the substrate cleaning method of the present invention, the temperature of the processing solution used for ultrasonic cleaning is set lower than the temperature of the conventional processing solution. Specifically, the temperature of the treatment solution used for ultrasonic cleaning is lowered to 18 ° C. or lower. Thereby, the generation of water vapor in the treatment solution is suppressed. As a result, the occurrence of cavitation of water vapor that generates physical energy with large energy is suppressed. On the other hand, cavitation of dissolved gas with low energy is promoted. Therefore, the occurrence of damage to the fine pattern is suppressed, and the ability to remove particles from the substrate is improved.
前述のような技術思想が適切なものであるかどうかを確認するために、超音波洗浄に用いる処理溶液の温度と超音波によって洗浄される基板上の微細パターンの損傷数との関係が調べられた。その結果が、図1に示されている。 In order to confirm whether the above technical idea is appropriate or not, the relationship between the temperature of the processing solution used for ultrasonic cleaning and the number of damages of the fine pattern on the substrate cleaned by ultrasonic is examined. It was. The result is shown in FIG.
図1から、超音波洗浄に用いる処理溶液の温度が18℃以下であれば、低い出力および高い出力のいずれの超音波が用いられても、微細パターンの損傷数が低減されていることが分かる。また、超音波の処理溶液の温度を低くすることによって、従来において処理溶液に溶存していたガスの量よりも多くの量のガスを処理溶液中に溶存させることが可能になる。つまり、処理溶液の温度が18℃以下にすれば、水蒸気のキャビテーションの発生が抑制され、かつ、溶存ガスのキャビテーションの発生が促進される。その結果、微細パターンの損傷の発生を抑制しながら、洗浄能力を向上させることができる。 As can be seen from FIG. 1, when the temperature of the treatment solution used for ultrasonic cleaning is 18 ° C. or lower, the number of damages of the fine pattern is reduced regardless of whether low-power or high-power ultrasonic waves are used. . Further, by lowering the temperature of the ultrasonic treatment solution, it is possible to dissolve a larger amount of gas in the treatment solution than the amount of gas conventionally dissolved in the treatment solution. That is, when the temperature of the treatment solution is 18 ° C. or lower, the occurrence of cavitation of water vapor is suppressed and the generation of cavitation of dissolved gas is promoted. As a result, the cleaning ability can be improved while suppressing the occurrence of damage to the fine pattern.
以下、上述のような技術思想に基づいて実施された基板洗浄方法を具体的に説明する。
本実施の形態の基板洗浄方法は、半導体ウェハのような基板の表面の洗浄ために用いられる。アスペクト比が1.5以上である微細パターンが形成された基板の洗浄工程において、本実施の形態の基板洗浄方法が用いられることは、特に有効である。たとえば、実施の形態の基板洗浄方法は、半導体ウェハ製造プロセス中のゲートパターン形成後の基板洗浄およびCu配線形成プロセスにおけるトレンチパターン形成後の基板洗浄に用いられることが望ましい。
Hereinafter, the substrate cleaning method implemented based on the above technical idea will be described in detail.
The substrate cleaning method of this embodiment is used for cleaning the surface of a substrate such as a semiconductor wafer. It is particularly effective that the substrate cleaning method of the present embodiment is used in the step of cleaning a substrate on which a fine pattern having an aspect ratio of 1.5 or more is formed. For example, the substrate cleaning method of the embodiment is desirably used for substrate cleaning after gate pattern formation in a semiconductor wafer manufacturing process and substrate cleaning after trench pattern formation in a Cu wiring formation process.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態の基板洗浄方法を説明する。なお、各図において、同一の参照符号が付されている部位に関しては、同一の構造および機能を有するため、その説明は、必要がなければ、繰り返さない。 Hereinafter, a substrate cleaning method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, in each figure, since it has the same structure and function regarding the site | part to which the same referential mark is attached | subjected, the description is not repeated if it is not necessary.
実施の形態1.
図2は、実施の形態1のバッチ式の洗浄装置を用いる基板洗浄方法を説明するための概略図である。本バッチ式の洗浄装置は、基板1を洗浄するために、処理槽2、処理槽3、および水洗槽(図示せず)のそれぞれを少なくとも1つ備えている。処理槽2においては、室温(20℃)以上の温度で薬液処理(Chemical Treatment)が行われる。処理槽3においては、低温(18℃以下)の温度の処理溶液中で超音波洗浄(Megasonic Cleaning)が行われる。水洗槽においては、純水(Pure Water)を用いた洗浄が行われる。
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a substrate cleaning method using the batch type cleaning apparatus of the first embodiment. The batch type cleaning apparatus includes at least one
処理槽2は、温度センサ5aおよびヒータ6を備えており、薬液ミキシング部8に接続されている。ヒータ6は、処理槽2内の処理溶液の温度を100℃まで上昇させることができる。処理槽2内の処理溶液の温度は、温度センサ5aによって検知され、その温度を示す信号が温度センサ5aから温度モニタ/制御部7へ送信される。温度モニタ/制御部7は、前述の信号に基づいて、ヒータ6を制御して、処理槽2内の処理溶液の温度を調整する。また、薬液ミキシング部8は、工場から薬液および純水が供給され、処理槽2内に純水および薬液を供給する。なお、薬液としては、H2O2、NH4OH、HF、NH4F、HCl、およびH2SO4のうち少なくともいずれか1つが用いられる。
The
処理槽3は、超音波振動子4および温度センサ5bを備えており、純水冷却部9、溶存ガス制御部10、および超音波制御部11に接続されている。超音波振動子4は、処理槽3内へ超音波を導入する。超音波の周波数および出力は、超音波制御部11によって制御される。純水冷却部9は工場から供給された純水を18℃以下の温度に冷却することができ、冷却された純水を処理槽3へ送り出す。処理槽3内の処理溶液の温度は、温度センサ5bによって検知され、その温度を示す信号が温度センサ5bから温度モニタ/制御部7へ送信される。温度モニタ/制御部7は、その信号に基づいて、純水冷却部9を制御して、処理槽3内の処理溶液の温度を調整する。溶存ガス制御部10は、工場から供給されたガスを処理槽3内の冷却された純水中に所望の濃度で溶存させる。
The
それにより、冷却されかつガスが溶存する純水が、処理槽3内に供給される。純水中に溶存するガスとしては、N2、H2、O2、CO2、およびArからなる群から選択された1または2種類以上のガスなどが用いられる。また、前述の溶存ガスとオゾン(O3)とからなる混合ガスなど、複数種類のガスが純水に溶存されてもよい。本実施の形態においては、これらの溶存ガスのキャビテーションに起因する物理力によって、基板1上に付着した汚染物質が除去される。また、処理槽3は、純水のオーバーフローに対処する機能を備えている。処理槽3内では、超音波処理と水洗処理とが連続して行われる。また、薬液ミキシング部8は、純水冷却部9を介して、薬液を処理槽3内に供給することもできる。
Thereby, the pure water which is cooled and in which the gas is dissolved is supplied into the
以下、本実施の形態の基板洗浄方法を具体的に説明する。
まず、基板1を処理槽2内に浸漬させる。次に、室温(20℃)以上の温度の薬液を用いて基板を洗浄する。それにより、基板1の表面に付着したレジスト、有機物、金属、パーティクル等の汚染物質、および、基板1の表面上の自然酸化膜が除去される。
Hereinafter, the substrate cleaning method of the present embodiment will be specifically described.
First, the
薬液としては、通常、次のようなものが用いられる。レジストおよび有機物の除去のためには、SPM(H2SO4/H2O2/純水の混合液)が用いられる。また、金属の除去のためには、HPM(HCl/H2O2/純水の混合液)が用いられる。また、パーティクルの除去のためには、APM(NH4OH/H2O2/純水の混合液)が用いられる。また、自然酸化膜の除去のためには、HFまたはBHF(HF/NH4F混合液)が用いられる。 The following are usually used as chemicals. SPM (H 2 SO 4 / H 2 O 2 / pure water mixture) is used to remove the resist and organic matter. Further, HPM (a mixed solution of HCl / H 2 O 2 / pure water) is used for removing the metal. Further, APM (mixture of NH 4 OH / H 2 O 2 / pure water) is used for removing particles. Further, HF or BHF (HF / NH 4 F mixed solution) is used for removing the natural oxide film.
次に、基板1が処理槽2内から処理槽3または水洗槽内へ移し変えられ、処理槽3または水洗槽(図示せず)において、純水を用いて水洗処理が行なわれる。それにより、薬液処理によって基板1の表面上から除去されたレジスト、有機物、金属、パーティクル等の汚染物質、および、溶解してイオンとなった自然酸化膜が、基板1表面上の残留薬液とともに洗い流される。
Next, the
次に、処理槽3において、超音波洗浄が行なわれる。それにより、基板1の表面上の残留パーティクルが除去される。このとき、処理溶液(主に純水)が、純水冷却部9によって、18℃よりも低い温度、好ましくは、10℃以下の温度に冷却される。これによれば、低い温度の処理溶液内において超音波洗浄が行なわれるため、基板1の表面に形成された微細パターンの損傷の発生を抑制しながら、基板1の表面上のパーティクルを除去することができる。
Next, ultrasonic cleaning is performed in the
上記のように、室温以上の薬液を用いる薬液処理と低い温度の処理溶液中における超音波処理との組合せによって、超音波処理のみが行われる洗浄と比較して、パーティクル除去能力を向上させることが可能になる。特に、薬液として、APM(アンモニア/過酸化水素水/純水の混合液)を用いる場合には、予めAPMを用いて基板1の表面が微量だけエッチングされることによって、パーティクルがリフトオフされた状態で、超音波に起因する物理力がパーティクルに作用するため、パーティクル除去能力が飛躍的に向上する。
As described above, the combination of the chemical treatment using a chemical solution at room temperature or higher and the ultrasonic treatment in a low temperature treatment solution can improve the particle removal ability as compared with cleaning in which only ultrasonic treatment is performed. It becomes possible. In particular, when APM (a mixed solution of ammonia / hydrogen peroxide solution / pure water) is used as a chemical solution, a state where particles are lifted off by etching the surface of the
また、溶存ガス制御部10が、処理槽3中にガスを溶存させる。これにより、パーティクル除去能力がさらに向上し、かつ、微細パターンの損傷の発生数がさらに低減される。ガスを処理槽3中に溶存させる工程においては、単体のガスが使用されても、複数の種類のガスからなる混合ガスが使用されてもよい。処理槽3中の溶存ガス濃度が飽和状態である場合には、処理溶液中において超音波の伝達が行われ難いため、洗浄性能が低下する。一方、処理槽3中の溶存ガス量が少な過ぎると、溶存ガスに起因するキャビテーションよりも水蒸気に起因するキャビテーションの方が多く発生するため、微細パターンの損傷してしまう。したがって、溶存ガス濃度の範囲は、飽和状態の95%以下であることが好ましく、50%〜90%であればより好ましい。
Further, the dissolved
また、超音波の周波数が高いほど、微細パターンの損傷数は低減される。ただし、超音波の周波数が高くなっても、パーティクル除去能力は変化しない。また、超音波の出力が低いほど、微細パターンの損傷数が低減されかつパーティクル除去能力が低くなる。したがって、本実施の形態の基板洗浄方法においては、超音波の周波数は、100kHz以上であることが好ましく、800kHz以上であればより好ましい。また、超音波の出力は、0.01W/cm2〜20W/cm2であることが好ましく、0.1W/cm2〜10W/cm2であればより好ましい。 Further, the higher the frequency of the ultrasonic wave, the smaller the number of damages of the fine pattern. However, the particle removal capability does not change even if the ultrasonic frequency is increased. Further, the lower the output of the ultrasonic wave, the smaller the number of damages of the fine pattern and the lower the particle removal ability. Therefore, in the substrate cleaning method of the present embodiment, the frequency of the ultrasonic wave is preferably 100 kHz or higher, and more preferably 800 kHz or higher. The output of the ultrasound is preferably 0.01W / cm 2 ~20W / cm 2 , more preferably if 0.1W / cm 2 ~10W / cm 2 .
さらに、超音波洗浄のための処理溶液に添加剤が投入されてもよい。それにより、処理溶液の凝固点が低下する。たとえば、処理溶液が純水である場合には、処理溶液中にエチレングリコールなどの添加剤が投入されると、処理溶液の凝固点が0℃より低い値になる。これによれば、さらにパーティクル除去能力の向上させることができるとともに、微細パターンの損傷の発生が抑制される。また、添加剤が処理溶液に投入されることによって、処理溶液の沸点が上昇し、蒸気圧が低くなる。それにより、水蒸気のキャビテーションの発生の頻度が減少する。そのため、基板1の表面上の微細パターンの損傷の発生が抑制される。
Furthermore, an additive may be added to the treatment solution for ultrasonic cleaning. Thereby, the freezing point of the treatment solution is lowered. For example, when the processing solution is pure water, the freezing point of the processing solution becomes lower than 0 ° C. when an additive such as ethylene glycol is added to the processing solution. According to this, the particle removal capability can be further improved, and the occurrence of damage to the fine pattern is suppressed. In addition, when the additive is added to the processing solution, the boiling point of the processing solution increases and the vapor pressure decreases. Thereby, the frequency of occurrence of water vapor cavitation is reduced. Therefore, occurrence of damage to the fine pattern on the surface of the
また、超音波洗浄に用いる処理溶液として、通常用いられる純水以外に、表面張力が純水よりも小さい液体、たとえば、酢酸、酢酸水溶液、アンモニア水、またはアルコール水溶液等が用いられてもよい。表面張力が純水よりも小さい液体が用いられれば、基板1の表面上の微細パターンの損傷の発生が抑制される。
Further, as a treatment solution used for ultrasonic cleaning, a liquid having a surface tension smaller than that of pure water, for example, acetic acid, aqueous acetic acid solution, aqueous ammonia, or aqueous alcohol solution may be used in addition to pure water that is usually used. If a liquid having a surface tension smaller than that of pure water is used, the occurrence of damage to the fine pattern on the surface of the
また、超音波洗浄に用いる処理溶液として、水の融点(0℃)よりも高くかつ超音波洗浄時の処理溶液の温度よりも低い融点を有する液体が用いられることが望ましい。たとえば、酢酸(16.6℃)または蟻酸(8.4℃)等が用いられてもよい。なお、括弧内の数字は、融点である。 Further, it is desirable to use a liquid having a melting point higher than the melting point of water (0 ° C.) and lower than the temperature of the processing solution at the time of ultrasonic cleaning as the processing solution used for ultrasonic cleaning. For example, acetic acid (16.6 ° C.) or formic acid (8.4 ° C.) may be used. The numbers in parentheses are melting points.
ただし、処理溶液として酢酸が使用されるときには、処理溶液の温度は、16.6℃よりも高くかつ18℃以下の温度に調節される。また、処理溶液として蟻酸が使用されるときには、処理溶液の温度は、8.4℃よりも高くかつ18℃以下の温度に調整される。その理由は、処理溶液の温度が処理溶液の融点よりも低ければ、処理溶液が液体から固体へ変化してしまうためである。また、前述のように、処理溶液の融点が純水の融点(0℃)よりも高ければ、処理溶液の蒸気圧が低下される。その結果、処理溶液中での気泡の発生が抑制されるため、キャビテーションの発生が抑制される。つまり、処理溶液を低温化することよって得られる効果と同様の効果が得られる。 However, when acetic acid is used as the treatment solution, the temperature of the treatment solution is adjusted to a temperature higher than 16.6 ° C and lower than 18 ° C. When formic acid is used as the treatment solution, the temperature of the treatment solution is adjusted to a temperature higher than 8.4 ° C. and 18 ° C. or lower. The reason is that if the temperature of the processing solution is lower than the melting point of the processing solution, the processing solution changes from liquid to solid. Further, as described above, when the melting point of the treatment solution is higher than the melting point (0 ° C.) of pure water, the vapor pressure of the treatment solution is lowered. As a result, the generation of bubbles in the treatment solution is suppressed, so that the occurrence of cavitation is suppressed. That is, the same effect as that obtained by lowering the temperature of the treatment solution can be obtained.
また、超音波洗浄に用いる処理溶液として、通常用いられる純水以外に、薬液、たとえば、H2O2、NH4OH、HF、NH4F、HCl、もしくはH2SO4等、または、これらの混合物が用いられてもよい。たとえば、前述のAPM等の薬液は、純水に比較して、超音波洗浄に起因する微細パターンの損傷の発生を抑制することが知られている。したがって、冷却された薬液を用いて超音波洗浄することによって、さらに微細パターンの損傷の発生が抑制される。 Further, as a treatment solution used for ultrasonic cleaning, in addition to the pure water usually used, a chemical solution such as H 2 O 2 , NH 4 OH, HF, NH 4 F, HCl, H 2 SO 4 , or the like, or these May be used. For example, it is known that the aforementioned chemical solution such as APM suppresses the occurrence of fine pattern damage due to ultrasonic cleaning, as compared with pure water. Therefore, the ultrasonic cleaning using the cooled chemical solution further suppresses the occurrence of damage to the fine pattern.
次に、処理槽3または水洗槽(図示せず)において、再度、純水を用いて水洗処理が行われる。それにより、超音波洗浄によって除去されたパーティクルが洗い流され、基板1の表面上に再度付着することが抑制される。最後に、乾燥槽(図示せず)において、基板1の乾燥が行なわれる。
Next, in the
次に本実施の形態の変形例の基板洗浄方法を説明する。
図3は、本実施の形態の洗浄装置の第1の変形例を示す概略図である。第1の変形例の洗浄装置は、処理槽3が密閉チャンバ12内に存在すること以外は、前述の本実施の形態の洗浄装置と同様である。密閉チャンバ12内には工場からガスが供給される。処理槽3での超音波洗浄においては、密閉チャンバ12内にガスが供給されることによって、密閉チャンバ12内の空間が高圧状態になるため、処理溶液は加圧された状態になる。これにより、処理溶液中の水蒸気のキャビテーションの発生が抑制されるため、超音波に起因する微細パターンの損傷の発生が抑制される。
Next, a substrate cleaning method according to a modification of the present embodiment will be described.
FIG. 3 is a schematic diagram showing a first modification of the cleaning apparatus of the present embodiment. The cleaning device of the first modification is the same as the cleaning device of the present embodiment described above, except that the
図4は、本実施の形態の洗浄装置の第2の変形例を示す概略図である。第2の変形例の洗浄装置は、少なくとも1つの処理槽2に超音波振動子4およびヒータ6の双方が設けられている。超音波振動子4は、超音波制御部11によって制御される。また、処理槽2内の処理溶液の温度を測定するための温度センサ5が設けられており、温度センサ5が取得した温度情報が温度モニタ/制御部7へ送信される。それにより、温度モニタ/制御部7は、その温度情報に基づいて、ヒータ6を制御し、処理溶液の温度を調節する。また、温度モニタ/制御部7は、その温度情報に基づいて、純水冷却部9を制御して、純水の温度を調節する。純水冷却部9において温度調整された純水は溶存ガス制御部10へ送られる。溶存ガス制御部10においては、前述のようなガスと純水とが混合される。その後、ガスと純水とが混合された混合水が、処理槽2内へ送り込まれる。また、薬液ミキシング部8においては、薬液と純水とが混合される。薬液と純水との混合液は、処理槽2内へ送り込まれる。また、処理槽2は、純水のオーバーフローを処理する機能を備えている。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a second modification of the cleaning apparatus of the present embodiment. In the cleaning device of the second modified example, both the
本実施の形態の洗浄装置の第2の変形例によれば、1つの処理槽2において室温(20℃)以上の温度の薬液を用いて薬液洗浄、低温での超音波洗浄、および水洗処理が連続して行なわれる。
According to the second modification of the cleaning device of the present embodiment, chemical processing, ultrasonic cleaning at low temperature, and water cleaning processing using a chemical at a temperature of room temperature (20 ° C.) or higher in one
次に、図4に示す洗浄装置を用いた、第2の変形例の基板洗浄方法を説明する。
まず、基板1を処理槽2内に浸漬させる。その後、室温(20℃)以上の温度の薬液を用いて薬液洗浄が行われる。それにより、基板1の表面に付着したレジスト、有機物、金属パーティクル等の汚染物質、および基板1の表面上の自然酸化膜が予め除去される。
Next, a substrate cleaning method according to a second modification using the cleaning apparatus shown in FIG. 4 will be described.
First, the
次に、処理槽2内の純水が、連続的に、外部にオーバーフローされ、基板1の水洗浄が行われる。次に、処理槽2内に、18℃以下の温度、好ましくは10℃以下の温度の溶存ガスを有する純水が充填され、連続的に、超音波処理が行なわれる。それにより、基板1の表面上のパーティクルが除去される。次に、処理槽2内の純水が再度外部にオーバーフローされ、基板1の水洗浄が行われる。最後に、乾燥槽(図示せず)において基板1の乾燥が行われる。
Next, the pure water in the
前述のような第2の変形例の基板洗浄方法によれば、基板1が大気に曝されることなく、1つの処理槽2内において、薬液洗浄と低温の処理溶液を用いた超音波洗浄とが連続的に行われる。そのため、パーティクルが基板1へ再度付着することが抑制される。また、洗浄装置の小型化を図ることが可能になる。
According to the substrate cleaning method of the second modification as described above, the chemical cleaning and the ultrasonic cleaning using the low temperature processing solution are performed in one
前述の各洗浄方法によれば、微細パターンを損傷の発生を抑制しながら、高いパーティクル除去能力が得られる超音波洗浄を行うことができる。これにより、半導体装置等の製品の歩留まりが向上する。 According to each of the above-described cleaning methods, it is possible to perform ultrasonic cleaning that provides high particle removal capability while suppressing the occurrence of damage to the fine pattern. Thereby, the yield of products such as semiconductor devices is improved.
実施の形態2.
次に、図5を用いて、本発明の実施の形態2の基板洗浄方法を説明する。図5は、実施の形態2の枚葉式の洗浄装置を示す概略図である。
Next, the substrate cleaning method according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a single wafer cleaning apparatus according to the second embodiment.
本実施の形態の洗浄装置は、ノズルタイプであり、室温(20℃)以上の温度の薬液を用いて薬液洗浄を行うことが可能な1または複数の薬液ノズル108と、超音波が導入された低温の処理溶液を放出することが可能である1または複数の超音波ノズル105と、純水を放出して水洗浄することが可能である1または複数のノズル(図示せず)とを備えている。
The cleaning apparatus according to the present embodiment is a nozzle type, and one or a plurality of chemical
図5に示す洗浄装置においては、基板101は、チャックピン102によって保持されており、チャックピン102は、プレート103上に固定されている。プレート103は、モータ104によって所望の回転数で回転させられる。それにより、プレート103およびチャックピン102が回転する。したがって、基板101が回転する。
In the cleaning apparatus shown in FIG. 5, the
薬液ノズル108には、工場から純水および薬液が供給される。純水は、ヒータ112によって加熱され、その温度が100℃まで上昇する。薬液ミキシング部111において加熱された純水と薬液とが混合され、混合薬液が薬液ノズル108から基板101の表面上に吐出される。
The
また、超音波ノズル105には、工場から純水およびガスが供給される。純水は、純水冷却部109によって、18℃以下の温度に冷却される。また、冷却された純水には、溶存ガス制御部110において、ガスが混入される。ガスが混入された冷却水は、超音波ノズル105に供給される。超音波ノズル105は、超音波振動子106を備えており、超音波振動子106は超音波制御部107によって制御される。したがって、超音波ノズル105から、超音波が導入され、冷却され、かつガスが溶存している純水が、基板101の表面に吐出される。
The
次に、図5に示す洗浄装置を用いる基板洗浄方法を具体的に説明する。
まず、基板1が、プレート103上に載置され、チャックピン102によって保持される。次に、モータ104が回転し、プレート103およびチャックピン102とともに、基板1が所望の回転数で回転する。
Next, a substrate cleaning method using the cleaning apparatus shown in FIG. 5 will be specifically described.
First, the
次に、薬液ノズル108から基板1に向かって、室温(20℃)以上の温度の薬液が吐出される。それにより、基板101の表面上に付着したレジスト、有機物、金属、パーティクル等の汚染物質、および基板101の表面上の自然酸化膜を予め除去される。薬液としては、H2O2、NH4OH、HF、NH4F、HCl、もしくはH2SO4等、または、これらの混合物が用いられ得るが、特に、前述APM等の薬液が用いられることが望ましい。つまり、薬液の種類および用途は、実施の形態1においての基板洗浄方法に用いられた薬液の種類および用途と同様である。
Next, a chemical solution having a temperature of room temperature (20 ° C.) or more is discharged from the
次に、基板1が回転している間に、水洗ノズル(図示せず)から純水が放出され、基板1の水洗浄が行われる。それにより、薬液処理によって基板1の表面上から除去された汚染物質および溶解してイオンとなった自然酸化膜が、基板1の表面上の残留薬液とともに洗い流される。
Next, while the
次に、基板101が回転している状態で、超音波ノズル105から処理溶液、すなわち、超音波が導入され、冷却され、かつガス溶存している純水が吐出される。それにより、基板1の表面上の残留パーティクルが除去される。このとき、超音波が導入されかつガスが溶存している純水は、純水冷却部109によって18℃以下の温度、好ましくは10℃以下の温度に冷却されている。
Next, while the
このように、低温の処理溶液を用いて超音波洗浄を行うため、基板1の表面上に形成された微細パターンが損傷することが抑制されるとともに、基板1の表面上のパーティクルを除去する能力が向上する。なお、処理溶液には、実施の形態1と同様に、表面張力が純水よりも小さい酢酸、酢酸水溶液、アンモニア水、またはアルコール水が用いられ得る。また、実施の形態1と同様に、純水の凝固点を0℃より低くするための添加剤としてエチレングリコールが処理溶液に混入されてもよい。また、実施の形態1と同様に、処理溶液として、水よりも融点が高くかつ超音波洗浄が行われるときの処理溶液の温度よりも低い融点を有する酢酸または蟻酸が用いられてもよい。
As described above, since ultrasonic cleaning is performed using a low-temperature treatment solution, it is possible to suppress damage to a fine pattern formed on the surface of the
このとき、18℃以下に冷却された純水が図示しないノズルから基板1の裏面に向かって吐出されてもよい。それにより、基板1の裏面が冷却されるため、超音波の処理溶液を低温にすることによって得られる効果と同様の効果が得られる。
At this time, pure water cooled to 18 ° C. or less may be discharged from a nozzle (not shown) toward the back surface of the
また、基板1の裏面が、ヒータまたは赤外線ランプ等の基板1を加熱する手段(図示せず)によって、加熱されてもよい。基板1の裏面を加熱することによって、基板1の表面の近傍の処理溶液中の化学反応が促進されるため、パーティクル除去能力が向上する。
Further, the back surface of the
また、溶存ガス制御部110は、純水中にガスを溶存させる。これにより、さらなるパーティクル除去能力が向上し、かつ、微細パターンの損傷の発生が抑制される。また、純水中に溶存するガスとしては、N2、H2、O2、CO2、およびArからなる群から選択された1または2種類以上のガスなどが用いられる。また、前述の溶存ガスとO3とからなる混合ガスなど、複数種類のガスが純水に溶存されてもよい。また、溶存ガス濃度の範囲は、飽和状態の95%以下であることが好ましく、50%〜90%であればより好ましい。つまり、溶存ガスの種類および溶存ガス量は、実施の形態1の基板洗浄方法における溶存ガスの種類および溶存ガス量と同様である。
The dissolved
また、超音波の周波数は、1MHz以上であり、好ましくは、1.5MHz以上である。また、超音波の出力は、0.01W/cm2〜20W/cm2、好ましくは、0.1W/cm2〜10W/cm2である。 Moreover, the frequency of an ultrasonic wave is 1 MHz or more, Preferably, it is 1.5 MHz or more. Further, the output of the ultrasonic wave, 0.01W / cm 2 ~20W / cm 2, preferably, 0.1W / cm 2 ~10W / cm 2.
次に、基板1が回転している状態で、再度、水洗ノズルから純水が吐出され、基板101の水洗浄が行われる。それにより、超音波洗浄によって除去されたパーティクルが洗い流される。その結果、基板1の表面上に再度パーティクルが付着することが抑制される。最後に、基板101を高速で回転させることによって、基板101を乾燥させる。
Next, in a state where the
図6は、本実施の形態の基板洗浄方法に用いられる洗浄装置の変形例を示す概略図である。図6に示す洗浄装置は、近接タイプまたはバータイプの洗浄装置であり、図5に示す超音波ノズル105の代わりに、超音波振動子150が設けられていること以外の点においては、図5に示す洗浄装置と同様である。また、図6に示す洗浄装置を用いた洗浄方法は、図5に示す洗浄装置を用いた洗浄方法と同様である。図6に示す洗浄装置においては、基板101と超音波振動子150との間に処理溶液が充填され、超音波振動子150によって超音波が処理溶液に導入され、基板101の表面の超音波洗浄が行われる。このとき、処理溶液として、前述の超音波洗浄方法と同様に、18℃以下の低温の純水が用いられるため、基板1の表面上に形成された微細パターンを損傷させずに、基板1の表面上のパーティクルを除去することができる。
FIG. 6 is a schematic diagram showing a modification of the cleaning apparatus used in the substrate cleaning method of the present embodiment. The cleaning apparatus shown in FIG. 6 is a proximity type or bar type cleaning apparatus, except that an
また、超音波の周波数は、500kHz以上であり、好ましくは、1MHz以上である。また、超音波の出力は、0.01W/cm2〜20W/cm2、好ましくは、0.1W/cm2〜10W/cm2である。 Moreover, the frequency of the ultrasonic wave is 500 kHz or more, preferably 1 MHz or more. Further, the output of the ultrasonic wave, 0.01W / cm 2 ~20W / cm 2, preferably, 0.1W / cm 2 ~10W / cm 2.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内のすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 基板、2,3 処理槽、4 超音波振動子、5,5a,5b 温度センサ、6 ヒータ、7 温度モニタ/制御部、8 薬液ミキシング部、9 純水冷却部、10 溶存ガス制御部、11 超音波制御部、12 密閉チャンバ、101 基板、102 チャックピン、103 プレート、104 モータ、105 超音波ノズル、106 超音波振動子、107 超音波制御部、108 薬液ノズル、110 溶存ガス制御部、111 薬液ミキシング部、112 ヒータ、150 超音波振動子。
DESCRIPTION OF
Claims (20)
前記基板の超音波洗浄を行うときの前記処理溶液の温度が18℃以下であり、
前記溶存ガスが、オゾンを含まない1または2種類以上のガス、および、オゾンを含む複数種類のガスのいずれかである、基板洗浄方法。 A substrate cleaning method using ultrasonic cleaning that removes particles adhering to a substrate using physical force resulting from cavitation of dissolved gas in a processing solution,
The temperature of the treatment solution when performing ultrasonic cleaning of the substrate is 18 ° C. or less,
The substrate cleaning method, wherein the dissolved gas is one or more kinds of gases not containing ozone and a plurality of kinds of gases containing ozone.
前記処理溶液の凝固点が前記添加剤によって下げられている、請求項1に記載の基板洗浄方法。 An additive is included in the treatment solution;
The substrate cleaning method according to claim 1, wherein a freezing point of the processing solution is lowered by the additive.
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