JP2603020B2

JP2603020B2 - 半導体ウエハの洗浄方法及び洗浄装置

Info

Publication number: JP2603020B2
Application number: JP4012070A
Authority: JP
Inventors: 紀義真下; 勝弥奥村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-01-28
Filing date: 1992-01-27
Publication date: 1997-04-23
Anticipated expiration: 2012-04-23
Also published as: JPH0541369A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウェハの洗浄方
法およびその洗浄装置に関し、特に、半導体ウェハの表
面から金属不純物、パーティクルを効果的に除去する洗
浄方法およびその洗浄装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】超ＬＳＩの不良原因の中では、半導体ウ
エハに付着した不所望な金属不純物や、異物微粒子（パ
ーティクル）に起因するパターン欠陥が大部分を占めて
いる。パーティクルはスパッタ工程やイオン注入工程や
プラズマＣＶＤ工程などで付着するので、半導体ウエハ
の洗浄は、それぞれの工程において生ずるパーティクル
の物質に応じて複数種の薬液処理と超純水リンスとを組
み合せて、洗浄を繰り返すことが必要である。また半導
体ウエハの表面では、自然酸化膜を除去したり表面を活
性化することが行われ、そのためにも薬液処理が頻繁に
行われている。

【０００３】図５に従来の洗浄装置の例を示す。図５に
おいて、１は所定の薬液を収容する薬品容器、２は薬品
容器から薬液を移送するポンプ、３はフィルタ、４は移
送された薬液と純水供給ライン５からの超純水とを計量
し混合して洗浄液を調製する計量・混合タンク、６は半
導体ウエハ７を処理する洗浄槽、８はリンス用超純水を
供給するラインである。

【０００４】上記図５の洗浄装置による洗浄方法は、薬
液を充填した薬品容器１を洗浄装置から離れた薬液供給
ラインの供給口に取り付け、計量・混合タンク４に設け
られたレベルセンサ（図示せず）の所定レベルにまでポ
ンプ２によりフィルタ３を経由して計量・混合タンク４
に移送し、同様に純水供給ライン５からレベルセンサ
（図示せず）の所定レベルまで超純水を移送して、それ
らを混合して洗浄液を調製する。１以上の計量・混合タ
ンク内に調製された洗浄液は順次に洗浄槽内に投入され
て半導体ウエハ７の洗浄処理をした後、純水供給ライン
８からの超純水によってリンスされる。しかしながら、
前記従来の洗浄装置と洗浄方法においては、次のような
問題点を有する。（ａ）薬液は容器に充填、運搬をするので、容器から薬
液中に金属不純物、パーティクルが溶出して高純度の薬
液が得られない。

【０００５】（ｂ）薬液は薬品の希釈された水溶液であ
るので、洗浄には頻繁な薬液容器の交換が必要であり、
交換の頻度に応じて外部雰囲気からの不純物汚染が発生
する。また作業の安全確保にも多大の注意を要する。

【０００６】（ｃ) 液状薬液の取り扱いまた頻繁な薬液
容器の交換は、薬液容器の取付け場所を洗浄装置から隔
離する必要があり、必然的に洗浄槽までの配管が長くか
つ複雑になり、配管過程における薬液の漏洩や外部汚染
の侵入の機会が増大し、高純度薬液の調製が困難にな
る。

【０００７】（ｄ）薬液組成の変更は（ａ）〜（ｃ）に
挙げた事情から簡単ではなく、また薬液の計量はレベル
センサによるが、配管長の関係などから組成の精密な制
御が困難である。また、洗浄槽に純水と洗浄用のガスを
供給して洗浄液を作り、このような洗浄液中で半導体ウ
エハを洗浄する技術も、既に提案されている。

【０００８】図６は特開平２−１６４０３５号公報によ
り開示された半導体ウエハの洗浄方法を示す。図６にお
いて、１は純水貯液槽、２はヒータ、３はオゾン発生
器、４はポンプ、５はフィルタ、６は処理槽、７はガス
供給装置、および８はフィルタである。上記洗浄装置を
用いる半導体ウエハの洗浄は下記のように行われる。

【０００９】例えば、純水貯液槽１内に導入されたオゾ
ンは槽内の純水に一部溶解してオゾン含有純水が生成さ
れ、ポンプ４によってフィルタ５を通して処理槽６に供
給される。一方、この処理槽６には、ガス供給装置７か
らフィルタ８を通してアンモニアガス、塩化水素ガス、
又は二酸化窒素ガスが供給さる。このような洗浄液中で
半導体基板を洗浄することにより、基板表面上への微粒
子の付着および洗浄液からの不所望な不純物による汚染
を防止している。しかしながら、洗浄方法においても、
次のような問題点を有する。

【００１０】（ａ´）洗浄ガスとしてアンモニアガスを
使用する際、処理槽６中において、洗浄剤となるアンモ
ニア水が純水中に均一に溶解しない。即ち、所定濃度の
薬液を含む洗浄液を得ることが困難である。また、洗浄
液中の薬液の濃度を制御できない。（ｂ´）半導体基板を異なる種類の薬液を含む洗浄液に
より連続的に処理できない。（ｃ´）前の工程において残留する薬液を除去して、処
理槽内の純水を清浄に保つことが困難である。

【００１１】（ｄ´）（ａ´）において、洗浄剤となる
アンモニア水を純水中に均一に溶解するためには、攪拌
装置或いはバブラーが必要である。しかし、処理槽中に
攪拌装置のような可動部材を設けることは望ましくな
い。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
した諸問題を解決し、超高純度のガスを薬品供給源とし
て、洗浄装置内において薬液を調製し、金属不純物また
はパーティクルの付着を除去する半導体ウエハの洗浄方
法および洗浄装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体ウエハの
洗浄方法は、半導体ウエハ表面の洗浄作用または改質作
用のある少なくとも１種以上のガス状物質をミキサーに
その流量を制御して供給し、上記ガス状物質を超純水に
溶解させて所望濃度の薬液を調製し、上記薬液と超純水
とを任意の順序にかつ連続的に洗浄槽に供給して半導体
ウエハを処理洗浄をすることを特徴とする。

【００１４】そのための本発明の洗浄装置は、複数個の
半導体ウエハを洗浄する洗浄槽と、薬液および超純水と
を交互に上記洗浄槽に供給する供給ラインと、半導体ウ
エハ表面の洗浄作用または改質作用のある少なくとも１
種以上のガス状物質と上記超純水とを混合するミキサー
と、上記ミキサーに接続されたガス状物質供給ライン
と、上記ミキサーに接続された超純水供給ラインとを具
備し、薬液と超純水とを任意の順序にかつ連続的に洗浄
槽に供給して半導体ウェーハを処理洗浄をすることを特
徴とする。

【００１５】

【作用】ミキサーを洗浄槽と別個に配置し、該ミキサー
により半導体ウエハ表面の洗浄作用または改質作用のあ
るガス状物質と超純水とを混合して薬液を生成し、該薬
液を洗浄槽に供給しているので、ウエハ表面上への微粒
子の付着および洗浄液からの不所望な不純物による汚染
が防止されると共に、薬液の交換が容易になされ、薬液
による洗浄−リンスが連続的に行われる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
して説明する。図１は、洗浄液の調製および半導体ウエ
ハの洗浄を洗浄装置内で行う第一実施例を示す。

【００１７】図１において、１１ａ、１１ｂおよび１１
ｃはフッ化水素（沸点１９．５℃）、塩酸およびアンモ
ニアをそれぞれ収容した耐圧容器、１２はマスフローコ
ントローラ、１３は吸着式フィルタ又はガス精製器であ
って、１１ａ〜１３は洗浄装置１０内に納められてい
る。１４は超純水の供給ラインであり、超純水供給ライ
ン１４には、ミキサー１５が設けられる。ミキサー１５
は、フッ化水素ガスを透過し超純水を透過させない、フ
ッ素樹脂製の多数の中空糸によって構成されており、耐
圧容器１１ａから供給され、予め定められた圧力に保持
されたフッ化水素ガスは該中空糸を通過した超純水に溶
解して所定の濃度のフッ化水素酸を生成し、ミキサー１
５の洗浄槽側の供給ライン１４ａに流出する。フッ化水
素酸の濃度は、超純水の流量とフッ化水素ガスの流量と
によってのみ決まるから、濃度の制御性は極めて高く、
またこの混合操作は密閉的かつ自動的になされるから、
パーティクルの混入の可能性も極めて少ない。ライン１
４ａは洗浄槽１６に対して図示したように直接に接続さ
れていて、半導体ウエハ７の表面に形成された極めて薄
い酸化膜（自然酸化膜）がフッ化水素酸により除去され
る。所望の洗浄が終了したときに、マスフローコントロ
ーラ１２によってフッ化水素ガスを遮断すれば、ライン
１４ａには直に超純水が交換流出して半導体ウエハ７を
リンスする。

【００１８】また、耐圧容器１１ｂから塩酸ガスをミキ
サー１５に供給すれば、洗浄槽１６には塩酸を含む薬液
が供給ライン１４ａを介して供給され、半導体ウエハ７
の表面に付着した不要なＦｅ粒子が除去される。さら
に、耐圧容器１１ｃからアンモニアガスをミキサー１５
に供給することによって、洗浄槽１６にはアンモニア水
が供給され、半導体ウエハが洗浄される。

【００１９】上記したように、半導体ウエハ７に対し
て、例えば、フッ化水素酸による洗浄−超純水によるリ
ンス−塩酸による洗浄−超純水によるリンスを連続的に
行うことができる。

【００２０】図２（ａ）および図２（ｂ）は本発明で使
用するミキサー１５の概略図を示す。図から明らかなよ
うに、ミキサー１５はガス透過性を有する多数の中空糸
１５０と、これら中空糸の束を収容するケース１５１と
から成る。このケース１５１は超純水導入口１５２、薬
液導出口１５３、ガス導入口１５４およびガス導出口１
５５を有し、超純水導入口１５２から超純水を供給する
と共に、ガス導入口１５４からフッ化水素ガスを導入す
ることによって、薬液導出口１５３から薬液が得られ、
洗浄槽１６に供給される。

【００２１】図２（ｃ）はミキサー１５を形成する一本
の中空糸１５０の拡大図を示し、導入されたガスが超純
水に溶解する様子を図示している。即ち、導入されたガ
スは中空糸１５０を透過して供給された超純水に溶解さ
れ薬液が生成される。

【００２２】図３は本発明の第２実施例を示す。即ち、
１４ｂは超純水ライン１４とは別の超純水ラインであっ
て、このライン１４ｂはライン１４の洗浄槽側ライン１
４ａに結ばれてミキサー１５のガス溶解条件を変えるこ
となく薬液の濃度変更を簡便にすることができる。ま
た、半導体ウエハの洗浄後、簡単にリンスすることがで
きる。

【００２３】図４は第３実施例における洗浄装置を示
す。即ち、洗浄装置は、３台の洗浄装置２０Ａと、１台
のガス混合装置２０Ｂと、ガス混合装置２０Ｂに超純水
を供給する純水供給ライン２４と、ガス混合装置２０Ｂ
と３台の洗浄装置２０Ａとを分岐して接続する供給ライ
ン２４ａとから構成される。洗浄装置２０Ａには洗浄槽
１６とそれに関連するものが納められ、またガス混合装
置２０Ｂには、フッ化水素を収容した耐圧容器１１ａ、
マスフローコントローラ１２、吸着式フィルタ又はガス
精製器１３、ミキサー１５その他が納められている。従
って、半導体ウエハの処理洗浄は第１実施例における場
合と同じであり、洗浄装置２０Ａとガス混合装置２０Ｂ
を結ぶ供給ライン２４ａも必要最低限にみじかくパーテ
ィクルの混入も図１装置の場合に比べて遜色ない。

【００２４】図４の装置を使用して、洗浄槽に供給され
る薬液を調べたところ、表１のとおり、薬液濃度の制御
性が向上するとともに薬液中の不純物濃度が従来法に比
較して激減した。

【００２５】

【表１】

【００２６】また、上記超高純度薬液によっ、洗浄槽の
半導体ウエハにエッチングおよび洗浄を適用した場合に
おけるエッチング均一性および不純物濃度の結果を、従
来法と対照して表２に示す。

【００２７】

【表２】上記の実施例では中空糸を用いたミキサーを用いたが、
水への吸収が容易なガスではノズルからの吸込みなど気
液接触吸収の手段を使用することができる。

【００２８】また、上記洗浄にかかる実施例では、フッ
化水素ガスを溶解したフッ化水素酸の１種類の薬液と、
超純水との２液を用いて処理洗浄をしたが、第２、第３
の圧力容器１１ｂおよび１１ｃのガス供給ラインをミキ
サーに対して設け、ＨＣｌ、Ｃｌ₂、Ｆ₂、ＮＨ₃、Ｓ
Ｏ₂、Ｏ₃、Ｎ₂Ｏ₄などの供給をしてそれぞれの洗浄
液を順次または同時に流して、洗浄または改質をするこ
とができる。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、ミキサーを洗浄槽と別
個に配置し、該ミキサーにより半導体ウエハ表面の洗浄
作用または改質作用のあるガス状物質と超純水とを混合
して薬液を生成し、該薬液を洗浄槽に供給しているの
で、ウエハ表面上への微粒子の付着および洗浄液からの
不所望な不純物による汚染が防止されると共に、薬液の
交換が容易になされ、薬液による洗浄−リンスが連続的
に行われ、超ＬＳＩの製造に好適な洗浄方法及び洗浄装
置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による半導体ウエハを洗浄
するための装置を模式的に示す図である。

【図２】図１の装置で使用し、多数の中空糸からなるミ
キサーを模式的に示す断面図である。

【図３】本発明の第２実施例による半導体ウエハを洗浄
するための装置を模式的に示す図である。

【図４】本発明の第３実施例による半導体ウエハを洗浄
するための装置を模式的に示す図である。

【図５】第１の従来技術による洗浄装置の構成を模式的
に示す図である。

【図６】第２の従来技術による洗浄装置の構成を模式的
に示す図である。

【符号の説明】

７半導体ウエハ１０洗浄装置１１ａ，１１ｂ，１１ｃ耐圧容器１２マスフローコントローラ１３ガス精製器１４，１４ｂ超純水供給ライン１５ミキサー１５０中空糸１６洗浄槽２０Ａ，２０Ｂ洗浄装置に含まれる洗浄装置および
ガス混合装置

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数個の半導体ウエハを洗浄槽に収容す
る工程と、超純水を超純水供給ラインを通じてミキサーに供給する
と共に、半導体ウエハ表面の洗浄作用または改質作用の
ある少なくとも１種以上のガス状物質を耐圧容器から上
記ミキサーに供給し、上記耐圧容器から供給されるガス
状物質をケース内に導入すると共に、上記超純水供給ラ
インを通じて供給される超純水を導入口より上記ケース
内に取り込んで、該ケース内に収容されたガス透過性を
有する多数の中空糸を通過させて導出口から上記ケース
外に直線的に導出させることによって、所定濃度の薬液
を調製する工程と、上記薬液を上記洗浄槽に供給して上記半導体ウエハを洗
浄処理する工程とからなることを特徴とする半導体ウエハの洗浄方法。
【請求項２】上記半導体ウエハを洗浄処理する工程
は、上記薬液を調製する工程よりそれぞれ供給される異
なる種類の薬液により種類の異なる洗浄処理を連続的に
行うものであることを特徴とする請求項１記載の半導体
ウエハの洗浄方法。
【請求項３】複数個の半導体ウエハを洗浄する洗浄槽
と、この洗浄槽に薬液および超純水を交互に供給する供給ラ
インと、ガス透過性を有する多数の中空糸と、該中空糸の束を収
容すると共に、超純水供給ラインを通じて供給される上
記超純水を導入するための導入口、および、上記供給ラ
インに供給される上記薬液および超純水を導出するため
の導出口が直線的に配設されてなるケースとからなり、
ガス状物質供給ラインを通じて供給される、上記半導体
ウエハ表面の洗浄作用または改質作用のある少なくとも
１種以上のガス状物質と上記超純水とを混合するミキサ
ーとを具備することを特徴とする半導体ウエハの洗浄装置。
【請求項４】上記ガス状物質供給ラインには、上記ガ
ス状物質の流量を制御する手段が設けられてなることを
特徴とする請求項３記載の半導体ウエハの洗浄装置。
【請求項５】上記ガス状物質は、上記ガス状物質供給
ラインを介して耐圧容器から供給されることを特徴とす
る請求項３記載の半導体ウエハの洗浄装置。
【請求項６】上記供給ラインには別の超純水供給ライ
ンが接続されていることを特徴とする請求項３記載の半
導体ウエハの洗浄装置。
【請求項７】上記ミキサーは、異なる種類のガス状物
質が交互に供給される複数のガス状物質供給ラインを備
えてなることを特徴とする請求項３記載の半導体ウエハ
の洗浄装置。
【請求項８】複数個の洗浄槽が設けられ、該洗浄槽に
上記供給ラインが接続されていることを特徴とする請求
項３記載の半導体ウエハの洗浄装置。
【請求項９】上記中空糸のそれぞれは樹脂からなるこ
とを特徴とする請求項３記載の半導体ウエハの洗浄装
置。