JP2653511B2 - 半導体装置の洗浄方法及びその洗浄装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 800K Hzの超音波振動を純水に印加する超音波純水洗
浄（以後メガソニック純水洗浄と記載する）に本発明は
係わり、特に、アルカリまたは酸系の薬液を添加した純
水を利用する。

（従来の技術） 最近の半導体素子は、Ｄ−RAMに代表されるように集
積度が向上しているために、配線間の間隔も段々に挟め
られて例えば0.5μｍルール（Rule）などの言葉が聞か
れるようになり、半導体素子の製造歩留りにゴミが影響
する度合いが大きくなってきて、製造段階における異物
即ちゴミの発生を極力押えるように努めている。このた
め、製造工程における洗浄工程にも種々の改良が行われ
ている。

ところで、半導体基板の洗浄には、流純水による方式
に加えてメガ・ソニック純水洗浄法も利用されており、
その洗浄装置には、第４図に示すような回転自在な支持
台51に固定した半導体基板52の枚葉を洗浄するいわゆる
スピナータイプ（Spinner Type）も使用されており、流
純水を放出するノズル53は、当然半導体基板52に対向し
て設置する。流純水が放出される半導体基板52の一面付
近には、能動または受動素子が形成されており、この洗
浄時にも、この表面の反対側即ち裏面もジェット（Je
t）状純水により洗浄するいわゆるバックリンス（Back
Rinse）工程も併用する。

ノズル53に形成する純水を溜める振動室55には、タン
タル製振動子54を配置すると共に連通した流出路56を設
置し、ここからメガ・ソニック純水を回転する支持台51
に固定した半導体基板52に注ぐ。このような洗浄装置の
稼働に先立って半導体基板52は、アンローダ57に収納
し、搬送路58を経て支持台51にセット（Set）後、所定
の洗浄工程を終えてから再び搬送路59によりアンローダ
60に送られる。

ところで、半導体基板52を固定する支持台51は、１〜
3000rpmの範囲の回転数で回転させ、更に、振動室55に
流入した純水に対してタンタル製振動子54の稼働により
800K Hz〜2M Hzの範囲から選定した所定の超音波振動を
与える。得られたメガ・ソニック純水は、0.5〜２／
分の流速で５〜60秒間流出路56から放出して洗浄を行
う。

メガ・ソニック純水の放出を終えてから、支持台51を
3000〜5000rpmで回転してスピン乾燥を行って洗浄工程
が終了する。

このような洗浄工程と別に、薬液によるいわゆるディ
ップ（Dip）方式による表面処理を半導体基板に実施し
てゴミなどの異物を除去する手法も知られており、薬液
としては、過酸化水素、親水性表面活性剤、弗酸、硫酸
などの酸系処理液更に強塩基性処理液であるコリンなど
更にまたこれらの混合処理液が利用されている。

（発明が解決しようとする課題） スピナー型のメガ・ソニック純水洗浄装置では、上記
のように800K Hz〜2M Hzの範囲の極めて振動波長の短い
領域が利用されているので、 （１）微細な粒子（Particle）まで効率的に除去可能で
ある。例えば、電力100W−回転数50rpm−流速１／分
−時間30秒のメガ・ソニック純水洗浄条件によるCVD（C
hemical Vapour Deposition）粒子の平均除去率90％
は、流速４／分、時間15分における一般流水水洗の平
均除去率65％の約1.4倍の効率上昇が得られる。

（２）キャビテーションの発生がないので、半導体基板
に対するダメージ（Damage）がないなど基本的な長所を
備えている。

更に、バッチ（Batch）方式に比べて、特別な搬送手
段が必要でなく、カセット ツウ カセット（Cathet t
o Cathet）方式がインライン（In Line）化できるし、
短時間の処理が可能になり純水／半導体基板枚葉当りの
量が少ないなどの利点がある。

しかし、ALまたはAL合金製配線、酸化珪素やＰ（Plaz
ma）−SiNなどの絶縁膜をレジストを利用してRIE（Reac
tive Ion Etching）処理、CDE〔Chemical Dry Etchigマ
グネトロン管を利用するプラズマ発生位置から離れた場
所に移したラジカル（Radical）によりエッチングする
方法〕処理後、酸素プラズマ法によりレジストを剥離し
た時発生するレジスト残渣及び重金属残渣は、メガ・ソ
ニック純水洗浄で除去できない。

このため、これらの残渣の除去には、コリンなどのア
ルカリ性処理液または弗酸、硫酸などの酸系処理液によ
る後処理がメガ・ソニック純水洗浄に必要とされてい
る。

しかし、この後処理はディップ（Dip）方式であるた
めに、ディップ溶液表面に表面張力により浮遊する粒子
が被洗浄半導体基板に再付着する難点がある。

本発明はこのような事情により成されたもので、特
に、メガ・ソニック洗浄で除去できなかった重金属残渣
や酸素プラズマによるレジスト剥離後のレジスト残渣除
去を一緒に施すことができる洗浄方法及びその洗浄装置
を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は （１）レジストを利用したエッチング処理が施された半
導体基板を支持台上に配置し、この半導体基板に酸系あ
るいは塩基性処理液を含む薬液を超音波加圧された後の
純水に混合して超音波洗浄を施すことを特徴とする半導
体装置の洗浄方法 （２）純水供給用導管が連結された超音波振動室と、こ
の超音波振動室内に設置され、前記純水供給用導管を介
して前記超音波振動室内に導入された純水に超音波振動
を付与する超音波振動子と、この超音波振動子により超
音波振動が付与された純水を支持台上に固定配置された
半導体基板に向けて噴射するために前記超音波振動室に
連結されたノズルと、このノズルから噴射される前記超
音波振動が付与された純水に酸系あるいは塩基性処理液
を含む薬液を混合する混合機構とを具備することを特徴
とする半導体装置の洗浄装置を特徴とするものである。

（作 用） AL、AL−Si、AL−Si−Cuなどの配線層やＰ−SiNなど
をPIE法により処理して発生する重金属残渣、または、C
DE法によりシリコン半導体基板をレジストを利用して食
刻してから酸素プラズマでこのレジストを剥離してでき
る残渣が、薬液を混合したメガ・ソニック純水洗浄によ
り除去できるとの事実を基に本発明は完成されたもので
あり、浮遊した状態とした重金属やレジスト残渣を流出
させる方式を採っている。

これにより第３図に示すように半導体基板表面は極め
て清浄になり、粒子の除去率が純水で平均90％が95〜98
％に向上し、更にALまたはAL合金配線後におけるレジス
ト残渣も粒子除去と同時に除去されることを走査電子顕
微鏡（SEM Scanning Electron Microscope）観察により
確認した。

このように、残渣除去工程が不要となり設備維持経費
が大幅に削減できる。

この方式を達成する洗浄装置としては、回転自在な支
持台に被洗浄半導体基板を配置し、これに対向して設置
するノズルには、純水を溜める超音波振動室と、超音波
振動板を設置する。更に、超音波振動室には流出路を形
成し、ここから放出するメガ・ソニック純水に対して薬
液を混合した純水溶液を一体に混ぜ合せる薬液混合純水
用機構を付設する。

ノズルには、対薬品性に富んだ材料が選定され、例え
ばコリンを使用する際には、フッ素樹脂系材料により達
成する。

適用する薬品としては、弗酸、硫酸などの酸系処理液
と塩基性処理液としてコリンが適用でき、しかも、上記
残渣を溶解するのでなく半導体基板から遊離させれば良
い。従って、コリン濃度は、容積濃度（以後Vol％と記
載する）で1Vol％以下であれば十分であり、場合によっ
ては0.1Vol％でも差支えない。

（実施例） 第１図及び第２図を参照して本発明に係わる実施例を
説明する。即ち、アンローダ１に収納された被洗浄半導
体基板２は、例えばフロッグレッグ（Frog Leg）と呼ば
れる搬送系３により回転可能な支持台４に運ばれて固定
し、後述するメガ・ソニック純水洗浄工程を終えてから
再びフロッグレッグからなる搬送系５により搬送してア
ンローダ６に収納する。

図面では、アンローダ1,6内の半導体基板２と支持台
４上のそれの寸法は便宜上違って書いたもので、実際に
は、当然同一のものであることを付記する。

ところで、支持台４に被洗浄半導体基板２を取付ける
には、図示していないが機械的な特殊構造によってい
る。即ち、支持台４の６箇所には、半分に割れしかも上
から見てほぼ円形の爪が配置されており、支持台４の回
転と共にこの中の３箇所の爪半分が回転して被洗浄半導
体基板２を強固に固定する仕組みである。

第１図と第２図における支持台４の周りには、囲い７
を配置して洗浄工程により流出する純水の飛散を防止し
かつ、それを外部に流す役割を果たしており、図示して
いないが、ジェット状純水によって被洗浄半導体基板２
の裏面にバックリンス処理を実施する。

ノズル８は、耐アルカリ性、耐酸性のフッ素樹脂系材
料で構成し、メガ・ソニック純水を溜めかつ超音波振動
を起こす超音波振動室９と、ここに連通する流出路10を
設置する。

この超音波振動室９には、電源11に電気的に接続した
タンタル製振動子12を配置し、更に、メガ・ソニック用
純水は、純水用流量制御系13、バルブ（Bulb）14及び導
管15を経て超音波振動室９に供給される。超音波振動室
９では、タンタル製振動子12の稼働により800K Hz〜2M
Hzの領域の振動を発生させてメガ・ソニック用純水が得
られる。

この外にメガ・ソニック純水と同様に薬液流量制御系
17、バルブ18を介して薬液供給用導管16を設置するが、
これは、捩子19などの機械的手段（第２図参照）により
ノズル８に固定し、その先端を流水路10外で両液を混合
する。しかし、第１図のようにノズル８内に直接薬液供
給用導管16を形成する場合がある。

このいずれの薬液の混入も、純水に上記領域の超音波
振動を付与後に実施することにより、タンタル製振動子
12がアルカリ性、弗酸系、過酸化水素系など処理液によ
り侵食されるのを防ぐ。即ち、強アルカリや弗酸系処理
液によりタンタル製振動子12のタンタル及び含有不純物
が数十〜数百PPM溶出して、メガ・ソニック用純水への
混入及び半導体基板２への汚染を防止するためである。

このように薬液をメガ・ソニック用純水に混入する具
体的手段は、第１図に示す装置が固定式流出路10によっ
ており、第２図の装置では、薬液供給用導管16を流出路
10の外側に設置した可動式方式を採っている点に特徴が
あり、この薬液の混合比率については、各々に設置した
流量制御系13、17により調整し、コリンを利用する場合
には、上記のように1Vol％以下とする。なお、弗酸や硫
酸などの酸性処理液を利用する場合もコリンと同様な濃
度とする。

また、純水を満たした超音波振動室９におけるタンタ
ル製振動子12の状況にもよるが、洗浄用メガ・ソニック
純水の流速は、約２／分が適当であり、洗浄時間とし
ては、被洗浄対象物例えば重金属か、レジストなどにも
よるが最大で１分、最少で10秒程度である。

ところで、被洗浄用半導体基板２表面付近には、能動
または受動素子が形成されており、この各素子に電気的
に接続したAL、AL−SiまたはAL−Si−Cuなどからなる配
線層をデポ（Deposition）後ポジ形フォトレジストを利
用するRIE法によりパターニング（Patterning）する方
法によって形成している。

次に、超音波振動室９などを設置したノズル８の運動
機構については、第１図及び第２図に記載されていない
が、二つの方式が採用できる。即ち、薬液を混入した純
水で超音波洗浄を施す回転支持台４に固定した半導体基
板２は、その片側の半径方向だけに移動可能な機構（例
えばオピニオンギヤーを図示していないノズル８の固定
部に設ける）をノズル８に設置している。このため、支
持台４を回転させることにより半導体基板２の被洗浄全
面に超音波洗浄が実施できるように配慮して、特定方向
の運動しか行わないノズル８の動作をカバー（Cover）
している。

これに対して、Ｘ−Ｙ方向に駆動可能な機構にノズル
８を設置させて洗浄する方法もある。これでは、一方の
方向例えばＸ方向に半導体基板２をずらしながら、他方
の方向例えばＹ方向に移動させることによって薬液を混
入した純水で超音波洗浄を行う方式が採用できる。この
場合は、当然支持台４に回転機構を設置しなくても良
い。

ところで、なるべく製造プロセスに合せるように、シ
リコン半導体基板に形成したALまたはAL合金製配線層パ
ターンをポジ形フォトレジストを利用するRIE法により
形成後、Si残渣を処理して酸素プラズマ法でポジ形フォ
トレジスト層を剥離してALまたはAL合金製配線層に生じ
るこのフォトレジスト残渣の洗浄効果を調査した。

また、1.0M Hz−100W−１／分の条件で超音波振動
を純水に与えて得られるメガ・ソニック用純水に、0.5V
ol％の濃度のコリンを混合して処理液を調整した、更
に、シリコン半導体基板２を固定する支持台４は、50rp
mで回転し、上記コリン含有処理液を２／分の流速で
約30秒間洗浄した。その後、50rpmで回転した状態で、
別のノズルから放出した超音波振動を与えない純水によ
る洗浄を１分間実施し、更に、5000rpmの回転によるス
ピン乾燥を施した。

その結果、第３図に明らかなように３処理手段中流水
処理だけの場合が最も粒子が多く、次に従来方法による
メガ・ソニック純水洗浄、最も粒子が少ないのが本発明
で、その有用性は明らかである。なお、図中粒子が最も
多いのは、洗浄前の半導体ウエーハを示している。具体
的には、粒子の除去率として純水だけの場合が平均で90
％なのに対して0.5Vol％の薬液添加による本発明方法と
装置による場合に95〜98％に向上した。更に、レジスト
残渣の除去状況をSEMにより観察したところ重金属粒子
と一緒に除去されていることを確認した。なお、ノズル
形状は、実施例に示したものの外に、純水に超音波振動
を付与後酸性処理液またはアルカリ性処理液を混合でき
る構造なら良いことは言うまでもない。除去する残渣に
は、AL配線形成後のレジスト残渣と重金属残渣を示した
が、多結晶半導体層（例えばポリシリコン）パターン形
成後のレジスト残渣、酸化珪素などの絶縁膜加工後のレ
ジスト残渣、更にレジスト以外のポリマー系あるいは重
金属など純水超音波洗浄だけでは除去できない残渣も洗
浄対象となり得る。

また、処理液としては、アルカリ系としてコリン以外
の苛性ソーダ、Ｐ−SiOエッチバック処理後の残渣に有
効な弗酸系、ポリシリコンパターニング後のポジレジス
ト残渣に有効な硫酸系などのように、洗浄除去の対象と
なる残渣に対して有効なものであれば良く、濃度や洗浄
条件もほぼ完全に除去できるなら上記実施例の条件にと
らわれるものでない。

〔発明の効果〕

このように、本発明に係わる洗浄方法およびその洗浄
装置によると、AL配線層などに被着する重金属及びレジ
スト残渣が除去できるので、従来必要であったレジスト
残渣除去工程が省略できるので、工程短縮によるコスト
削減および設備の不要に伴う設備維持コストが削減可能
になった。

また、本発明の洗浄方法およびその装置によれば、純
水に超音波振動を付与した後に、この純水に酸系あるい
は塩基性処理液を含む薬液を混合し、この混合液により
半導体基板の洗浄を行うため、純水に超音波振動を付与
するための振動子を腐食する恐れがない。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、本発明方法を実施するのに利用す
る洗浄装置の要部を示す断面図、第３図は、その効果を
表した図、第４図は、従来の洗浄装置の要部断面図であ
る。 １、6:アンローダ、2:半導体基板、３、5:搬送系 4:支持台、7:囲い、8:ノズル 9:超音波振動室、10:流出路、11:電源 12:振動子、13、17:流量制御系 14、18:バルブ、15、16:導管、19:捩子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−266831（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−60677（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−105847（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−18958（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レジストを利用したエッチング処理が施さ
   れた半導体基板を支持台上に配置し、この半導体基板に
   酸系あるいは塩基性処理液を含む薬液を超音波加圧され
   た後の純水に混合して超音波洗浄を施すことを特徴とす
   る半導体装置の洗浄方法。
2. 【請求項２】純水供給用導管が連結された超音波振動室
   と、この超音波振動室内に設置され、前記純水供給用導
   管を介して前記超音波振動室内に導入された純水に超音
   波振動を付与する超音波振動子と、この超音波振動子に
   より超音波振動が付与された純水を支持台上に固定配置
   された半導体基板に向けて噴射するために前記超音波振
   動室に連結されたノズルと、このノズルから噴射される
   前記超音波振動が付与された純水に酸系あるいは塩基性
   処理液を含む薬液を混合する混合機構とを具備すること
   を特徴とする半導体装置の洗浄装置。