JP2942617B2 - 半導体基板の洗浄方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、処理液を使用する半導体基板（ウェーハ）
の洗浄方法に関するもので、特に処理液を洗浄槽に供給
するとき、基板への処理液の飛散等をなくし、洗浄の面
内均一性を改善するための半導体基板洗浄方法として使
用されるものである。

（従来の技術） 洗浄技術はウェーハプロセスの中で重要な基本工程の
一つである。半導体基板主面に付着した有機物や金属汚
染等の除去には、例えば有機溶剤やHF,H₂O₂,NH₄OH等の
薬液が処理液として使用される。一般に、洗浄槽への処
理液の供給には、洗浄槽の上部から処理液自体の重力を
利用して供給するものが多く、これは構造が簡単である
などの利点を持っている。

このような洗浄装置の従来例を第６図に示す。同図に
おいて、被洗浄半導体基板1bは、キャリア1aに収納さ
れ、洗浄槽601の底部に設けられたすのこ604上に設置さ
れる。処理液２（例えば稀フッ酸溶液（HF＋H₂O））
は、処理液供給管603の供給口603Aから、可動式ガイド6
05を介して、洗浄槽601に供給される。洗浄槽内の処理
液面が上昇し、基板1bが処理液中に埋没したら、供給は
停止され、その状態を所定時間例えば数分間維持する。
この間に処理液の化学作用により、基板表面は洗浄され
る。所定時間経過後、図示してないが、洗浄槽601の底
部より純水を導入し、処理液２をオーバーフローにより
洗浄槽601から排除し、純水と置換するとともに基板の
純水洗浄を行なう。なお可動式ガイド605は、回転軸605
Aの周りに回転し、ガイド605の傾斜角度を変え、処理液
供給停止時、ガイド605の処理液の切れを良くし、純水
洗浄中に処理液の滴が垂れるのを防止する。

このようなタイプの洗浄装置では、処理液供給時、液
を基板上に直接注入したり、流入する処理液が液面に到
達したとき生ずる飛沫が基板面に付着したりして、基板
表面の洗浄の均一性の低下をもたらし、ダスト付着又は
ヘイズ（haze、かすみ又はくもり）増加の原因となって
いた。なお本明細書でダスト付着は、微小な異物（ち
り）が実際付着している場合のほか、処理液供給時霧状
の処理液が基板に付着し、洗浄後この付着部分が目視観
察でダスト状に見えるものも含む。

このような問題点を解決するために、第７図に示すタ
イプの洗浄装置が提案された。同図において、処理液２
は、処理液供給管703及び延長管703Bを通り、洗浄槽701
の底部に開口する供給口703Aから該槽に供給される。こ
の構成では、処理液供給時、処理液の飛散は減少、洗浄
の均一性は改善されるが、供給口703Aを洗浄槽701の底
部に設けたため、処理液供給時間が増加するという問題
がある。又第６図の装置と同様、底部より純水を導入し
て、処理液を純水に置換する時、延長管703Bの内部に残
された処理液の排出が難しく、置換が不十分になる等の
問題がある。処理液の置換の問題を解決するためには、
延長管を可動にしなければならず、その構造がいっそう
複雑になる欠点があった。

（発明が解決しようとする課題） これまで述べたように、処理液を利用して半導体基板
を洗浄する従来技術では、第６図に示すタイプの洗浄装
置の場合、半導体基板表面の洗浄の均一性が悪く、ダス
ト付着やヘイズ発生という課題がある。又第７図に示す
タイプの洗浄装置においては、処理液供給時間の増加、
処理液の純水置換が不十分になる等の課題がある。

本発明は、上記課題にかんがみてなされたもので、洗
浄槽に処理液を供給するとき、処理液の飛沫付着等によ
る半導体基板の洗浄の不均一性を改善し、半導体基板面
のダスト及びヘイズの発生を最小限に抑え、あわせて純
水置換が容易にできる半導体基板の洗浄方法を提供する
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） 本発明の半導体基板の洗浄方法は、被洗浄半導体基板
を洗浄槽内に設置した後、該基板より上部に設けた供給
口から処理液を、該基板に接触することなく、該洗浄槽
の内壁に沿って自重により供給するとともに、供給した
処理液が該基板の最下部から最上部まで順次接触するこ
とを特徴するものである。

（作用） 従来技術において、前記問題点発生の原因は種々ある
が、その主な原因の一つは、洗浄槽に処理液を供給する
とき、被処理基板と処理液との接触が基板全面にわた
り、場所的にも時間的にも不均一とあることである。そ
のため基板主面に洗浄反応（半導体基板と処理液との洗
浄時の化学反応をいう）のむらができ、ダストやノイズ
が発生するものと推定された。本発明は上記知見に基づ
き完成されたものである。

本発明の洗浄方法において、基板より上部に設けた供
給口から処理液を供給するのは、洗浄槽に処理液を自重
により供給して、基板全体を処理液に埋没するためであ
り、又処理液と純水との完全な置換を容易にするためで
ある。

又、従来技術（第６図参照）に見られるように、処理
液を、基板の上に直接注液すると、基板面の洗浄反応の
不均一性を招く。このため処理液供給時、処理液は直接
基板に接触しないように、洗浄槽の内壁に沿って自重に
より供給（注入）される。

又処理液のこの供給方法は、注入される処理液が、洗
浄槽内の処理液面に突入するときの処理液の飛沫を、大
幅に抑制することができ、これにより処理液供給時、基
板に付着する処理液の飛沫を低減し、基板表面の洗浄の
均一性が得られる。

洗浄槽への処理液供給時間は、洗浄反応の均一性から
は、できるだけ短いことが望ましいが、このため洗浄槽
への処理液の注入流量（/sec）を増加すると、基板と
接触する近傍の処理液面の擾乱により気泡等が発生し、
洗浄反応の不均一化を招く。そのため処理液が基板の最
下部から最上部まで順次接触していくように処理液の流
量を適正値に調整することが必要である。

本発明にとって望ましい半導体基板の洗浄装置は、注
入される処理液の流入路と半導体装基板との間に仕切り
板を設けたもので、請求項１記載の洗浄方法をより確実
に実施するための装置で、望ましい実施態様である。仕
切り板の主な作用は、注入される処理液が、直接基板に
接触することなく、洗浄槽の底部に到達した後、基板の
最下部から最上部に向かって順次接触し、これにより、
基板面近傍の処理液面の乱れを抑え、洗浄反応の均一化
をはかること、及び注入される処理液が洗浄槽内の処理
液面に突入するときの飛沫が基板に付着するのをさえぎ
ることである。

（実施例） 本発明の実施例を、第１図を参照して以下説明する。
同図（ａ）は、本実施例の洗浄装置の概略断面図、同図
（ｂ）は平面図である。第１図において、被洗浄シリコ
ン基板1bをキャリア1a内に基板主面がほぼ鉛直になるよ
うに配列し、洗浄槽101の底部に設けたすのこ104上に設
置する。次に処理液（稀HF溶液）を洗浄槽に供給する。
すなわち処理液２は、基板1bより上部に設けられた処理
液供給管103の供給口103Aから可動式ガイド105を通り、
自重により洗浄槽101の内壁に沿って、該内壁と仕切り
板106との間を流れ、洗浄槽の底部に到達する。到達し
た処理液は、仕切り板106の下部に設けたスリット107を
通り移動する。これにより、注入された処理液の液面の
高さは連続的に上昇し、処理液は基板の最下部から最上
部に向かって順次接触する。基板1bが処理液中に十分埋
没したら、処理液の供給を停止し、その状態で数分間の
洗浄（例えば自然酸化膜の除去）を行なう。洗浄後、図
示してないが、洗浄槽の底部から純水を導入し、洗浄槽
の頂部開口からオーバフローさせ、処理液が純水で置換
されるまで純水を流す。

上記のような洗浄装置を使用した洗浄方法では、処理
液供給時、流入する処理液が直接基板に接触することは
ない。又注入される処理液は、洗浄槽内壁に沿って自重
により、それまでに供給された処理液面に突入するの
で、発生する飛沫は従来に比し、大幅に抑制されるし、
これに加えて、仕切り板により基板への飛散はさえぎら
れるので、もや状又は粒子状の処理液の飛沫が基板に付
着することはほとんどない。又基板と接触する近傍の処
理液面の上昇がスムーズで、処理液中の気泡発生も少な
く、例えば洗浄槽に処理液を供給してから半導体基板を
浸透するのと同等の効果が得られる。

洗浄の均一性の評価は、暗室内で基板表面に斜光を当
て、目視観察で行なわれる。上記実施例で洗浄したウェ
ーハでは、もや、くもり等のヘイズは全くなく、0.2um
以上の大きさのダスト状の欠陥は、例えば従来技術では
約100個／ウェーハ程度であつたものが約30個／ウェー
ハ程度に改善される。

なお第７図に示す従来の洗浄装置と本実施例の装置と
の主な相違点は、前述のように従来技術では、処理液供
給口が洗浄槽底部に設けられているので、純水置換が十
分でなく又純水置換の所要時間が長いが、本発明の装置
では供給口を基板上部に設け、この問題を解決してい
る。

第２図は、本発明の第２実施例を説明するための洗浄
装置の概略断面図である。洗浄槽は半導体基板1bを設置
する内部洗浄槽201と処理液の流入を制御するための外
部洗浄槽201Aとからなり、外部洗浄槽201Aの外側の側壁
の高さは内部洗浄槽201の側壁の高さよりも10mmほど高
く設定してある。処理液２は、処理液供給管203の供給
口203Aから可動式ガイド205を経て、外部洗浄槽201Aに
流入する。外部洗浄槽201Aの中の処理液面が内部洗浄槽
201の側壁の高さを越えると、処理液はその内壁を伝わ
って自重で内部洗浄槽に流入されるので、処理液の飛散
は少なく、基板に接触する近傍の処理液面はスムーズに
上昇し、処理液は基板の最下部から最上部まで順次接触
してゆく。

本実施例の特徴は、処理液が、初速度＝０で洗浄槽の
内壁に沿って自重により流入するので、処理液面に突入
するときの処理液の速度を小さくできるとともに、洗浄
槽側壁の全域に沿って注入されるので処理液供給時間の
短縮もしくは突入面積当たりの処理液流量の低減が可能
となり、突入時の処理液の飛散及び処理液面上昇時の擾
乱は著しく抑制され、基板面の洗浄反応の均一性は大幅
に改善される。

本実施例により洗浄したウェーハを、前記目視観察の
方法で調べた結果、第１実施例とほぼ類似の良好な効果
が得られた。なお、本実施例では仕切り板を設けてない
が、第１実施例と同様、半導体基板と洗浄槽の内壁に沿
う処理液の流入路との間に、仕切り板を設けても差し支
えないことは勿論である。

次に第３図ないし第５図に、本発明の第３ないし第５
実施例を示す。なお第１図ないし第７図において、３ケ
タの数字からなる符号の１ケタめの数字が等しいもの
は、互いに等しい部分又は対応する部分を表わす。

第３図に示す装置は、処理槽301の上部に、上下可動
な反射板308を取り付け、処理液供給時には、反射板308
を下げ、処理液供給管303の供給口303Aから供給される
処理液２を反射させ、流入の向きを処理槽内壁に沿うよ
うにするとともに、前記仕切り板の作用の一部を行なわ
せる。又純水置換時には、反射板308を洗浄槽上に上
げ、反射板による純水の汚染を防止する。

第４図に示す装置は、可動式ガイド405に反射板408を
取り付け、処理液供給管403の供給口403Aから供給され
る処理液２を、洗浄槽401の内壁に沿って流れるように
したものである。

第５図に示す装置は、半導体基板1bを収納したキャリ
ア1aを覆うようにキャリアカバー509を取り付け、処理
液供給管503の供給口503Aから供給される処理液２が、
直接半導体基板に当たらないで、洗浄槽501の側壁の全
領域に沿って注入されるようにしたものである。

上記第３ないし第５実施例に示す洗浄装置を使用する
洗浄方法においても、第１及び第２実施例とほぼ同様の
効果が得られる。これらの洗浄方法は、洗浄槽に処理液
を供給した後に、ロボット等で被洗浄物を設置するよう
な構成の複雑さを伴うことなく、きわめて容易に取り扱
うことのできる洗浄方法である。

上記実施例においては、半導体基板としてはシリコン
単結晶基板、処理液としては稀フッ酸溶液を取り上げた
がこれに限定されない。処理液として、例えばNH₄OH,H₂
O,H₂SO₄,HCl等の混合溶液を使用した場合にも適用でき
ることは勿論である。

［発明の効果］ これまで詳述したように、本発明の洗浄方法によれ
ば、洗浄槽に処理液を供給するとき、処理液は直接基板
に接触せず、突入する処理液の飛沫は著しく抑制あるい
はさえぎられて基板に付着することが少なく、又洗浄槽
内での処理液面の上昇はスムーズで、半導体基板の洗浄
の不均一性は改善され、半導体基板面のダスト及びヘイ
ズの発生を最小限に抑えることができ、あわせて処理液
供給口を基板上部に設ける等により、純水置換が容易に
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）及び（ｂ）は本発明の第１実施例に関する
半導体基板洗浄装置の構成の概略を示すそれぞれ断面図
及び平面図、第２図ないし第５図は本発明の第２ないし
第５実施例に関する洗浄装置の構成の概略を示す断面
図、第６図及び第７図は従来の洗浄装置の構成の概略を
示す断面図である。 1b……被洗浄半導体基板、２……処理液、101,201,301,
401,501……洗浄槽、103A,203A,303A,403A,504A……供
給口、106……仕切り板。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被洗浄半導体基板を洗浄槽内に設置した
   後、該基板より上部に設けた供給口から処理液を、該基
   板に接触することなく、該洗浄槽の内壁に沿って自重に
   より供給するとともに、供給した処理液が該基板の最下
   部から最上部まで順次接触することを特徴する半導体基
   板の洗浄方法。