JP3035450B2

JP3035450B2 - 基板の洗浄処理方法

Info

Publication number: JP3035450B2
Application number: JP19005994A
Authority: JP
Inventors: 昭泉
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1994-07-19
Filing date: 1994-07-19
Publication date: 2000-04-24
Anticipated expiration: 2015-04-24
Also published as: JPH0831788A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体デバイス製造
プロセス、液晶表示装置（ＬＣＤ）製造プロセス、電子
部品関連製造プロセスなどにおいて、シリコンウエハ、
ＬＣＤ用ガラス基板、電子部品等の各種基板の表面を洗
浄する方法、特に、基板の表面へ洗浄用薬液を吹付け、
噴霧等により供給して基板表面を洗浄する方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】シリコンウエハやガラス基板等の基板
を、洗浄用薬液を使用して湿式で洗浄処理するウェット
洗浄法としては、洗浄槽に貯留された洗浄用薬液中へ基
板を浸漬させて洗浄処理する方式と、基板の表面に洗浄
用薬液を吹付け、噴霧等により供給して洗浄処理する方
式とがある。このうち、前者の浸漬式洗浄法には、洗浄
目的別に洗浄槽から洗浄槽へと順次、キャリアに収容さ
れた複数枚の基板を移送しながら一連の洗浄処理を行な
うバッチ式多槽型浸漬法と、１つの洗浄槽内に複数枚の
基板を配置し、洗浄槽に複数種類の洗浄用薬液やリンス
用純水を順次入れ替えて一連の洗浄処理を行なうバッチ
式単槽型浸漬法とがあるが、何れの方法においても、単
位時間当りの処理枚数が多いといった長所があるもの
の、次のような欠点がある。すなわち、装置が大型化
し、洗浄用薬液を循環使用するために薬液の純度管理が
難しく、基板表面から除去されて薬液中に拡散した汚染
物質の再付着が起こり、基板の少数枚処理や一連の洗浄
処理時間の短縮化が困難であり、基板の大口径化への対
応が難しく、また、洗浄用薬液の濃度、温度、量等のパ
ラメータを正確に制御して高精度洗浄を行なうことが難
しい、などといった欠点がある。

【０００３】一方、基板の表面に洗浄用薬液を吹付け、
噴霧等により供給する洗浄法は、図５に概略構成を示し
たような装置により実施される。この基板の洗浄処理装
置は、基板Ｗを水平姿勢に保持するチャック10、このチ
ャック10を回転駆動させて基板Ｗを水平面内で鉛直軸回
りに回転させるモータ12、基板Ｗを保持するチャック10
を囲繞する内チャンバ14、この内チャンバ14を包囲する
外チャンバ16、基板Ｗの上面及び下面にそれぞれ洗浄用
薬液やリンス用超純水を供給する薬液供給ノズル18、18
などを備えている。内チャンバ14の底部には、ドレン管
20が連通接続されており、また、外チャンバ16には、排
気管22が連通接続されていて、ドレン管20及び排気管22
は、それぞれドレン及び排気装置（図示せず）に接続さ
れている。各薬液供給ノズル18は、それぞれ混合器24に
流路接続されており、混合器24は、それぞれ流路コント
ローラ26、28、30を介して、異なる種類の洗浄用薬液が
貯留された薬液タンク34、36、38に流路接続されている
とともに、流路コントローラ32を介して超純水供給源に
流路接続されている。尚、図示されていないが、内チャ
ンバ14及び外チャンバ16には、基板Ｗを出し入れするた
めの開口部及びシャッタがそれぞれ設けられている。

【０００４】そして、図５に示した装置では、基板Ｗを
１枚ずつチャンバ14、16内に搬入してチャック10に保持
し、基板Ｗの表面に薬液供給ノズル18から洗浄用薬液や
リンス用超純水を吹き付けると同時に基板Ｗを回転させ
て洗浄処理する。この場合、図に示すように各種洗浄用
薬液や超純水を混合器24によって混合した後薬液供給ノ
ズル18から混合液を吐出するようにしてもよいし、多数
の専用ノズルを配設しておいて、各種薬液や超純水を基
板Ｗの表面へ同時供給するようにしてもよい。また、基
板Ｗの表面へ洗浄用薬液や超純水を勢い良く吹き付ける
ために、窒素ガス等の不活性ガスと一緒に薬液や超純水
を加圧して供給する場合もある。洗浄が終わった基板Ｗ
は、超純水によってリンス処理され、高速回転によって
乾燥処理された後、チャンバ14、16内から搬出され、次
の基板Ｗがチャンバ14、16内へ搬入される。このような
洗浄方法によれば、上記した浸漬法におけるような上記
諸欠点が改善される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１に
示したような装置を使用し、基板の表面に洗浄用薬液を
供給して基板の洗浄を行なう方法では、基板を１枚ごと
処理するため全体としての処理時間が多くかかる、とい
った問題点がある。

【０００６】また、基板の表面に供給されて洗浄に使用
された薬液中には、基板表面から除去された汚染物質が
溶け込んでいるため、使用済み薬液を基板上から速やか
に除去しないと、基板表面へ汚染物質が再付着してしま
うことになる。そこで、従来の洗浄方法では、基板の回
転数を極端に大きくすることにより、基板上の使用済み
薬液を遠心力で振り切って飛散させ易くしたり、また、
新鮮な洗浄用薬液を供給する圧力を高くすることによ
り、基板表面上の使用済み薬液を吹き飛ばすようにした
りしていた。しかしながら、このような方法では、新鮮
な洗浄用薬液の飛散が極めて多くなり、無駄な消費が増
えて、薬液使用量が多くなる、といった問題点があっ
た。尚、使用済み薬液を基板上から除去するときだけ基
板を高速回転させ、新鮮な洗浄用薬液を基板表面へ供給
するときには基板を低速回転或いは停止させる、といっ
たことも考えられるが、その場合には、基板回転時の加
速時間や減速時間などを含めると、全体として処理時間
が非常に長くなり、スループットが低下することにな
る。

【０００７】尚、基板の表面に洗浄用薬液を吹付け、噴
霧等により供給する洗浄法において、全体としての処理
時間を短縮化する方法として、複数枚の基板をバッチ式
で処理する方法が、〔ＫｕｒｔＣｈｒｉｓｔｅｎｓｏ
ｎ，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅｓｅｃｏｎ
ｄｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｓｙｍｐｏｓｉｕｍ
ｏｎｃｌｅａｎｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉ
ｎｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｄｅｖｉｃｅｍａ
ｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，ｅｄｓ．Ｊ．Ｒｕｚｙｌｌ
ｏａｎｄＲ．Ｅ．Ｎｏｖａｋ（Ｅｌｅｃｔｒｏ
ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，Ｐｅｎｎｉｎｇｔｏｎ，１９９
２）９２−１２，ＰＰ．２８６−２９３〕に記載されて
いる。その方法では、複数枚の基板を収納したキャリア
を複数個、ターンテーブル上に固定し、回転中心位置に
配設されたスプレイノズルから洗浄用薬液や最終リンス
液を窒素ガスと一緒に各カセット内の基板に向けて放出
し、基板の洗浄が行なわれる。

【０００８】しかしながら、この方法では、基板以外の
部分にも洗浄用薬液が放出されて飛散してしまい、薬液
の無駄な消費量が多くなる。また、基板をキャリアに収
納するため、そのキャリアから基板への薬液の撥ね返り
があり、また、キャリア保持用の構造材やチャンバ内壁
面などからの薬液の撥ね返りも多く、結果として汚染物
質の再付着が起こる。さらに、基板の表面へ確実に洗浄
用薬液が供給されにくく、また、薬液使用量を低減する
ことはできず、高精度洗浄にもならない、といった問題
点がある。

【０００９】また、薬液使用量を低減させる方法とし
て、特開昭５１−１３２９７２号公報には、ノズルから
薬液を、基板上に表面張力によって液がこぼれずに乗る
分だけ滴下し、処理後は基板を回転させてこれを取り払
うようにする方法が開示されている。

【００１０】しかしながら、この方法では、汚染物質を
含んだ使用済み薬液が基板に接触している間に汚染物質
の再付着が起こる。また、基板と新鮮な薬液とを１回接
触させただけでは、汚染物質の付着量を一般的に要求さ
れる水準まで下げることは困難であり、このため、上記
操作を何回も繰り返す必要がある。したがって、結果的
には、それほど薬液使用量の低減にはならず、また、処
理時間も長くなる、といった問題点がある。

【００１１】この発明は、以上のような事情に鑑みてな
されたものであり、基板の表面に洗浄用薬液を吹付け、
噴霧等により供給して基板の洗浄を行なう方法におい
て、従来問題点とされていたところの、全体としての処
理時間が多くかかり、薬液使用量が多くなる、といった
点を解決することを課題としてなされたものであって、
全体としての処理時間を従来に比べて短縮することがで
きるとともに、薬液使用量を少なくすることができ、基
板表面への汚染物質の再付着が起こる心配も無く、高精
度洗浄を可能とするような基板の洗浄処理方法、並び
に、その方法を実施するのに使用される洗浄処理装置を
提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載された発
明に係る基板の洗浄処理方法では、基板を回転又は往復
移動させながら、基板表面上の所定回転または往復移動
位置へ洗浄用薬液を間欠的に供給するとともに、基板表
面上から使用済み薬液を除去するように基板表面に不活
性ガスを間欠的に吹き付け、基板表面への洗浄用薬液の
供給と不活性ガスの吹き付けによる基板表面上からの使
用済み薬液の除去とを交互に繰り返して短時間内で連続
して行ない、その単位動作を繰り返すようにする。

【００１３】請求項２に記載された発明に係る基板の洗
浄処理方法では、基板表面上への洗浄用薬液の供給位置
及び不活性ガスの吹き付け位置を変更する。

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【００１８】

【作用】請求項１に記載された発明に係る基板の洗浄処
理方法では、基板の表面に洗浄用薬液が供給された後、
それに連続して速やかに（短時間内に）基板の表面に不
活性ガスが吹き付けられて、基板表面上から使用済み薬
液が除去され、続いて基板の表面に新鮮な洗浄用薬液が
供給され、その後に基板表面への不活性ガスの吹付けに
よって基板表面上から使用済み薬液が除去される。以上
のような動作を繰り返すことにより、基板表面が洗浄さ
れる。したがって、基板の表面は、使用済み薬液と接触
する時間が短く常に新鮮な洗浄用薬液と接触したような
状態となるので、効率良く洗浄が行なわれ、このため、
１枚の基板の洗浄に要する時間が短くなる。また、基板
を極端に大きな回転数で回転させて、基板表面上の薬液
を遠心力で振り切って飛散させたり、洗浄用薬液の供給
圧を高めて、基板表面上の薬液を吹き飛ばしたりするの
でなく、不活性ガスを基板の表面に吹き付けて使用済み
薬液だけを基板表面上から除去するので、薬液が効率的
に使用され、洗浄効率が良いことも併せて、薬液の使用
量が少なくて済むようになる。さらに、汚染物質を含ん
だ使用済み薬液は、不活性ガスの吹付けによって速やか
に基板表面上から除去されるので、基板表面へ汚染物質
が再付着することが起こらない。したがって、汚染物質
を含んだ使用済み薬液が速やかに除去されることによっ
て、基板表面に対して反応性の高い新鮮な洗浄用薬液が
直接、効率よく接触することが可能となり洗浄効果を向
上できる。また、新鮮な洗浄用薬液は反応性が高く、基
板の表面はそのような新鮮な薬液と常に接触した状態で
洗浄処理されるので、煩雑な濃度管理を行なわなくて
も、基板間或いはロット間における処理の均一性が保た
れる。

【００１９】請求項２に記載された発明に係る基板の洗
浄処理方法では、基板表面上への洗浄用薬液の供給位置
や不活性ガスの吹き付け位置、あるいは洗浄用薬液、不
活性ガスの吐出位置を変更することができるようにす
る。したがって、洗浄処理の均一性、特に基板の中心付
近を含めた洗浄処理の均一性を高めることができる。

【００２０】

【００２１】

【００２２】

【００２３】

【実施例】以下、この発明の好適な実施例について図面
を参照しながら説明する。

【００２４】図１は、この発明に係る基板の洗浄処理方
法を実施するのに使用される装置の１例を示す概略構成
図である。この図１において、図５で使用した符号と同
一符号を付したものについては、上記した通りであり、
その説明を省略する。

【００２５】この装置では、内チャンバ14内に配置され
る基板Ｗの上面及び下面にそれぞれ不活性ガス、例えば
窒素ガスを吹き付けるガス吹付けノズル40、40が設けら
れている。各ガス吹付けノズル40は、それぞれ流量コン
トローラ42、42を介して窒素ガス供給源44に流路接続さ
れている。

【００２６】ガス吹付けノズル40は、その吹付け位置が
薬液供給ノズル18による洗浄用薬液の供給位置に対し角
度位置を違えるように配設されている。また、薬液供給
ノズル18及びガス吹付けノズル40は、それぞれを所定位
置に固定しておくようにしてもよいが、基板Ｗの中心付
近を含めた洗浄処理の均一性を高めるために、それぞれ
を基板Ｗの保持位置に対して相対的に移動可能に構成す
ることができる。この場合は、洗浄用薬液の供給方向と
不活性ガスの吹付け方向とがぶつかり合わないように、
各ノズルの形状や吐出条件などに対応させて移動方向や
移動のタイミングなどを最適に調節する必要がある。

【００２７】また、薬液供給ノズル18からの洗浄用薬液
の供給においては、基板Ｗの表面形状や大きさ、ノズル
の型式などに応じ、基板Ｗの回転数、基板Ｗ表面への洗
浄用薬液の入射角度、洗浄用薬液の種類や供給量、供給
圧などの条件を、薬液供給時に基板Ｗ上からの薬液の飛
散が少なくなるように選定し、薬液供給ノズル18から吐
出された少量の洗浄用薬液が基板Ｗの表面上において有
効に洗浄のため使用されるようにする必要がある。尚、
薬液供給ノズル18としては、洗浄用薬液を液状で基板Ｗ
の表面へ吹き付けるような構成としてもよいし、洗浄用
薬液を霧状に噴霧して基板Ｗの表面へ供給するような構
成としてもよい。また、図示例のものでは、薬液供給ノ
ズル18から洗浄用薬液を吹き出すとともに、流路を切り
換えることによってリンス用の超純水を基板Ｗの表面へ
吹き付けることができるように構成されているが、リン
ス処理のための超純水専用ノズルを別に設けるようにし
てもよい。さらにまた、薬液による洗浄処理終了後に基
板Ｗを別のチャンバ内へ搬送し、その別のチャンバ内で
超純水リンス処理、乾燥処理を行なってもよい。

【００２８】また、薬液供給ノズル18及びガス吹付けノ
ズル40のそれぞれの設置本数は、多くするほど洗浄処理
の均一性を向上させるのに有利であるが、それぞれ１本
だけでもよく、また、何れか一方を１本だけにして他方
を複数本としてもよい。

【００２９】上記した装置を使用して基板Ｗを洗浄処理
するには、基板Ｗを低速で回転させながら、図２に模式
的平面図を示すように、薬液供給ノズル18から少量の洗
浄用薬液を基板Ｗの表面へ供給する。このとき、洗浄用
薬液は、右下り斜線で示す範囲Ａ内に連続的に供給され
るが、基板Ｗが回転しているので、基板Ｗが１回転する
間に基板Ｗの全面に洗浄用薬液が供給されることにな
る。基板Ｗの表面に供給されて洗浄に使用された薬液
は、表面張力によって基板Ｗの表面に残留するが、基板
Ｗの回転動作に伴ってガス吹付けノズル40の配設位置へ
移動してくると、ガス吹付ノズル40から右上り斜線で示
す範囲Ｂへ窒素ガスが連続して吹き付けられることによ
り、使用済み薬液は基板Ｗの表面上から吹き飛ばされて
除去される。そして、窒素ガスの吹付けにより使用済み
薬液が除去されて基板Ｗ表面が露呈した部分は、基板Ｗ
の回転動作に伴って薬液供給ノズル18の配設位置へ移動
してくると、薬液供給ノズル18から新鮮な洗浄用薬液が
少量供給されて、その新鮮な薬液と接触する。このよう
に、基板Ｗの回転に伴い、新鮮な洗浄用薬液の供給→洗
浄処理→使用済み薬液の除去→新鮮な洗浄用薬液の供給
といった動作が連続して繰り返される。そして、基板Ｗ
の表面は、基板Ｗが１回転するごとに新鮮な洗浄用薬液
と接触することになるため、洗浄処理が速やかに進行す
る。また、薬液供給ノズル18から基板Ｗの表面へ供給さ
れる洗浄用薬液の量は必要最少限であり、処理時間が短
くなることと相俟って、洗浄用薬液の使用量が大幅に減
ることになる。さらに、使用済み薬液は、窒素ガスの吹
付けにより基板Ｗが１回転する前に基板Ｗ表面上から除
去されるので、使用済み薬液中に含まれる汚染物質が基
板Ｗの表面に再付着する可能性は殆んど無い。

【００３０】次に、この発明に係る基板の洗浄処理方法
に関して行なった実験例及びその結果について説明す
る。

【００３１】実験ではサンプルとして、Ｎ−タイプ、６
インチ径のＳｉ−（１００）ウエハで、抵抗率１０〜１
５Ω・cmのものを用いた。洗浄用薬液としては、電子工
業用の３７％塩酸（（株）ナカライテスク製）を使用
し、それを純水１０³に対して１の割合で混合したもの
を用いた。サンプルウエハには、その表面に原子吸光分
析用の鉄標準液（（株）ナカライテスク製）を回転塗布
し、ウエハ表面における鉄汚染濃度の初期値が２×１０
¹³ａｔｏｍｓ／cm²となるように調製した。このサンプ
ルウエハを室温で、通常の浸漬法（薬液槽容量６，００
０ml）によって洗浄処理した場合、ウエハを回転させな
がら洗浄用薬液をウエハ表面へ供給する従来方法（基板
の回転数５００ｒｐｍ、薬液供給流量６０ml／分）によ
って洗浄処理（以下、「旧スピン洗浄」という）した場
合、並びに、この発明に係る方法（基板の回転数５００
ｒｐｍ、薬液供給流量６０ml／分、窒素ガス吹付け流量
１０Ｌ／分）によって洗浄処理（以下、「新スピン洗
浄」という）した場合のそれぞれについて、各洗浄時間
におけるウエハ表面の鉄汚染濃度を測定し、鉄汚染の除
去効果を比較した。鉄汚染濃度の測定は、フレームレス
原子吸光分析法によって行なった。

【００３２】図４に実験結果を示したように、この発明
に係る新スピン洗浄によると、従来の旧スピン洗浄によ
った場合に比べて１／３以下の短い時間で、原子吸光分
析法の測定限界値に近い１×１０¹⁰ａｔｏｍｓ／cm²の
濃度以下まで鉄汚染を低減させることができた。

【００３３】上記した実施例では、薬液供給ノズル18か
ら基板表面へ連続的に洗浄用薬液を供給するとともに、
ガス吹付けノズル40から基板表面へ連続的に不活性ガス
を吹き付けるようにして、基板表面への洗浄用薬液の供
給と基板表面上からの使用済み薬液の除去とが短時間内
で連続して繰り返し行なわれるようにしたが、共通の吐
出ノズルから洗浄用薬液を基板表面へ間欠的に供給する
とともに不活性ガスを基板表面へ間欠的に吹き付けるよ
うにし、それらの動作を交互に繰り返すように制御する
構成としてもよい。この場合にも、吐出ノズルを移動可
能として、洗浄処理の均一性を向上させるようにするこ
とができる。このように共通の吐出ノズルから洗浄用薬
液と不活性ガスとを交互に吐出する構成としたときは、
装置の構成が若干簡単になり、また薬液使用量の多少低
減することになるが、洗浄処理に要する時間は、図４に
示した結果における旧スピン洗浄と新スピン洗浄との中
間程度になる。尚、共通の吐出ノズルから洗浄用薬液と
不活性ガスとを交互に吐出する装置では、図３に示すよ
うに、基板Ｗの回転中心位置にも薬液及びガスが当たる
ように幅広で均一に薬液やガスを吐出する型式の吐出ノ
ズル46を使用するとよい。

【００３４】また、上記実施例では基板Ｗを回転させる
ようにしているが、基板を水平面内で揺動させるなどし
て往復移動させる構成としてもよい。尚、図１に示した
装置において、窒素ガス等の不活性ガスの代替として純
水から発生したスチームやドライエアーなどを使用する
ことも可能である。この場合には、洗浄処理に要する時
間が、図４に示した結果における旧スピン洗浄と新スピ
ン洗浄との中間位になる。

【００３５】

【発明の効果】この発明は以上説明したように構成され
かつ作用するので、請求項１に記載された発明に係る基
板の洗浄処理方法では、従来法に比べて処理時間を短縮
してスループットを向上させるとともに、薬液使用量を
少なくして処理コストを低減させることができ、また、
洗浄後の基板表面への汚染物質の再付着を無くして処理
品質を向上させることができ、高精度洗浄が可能にな
る。

【００３６】

【００３７】

【００３８】

【００３９】請求項２に記載された発明に係る基板の洗
浄処理方法では、洗浄処理の均一性、特に基板中心付近
を含めた洗浄処理の均一性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る基板の洗浄処理方法を実施する
のに使用される装置の構成の１例を示す概略図である。

【図２】この発明に係る基板の洗浄処理方法における洗
浄過程を説明するための模式平面図である。

【図３】薬液供給手段及びガス吹付け手段の別の構成例
を示す部分平面図である。

【図４】この発明に係る基板の洗浄処理方法に関して行
なった実験例の結果を示すグラフ図である。

【図５】従来の洗浄処理方法を実施するのに使用される
装置の１例を示す概略構成図である。

【符号の説明】

10 チャック 12 モータ 14 内チャンバ 16 外チャンバ 18 薬液供給ノズル 24 混合器 34、36、38 薬液タンク 40 ガス吹付けノズル 44 窒素ガス供給源 46 吐出ノズルＷ基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/304 B08B 3/00 - 3/14

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基板の表面に洗浄用薬液を供給して基板表
面を洗浄する基板の洗浄処理方法において、基板を回転又は往復移動させながら、基板表面上の所定
回転または往復移動位置へ洗浄用薬液を間欠的に供給す
るとともに、基板表面上から使用済み薬液を除去するよ
うに基板表面に不活性ガスを間欠的に吹き付け、基板表
面への洗浄用薬液の供給と不活性ガスの吹き付けによる
基板表面上からの使用済み薬液の除去とを交互に繰り返
して短時間内で連続して行ない、その単位動作を繰り返
すことを特徴とする基板の洗浄処理方法。
【請求項２】基板表面上への洗浄用薬液の供給位置及び
不活性ガスの吹き付け位置を変更する請求項１に記載の
基板の洗浄処理方法。