JP3380021B2 - 洗浄方法 - Google Patents

洗浄方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、基板の洗浄方法に関す
るものであり、さらに詳しく述べるならば、電子デバイ
スの基板、半導体ウェハー、液晶基板、フォトマスク、
ガラス基板などに付着した粒子状、膜状などのゴミ、パ
ーティクル、異物など(以下「ゴミ」と称する)を洗浄
する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】上記したような基板に付着した直径が
0.2〜10μm程度のゴミは27〜40kHz程度の
周波数の超音波水洗とか、強い攪拌だけでは完全には取
り除けないので、綿もしくは布で擦る方法でゴミを除去
することが一般に行われていた。現状では直径が100
〜300μmのモヘア、ナイロンなどをブラシにしたブ
ラシスクラバーにより基板表面を擦って付着したゴミを
除去する方法が主流となっている。具体的には、図7に
示すように、回転台1に、Oリング2を介して保持しか
つ真空吸着した基板3を回転させながらブラシ4を基板
3の直径方向で移動させて基板表面を擦りかつ同時にブ
ラシ4と一体に移動するノズル5から純水6を噴出さ
せ、また別途設けられたノズル7からも純水6を噴出さ
せてゴミを洗い流すのである。なお、8はブラシ4の回
転軸を内蔵した保持棒、9はバルブである。
【0003】ところで、純水(de−ionized water =D
IW)中に浸漬された基板に加えられた超音波振動は強
度が5キャビン程度でも液中に発生したキャビティによ
り基板上のデバイスが破壊されてしまうおそれがあるの
で1M以上の半導体デバイス用基板の洗浄には、かかる
洗浄法は実用はされていない。
【0004】近年、純水を凍結して製造した微粒子状氷
を使用して半導体デバイスの洗浄を行ういわゆるアイス
スクラバー洗浄が検討されている。この方法では微粒子
状氷を基板表面に噴射することによりゴミを除去する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】近年の半導体デバイス
などの集積度向上により、ブラシが基板を汚染源となる
ことが問題になって来ている。すなわち、最近のIC基
板の表面には、微細パターンの場合は0.3〜1.0μ
mのline and spaceで電子素子パターン、配線パターン
などが形成されており、これらの微細な電子素子パター
ンはブラシの摩擦によるコンタミネーションをきらうた
めに、ブラシの代わりになる高純度物質を用いる洗浄方
法の開発が望まれている。
【0006】一方、アイススクラバー方式は、洗浄物質
が純水から作られている氷であるためにコンタミネーシ
ョンをもたらさないが、洗浄効果を高めるためには微粒
氷の基板との衝突エネルギを高める必要があり、空気を
媒体として氷の粒子を高速で噴射している。この結果デ
バイスの損傷などが懸念される。
【0007】したがって、本発明は、洗浄手段からのコ
ンタミネーションを招かず、また、基板と氷の粒子は流
体を媒介しているために基板の損傷も招かない洗浄方法
を提供することを目的とする。
【0008】本発明に係る方法は、水の凝固点より低い
凝固点を有しかつ氷の微粒子を混合させた液体を、水の
凝固点以下の温度で基板に噴射し、衝突させることによ
り前記基板を洗浄することを特徴とする洗浄方法であ
る。
【0009】以下、本発明の構成を詳しく説明する。本
発明においてゴミを基板から除去するのは氷の微粒子で
あり、またこの氷の微粒子状をエア噴射スクラバー方式
によらず液体を用いたスクラバー方式とするために、液
体に氷の微粒子を混合している。ここで、液体として、
例えばイソプロピルアルコール(IPA)(mp=−8
9.5℃;bp=82.4℃)を使用すると、これをー
5〜−15℃の範囲に冷却し、この中に氷の微粒子を適
量混合させると、氷の微粒子の溶解もイソプロピルアル
コールの凝固も起こらない状態が実現される。
【0010】イソプロピルアルコール以外にも、メチル
アルコール(mp=−97.78℃;bp=64.65
℃),エチルアルコール(mp=−114.1℃;bp
=78.3℃),水5容量%残部エチルアルコール混合
溶液(bp=78.2℃)、アセトン(−94.82
℃;bp=56.5℃)、水50容量%残部アセトン混
合溶液なども使用することができる。
【0011】また、本発明で使用する氷微粒子の粒子径
は、基板に形成されるパターンのline and space寸法の
応じたものを選ぶ必要がある。この粒子径が小さすぎる
と大きいゴミを除去し難く、逆に大きすぎると、微細パ
ターンの細部に衝突してゴミを除去する能力が低下す
る。氷の微粒子の中心粒径は好ましくは1〜150μm
のものであり、より好ましくはline and space の幅に
相当する粒径からその10倍程度であろう。また氷は純
水を凍結したものであることが好ましい。純水を使用し
て純度の良い氷の微粒子を製造する方法は、例えば応用
物理、第59巻第11号(1990)、1509〜15
10頁に記載された方法によることができる。
【0012】氷と液体の割合は洗浄効率が高くなるよう
に適宜定めるが、前者が10〜30重量%、後者が残部
であることが好ましい。
【0013】続いて、氷微粒子を混合した液体によるス
クラビング洗浄のためには、かかる混合液体の中に浸漬
された基板に氷微粒子を衝突させる必要があり、このた
めには、基板を振動させるかもしくは撹拌する:液体の
容器を振動させるか揺する:液体を流動させながら撹拌
する:キャビテーションをほとんど起こさない周波数を
選んだ超音波振動すなわちメガソニックを使用した振動
を液体に付与する:氷微粒子を混入した液をポンプによ
り容器内を循環させる:この循環の際に液体の流速を脈
動的に変化させ、もしくは逆転させあるいは基板をセッ
トしたキャリヤーを上下または左右に揺動する;ウェハ
ー表面に氷を含んだアルコールを吹きつけて撹拌するな
どの運動エネルギ発生・付与手段により行うことができ
る。
【0014】本発明においては、液体が水でなく実質的
に液状有機化合物からなると基板の酸化を防止すること
ができ、自然酸化膜の発生を極力おさえる利点がある。
【0015】
【作用】本発明における液体スクラバー洗浄方式は次の
ような特長がある。 (イ)液体中の氷微粒子で基板を擦るために、空気媒体
のアイススクラバーに比較して粘性が高い流体が衝突の
ショックアブソーバーとなり、基板表面の素子に与える
ダメージが少なくなる。 (ロ)基板を液体に浸漬するから基板の素子形成面だけ
でなく裏面も洗浄される。この結果裏面のゴミによるコ
ンタミネーションも防止できる。さらに、基板を1枚ご
とに洗浄することも、数枚をバッチ処理しスループット
を高めることもできる。 (ハ)洗浄温度が0℃以下であるために、基板に付着し
ていたレジスト膜などの有機物は固化・収縮して除去さ
れ易くなる。また、低温のため液体の蒸気圧が低いの
で、火災の危険性が少ない。 (ニ)液体としてアルコールなどの水以外の有機化合物
を使用すると、基板は水に触れないので基板に自然酸化
膜が形成されない。水と有機化合物を混合する場合でも
自然酸化膜の膜厚増加が抑えられる。以下、図面に示さ
れた本発明の実施例を説明する。
【0016】
【実施例】本発明による洗浄方法を実施する装置の具体
例を示す。図1は、メガソニック振動子20をエネルギ
発生・付与手段により洗浄を行う装置を示している。図
中、1,2,3は図7に示したものである。矢印方向
に、−20℃に冷却したイソプロピルアルコールに氷の
微粒子を混合したものを、メガソニック振動子20に供
給し、ここで超音波振動によりこれらを十分均一に混合
してから、ノズル25を通して基板3に噴射させる。氷
の微粒子26と水滴27は基板3に向かって左右から噴
射される。なお上記部材1,2,3,20,25などか
ら構成される装置全体は恒温室内に配置しておくことが
好ましい。
【0017】図2は一般の液体洗浄装置における洗浄例
である。10はウェハー3を容れ処理する容器、11は
容器10から溢れた液体と氷微粒子を一旦集める受槽、
12はウェハーの保持治具、13は保持治具12を取り
外し可能に保持し、容器10に固着された支持腕、14
は受槽11と管19を介して接続されたポンプ、15は
ストレージタンク、17は容器10に氷微粒子と液体を
循環させるための供給管部である。25は氷微粒子と液
体を洗浄が終了した時にドレインに排出するよう切り替
えられる弁である。
【0018】図3は、ウェハー3の保持治具の斜視図で
あり、ウェハ−3は保持具側壁の2箇所のU溝12a
と、底部の支え棒18(図示されないU溝が形成されて
いる)の3箇所で支持されていることを示す。これらの
支持箇所以外ではウェハー3の間には間隙が形成されて
おり、その間隙を通して氷の微粒子がウェハー3の面を
擦り、ウェハー面と衝突しながら、通り抜ける。その後
窒素ガスを吹き付けるなどの方法により液体を蒸発させ
る。又は今広く使用され始めたIPAの蒸気洗浄機を用
いて、ウェハー基板表面を乾燥させることも容易であ
る。
【0019】図2に示された装置の操作方法を以下説明
する。矢印方向に、−20℃に冷却したイソプロピルア
ルコールと氷の微粒子26の混合物を、バルブ28を開
放して容器10内に供給する。この時バルブ22,2
4,25は閉じ、バルブ23,29は開放しておく。容
器10内に前記の氷−液体混合物が充満されたならば、
バルブ28を閉じ、ポンプ14を駆動して流路内で混合
物を循環させ、流れが安定したときにウェハー3を容器
10内に入れて洗浄を行う。洗浄中には氷−液体混合物
の温度調節はストレージタンク15で行い、氷−液体混
合物を容器10から受槽11内に溢れさせることによ
り、洗浄系内を循環させる。所望の時間経過後ウェハー
3をそのままにして、バルブ23,29を閉じ、バルブ
22,24を開放して、純水による洗浄を行う。水洗完
了後ウェハー3を取り出す。
【0020】図4〜6はメガソニック振動子20を石英
槽に直接取付けることにより洗浄エネルギを発生しかつ
付与する装置を示しており、図1〜2と共通する装置要
素は同じ参照符号を付して示している。メガソニック振
動子20としては現在ICの生産設備で使用されてお
り、一般に800kc〜1.4MHzの周波数で動作さ
れているものを使用することができ、液体を振動させる
ことにより液体とともに氷微粒子を振動させ、もって氷
微粒子を基板面に衝突させる。この装置においては、ウ
ェハーの支持腕13の先端にウェハー3を疵つけないよ
うな軟質のゴムなの材料により保持部21を作ってい
る。また、受槽の一部11aから溢れた液と氷微粒子を
図示されないタンクに回収している。 [0021]
【発明の効果】本発明は以上のように構成したものであ
るから、基板表面の副次的コンタミネーションや素子の
破壊を招くことなく、基板表面を洗浄することができる
から、電子工業に貢献するところが大である。さらに、
請求項2のように、有機化合物を使用し、水は全く含ま
ないかあるいは少量だけ含む液体を使用すると、シリコ
ン表面に自然酸化膜が形成され難い。したがって、電極
コンタクト窓のエッチング後に行う洗浄のように、微細
な凹部のゴミ除去にも効果があると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明法を実施する洗浄装置の一実施例を示す
図面である。
【図2】洗浄装置の一実施例を示す図面である。
【図3】図2で使用されているウェハー保持部の図面で
ある。
【図4】メガソニックを使用した洗浄装置の一例を示す
図面である。
【図5】図4のA−A線断面図である。
【図6】図4のB−B線断面図である。
【図7】従来の洗浄方法を説明する図面である。
【符号の説明】
1 回転台 3 基板 4 ブラシ 5 ノズル 6 純水 10 容器 11 受槽 12 ウェハーの保持治 14 ポンプ 15 ストレージタンク 26 氷の微粒子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−79326(JP,A) 特開 平2−305440(JP,A) 特開 平5−285837(JP,A) 特開 昭58−22999(JP,A) 特開 昭50−97533(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/304 B08B 3/10 B08B 7/02

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水の凝固点より低い凝固点を有しかつ氷
    の微粒子を混合させた液体を、水の凝固点以下の温度で
    基板に噴射し、衝突させることにより前記基板を洗浄す
    ることを特徴とする洗浄方法。
  2. 【請求項2】 前記氷の微粒子を混合した液体に超音波
    振動を付与して混合し、次にノズルから噴射することを
    特徴とする請求項1記載の洗浄方法。
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