JP3596397B2

JP3596397B2 - 乾式洗浄装置

Info

Publication number: JP3596397B2
Application number: JP37300999A
Authority: JP
Inventors: 宣是菱沼; 史敏竹元
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 1999-12-28
Filing date: 1999-12-28
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2019-12-28
Also published as: JP2001179198A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は洗浄装置に関し、特に被処理物の表面を洗浄する紫外線洗浄手段を有する乾式洗浄装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体、液晶や電子部品の製造工程において、基板表面にさまざまな物質を塗布、付着また雰囲気中で熱処理を行う工程があるが工程移動中に無機物や有機物などの汚染物質が基板表面上に付着する。
【０００３】
その汚染物質が基板上に存在すると最終的にはデバイス性能を著しく損なったり、配線の断線、ショートが発生したりし、歩留りの低下を引き起こす大きな原因となっている。そのため半導体、液晶や電子部品の製造工程においては、全工程にわたり基板表面上をいかに清浄に保つかが歩留り向上に直結しており、基板表面上を洗浄することの重要性が一段と高まっている。
【０００４】
例えば、半導体製造工程で問題となる銅や鉄などに代表される粒子状の無機物汚染物質やフォトレジスト等の樹脂などに代表される有機物汚染物質を除去するために、洗浄液として過酸化水素水をベースにしたＲＣＡ洗浄方式の湿式洗浄装置が多数使用されている。このＲＣＡ洗浄プロセスは複数の洗浄液を使用する洗浄プロセスに対応し、洗浄液の混入を避けるために洗浄装置は複数の洗浄槽を有し、また各洗浄液処理槽の間に超純水リンス槽も配置されているマルチバス方式が主流である。ここで用いられる洗浄液はアンモニア、硫酸、塩酸、フッ酸などである。近年、洗浄液で洗浄後に超純水で使用した洗浄液を希釈して洗い流し、更に超純水で完全に水洗した後、次の薬液を投入するというひとつの処理槽で対応するワンバス方式の湿式洗浄装置も使用されてきている。また、より一層の洗浄能力向上のため、残留微粒子除去のために洗浄液とブラシを組み合わたスクラブ洗浄装置や、洗浄液と超音波を組み合わせたメガソニック洗浄装置などをＲＣＡ洗浄方式の湿式洗浄装置と組み合わせた複合湿式洗浄装置が使用されている。
【０００５】
粒子状の無機物汚染物質を除去する他の方法の一つに、超音波高圧エアを基板表面上に吹き付け、基板表面上から粒子状の無機物汚染物質を剥離し、真空吸引装置を用いて吸引除去する超音波ドライクリーナーなども使用されている。
【０００６】
有機物汚染物質を除去する方法として、波長２００ｎｍ以下の真空紫外線を照射することにより、真空紫外線およびこれにより生成されるオゾンの作用によって被処理体を処理する紫外線洗浄装置が使用されている。このような紫外線洗浄装置に使用されているランプとしては、従来、水銀の共鳴線である波長１８５ｎｍの真空紫外線を放出する低圧水銀ランプが使用されていたが、最近においては、一部が誘電体により構成された放電容器に、エキシマ分子を形成する放電用ガスを充填し、誘電体バリア放電（別名オゾナイザ放電あるいは無声放電。電気学会発行改定新版「放電ハンドブック」平成１年６月再販７刷発行第２６３ページ参照）によってエキシマ分子を形成せしめ、該エキシマ分子から放射される光を利用するランプ、すなわち誘電体バリア放電ランプが使用されている。
【０００７】
しかしながら、上記の洗浄装置においては以下のような問題があった。
（１）．湿式洗浄装置は大型であるとともに、純水装置、排水処理装置、乾燥装置等の付帯設備が必要でなり、装置全体の設備導入費用が高価になるとともにランニングコストも高価である。湿式洗浄装置で使用される洗浄液は気化しやすく、製造工程内の環境汚染源となっている。近年の地球環境保全に対する配慮により、半導体、液晶の製造工程で使用されている洗浄液などの使用量削減や全廃が課題となっている。
（２）．ドライクリーナーは、有機物汚染物質を除去できないことや高圧エアを基板表面上に吹き付けるために発生する静電気により、逆に粒子状の無機物汚染物質を再付着が発生することもあり、静電気除去を行うためにイオナイザー等の付帯設備を設ける必要がある。
（３）．紫外線洗浄装置は有機物汚染物質を除去に対しては優れているが無機物汚染物質の除去にはほとんど効果がない。
【０００８】
そこで、半導体及び液晶製造会社よりコンパクトでランニングコストが安く、かつ、洗浄液の使用しないで粒子状の無機物汚染物質や有機物汚染物質を共に効率良く除去できる乾式洗浄装置が強く要望されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、銅や鉄などに代表される粒子状の無機物汚染物質やフォトレジスト等の樹脂などに代表される有機物汚染物質を共に効率良く除去できる乾式洗浄装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、高速エアを吹き付けて被処理物の表面から粉塵を除去する集塵手段と、この集塵手段による処理と同時に波長２００ｎｍ以下にピークを有する紫外光を放射する紫外線ランプによって放射された真空紫外線、およびこれにより生成されるオゾンの作用によって被処理物表面を洗浄する紫外線洗浄手段を有することを特徴とする。
【００１１】
図１に本発明にかかわる乾式洗浄装置を示す。
本乾式洗浄装置Ａは大きく分けて３つの部分より構成されており、被照射物表面に付着する粒子状の無機物汚染物質を良好に被照射物表面から剥離させ、かつ真空吸引によって除去する部分いわゆる集塵装置ａ１、真空紫外線およびこれにより生成されるオゾンの作用によって被処理物表面を洗浄する紫外線照射装置ａ２、搬送装置ａ３から成る。
【００１２】
集塵装置ａ１は、高速エアを発生させる高圧ヘッド１０と高圧ヘッド１０より発生した高速エアを被照射物に効率良く吹き付けるためのノズル１１と、高速エアにより被照射物表面から剥離させ、粒子状の無機物汚染物質を真空吸引を行うバキュームヘッド１２から構成されている。また上記方法は集塵装置ａ１は、被照射物と非接触であるために接触式のクリーナーに比べてスクラッチの発生がない。
【００１３】
紫外線照射装置ａ２は、ステンレス製の容器２０の内部に、１７２ｎｍにピーク波長を有する誘電体バリア放電ランプ２１が複数配置されており、容器２０の前方には真空紫外光を透過するための合成石英ガラスよりなる窓部材２２が配置されている。この容器２０は密閉されており、誘電体バリア放電ランプ２１は大気と隔離され、容器２０内には誘電体バリア放電ランプ２１から放射される光に対して透過性であり真空紫外光を吸収しない不活性体、例えば窒素、アルゴン、ネオン等のガスが充満されている。反射鏡２３は必要によって設けられるものであり、誘電体バリア放電ランプ２１から放射される真空紫外光を効率良く窓部材２２の方向に反射させるためのものである。
誘電体バリア放電ランプ２１は中空円筒状の放電容器内にエキシマ発光用ガスを充填し、誘電体バリア放電を発生させることにより、エキシマが生成されてエキシマ光が放出されるものである。誘電体バリア放電ランプ２１の放電容器を構成する材料として、真空紫外線に対して透過性を有するもので実施例では合成石英ガラスを用いた。
本実施例で使用した誘電体バリア放電ランプ２１は有効長２５０ｍｍ、ランプ電力５０Ｗものであり、真空紫外光を発生させるためエキシマ発光用ガスとしてキセノンガスを用いている。また、紫外線照射装置ａ２の内部には、誘電体バリア放電ランプ２１が４本配置されている。誘電体バリア放電ランプについては、例えば、特許第２７７５６９７号、特許第２８３６０５６号、特許第２７７５６９８号、特許第２８５４２５０号、特許第２７７５６９９号等に開示されている。
なお本実施例において、紫外線ランプとして誘電体バリア放電ランプを用いたが、低圧水銀灯、ホロカソードランプ、マイクロ波放電ランプ、高周波放電ランプなど２００ｎｍ以下に放射光を有する紫外線ランプであれば、どのようなランプでも構わない。
【００１４】
搬送装置ａ３は、シリコンウエハ３０が収納されているカセットボックス３１からロボットアーム３２を用いてシリコンウエハ３０を試料ステージ３３に搬送し、その後試料ステージ３３ごと集塵装置ａ１や紫外線照射装置ａ２に移動するいわゆるシャトル搬送を使用した。本実施例ではシャトル搬送を用いたが被照射物を集塵装置ａ１や紫外線照射装置ａ２の直下を搬送ローラーを用いて搬送を行うこともできる。
【００１５】
上記仕様の乾式洗浄装置Ａを用いて洗浄実験を行った。洗浄実験に用いたサンプルは次のような手順で作製した。まず既存のシリコンウエハに対してＲＣＡ洗浄を実施し、粒子状の無機物汚染物質を除去し、さらにシリコンウエハを５５０℃で加熱し有機物汚染物質の除去を行った。その後クリーンルーム内にシリコンウエハを２０日放置し、有機物汚染物質をシリコンウエハ上に強制的に堆積させた。なおシリコンウエハ上に堆積した有機物汚染物質を特定するために、同条件にて放置した分析用シリコンウエハを不活性気流中にて４００℃で加熱を行い、シリコンウエハ表面より熱脱離した有機物を吸着剤に捕集濃縮したのち、ガスクロマトグラフィーで測定する、いわゆるウエーハ加熱脱離―ガスクロマトグラフィーー質量分析法（ＷＴＤ−ＧＣ−ＭＳ）で組成分析を行った。検出された有機物汚染物質は、フタル酸ジーｎ−ブチル（ＤＢＰ）やフタル酸ジー２−エチルヘキシル（ＤＯＰ）などであった。これらの有機物汚染物質はデバイスの性能を著しく低下させる原因のものである。
粒子状の無機物汚染物質として粒子径が１０．０、５．０、３．０、１．０、０．５μｍの５種類のシリコンビーズを有機物汚染物質が堆積しているシリコンウエハ上に無策に散布し、洗浄実験サンプルとした。
【００１６】
実験手順として、予めパーティクルカウンタを用いてシリコンウエハ３０の表面上に存在するシリコンビーズの数量を測定したシリコンウエハ３０をカセットボックス３１に収納しておく。乾式洗浄装置Ａを稼動させ、ロボットアーム３２にてシリコンウエハ３０を試料ステージ３３に設置し、試料ステージ３３ごと集塵装置ａ１に移動させる。なお、シリコンウエハ３０の表面と集塵装置ａ１のバキュームヘッド１３の空間距離ｄ１は２ｍｍである。試料ステージ３３に配置されたシリコンウエハ３０の端部が集塵装置ａ１の下側を通過しはじめた瞬間に、集塵装置ａ１の高圧ヘッド１０より発生させた高速エアをノズル１１からシリコンウエハ３０の表面上に吹き付けると同時に高速エアによりシリコンウエハ３０の表面から剥離させたシリコンビーズをバキュームヘッド１２から真空吸引を行う。
集塵装置ａ１で洗浄されたシリコンウエハ３０を紫外線照射装置ａ２に移動させ、紫外線照射装置ａ２の窓部材２２の直下で試料ステージ３３を静止させ、紫外線照射装置ａ２より放射される真空紫外線およびこれにより生成されるオゾンの作用によってシリコンウエハ３０の表面に堆積している有機物汚染物質の除去を行う。今回の実施例では紫外線照射装置ａ２の窓部材２２とシリコンウエハ３０までの距離ｄ２は２ｍｍで、真空紫外線の照射時間は６０秒とした。
集塵装置ａ１と紫外線照射装置ａ２にて洗浄が終了したシリコンウエハ３０をカセットボックス３１に格納する。格納されたシリコンウエハ３０を取り出し、パーティクルカウンタを用いてシリコンビーズの残存数の測定とＷＴＤ−ＧＣ−ＭＳによる有機物汚染物質の残存測定を行い、洗浄前後におけるシリコンビーズの除去率と有機物汚染物質の除去度合いで評価を行った。
なお従来技術と比較を行うために、集塵装置ａ１と紫外線照射装置ａ２を単独で稼動させた場合の洗浄効果も合せて確認した。
【００１７】
まず集塵装置ａ１を単独で稼動させ洗浄実験を行った。その結果、粒子径が３μｍ以上のシリコンビーズの除去率は９９％以上で、粒子径が０．５及び１．０μｍでは除去率が９７％であった。しかしながら、ＷＴＤ−ＧＣ−ＭＳで有機物汚染物質の除去について評価を行ったところ、ＤＢＰやＤＯＰなどの有機物汚染物質は除去されていなかった。なお、集塵装置ａ１を単独で稼動させて洗浄実験を行ったとき、高圧エアをシリコンウエハ３０に吹き付けたことにより静電気が発生し、シリコンウエハ３０の帯電が生じた。この帯電は、集塵処理自身においては、特に目立って無機物汚染物質を付着させないが、その後被処理物を放置しておくと容易に無機物汚染物質を付着させてしまう。
【００１８】
次に紫外線照射装置ａ２を単独で稼動させ洗浄実験を行った。その結果、シリコンビーズの除去効果はほとんで確認できなかったが、ＤＢＰやＤＯＰなどの有機物汚染物質は完全に除去された。また、紫外線照射装置ａ２を単独で稼動させ洗浄実験を行った場合、シリコンウエハ３０の帯電が生じなかった。
【００１９】
本願発明の集塵装置ａ１と紫外線照射装置ａ２を組み合わせた乾式洗浄装置Ａで洗浄実験を行った。その結果、粒子径が３μｍ以上のシリコンビーズの除去率は９９％以上で、粒子径が０．５及び１．０μｍでは除去率が９７％で、ＤＢＰやＤＯＰなどの有機物汚染物質も完全に除去された。さらに集塵装置ａ１を単独で稼動させ洗浄を行った時に発生したシリコンウエハ３０の帯電も生じなかった。シリコンウエハ３０に帯電が生じなかった理由は、真空紫外線の照射による静電気の除去いわゆる除電が行われたからである。このように帯電が生じないため、当該処理の後、被処理物を放置しておいてとしても無機物汚染物質は当該被処理物質に付着することはない。
なお本実施例では集塵装置ａ１で洗浄を行ったのちに紫外線照射装置ａ２で洗浄を行ったが、集塵装置ａ１と紫外線照射装置ａ２の順番を入れ替えても、シリコンビーズとＤＢＰやＤＯＰなどの有機物汚染物質の除去に関しては同様の結果となった。しかしながら、紫外線照射装置ａ２を集塵装置ａ１の先に配置したため、真空紫外線の照射による静電気の除去効果が少なく、シリコンウエハ３０が若干帯電が生じた。
つまり、集塵装置により処理を先に行い、その直後において紫外線照射処理を行うことで両者を個別に行った場合に得られる効果に加えて、集塵処理により発生する被処理物上の帯電を紫外線照射処理で良好に消すことが可能になって新規な効果を有することになる。
【００２０】
図２のような集塵装置ａ１と紫外線照射装置ａ２を同時に稼動させられる乾式洗浄装置Ｂの場合、図１の乾式洗浄装置Ａよりも一層の洗浄効果が得られる。その効果とは、粒子径が０．５及び１．０μｍの除去率が飛躍的に向上し除去率９９％となった。なお、ＤＢＰやＤＯＰなどの有機物汚染物質の除去とシリコンウエハ３０の帯電に関しては図１の乾式洗浄装置Ａと同様であった。なお、粒子径が０．５及び１．０μｍの除去率が９９％に向上した要因は、集塵装置ａ１より高圧エアをシリコンウエハ３０に吹き付けると同時に２００ｎｍ以下に放射光を有する紫外線ランプを点灯させたことにより、高圧エアの吹き付けることにより発生する静電気が除去され、その結果として粒子径の小さなシリコンビーズの再付着が防止されたためである。また、集塵装置ａ１を稼動させたときに、シリコンウエハ３０の裏面から２００ｎｍ以下に放射光を有する紫外線ランプを点灯させても静電気の除去ができた。
【００２１】
図１や図２に示される本実施例では、２００ｎｍ以下に放射光を有する紫外線ランプを１ヵ所のみに適用したが、複数配置することにより静電気の除去及び有機物汚染物質の除去効果が飛躍的に向上する。従って、本願発明の乾式洗浄装置は、高速エアを吹き付けて被処理物表面から粉塵を除去する集塵手段と、この集塵手段による処理の直前や直後、あるいは同時に２００ｎｍ以下に放射光を有する紫外線ランプによって放射された真空紫外線およびこれにより生成されるオゾンの作用によって被処理物表面を洗浄する紫外線洗浄手段を有することで、コンパクトでランニングコストが安く、かつ、洗浄液の使用しないで粒子状の無機物汚染物質や有機物汚染物質を共に効率良く除去できる。さらに、高速エアを吹き付けて被処理物表面から粉塵を除去する集塵手段によって発生する静電気の除去手段として、２００ｎｍ以下に放射光を有する紫外線ランプを用いることにより、静電気を除去することができる。
【００２２】
【発明の効果】
高速エアを吹き付けて被処理物表面から粉塵を除去する集塵手段と、この集塵手段による処理の直前や直後、あるいは同時に２００ｎｍ以下に放射光を有する紫外線ランプによって放射された真空紫外線およびこれにより生成されるオゾンの作用によって被処理物表面を洗浄する紫外線洗浄手段を有することによって、銅や鉄などに代表される粒子状の無機物汚染物質やフォトレジスト等の樹脂などに代表される有機物汚染物質を共に効率良く除去することができる。
【００２３】
高速エアを吹き付けて被処理物表面から粉塵を除去する集塵手段によって発生する静電気の除去手段として、２００ｎｍ以下に放射光を有する紫外線ランプを有することにより、静電気を除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の乾式洗浄装置を示す。
【図２】本発明の乾式洗浄装置の他の発明を示す。
【符号の説明】
ａ１集塵装置
ａ２紫外線照射装置
ａ３搬送装置
２１誘電体バリア放電ランプ

Claims

高速エアを吹き付けて被処理物の表面から粉塵を除去する集塵手段と、この集塵手段による処理と同時に波長２００ｎｍ以下にピークを有する紫外光を放射する紫外線ランプによって放射された真空紫外線、およびこれにより生成されるオゾンの作用によって被処理物表面を洗浄する紫外線洗浄手段を有することを特徴とした乾式洗浄装置。