JP3615951B2 - 基板洗浄方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体ウエハ、液晶表示装置用ガラス基板、電子部品などの基板を、処理槽内に収容された２種類もしくはそれ以上の種類の薬液の混合溶液からなる処理液中に浸漬させ、処理液に対し超音波、例えば振動周波数がメガヘルツ帯域の超音波を付与して基板を洗浄する基板洗浄方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば半導体デバイスの製造プロセスにおいて、基板、例えばシリコンウエハの表面に付着したパーティクルや有機物といった不要物をウエハ表面から除去する場合には、アンモニア水と過酸化水素水と純水との混合溶液を用いてウエハを洗浄し、その洗浄後にウエハを純水で水洗して、ウエハ上に残存している薬液や分解生成物等の不要物をウエハ表面から除去するようにしている。そして、これらの薬液による洗浄や純水による水洗を１つの処理槽内において行う、いわゆるワンバス方式では、１つの処理槽内へ薬液や純水を順次供給して処理槽内を薬液や純水で順番に満たすようにし、処理槽内に収容されたウエハを薬液中や純水中に順次浸漬させて、ウエハの洗浄および水洗がそれぞれ行われる。
【０００３】
このようなウエハの洗浄工程において、前工程から持ち込まれたパーティクルをウエハの表面から効果的に除去するために、８００ｋＨｚから１ＭＨｚ程度の周波数帯域の超音波を利用したメガヘルツ超音波洗浄（以下、「メガソニック洗浄」という）を併用することが行われている。
【０００４】
このメガソニック洗浄を併用したウエハ洗浄方法では、内部にウエハが収容され純水が満たされた処理槽内へ、純水にアンモニア水と過酸化水素水とを混合させて所定濃度に調整した混合溶液を供給し、処理槽内へその底部から流入する混合溶液により処理槽の上部の溢流部から純水を押し出して、処理槽の内部を、所定濃度に調整された混合溶液で置換し、その所定濃度の混合溶液中にウエハが浸漬されるようにする。このとき、純水にアンモニア水と過酸化水素水とを混合させて所定濃度に調整された混合溶液を処理槽内へ供給するのと同時に、処理槽内の液体に対しメガヘルツレベルの超音波を付与する。また、通常は、薬液を節約するために、処理槽の内部が所定濃度の混合溶液で完全に置換されると、処理槽内への混合溶液の供給を停止する。そして、混合溶液の供給停止後もメガソニック洗浄を継続する。メガソニック洗浄を併用した薬液による洗浄が終了すると、処理槽内の液体に対するメガヘルツ超音波の付与を止め、処理槽内へ純水を供給し、処理槽の底部から流入する純水により処理槽の上部の溢流部から混合溶液を押し出して、処理槽の内部を純水で置換し、純水中にウエハが浸漬されるようにして、ウエハを水洗する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年における半導体デバイスの高集積度化に伴い、粒径が０．１μｍといったようなパーティクルについても、ウエハへの付着を抑制する必要があり、その必要性からＡｒレーザ等を使用した異物・欠陥検査装置が開発されている。この検査装置を使用することにより、メガソニック洗浄を併用した従来の上記洗浄方法では、ウエハの表面に極く微小な凹凸（以下、「表面荒れ」という）が発生することが分かってきた。
【０００６】
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、アンモニア水と過酸化水素水といったように２種類もしくはそれ以上の種類の薬液の混合溶液を用いメガソニック洗浄を併用して基板の洗浄を行う場合において、基板の表面に表面荒れが発生することを防止することができる基板洗浄方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、基板が収容される処理槽内へ、アルカリ性の第１薬液および酸化作用をもつ第２薬液をそれぞれ供給し、処理槽内に貯留された第１薬液および第２薬液を含む処理液に対し超音波を付与して基板を洗浄する基板洗浄方法において、前記処理槽内への前記第１薬液および第２薬液の供給を同時に開始し、その後に第１薬液および第２薬液を含む処理液に対する超音波の付与を行うことを特徴とする。
請求項２に係る発明は、基板が収容される処理槽内へ、アルカリ性の第１薬液および酸化作用をもつ第２薬液をそれぞれ供給し、処理槽内に貯留された第１薬液および第２薬液を含む処理液に対し超音波を付与して基板を洗浄する基板洗浄方法において、前記処理槽内への前記第１薬液および第２薬液の供給を同時に開始し、その後に処理槽内の液体の薬液濃度がほぼ一定濃度になった時点で処理液に対する超音波の付与を行うことを特徴とする。
【０００８】
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２記載の基板洗浄方法において、前記第１薬液としてアンモニア水を用い、前記第２薬液として過酸化水素水を用いることを特徴とする。
【００１１】
ここで、アルカリ性の第１薬液および酸化作用をもつ第２薬液として、例えば、請求項２に係る発明の方法におけるようにそれぞれアンモニア水および過酸化水素水を用い、基板、例えばシリコンウエハを洗浄する場合において、その洗浄工程の前工程では、フッ酸やバッファードフッ酸（フッ化水素とフッ化アンモニウムと水との混合溶液）を用いてウエハを洗浄もしくはエッチングする処理が行われる。この処理後のシリコンウエハは、ウエハ素材面であるシリコン面が露出した表面（ベアシリコン面）を有しているが、洗浄工程において、メガソニックの洗浄を併用しないときには、ウエハに表面荒れは発生しない。このことから、表面荒れの発生原因として、未だシリコン面が露出した表面状態にあるシリコンウエハに対しメガソニック洗浄を施すことにより、アンモニア水によるシリコン面のエッチング作用が優先的に生じたのではないか、といったことが考えられる。
【００１２】
そこで、請求項１および請求項２に係る各発明の洗浄方法では、処理槽内への第１薬液（アンモニア水）および第２薬液（過酸化水素水）の供給を同時に開始した後に、処理液に対する超音波の付与を行うようにしており、このため、処理液に対する超音波の付与を行う際には、第２薬液による酸化作用により、ウエハの表面に酸化膜が形成されている。したがって、ウエハに対しメガソニック洗浄を施しても、第１薬液によるシリコン面のエッチング作用が抑制され、ウエハに表面荒れが発生することが防止される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好適な実施形態について図１および図２を参照しながら説明する。
【００１６】
図１は、この発明に係る基板洗浄方法を実施するのに使用される基板洗浄装置の概略構成の１例を示す模式図である。この基板洗浄装置は、下部に液体供給口１２が形設され、上部から溢れ出た液体が流入する溢流液受け部１４が付設された処理槽１０を備え、この処理槽１０内に基板、例えばシリコンウエハＷが搬入されて収容され、この１つの処理槽１０内でウエハＷの薬液洗浄および水洗が行われる。
【００１７】
処理槽１０の下部の液体供給口１２には、液体供給管１６が連通して接続されており、液体供給管１６は、ミキシングバルブ１８の液体出口に接続されている。ミキシングバルブ１８には、純水供給源に接続した純水供給管２０、アルカリ性の第１薬液、例えばアンモニア水の供給源に接続した薬液供給管２２、および、酸化作用をもつ第２薬液、例えば過酸化水素水の供給源に接続した薬液供給管２４がそれぞれ接続されている。純水供給管２０および薬液供給管２２、２４には、それぞれ開閉制御弁２６、２８、３０が介在して設けられており、純水供給管２０には、さらに流量調整弁３２が介在して設けられている。なお、図示はしないが、薬液供給管２２、２４の各々にも、流量調整弁が介在して設けられている。そして、開閉制御弁２６を開いて開閉制御弁２８、３０を閉じた状態では、ミキシングバルブ１８の液体出口から液体供給管１６を通して処理槽１０内へ純水が供給され、開閉制御弁２６、２８、３０を全て開いた状態では、ミキシングバルブ１８で純水にアンモニア水および過酸化水素水が混合されて一定濃度に調製された混合溶液が、ミキシングバルブ１８の液体出口から液体供給管１６を通して処理槽１０内へ供給されるようになっている。さらに、開閉制御弁２６、２８を開いて開閉制御弁３０を閉じた状態では、ミキシングバルブ１８で純水にアンモニア水が混合されて一定濃度に調製されたアンモニア水が、ミキシングバルブ１８の液体出口から液体供給管１６を通して処理槽１０内へ供給され、開閉制御弁２６、３０を開いて開閉制御弁２８を閉じた状態では、ミキシングバルブ１８で純水に過酸化水素水が混合されて一定濃度に調製された過酸化水素水が、ミキシングバルブ１８の液体出口から液体供給管１６を通して処理槽１０内へ供給されるようになっている。
【００１８】
また、処理槽１０の底部には排液口３４が形設されており、その排液口３４に、開閉弁３８が介挿された排液管３６が連通している。そして、開閉弁３８を開くことにより、処理槽１０内から急速に液体を排出させて、処理槽１０内を空の状態にすることが可能になっている。また、溢流液受け部１４の底部には排液管４０が連通しており、溢流液受け部１４内へ流入した液体が、排液管４０を通って排出され、必要により循環使用されたりする。
【００１９】
また、処理槽１０には、その内部に収容された液体に対し８００ｋＨｚから１ＭＨｚ程度の周波数帯域の超音波を付与する超音波振動子４２が併設されている。超音波振動子４２は、高周波発振器４４によって駆動され、高周波発振器４４は、コントローラ４６に接続されて、その駆動および停止が制御されるようになっている。また、コントローラ４６には、開閉制御弁２６、２８、３０が接続されていて、コントローラ４６により各開閉制御弁２６、２８、３０の開閉動作がそれぞれ制御される。
【００２０】
次に、図１に示した基板洗浄装置を使用して行われる基板洗浄操作の１例について、図２を参照しながら説明する。
【００２１】
例えば、前の工程では、フッ酸を使用してシリコンウエハＷを洗浄もしくはエッチングした後、ウエハＷを超純水で水洗する、といった処理が行われており、処理槽１０内には、純水供給管２０および液体供給管１６を通って液体供給口１２から純水が供給され、処理槽１０の内部が純水で満たされて処理槽１０の上部から溢流液受け部１４へ純水が溢れ出る状態とされ、処理槽１０内の純水中にウエハＷが浸漬させられている。この状態において、開閉制御弁２６、２８、３０を全て開き、ミキシングバルブ１８で純水にアンモニア水および過酸化水素水が混合されて一定濃度に調製された混合溶液が、ミキシングバルブ１８の液体出口から液体供給管１６を通して処理槽１０内へ供給されるようにする。これにより、処理槽１０内へその底部から流入する混合溶液で処理槽１０の上部から純水が押し出されて、図２に示すように、処理槽１０内の液体の薬液（アンモニア水および過酸化水素水）の濃度が次第に上昇していく。
【００２２】
処理槽１０内の液体の薬液濃度がほぼ一定濃度になると、すなわち、ミキシングバルブ１８で調整された所定濃度になると、コントローラ４６により、開閉制御弁２６、２８、３０を全て閉じる。これと同時に、コントローラ４６により、高周波発振器４４を駆動制御し、超音波振動子４２から処理槽１０の内部に収容された混合溶液に対し８００ｋＨｚから１ＭＨｚ程度の周波数帯域の超音波を付与して、メガソニック洗浄を行う。メガソニック洗浄を併用した薬液によるウエハＷの洗浄が終了すると、コントローラ４６により、高周波発振器４４を停止させて処理槽１０内の液体に対する超音波の付与を止めるとともに、開閉制御弁２８、３０を閉じたままで開閉制御弁２６だけを開き、処理槽１０内へ純水供給管２０および液体供給管１６を通って純水が供給されるようにする。これにより、処理槽１０内へその底部から流入する純水で処理槽１０の上部から混合溶液が押し出されて、処理槽１０内の液体の薬液濃度が次第に低下していく。そして、処理槽１０の内部を純水で完全に置換させ、純水中にウエハＷが浸漬されるようにして、ウエハＷを水洗する。ウエハＷの水洗が終了すると、処理槽１０内への純水の供給を停止して、ウエハＷを処理槽１０内から搬出し、一連の処理が完了する。
【００２３】
上記した洗浄操作では、処理槽１０内へ薬液（アンモニア水および過酸化水素水）を供給して、両薬液が充分に混合され処理槽１０内の液体の薬液濃度がほぼ一定濃度になった後に、処理槽１０内の液体に対しメガヘルツ超音波を付与してメガソニック洗浄を行うようにしている。このため、メガソニック洗浄を開始する際には、過酸化水素水による酸化作用により、ウエハＷの表面に酸化膜が形成されている。したがって、ウエハＷに対しメガソニック洗浄を施しても、アンモニア水によるシリコン面のエッチング作用は抑制され、ウエハＷに表面荒れが発生することが防止される。
【００２５】
なお、上記した実施形態では、処理槽１０内への薬液の供給を停止した状態でメガソニック洗浄を行うようにしているが、これは薬液の節約のためであり、処理槽１０内へ薬液を供給しながらメガソニック洗浄を行うようにしても差し支えない。
【００２６】
また、上記した実施形態では、メガソニック洗浄を終えるに際して、超音波の付与を止めるとともに、純水の供給を開始したが、必ずしも超音波の付与を止めるのと純水供給の開始とを同時にする必要はなく、超音波の付与を止めて暫くしてから純水供給を開始してもよい。
【００２７】
また、基板を洗浄するために処理液に付与する超音波は、メガヘルツ帯域ないしメガヘルツ帯域近辺の周波数を含む超音波とするのが、最も効果的に基板を洗浄できるので、上記した実施形態では、超音波を付与することをメガソニック洗浄としたが、本発明において、超音波の付与は、メガヘルツ帯域ないしメガヘルツ帯域近辺の周波数を含まない帯域の超音波を付与するものであってもよい。
【００２８】
また、上記した実施形態は、前の工程としてフッ酸を使用して洗浄もしくはエッチングしてから、超純水でフッ酸除去のための水洗を施したウエハＷに関するものであるが、かかるフッ酸を使用して洗浄もしくはエッチングを行う処理槽や、また、超純水でのフッ酸除去のための水洗を行う処理槽は、本発明に係る基板洗浄方法を行う処理槽すなわち上記した実施形態における処理槽１０とは、別の処理槽でもよく、同じ処理槽でもよい。
【００２９】
【実施例】
次に、この発明のより具体的な実施例を、実験例およびその結果を示して説明する。
【００３０】
処理槽内へ純水を供給して、処理槽（内容積：１１リットル）の内部に純水を満たし、その純水中にシリコンウエハを浸漬させる。引き続き処理槽内へ純水を供給し、処理槽の上部から純水が溢れ出る状態にして、ウエハを６０秒間水洗する。次に、フッ酸と純水との混合溶液を処理槽内へ２０リットル／分の流量で１２０秒間供給して、処理槽の内部を混合溶液で置換した後、混合溶液の供給を停止して、混合溶液中にウエハを３９０秒間浸漬させる。そして、温純水（６５℃）を処理槽内へ２０リットル／分の流量で１２０秒間供給して、処理槽の内部を温純水で置換する。以下の説明において、以上の操作を前工程操作という。
【００３１】
前工程操作が終了すると、アンモニア水と過酸化水素水と温純水（６５℃）との混合溶液（ＮＨ_４ＯＨ：Ｈ_２Ｏ_２：Ｈ_２Ｏ＝１：１：５０。以下、「ＡＰＭ」という）を処理槽内へ２０リットル／分の流量で１２０秒間供給して、処理槽の内部をＡＰＭで置換する。処理槽内へのＡＰＭの供給を停止した後、ＡＰＭ中にウエハを浸漬させた状態で４８０秒間メガソニック洗浄を行う。このときのメガソニック出力は、４５０Ｗ×２とする（以下の実験においても同じ）。
【００３２】
メガソニック洗浄が終了すると、処理槽内へ純水を２０リットル／分の流量で６０秒間供給した後、３５秒間、シャワーノズルから処理槽内のウエハの表面に向けて純水を噴射させながら処理槽内から急速排水し、次いで、２５秒間、シャワーノズルから処理槽内のウエハの表面に向けて純水を噴射させながら処理槽内へ純水を２０リットル／分の流量で供給する。これらの急速排水および純水供給を合計で６回繰り返した後、処理槽内からウエハを搬出して、ウエハを乾燥させる。以下の説明において、メガソニック洗浄以後の前記操作を後工程操作という。
【００３５】
〔比較例〕
前工程操作を行った後、ＡＰＭを処理槽内へ２０リットル／分の流量で１２０秒間供給して、処理槽の内部をＡＰＭで置換する。このとき、処理槽内へのＡＰＭの供給開始と同時に、処理槽内の液体に対するメガヘルツ超音波の付与を開始する。そして、処理槽内へのＡＰＭの供給を停止した後、ＡＰＭ中にウエハを浸漬させた状態で４８０秒間メガソニック洗浄を行い、その終了後に後工程操作を行う。
【００３６】
〔評価〕
上記した本発明の実施例および比較例（従来方法によった場合）について、乾燥後のウエハの表面に残留しているパーティクルの個数をチェックするとともに、ウエハの表面荒れの有無を調べることにより、洗浄効果の評価を行った。パーティクルの個数は、日立電子エンジニアリング（株）製のＬＳ−６５００を使用して測定した。また、ＬＳ−６５００には、ウエハの表面に対して光（Ａｒレーザ）を垂直に当てると異物（パーティクル）および欠陥の全てをカウントし、ウエハの表面に対して光を斜め方向から当てるとシリコンの結晶欠陥を無視してパーティクルのみをカウントする機能があることを利用して、ウエハ表面へ光を垂直に当てたときのカウント数に対し、ウエハ表面へ光を斜め方向から当てたときのカウント数が少ないと、その差は結晶欠陥によって生じるものであるから、ウエハに結晶欠陥すなわち表面荒れが発生していると認定した。測定結果を表１に示す。
【００３７】
【表１】

【００３８】
表１に示した結果から分かるように、実施例については、ウエハに表面荒れは発生しておらず、パーティクルの除去効果も充分に認められた。
【００３９】
【発明の効果】
請求項１および請求項２に係る各発明の基板洗浄方法によると、アルカリ性の薬液と酸化作用をもつ薬液との混合溶液もしくはさらに別の種類の薬液を含む混合溶液を用いメガソニック洗浄を併用して基板の洗浄を行う場合に、基板の表面に表面荒れが発生することを防止することができる。
【００４０】
請求項３に係る発明の基板洗浄方法では、アンモニア水と過酸化水素水とを含む混合溶液を用いメガソニック洗浄を併用して基板の洗浄を行う場合に、基板の表面に表面荒れが発生することが防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る基板洗浄方法を実施するのに使用される基板洗浄装置の概略構成の１例を示す模式図である。
【図２】図１に示した基板洗浄装置を使用して行われる基板洗浄操作の１例を説明するための図である。
【符号の説明】
Ｗ 基板
１０ 処理槽
１２ 処理槽の液体供給口
１４ 溢流液受け部
１６ 液体供給管
１８ ミキシングバルブ
２０ 純水供給管
２２、２４ 薬液供給管
２６、２８、３０ 開閉制御弁
３２ 流量調整弁
３４ 処理槽の排液口
３６ 排液管
３８ 開閉弁
４０ 排液管
４２ 超音波振動子
４４ 高周波発振器
４６ コントローラ

Claims (3)

1. 基板が収容される処理槽内へ、アルカリ性の第１薬液および酸化作用をもつ第２薬液をそれぞれ供給し、処理槽内に貯留された第１薬液および第２薬液を含む処理液に対し超音波を付与して基板を洗浄する基板洗浄方法において、
   前記処理槽内への前記第１薬液および第２薬液の供給を同時に開始し、その後に第１薬液および第２薬液を含む処理液に対する超音波の付与を行うことを特徴とする基板洗浄方法。
2. 基板が収容される処理槽内へ、アルカリ性の第１薬液および酸化作用をもつ第２薬液をそれぞれ供給し、処理槽内に貯留された第１薬液および第２薬液を含む処理液に対し超音波を付与して基板を洗浄する基板洗浄方法において、
   前記処理槽内への前記第１薬液および第２薬液の供給を同時に開始し、その後に処理槽内の液体の薬液濃度がほぼ一定濃度になった時点で処理液に対する超音波の付与を行うことを特徴とする基板洗浄方法。
3. 前記第１薬液がアンモニア水であり前記第２薬液が過酸化水素水である請求項１または請求項２記載の基板洗浄方法。

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