JP4227694B2 - ウエハーの表面処理装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体又は半導体材料の製造工程でウエハー洗浄に用いられるウエハーの表面処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体又は半導体材料の製造工程内の洗浄工程では、ウエハーの表面に付着した酸化膜（主としてＳｉＯ₂）や不純物を除去するために、複数の薬液処理工程と超純水によるリンス処理工程を、それぞれ複数の処理槽を用いて行っていた。しかし、高価な洗浄用薬液やリンス用超純水の使用量を削減してコストダウンを図るために、複数の工程を行う機能を持たせた単一の処理槽で、しかも処理槽の容積を小さくしたバッチ式処理槽によって、複数の薬液処理工程とリンス処理工程を行う、槽数を削減した表面処理装置が用いられている。
【０００３】
例えば図４に示すように、表面処理装置１００によりウエハー１１０を洗浄処理する場合、処理槽１２０の下部に複数のノズル１３１を設けた２本の分散管１３０を配置し、薬液加熱ヒータによって８０〜１５０℃に加熱された洗浄用薬液を循環ポンプ（図示しない）によりノズル１３１から処理槽１２０内に噴出し、洗浄用薬液を矢印で示すように流して処理槽１２０内の洗浄用薬液の温度を設定温度にする。洗浄用薬液を循環させながら、ウエハー１１０を収納したカセット１１１を処理槽１２０内の分散管１３０の上方に設けた格子状のカセット受け部１２１の上に載置し、ウエハー１１０の表面を所定時間洗浄する。なお、処理槽１２０の上端からオーバーフローした洗浄用薬液水は排出樋１２２から循環ポンプに戻る。
洗浄用薬液による処理が終了後、処理槽１２０内の洗浄用薬液を処理槽１２０の下部から薬液待避タンク（図示しない）に排出する。その後、分散管１３０に超純水供給源からリンス用超純水を供給し、ノズル１３１から噴出させて洗浄用薬液と同様に矢印で示すように流してウエハー１１０の表面を濯ぐ（リンス処理）。なお、処理槽１２０の上端からオーバーフローしたリンス用超純水は排出樋１２２から装置外に排出され、循環はしない。ウエハー１１０の表面を清浄な状態にしてリンス処理終了後、カセット１１１を外部に取り出し、リンス用超純水の供給を止めて処理槽１２０内のリンス用超純水を処理槽１２０の下部から外部に排出する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成では、次のような解決すべき問題があった。
すなわち、超純水を使用してウエハー表面を洗浄するリンス処理工程では、パーティクル（ごみ）や残存薬液を効率的に処理槽１２０外に排除するために、図４に矢印で示すように、槽内のリンス用超純水の流れが均一上昇流となるように分散管１３０のノズル１３１の噴出方向を例えば斜め下方向に向くように調整することが求められている。
ところが、薬液処理工程では、処理槽１２０内の薬液温度のバラツキをなくし、全ウエハー１１０の処理速度を同じにすることで、均一な薬液処理が可能となるが、加熱された洗浄用薬液がリンス処理工程と同様の均一上昇流となるようにし、オーバーフローして排出樋１２２から循環ポンプを介して処理槽１２０に循環すると、処理槽１２０の上部と下部で温度差が生じ、均一な薬液処理ができない。薬液処理工程では、処理槽１２０内の薬液温度を均一にするため、処理槽１２０内の洗浄用薬液を攪拌する流れが必要である。しかし、ノズル１３１の噴出方向をリンス処理工程に適した例えば斜め下方向に向くように設定したままでは、薬液処理工程で薬液の攪拌が十分行われず、有効な薬液処理が難しいという問題があった。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、リンス処理工程と薬液処理工程の両方に適する液の流れを形成して効果的な洗浄処理を行うウエハーの表面処理装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う本発明に係るウエハーの表面処理装置は、処理槽の中に複数枚の直立したウエハーを並行して装入し、ウエハーを処理槽の下部に設けた分散管から供給される洗浄用薬液とリンス用超純水とによって洗浄する表面処理装置であって、
分散管は、処理槽内に供給される洗浄用薬液に攪拌効果をもつ下降流を生じさせる薬液用分散管と、処理槽内に供給されるリンス用超純水に均一上昇流を発生させる超純水用分散管とを有し、
薬液用分散管は、処理槽の両側壁に近づけて２本配置され、それぞれの薬液用分散管に設けた洗浄用薬液を噴き出す薬液ノズルは、処理槽の中心より外向きで斜め下に向けており、
超純水用分散管は、処理槽内に複数本配置され、それぞれの超純水用分散管に設けたリンス用超純水を噴き出す複数の超純水ノズルは、間隔を均等にして下方に向け、
しかも２本の薬液用分散管の間に複数の超純水用分散管が等間隔で配置されている。
このような構成により、薬液処理工程では薬液用分散管を使用して、処理槽内の洗浄用薬液に攪拌効果をもつ下降流を発生させ、リンス処理工程では超純水用分散管を使用して処理槽内のリンス用超純水に均一上昇流を発生させることができる。したがって、薬液処理工程では処理槽の上部と下部に温度差が生じない均一な温度分布の状態で薬液処理が可能である。また、リンス処理工程ではリンス用超純水が均一上昇流でウエハー表面を濯ぎ、パーティクルや残存薬液を効率的に槽外に排出することができる。
【０００６】
ここで、薬液用分散管は、処理槽内に２本配置され、それぞれの薬液用分散管に設けた洗浄用薬液を噴き出す薬液ノズルは、処理槽の中心より外向きで斜め下に向けている。
この場合、薬液ノズルから噴出した洗浄用薬液は、処理槽の両側壁に沿って上昇し、ウエハーを収納したカセットの上部やカセットの側壁に設けたスリットを通り、ウエハー間を下降して薬液用分散管からの噴出流と共に再び処理槽の両側壁に沿って上昇する二つの旋回流を生じる。この二つの旋回流によって生じる下降流により、槽内の洗浄用薬液は激しく攪拌されるので、槽内の薬液温度は均一となり、ウエハー表面が均一に処理される。
また、超純水用分散管は、処理槽内に複数本配置され、それぞれの超純水用分散管に設けた超純水を噴き出す複数の超純水ノズルは、間隔が均等になるように下方に向けて設けている。
この場合、超純水ノズルから噴出したリンス用超純水は、処理槽の底面に均等に流れて底面付近を攪拌し、汚染物の滞留作用を抑制すると共にリンス用超純水の噴出流の勢いを緩和して上昇に転じ、処理槽の上部への均一上昇流を生じ、処理槽の上端からパーティクルや残存薬液を効率的に槽外に排出する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここに、図１は、本発明の一実施の形態に係るウエハーの表面処理装置の構成図、図２は同ウエハーの表面処理装置に設けた処理槽と洗浄用薬液の流れを示す正断面図、図３は同ウエハーの表面処理装置に設けた処理槽とそのリンス用超純水の流れを示す正断面図である。
【０００８】
図１、図２及び図３に示すように、本発明の一実施の形態に係るウエハーの表面処理装置１０は、処理槽２０の下部に底面２１から間隔をあけて、かつ処理槽２０の両側壁２２側にそれぞれ近づけ、複数の薬液ノズル３１を設けた２本の薬液用分散管３０を水平に配置している。２本の薬液用分散管３０の間には複数の超純水ノズル４１を設けた２本の超純水用分散管４０を等間隔で配置している。洗浄用薬液を噴き出すそれぞれの薬液用分散管３０の薬液ノズル３１は、処理槽２０の中心より外向きで斜め下に向けている。また、リンス用超純水を噴き出すそれぞれの超純水用分散管４０の超純水ノズル４１は、リンス用超純水が処理槽２０の底面２１に均等に当たって流れるように超純水用分散管４０の下面に間隔が均等になるように下方に向けて設けている。
薬液用分散管３０及び超純水用分散管４０の上方には間隔をあけてウエハー５０を収納したカセット５１を載せる格子状のカセット受け部２３を水平に設けている。なお、カセット受け部２３を格子状に形成したのは、薬液用分散管３０及び超純水用分散管４０から噴出する洗浄用薬液やリンス用超純水の上昇流又は下降流の流路抵抗を小さくするためである。また、カセット５１の側壁５２及び底面５３にはウエハー５０を間隔をあけて保持するためと、洗浄用薬液やリンス用超純水を流通させるために側壁５２及び底面５３に垂直な面に沿ったそれぞれ複数のスリット５４、５５を設けて、その中にウエハー５０を挿入できるようにしている。
薬液用分散管３０には薬液供給管３２を連結し、バルブ３３、薬液加熱ヒーター３４を介して薬液供給ポンプ３５から洗浄用薬液を薬液用分散管３０に供給するようにしている。超純水用分散管４０にはバルブ４２を介して超純水供給源４３からリンス用超純水を供給する超純水供給管４４を連結している。
【０００９】
処理槽２０の上部外周側には排出樋２４を設けて処理槽２０の上端からオーバーフローした洗浄用薬液やリンス用超純水を受けている。排出樋２４にはバルブ３６を介して処理槽２０からオーバーフローした洗浄用薬液を排出して循環させる薬液循環管３７と、バルブ４５を介して処理槽２０からオーバーフローしたリンス用超純水を排出する超純水排出管４６とを設けている。薬液循環管３７には２方向に分岐する管継手３８を設け、管継手３８の一方には薬液供給ポンプ３５に洗浄用薬液を供給する薬液供給管３９を、他方にはバルブ６１を介して薬液待避タンク６０に洗浄用薬液を排出する薬液排出管６２を連結している。処理槽２０の底面２１には排出管２５を設け、排出管２５には２方向に分岐する管継手２６を連結し、管継手２６の一方にはバルブ２７を介して処理槽２０内の洗浄用薬液を薬液待避タンク６０に供給する薬液排出管６３を連結し、管継手２６の他方にはバルブ４７を介して超純水排出管４６と連通する排出管４８を連結している。処理槽２０の上方には複数のノズル７１を設けたシャワー管７０が設けられ、超純水供給源４３からバルブ７２及び超純水供給管７３を介してリンス用超純水を供給し、処理槽２０内のウエハー５０にリンス用超純水のシャワーをかけるようにしている。
【００１０】
なお、洗浄用薬液は一般にＲＣＡ洗浄法と呼ばれている洗浄方法で使用している洗浄液を使用する。例えば、金属汚染物や有機物の除去には塩酸と過酸化水素を組成とする溶液を１２０〜１５０℃に加熱して使用する。シリコン酸化皮膜の除去にはフッ酸の水溶液を室温で使用する。パーティクルの除去にはアンモニアと過酸化水素との水溶液を８０〜９０℃に加熱して使用する。
また、薬液洗浄のあと、超純水でリンス（濯ぎ）するが、リンス用超純水には、例えば比抵抗が１８メグオーム・ｃｍ以上、溶存酸素量、ＴＯＣ（有機体炭素量）がそれぞれ５マイクログラム／リットル以下、バクテリアが１個／リットル以下、微粒子が１個／ミリリットル以下、シリカが１マイクログラム／リットル以下の超純水が使用される。
【００１１】
ここで、処理槽２０に装入したウエハー５０の表面処理工程について説明する。最初に薬液処理工程を行う。
先ず、バルブ３３、６１を開いて薬液待避タンク６０から洗浄用薬液を薬液供給ポンプ３５によって薬液加熱ヒーター３４に送り、例えばＲＣＡ洗浄法で使用される洗浄用薬液の種類に適した温度に加熱して薬液用分散管３０に供給する。時間を経るにつれて処理槽２０内の洗浄用薬液が増え、処理槽２０の上端から洗浄用薬液がオーバーフローし始める。オーバーフローした洗浄用薬液は排出樋２４で回収し、バルブ３６を開いて薬液供給ポンプ３５に供給し、図２の矢印で示すように、洗浄用薬液を薬液ノズル３１から処理槽２０内に噴出して循環させる。処理槽２０内の温度がＲＣＡ洗浄法の設定温度に達したら、複数のウエハー５０を直立させて収納したカセット５１を処理槽２０のカセット受け部２３に載置する。そして、ウエハー５０の表面を所定時間洗浄する。例えば洗浄用薬液が塩酸と過酸化水素と水の混合液で洗浄するときは１０〜２０分処理する。
薬液処理が終了後、薬液供給ポンプ３５を停止し、処理槽２０内の洗浄用薬液はバルブ２７を開放して処理槽２０の底から排出管２５、薬液排出管６３を通し、薬液待避タンク６０に排出し、バルブ２７、３３、３６を閉じる。
【００１２】
次にリンス処理工程を行う。
バルブ７２を開いて超純水供給源４３からシャワー管７０にリンス用超純水を供給し、ノズル７１からリンス用超純水を散水させてウエハー５０の表面に付着した薬液を流し、バルブ４７を開いて処理槽２０の底から排出管２５を通して排水する。その後、散水を止めてバルブ４７を閉じ、バルブ４２を開いて超純水用分散管４０に超純水供給源４３からリンス用超純水を供給し、図３に矢印で示すように、超純水ノズル４１から噴出させてウエハー５０の表面を濯ぐ（リンス処理）。このとき処理槽２０の上端からオーバーフローしたリンス用超純水はバルブ４５を介して超純水排出管４６、排出管４８から外部に排出される。リンス処理を所定時間、例えば３〜１０分行い、ウエハー５０の表面を清浄な状態にした後、カセット５１を外部に取り出し、バルブ４２を閉じてリンス用超純水の供給を止める。その後、処理槽２０内のリンス用超純水はバルブ４７を開いて処理槽２０の底から排出管２５、４８を通し、外部に排出してリンス処理工程を終了する。
再び、薬液待避タンク６０から洗浄用薬液を薬液用分散管３０に供給して次のウエハー５０の薬液処理工程を行う。
【００１３】
図２に示すように、このようなウエハーの表面処理装置１０により、薬液処理工程では２本の薬液用分散管３０を使用して、処理槽２０内に洗浄用薬液の攪拌効果をもつ下降流を発生させ、処理槽２０の上部と下部に温度差が生じない均一な温度分布の状態で薬液処理を行うことができる。特に、洗浄用薬液を噴き出すそれぞれの薬液用分散管３０の薬液ノズル３１は、処理槽２０の中心より外向きで斜め下を向いているので、薬液ノズル３１から噴出した洗浄用薬液は、図２に矢印で示すように、処理槽２０の両側壁２２に沿って上昇し、ウエハー５０を収納したカセット５１の上部やカセットの側壁５２に設けたスリット５４を通り、複数のウエハー５０相互間を下降して底面５３のスリット５５とカセット受け部２３を通り、薬液用分散管３０からの噴出流と共に再び処理槽２０の両側壁２２に沿って上昇する二つの旋回流を生じる。一部は処理槽２０の上端からオーバーフローして排出樋２４に流れ、薬液待避タンク６０に送出される。この二つの旋回流によって生じる攪拌効果をもつ下降流によって処理槽２０内の洗浄用薬液は激しく攪拌されるので、処理槽２０内の薬液温度は均一となり、ウエハー５０の表面が均一に処理される。
【００１４】
図３に示すように、薬液処理が終了したあと、リンス処理工程では超純水用分散管４０を使用して処理槽２０内にリンス用超純水に均一上昇流を発生させる。特に、超純水を噴き出すそれぞれの超純水用分散管４０の超純水ノズル４１は、リンス用超純水が処理槽２０の底面２１に均等に当たって流れるように超純水用分散管４０の下面に間隔が均等になるように下方に向けて設けているので、超純水用分散管４０の超純水ノズル４１から噴出したリンス用超純水は、処理槽２０の底面付近を攪拌し、汚染物の滞留作用を抑制すると共にリンス用超純水の噴出流の勢いを緩和して上昇に転じ、処理槽２０の上部への均一上昇流を生じ、一部は処理槽２０の上端からオーバーフローして外部に排出され、処理槽２０からパーティクルや残存薬液を効率的に槽外に排出することができる。
なお、処理槽２０の側壁２２とカセット５１の側壁５２との間隔は、カセット５１を処理槽２０内に装入・取り出しに必要最小限の間隔より少し大きい程度にして、処理槽２０の容積を小さくし、側壁２２と側壁５２の間を通る洗浄用薬液の流速を上げて攪拌効果をもつ下降流が生じ易くすると共に、処理槽２０のコストを低減するようにしてもよい。また、超純水分散管４０は２本に限るものではなく、３本以上でも両側の薬液用分散管３０の間に装入しうる本数であればよい。
【００１５】
【発明の効果】
請求項１記載のウエハーの表面処理装置においては、処理槽内に供給される洗浄用薬液に攪拌効果をもつ下降流を生じさせる薬液用分散管と、処理槽内に供給されるリンス用超純水に均一上昇流を発生させる超純水用分散管とを有しているので、薬液処理工程では処理槽の上部と下部に温度差が生じない均一な温度分布の状態で薬液処理が可能であり、リンス処理工程ではリンス用超純水が均一上昇流でウエハー表面を濯ぎ、パーティクルや残存薬液を効率的に槽外に排出することができ、リンス処理工程と薬液処理工程の両方に適する液の流れを形成する効果的な洗浄処理が可能となる。
【００１６】
特に、薬液用分散管は、処理槽内に２本配置され、それぞれの薬液用分散管に設けた洗浄用薬液を噴き出す薬液ノズルは、処理槽の中心より外向きで斜め下に向けて設けているので、槽内の洗浄用薬液は激しく攪拌され、槽内の薬液温度は均一となり、ウエハー表面を均一に処理することが可能である。
そして、超純水用分散管は、処理槽内に複数本配置され、それぞれの超純水用分散管に設けた超純水を噴き出す複数の超純水ノズルは間隔が均等になるように下方に向けて設けているので、超純水ノズルから噴出したリンス用超純水は、処理槽の上部への均一上昇流を生じ、処理槽の上端からパーティクルや残存薬液を効率的に槽外に排出し効果的なリンス処理を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るウエハーの表面処理装置の構成図である。
【図２】同ウエハーの表面処理装置に設けた処理槽と洗浄用薬液の流れを示す正断面図である。
【図３】同ウエハーの表面処理装置に設けた処理槽とそのリンス用超純水の流れを示す正断面図である。
【図４】従来例のウエハーの表面処理装置に設けた処理槽の正断面図である。
【符号の説明】
１０：表面処理装置、２０：処理槽、２１：底面、２２：側壁、２３：カセット受け部、２４：排出樋、２５：排出管、２６：管継手、２７：バルブ、３０：薬液用分散管、３１：薬液ノズル、３２：薬液供給管、３３：バルブ、３４：薬液加熱ヒーター、３５：薬液供給ポンプ、３６：バルブ、３７：薬液循環管、３８：管継手、３９：薬液供給管、４０：超純水用分散管、４１：超純水ノズル、４２：バルブ、４３：超純水供給源、４４：超純水供給管、４５：バルブ、４６：超純水排出管、４７：バルブ、４８：排出管、５０：ウエハー、５１：カセット、５２：側壁、５３：底面、５４、５５：スリット、６０：薬液待避タンク、６１：バルブ、６２、６３：薬液排出管、７０：シャワー管、７１：ノズル、７２：バルブ、７３：超純水供給管

Claims (1)

1. 処理槽の中に複数枚の直立したウエハーを並行して装入し、前記ウエハーを前記処理槽の下部に設けた分散管から供給される洗浄用薬液とリンス用超純水とによって洗浄する表面処理装置であって、
   前記分散管は、前記処理槽内に供給される前記洗浄用薬液に攪拌効果をもつ下降流を生じさせる薬液用分散管と、前記処理槽内に供給される前記リンス用超純水に均一上昇流を発生させる超純水用分散管とを有し、
   前記薬液用分散管は、前記処理槽の両側壁に近づけて２本配置され、それぞれの前記薬液用分散管に設けた前記洗浄用薬液を噴き出す薬液ノズルは、前記処理槽の中心より外向きで斜め下に向けており、
   前記超純水用分散管は、前記処理槽内に複数本配置され、それぞれの前記超純水用分散管に設けた前記リンス用超純水を噴き出す複数の超純水ノズルは、間隔を均等にして下方に向け、
   しかも２本の前記薬液用分散管の間に複数の前記超純水用分散管が等間隔で配置されていることを特徴とするウエハーの表面処理装置。

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