JPH04318930A - 自然酸化膜の除去方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自然酸化膜の除去装置
及びその方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体デバイスの製造工程の各
工程間においては、洗浄操作が行なわれ、半導体ウエハ
上へ付着したパーティクルや自然に形成された自然酸化
膜を除去するようになっている。例えば、シリコンウエ
ハ上の自然酸化膜を除去する方法としては、洗浄薬品と
してフッ酸（ＨＦ）を使用することが主として行なわれ
ており、このフッ酸溶液中に半導体ウエハを浸漬してシ
リコン自然酸化膜を除去する、いわゆるＤＩＰ方式や濃
度１００％に近いの無水フッ酸或いは濃度３８．５％の
共沸フッ酸から発生する多量のフッ酸ベーパを、例えば
窒素（Ｎ２）ガスなどのキャリアガスを用いて運んでき
てこれを半導体ウエハ面に吹き付けてシリコン自然膜を
除去するようにした方法が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、酸化膜には
、自然酸化膜に類似した組成を有するサーマルオキサイ
ド（Ｔ−ＯＸ）酸化膜の他に、高温オキサイド（ＨＴＯ
）酸化膜、テトラエチルオルソシリケイド（ＴＥＯＳ）
酸化膜、ボロンリンシリケイドガラス（ＢＰＳＧ）酸化
膜等が知られており、自然酸化膜を除去する際には、上
記各酸化膜にたいして低選択性の特性を有することが必
要とされている。ところが、上述したＤＩＰ方式にあっ
ては、Ｔ−ＯＸ乃至シリコン自然酸化膜に対するエッチ
ングレートは比較的低いのであるが、ＴＥＯＳ酸化膜や
ＢＰＳＧ酸化膜に対するエッチングレートは、自然酸化
膜に対するものよりも約２０倍も大きくなり（図２参照
）、洗浄方式としてはあまり好ましくはない。特に、こ
のＤＩＰ方式にあっては、フッ酸溶液中に半導体ウエハ
を浸漬することとしているので、溶液中の重金属による
汚染やパーティクルの増加の恐れがあり、更には、回路
パターンが微小になってくると、溶液がパターン内部ま
で十分に侵入しない恐れもあった。

【０００４】また、上述のごとく無水フッ酸や共沸フッ
酸を使用して自然酸化膜を除去する方式にあっては、上
述した重金属等の汚染は比較的少ないが、これらの方式
は一様にエッチングレートが、例えば１０００〜２００
０Å／ｍｉｎと非常に大きく、例えば１５〜２０Å程度
の厚さとなる自然酸化膜を除去するときのように微妙な
制御が必要とされるような場合には、制御性が劣るとい
う改善点を有している。特に、半導体ウエハの処理工程
によっては、５Å程度の自然酸化膜さえも問題とする工
程もあり、制御性の良好な自然酸化膜除去方式が強く望
まれている。また、この方式にあっては、半導体ウエハ
搬送途中等においてウエハ面に水分が偏在して付着して
いる場合には、その水分付着部分のみがフッ酸によるエ
ッチングが促進されてしまい、面内を均一にエッチング
処理することができないという改善点を有する。更に、
この方式にあっては、発生したフッ酸ベーパを運ぶため
に窒素ガスなどのキャリアガスを使用しなければならず
、更には、ベーパ吹き付け時に半導体ウエハをチャック
した状態でこれを垂直に立てたり、或いは、被処理面を
上方へ向けたりしなければならず、装置時体が大型化す
るという改善点も有している。本発明は、以上のような
問題に着目し、これを有効に解決すべく創案されたもの
であり、その目的は重金属等による汚染を発生させるこ
となく自然酸化膜のエッチングレートを低くすることが
できる自然酸化膜の除去方法及びその装置を提供するこ
とにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、フッ酸ベーパ
を使用する場合は、無水フッ酸か共沸フッ酸から発生し
たベーパを使用することが一般的であると考えられてい
た当業者の常識を打ち破ることになりなされたものであ
る。第１の発明は、上記問題点を解決するために、被処
理体に形成された自然酸化膜を除去する方法において、
少なくとも共沸フッ酸の濃度よりも低い濃度のフッ酸溶
液からのフッ酸ベーパを用いて、前記自然酸化膜を除去
するようにしたものである。また、第２の発明は、上記
問題点を解決するために、被処理体に形成された自然酸
化膜を除去するための除去装置において、開閉自在にな
され、少なくとも共沸フッ酸の濃度よりも低い濃度のフ
ッ酸溶液を貯留するフッ酸溶液貯留槽と、前記被処理体
を保持しつつこの表面を前記フッ酸溶液貯留槽内のフッ
酸溶液の液面に向けて回転する回転保持部材とを備える
ようにしたものである。

【０００６】

【作用】上記第１の発明によれば、低農度のフッ酸溶液
から自然発生したフッ酸ベーパを、被処理体に形成され
た自然酸化膜に直接当てる。これにより、自然酸化膜は
低いエッチングレートで均一に除去される。また、第２
の発明によれば、低濃度のフッ酸溶液を貯留した上記フ
ッ酸溶液貯留槽を閉状態にし、上記回転保持手段により
上記被処理体を保持した状態で被処理体の自然酸化膜面
をフッ酸溶液面に向け、この被処理体を回転しつつ液面
から発生するフッ酸ベーパにより自然酸化膜を除去する
。

【０００７】

【実施例】以下に、本発明に係る除去方法及びその装置
の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。図１に示す
如く、この自然酸化膜除去装置２は、フッ酸に対して耐
腐食性の高い材料により構成されたフッ酸溶液貯留槽４
と、被処理体としての半導体ウエハ６を保持して回転す
る回転保持手段８とにより主に構成されている。具体的
には、上記貯留槽４内には、共沸フッ酸の濃度３８．５
％よりも低い濃度のフッ酸溶液１０が必要量だけ貯留さ
れており、低濃度のフッ酸ベーパ１２を発生し得るよう
に構成されている。このフッ酸溶液の濃度は、エッチン
グレートと関係し、好ましくは１〜１０％の範囲内に設
定する。この貯留槽４の上端開口部には、これを被って
開閉自在になされた蓋体１４が形成されると共に、貯留
槽４の上端部には槽内部を気密保持するシール部材１６
が形成されている。そして、この蓋体１４に、上記回転
保持手段８が取付けられる。この回転保持手段８の下端
には、上記半導体ウエハ６を吸引或いは図示しない複数
の爪により把持固定するチャック盤１８が取付けられて
おり、このチャック盤１８は上記蓋体１４を図示しない
軸受を介して気密に貫通する回転軸２０に取付けられ、
モータ等の駆動手段２２により、例えば１〜２０００ｒ
ｐｍの範囲で自由に回転制御できるように構成されてい
る。そして、この駆動手段２２は、昇降手段２４に取付
けられており、上記蓋体１４及びチャック盤１８ととも
にこれらを一体的に昇降し得るように構成されている。 そして、回転軸２０は、上記蓋体１４に対して摺動可能
になされており、上記フッ酸溶液１０の液面と半導体ウ
エハ６との間の距離Ｄを変え得るように構成されている
。

【０００８】また、この昇降手段２４の側部には、ウエ
ハ把持アーム２６が移動自在に設けられており、上記チ
ャック盤１８に吸引固定された半導体ウエハ６を未処理
のウエハと変換し得るように構成されている。また、上
記貯蓄槽４の上部側壁には、開閉ドア３０が設けられる
と共に、このドア開口部３２には排気ダクト３４が接続
し得るように構成され、大気中に開放されるフッ酸ベー
パを吸引し得るように構成されている。以上のように構
成された装置を用いて自然酸化膜の除去操作を説明する
。まず、被処理体としては、例えばシリコン半導体ウエ
ハ６を用い、フッ酸溶液１０の濃度を、共沸フッ酸の濃
度３８．５％よりも低い値、例えば好ましくは１〜１０
％の範囲に設定する。また、液温は、通常の室温、例え
ば２０〜２５℃の範囲に設定し、圧力は常圧とする。 最初、排気ダクト３４からフッ酸溶液貯留槽４内の雰囲
気を排気しておき、この中を少し負圧にしておく。そし
て、ウエハ把持アーム２６により搬送してきた半導体ウ
エハ６をいわゆるフェースダウン状態で回転保持手段８
のチャック盤１８で吸着し、そして、昇降手段２４を下
方へ駆動して蓋体１４により貯留槽４の上端開口部を閉
じ、貯留槽内を密閉状態にする。

【０００９】密閉状態にした後、フッ酸ベーパ１２があ
る程度、空間部に発生するまで所定時間、例えば２秒間
待機し、その後、駆動手段２２を駆動させることにより
半導体ウエハ６を所定の時間、所定の回転数、例えば５
００ｒｐｍの速度で回転する。回転する時間は、エッチ
ングすべきシリコン自然酸化膜の厚さ及びフッ酸溶液の
濃度にも依存するが、例えば５Åの自然酸化膜を除去す
るためには３０秒間程度回転する。これにより、低濃度
溶液から自然発生する希薄なフッ酸ベーパ１２が低いエ
ッチングレートでもってシリコン自然酸化膜をエッチン
グして除去する。特に、半導体ウエハ６は高速回転して
いることからフッ酸ベーパを巻き込むように作用するの
で、液面と半導体ウエハ６とのあいだの距離Ｄは、あま
り問題とはならないが、好ましくは２０ｃｍ程度に設定
する。上述の如く、自然酸化膜のエッチングレートは非
常に小さいことから所望の厚さの酸化膜のみ正確に除去
できるので、非常に制御性が良好となる。このようにし
て、所定時間だけエッチング操作を行なったならば、半
導体ウエハ６の回転を停止し、これを昇降手段２４によ
り上方へ引き上げる。この時、貯留槽４内の空間部にた
まった有害なフッ酸ベーパが大気開放されるので、開閉
ドア３０を開けて排気ダクト３４を作動させて、これを
吸引排気する。

【００１０】そして、ウエハ把持アーム２６により、処
理済みの上記半導体ウエハを未処理の半導体ウエハと交
換し、前述したと同様な操作を繰り返して行なう。上記
自然酸化膜除去操作においては、水分を多量に含んだフ
ッ酸ベーパを使用しているために、制御性が良好になる
ばかりか、従来のごとく無水フッ酸や共沸フッ酸のベー
パを使用した場合と比較して、半導体ウエハ表面に付着
している水分が部分的にエッチングレートに影響を及ぼ
すことがなく、従って、エッチングの面内均一性を確保
することができる。図２は、各種の酸化膜に対する従来
のＤＩＰ方式によるエッチングの選択性と本発明の方法
によるエッチングの選択性と比較したものであるが、従
来のＤＩＰ方式は酸化膜の種類に依存して非常に選択性
があるが、本発明の方法は、選択性がほとんどないこと
が判明する。尚、上記実施例にあっては、貯留槽４内の
上部空間にて自然酸化膜の除去操作を行なったが、これ
に限定されず、例えばチャンバ内に開放状態のフッ酸溶
液貯留槽４を収容し、チャンバ内に充満するフッ酸ベー
パにより、自然酸化膜の除去操作を行なうようにしても
よいのは勿論である。

【００１１】

【発明の効果】以上の説明のように、本発明によれば次
のような優れた作用効果を発揮することができる。低濃
度のフッ酸溶液から自然発生するフッ酸ベーパを使用し
て自然酸化膜を除去するようにしたので、重金属等によ
る汚染がなく、低選択性でエッチングレートの低い制御
性のよいエッチング操作を行なうことができる。また、
被処理体に偏在して付着する水分による影響を受けない
ので、面内均一性の良好なエッチングを行なうことがで
きる。被処理体をフェースダウン状態でチャックしてそ
のままの状態で処理することができるので、従来必要と
されていた窒素ガス等のキャリアガス等を不要にでき、
装置の簡素化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る自然酸化膜の除去装置を示す構成
図である。

【図２】本発明に係る自然酸化膜の除去方法と従来のＤ
ＩＰ方式の各種酸化膜に対する選択性を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

２　　　　除去装置 ４　　　　フッ酸溶液貯留槽 ６　　　　半導体ウエハ（被処理体） ８　　　　回転保持手段 １０　　フッ酸溶液 １２　　フッ酸ベーパ １８　　チャック盤

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　被処理体に形成された自然酸化膜を除
   去する方法において、少なくとも共沸フッ酸の濃度より
   も低い濃度のフッ酸溶液からのフッ酸ベーパを用いて、
   前記自然酸化膜を除去するようにしたことを特徴とする
   自然酸化膜の除去方法。
2. 【請求項２】　　被処理体に形成された自然酸化膜を除
   去するための除去装置において、開閉自在になされ、少
   なくとも共沸フッ酸の濃度よりも低い濃度のフッ酸溶液
   を貯留するフッ酸溶液貯留槽と、前記被処理体を保持し
   つつこの表面を前記フッ酸溶液貯留槽内のフッ酸溶液の
   液面に向けて回転する回転保持部材とを備えたことを特
   徴とする自然酸化膜の除去装置。