JPH07142438A

JPH07142438A - 洗浄装置、半導体製造装置及び半導体製造ライン

Info

Publication number: JPH07142438A
Application number: JP29228193A
Authority: JP
Inventors: Tadahiro Omi; 忠弘大見
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-11-22
Filing date: 1993-11-22
Publication date: 1995-06-02
Also published as: WO1995015006A1

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、基体の裏面を水素終端して歩留ま
り低下の原因となるゴミの付着を抑制しつつ、また付着
した場合でも気相で容易に除去することを可能とし、よ
り清浄な基体を半導体生産ラインの最終工程まで確実に
送ることが可能な洗浄装置、半導体製造装置及び製造ラ
インを提供することを目的とする。【構成】基体裏面に薬液を供給し裏面に生成した酸化
膜を除去する手段と、該手段により露出した基体面に水
素活性種を含む気体を吹き付ける手段とを少なくとも有
し、前記基体裏面上のダングリングボンドを前記水素活
性種により水素終端することを特徴とする。また、少な
くとも１つの処理槽と、該処理槽内において基体を保持
する手段と、前記基体表面に水分濃度１００ｐｐｂ以下
のガスを供給する手段と、前記基体表面にベルヌーイの
圧力差を発生させるための手段とから構成される気相ゴ
ミ除去装置を備えたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体の生産に用いら
れる洗浄装置、半導体製造装置及び半導体製造ラインに
係わり、特にシリコンウェハ表面及び裏面を水素原子で
終端化し、汚染がなく且つ汚染しないシリコンウェハを
供給することが可能な洗浄装置、半導体製造装置及び半
導体製造ラインに関する。

【０００２】

【関連技術】半導体製造工程において、例えば、基体処
理槽内及び基体搬送中に付着するゴミは、歩留まり低下
の最大の原因となっている。従って、ゴミ等の不純物を
取り除く洗浄工程は、半導体の生産工程の中で最も重要
な工程の一つである。例えば、プラズマ絶縁膜の成膜処
理において、ゴミがシリコンウェハ表面に付着すると、
ゴミの上にも膜が堆積され局所的な成膜の凹凸が発生
し、また取り込まれたゴミが重金属の場合、シリコン上
に形成されたＭＯＳトランジスタのゲート絶縁膜の破壊
や、トランジスタ接合部のリーク電流の増加が起こり、
アルカリ性イオンの場合は、トランジスタの閾値変化等
のトランジスタの性能に悪影響を及ぼす。

【０００３】また、スパッタリングによる金属膜の成膜
処理では、基体表面上に付着したゴミは金属膜中に取り
込まれ金属配線の平坦な成膜性を劣化する。またコンタ
クトホール部及びスルホール部の穴の中にゴミが存在し
たまま金属成膜を行うと、配線形成後、コンタクトホー
ル及びスルーホール部の抵抗増加、コンタクトホール及
びスルーホール部配線のマイグレーション耐性の劣化の
問題が生じる。

【０００４】あるいは、アルミニウム金属配線のドライ
エッチングにおいて、エッチング中にエッチング困難な
材料から成るゴミがアルミニウム表面に付着すると、ゴ
ミの下部はエッチングされずゴミの周りがエッチングさ
れエッチング残り（エッチング残渣）が生じる。通常追
加エッチング（いわゆるオーバエッチング）を行いエッ
チング残りを除去するが、過剰なオーバエッチングは、
レジストマスクや下地酸化膜の膜厚減りをもたらすこと
になる。又オーバエッチング時の中性ラジカル種によ
り、アルミニウム配線の横方向のエッチングが進み、配
線の細りが生じる。さらに段差部にわたるアルミニウム
配線部では、平坦部のアルミニウム部よりエッチング残
渣除去の為の追加のエッチング、いわゆるオーバ・エッ
チングが少なくなる為、段差部にゴミが付着するとエッ
チング残渣が金属配線間にわたり、金属配線の短絡を起
こす問題が発生する。

【０００５】このようなゴミを除去するため、従来、基
体上面からノズルまたはシャワーを用いて基体表面へ薬
液を供給、洗浄するウェット方式や、イオン照射、ガス
噴射等により除去するドライ方式が採用されている。し
かし、基体表面の材料によっては、エッチングが起こる
ためウェット方式が採用できない場合があり、また現状
のドライ方式では、イオン衝撃による格子欠陥等の発
生、除去能力の不足等の問題がある。

【０００６】また、基体表面のゴミを除去しても、製造
の歩留まりは必ずしも向上しないという問題がある。こ
れは、基体裏面のゴミ起因する問題である。基体裏面
は、搬送系や処理槽等で、金属類、樹脂類、セラミック
ス類等の材料と接触する機会が多いため、これら材料に
汚染されやすく、表面をいくら高清浄に洗浄しても、基
体裏面に付着しているゴミが、基体表面を汚染する、い
わゆる相互汚染（クロスコンタミネーション）が生じ
る。これらの現象は、半導体デバイスの高性能化・高集
積化を検討するにあたり、本発明者がはじめて実際上見
いだしたものであり、裏面のゴミは半導体デバイス特性
及び製造歩留まりに影響し、製造プロセスにおいて大き
な問題となることが分かった。

【０００７】さらに、基体裏面にゴミが付着している
と、半導体製造装置及び半導体製造ラインでは、基体と
支持台間に微小な隙間が生じ、この隙間により基体と支
持台間の熱伝導率は悪化し、支持台から基体ヘの加熱効
率または冷却効率が悪化する。また基体裏面が汚染され
ていると、搬送中に基体が落下したり、基体の位置検出
ができない等の問題が生じることがある。基体位置の誤
検出は、基体の検出器と基体裏面間の微小な隙間による
誤検出や、基体が電気的にフローティング状態になるた
め、基体が静電気を帯び基体位置検出器が誤動作するた
めである。さらに、レジストにレチクル上のパターンを
転写する工程において、ステッパーの焦点探度は浅いた
めに、基体裏面が汚染されていると、基体と支持台間の
隙間により、ステッパの焦点深度からずれてしまい、レ
ジストのパターニングの解像度が悪化するという問題が
ある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、基体の裏面
及び表面を水素終端して歩留まり低下の原因となるゴミ
の付着を抑制しつつ、また付着した場合でも気相で容易
に除去することを可能とし、より清浄な基体を半導体生
産ラインの最終工程まで確実に送り、各工程においてゴ
ミの影響を完全に排除することが可能な低コストな洗浄
装置、半導体製造装置及び半導体製造ラインを提供する
ことを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の洗浄装置は、基
体の裏面の洗浄と乾燥を行う洗浄装置において、該基体
裏面に薬液を供給し生成した酸化膜を除去する手段と、
該手段により露出した基体面に水素活性種を含む気体を
吹き付ける手段とを少なくとも有し、前記基体裏面のダ
ングリングボンドを前記水素活性種により水素終端する
ことを特徴とする。該洗浄装置は、前記基体表面に薬液
を供給し洗浄する手段と、該表面に水素活性種を含む気
体を吹き付ける手段とを少なくとも有することが好まし
い。

【００１０】本発明の半導体製造装置は、基体の搬送手
段を有する半導体製造装置であって、該搬送手段と接続
され、前記基体の裏面を露出しダングリングボンドを水
素終端する処理槽を設けたことを特徴とする。前記基体
の裏面を露出し、ダングリングボンドを水素終端する処
理槽は、上記本発明の洗浄装置であることが好ましい。

【００１１】本発明の半導体製造ラインは、複数の半導
体処理槽を有し、該複数の半導体処理槽間に搬送手段を
設けた半導体製造ラインにおいて、少なくとも１つ前記
基体の裏面を露出し、ダングリングボンドを水素終端す
る処理槽を設けたことを特徴とする。また、前記基体の
裏面を露出し、ダングリングボンドを水素終端する処理
槽は、上記本発明の洗浄装置であることが好ましい。

【００１２】また、本発明の半導体製造ラインは、少な
くとも１つの処理槽と、前記処理槽内において基体を保
持する手段と、前記基体表面に水分濃度１００ｐｐｂ以
下のガスを供給する手段と、前記基体表面にベルヌーイ
の圧力差を発生させるための手段とから構成される気相
ゴミ除去装置を備えることが好ましい。

【００１３】

【作用】以下に本発明の作用を実施態様例と共に説明す
る。基体裏面に洗浄液（薬液、超純水等）を供給し、裏
面に生成した酸化膜を除去した後、基体裏面の乾燥中
に、活性な水素活性種を含む気体を基体裏面に吹き付け
ることにより、簡便且つ完全に基体裏面を水素終端させ
ることができる。水素活性種は非常に活性であり、従来
その寿命は短いと思われてきたが、本発明の構成にする
ことにより、即ち水素活性種を洗浄装置の洗浄槽導入直
前で触媒反応により発生させること、高純度な不活性ガ
ス及び水素ガスを用いること、及び水素活性種を含む気
体を供給する手段を触媒作用のある材料で作製すること
等により、実質上の寿命を延ばし、高濃度の水素活性種
を基体表面に供給できる結果、上記のように基体裏面の
水素終端を完全に行うことができる。

【００１４】同様に、基体表面を種々の薬液及び超純水
等で洗浄後、乾燥中に、水素活性種を含む気体を基体表
面に吹き付けることにより、基体表面を水素終端させる
ことができる。基体を水素終端することでゴミの付着を
抑制できる理由の詳細は、現在のところ明かではない
が、従来は、基体表面及び裏面上には水分が多量に吸着
するため、水分を介してゴミが基体表面に付着し易く、
またゴミが基体上に付着すると、ゴミと基体の間には、
水分の表面張力による液架橋力が生じ、またこの液架橋
力はファンデールワース力より約ｌ０倍大きいため、付
着したゴミは容易には基体から離脱できなかったが、本
発明の水素終端により、基体表面及び裏面上には水分が
吸着されにくくなり、結果的にゴミが付着を抑制するも
のと考えられる。

【００１５】次に、本発明の洗浄装置の一例として基体
表面及び裏面を洗浄・乾燥可能な洗浄装置を図１を参照
して説明する。図１に本実施例で用いた洗浄装置を示
す。図１において、１０１は洗浄槽であり、１０２は種
々の薬液供給装置（不図示）と接続された複数の薬液ノ
ズル、１０３は基体、１０４は回転チャック（基体保持
部材）、１０５は排気・排液口、１０６，１０７はそれ
ぞれ水素活性種を含む気体を基体の表面及び裏面に供給
する手段（ガス供給管）、１０８は移動しながらウェハ
裏面の酸化膜を除去するため薬液、超純水を供給するた
めのノズル、１０９は回転モータ、１１０は、加熱手段
１１１を設けた水素活性種を発生させる手段、１１２
は、水素活性種を含む気体の供給を制御するバルブであ
り、これにより該気体は基体の表面または裏面またはそ
の両方に送られる、１１３はＮ₂ガスとＨ₂ガスの混合
器、１１４は混合ガス配管、１１５，１１６はそれぞれ
Ｎ₂ガス配管、Ｈ₂ガス配管であり、マスフローコントロ
ーラと介してＮ₂ガス供給装置、Ｈ₂ガス供給装置（不図
示）と接続されている。

【００１６】洗浄槽としては、内部に種々の薬液や超純
水を導入して基体を浸漬して洗浄を行うものを用いるこ
とができるが、基体を回転チャックに取り付け基体を回
転させながら薬液、超純水を噴射して洗浄を行う図１の
方式のものが好ましい。薬液、超純水による洗浄後、最
後に水素活性種を含む気体を基体に吹き付けて、乾燥さ
せることにより、洗浄により生成したダングリングボン
ドを水素で効果的に終端することができる。なお、洗浄
槽を構成する部材は、洗浄に用いられる種々の薬液に対
し耐性をもつ材料で構成されることは言うまでもない。
なお、基体の乾燥も基体を回転させながら行うのが好ま
しい。

【００１７】水素活性種を発生させる手段１０として
は、例えば配管の内表面の一部あるいは全面を、水素ラ
ジカル化反応の触媒となる材料で構成したものを用いる
ことができる。このような配管内に不活性ガスと水素ガ
スの混合ガスを流すことにより、混合ガス中の水素ガス
をラジカル等の活性種にすることができる。活性化の効
率を高めるためには、触媒（配管）を加熱するのが好ま
しい。加熱温度は３００〜４５０℃が好ましく、３００
〜４００℃がより好ましい。３００℃未満では、水素活
性種の生成量が少なく、また４５０℃を越えた場合に
は、水素活性種の生成量は増加するものの配管内面に不
動態膜が形成されていない場合にはその表面から不純物
が放出され、混合ガス中に混入する恐れがあるからであ
る。

【００１８】本発明において、水素活性種の生成に用い
られる触媒としては、Ｎｉを含む材料が好ましく、例え
ばＮｉ基合金が好ましい。また、Ｎｉ基合金の中でもＮ
ｉ−Ｍｏ系合金、Ｎｉ−Ｗ系合金が好ましい。より具体
的には、例えばハステロイ（登録商標）が挙げられる。
以上の配管の一例として、例えば表面粗度が１μｍ以下
に電解研磨されたステンレス鋼が用いられる。この場
合、ステンレス鋼の表面には、不純物濃度が１０ｐｐｂ
以下の酸化性雰囲気で熱処理して形成される不動態膜が
形成されたものがより好ましい。さらに不動態膜形成後
水素雰囲気中で還元処理を行うことにより形成された不
動態膜が更に好ましい。かかる不動態膜の表面はクロム
酸化物を主成分としているため混合ガス中への不純物の
混入を抑えることができる。なお、かかる不動態膜はク
ロム酸化物を主成分としているが、ニッケル酸化物を含
んでおり、このニッケル酸化物が中のニッケルが触媒の
作用をなし、不動態膜表面に接触した水素ガスを活性化
し水素活性種を生成するものと考えられる。

【００１９】本発明において水素活性種を発生させる手
段１０は、以上の配管形状のものの他に、例えば繊維
状、網状、スポンジ状、管状の触媒を容器内に設けたも
のを用いても良いことは言うまでもなく、このような形
状は水素ガスとの接触面積を大きくし活性化効率を高め
る点では有利である。本発明において用いられる不活性
ガス及び水素ガス中の不純物は、１０ｐｐｂ以下が好ま
しく、１ｐｐｂ以下がより好ましい。また、混合ガス中
の水素ガスの混合比は０．１％以上が好ましく、１０％
以上がより好ましい。この範囲で水素活性種生成量はい
っそう向上する。また、不活性ガスとしては、Ｈｅガ
ス、Ｎ₂ガス、Ａｒガス等が好適に用いられる。特に、
Ｎ₂ガス、Ａｒガスが好ましい。

【００２０】本発明の水素活性種を含むガスを供給する
手段６，７は、水素活性種を発生させる手段で生成した
水素活性種を含む活性ガスを洗浄槽に導くためのもの
で、例えば配管が一般に用いられる。前述したように、
生成した水素活性種の濃度を低下させないためには、内
表面を例えばＮｉ等を含む材料で構成するのが好まし
い。

【００２１】水素活性種を含む気体を供給する手段は、
基体表面直上及び裏面直下に独立したノズルを少なくと
も１つ以上有することが望ましい。独立したノズルを多
数有し、多方向から気体を照射することにより基体表面
裏面とも水素終端化することができる。尚、基体裏面へ
該気体を供給する手段は、裏面洗浄中は薬液等がノズル
内へ侵入しないように、退避できる移動構造とするか、
ノズルに蓋をできる構造とするのが好ましい。

【００２２】次に、シリコンウェハを用いた洗浄工程の
一例を説明するが、他の薬液、ガス、被洗浄物について
も同様な方法で行えば良い。洗浄工程は被洗浄物である
シリコンウェハを回転させ、例えばオゾン添加超純水
（オゾン：２〜１０ｐｐｍ）→超純水リンス→フッ化水
素酸＋過酸化水素＋超純水（例えば体積比で０．０３：
１：２）→超純水リンス→水酸化アンモニウム＋過酸化
水素＋超純水（例えば体積比で０．０５：１：５）→超
純水リンス→フッ化水素酸十超純水→超純水リンス→回
転乾燥（例えばＮ₂ガス中のＨ₂ガス濃度：１０〜１００
％）といった工程で行われる。ここで、各洗浄工程中に
は水素活性種を添加した窒素ガスを洗浄チャンバー内に
導人している。

【００２３】なお、洗浄工程開始以前にシリコンウェハ
上に生成している自然酸化膜及び洗浄工程中に生成する
自然酸化膜を除去するために、少なくとも乾燥工程直前
にフッ化水素酸による自然酸化膜除去を行うのが望まし
い。また、これらの洗浄を行うチャンバーは密閉されて
いるものが好ましく、少なくとも何らかの不活性ガスで
シールされているものが好ましい。水素活性種添加窒素
ガスを導入できる密閉された単一の洗浄槽内ですべての
工程を行うため、フッ化水素酸によって露出されたシリ
コン表面上に自然酸化膜が生成することがなく、また、
乾燥工程中に水素活性種によりシリコンウェハ表面を完
全に水素終端化することが可能である。

【００２４】また、水素活性種の濃度は水素活性種発生
装置への各々の気体の導人部にマスフローコントローラ
ーを設け調節できるものがより好ましい。濃度を制御す
ることにより、水素活性種の必要な場合に必要なだけの
量を供給し水素終端化することが可能となる。次に、成
膜槽、エッチング槽等の処理槽や搬送系で基体表面に付
着したゴミを気相で除去する気相ゴミ除去装置について
図２を参照して説明する。

【００２５】図において２０１は真空処理槽であり、例
えばターボ分子ポンプ２０２及び粗引きポンプ２０３に
よって、真空処理槽２０１内の真空度は１０^-10〜１０
^-12Ｔｏｒｒに保つことができる。２０５は真空排気通
路で開閉弁２０４を介して真空処理槽２０１と接続され
ている。真空処理槽２０１は、例えば真空融解したＳＵ
Ｓ３１６Ｌでできており、その内面２０６は鏡面研磨
し、かつ不動態化処理されてＣｒ₂Ｏ₃膜が形成され、放
出ガス及び水分の吸着が極めて少ない表面になってい
る。

【００２６】２０７は基体であり、例えばシリコンウェ
ハである。もちろんシリコンウェハに限らず、他の半導
体基板（例えば化合物半導体基板）、磁性体基板、超伝
導体基板などであってもよい。２０８は、基体２０７を
保持するための支持台（基体を保持する手段）であり、
例えば真空もしくは静電吸着方式による基体保持機構を
有している。

【００２７】２０９は基体２０７上に付着しているゴミ
を示しており、２１０はガス吹き出し口２１１から基体
２０７上に吹き付けられた例えばＮ₂ガスの流れを示し
ている。２１１は基体上に設置されたＮ₂ガスの吹き出
し口で、ガス供給通路２１２と接続されており、ガス供
給制御弁２１３によって高速なＮ₂ガスを基体１０７上
に定常的に流す為のものである。ここで２１４は高圧ガ
ス供給源で、例えば高圧Ｎ₂ボンベである。高圧Ｎ₂ボン
ベ２１４は高圧ガス供給通路２１５を通して定常流通路
２１６および高圧ガス制御部２１７と接続されている。
この定常流通路２１６には例えば通電加熱機構またはそ
の他の加熱機構２１８が備えられており、Ｎ₂ガスを約
８０℃に加熱することができる。２１７は高圧ガスの
間欠的で俊敏な流れの制御を行う機構を備えている。

【００２８】図２では、高速開閉弁２１９、２２０の間
欠的な高速開閉によって、高圧部２２１からガス供給通
路２１２およびガス吹き出し口２１１を通して間欠的で
俊敏な圧力変動を基体表面上の定常的なガスの流れに作
用させることができる。圧力変動の発生頻度は、例えば
１０回／分であるが、高速開閉弁２１９、２２０をさら
に高速に駆動するか、または高圧ガス制御部２１７を並
列に多段設けることによって、間欠的な圧力変動の発生
頻度をさらに増やすことができる。

【００２９】Ｎ₂ガスの水分濃度は１０〜１００ｐｐｂ
に制御されているため、真空処理槽２０１内の水分濃
度は少なくとも１０ｐｐｍ以下に保つことができ、この
時の吸着水分量は略々１×１０¹⁵分子／ｃｍ²である。
これは、平均値で２分子層に相当する。２２２はＮ₂ガ
スおよびゴミの排気通路であり、開閉弁２２３を介して
真空処理槽２０１と接続されており、基体上から離脱し
たゴミはＮ₂ガスの流れにともなうようにして、開閉弁
２２４を介して系外の例えばスクラバーのような排ガス
処理装置に排出される。また、排気通路２２２は開閉弁
２２５および粗排気通路２２６を介して粗引きポンプ２
０３に接続されており、真空処理槽内を減圧（例えば１
００Ｔｏｒｒ）に保ちながらＮ₂ガスおよびそれにとも
なうゴミを排出することができる。

【００３０】２２７は、基体２０７を昇温するための、
例えばＸｅランプである。２２８は真空処理槽２０１に
接続された光導入口で、例えば光学研磨された合成石英
等の窓材２２９が備えられていることにより、Ｘｅラン
プ２２７の光が基体２０７の表面に均一に照射すること
ができる。さらに、Ｘｅランプ２２７の出力を制御する
ことによって基体２０７を昇温し、かつ一定の温度（例
えば１００℃）に保つことができる。

【００３１】２３０は、基体を真空処理槽２０１と他の
処理槽（不図示）間で自在に搬出入するための機構を備
えた搬送室である。基体搬送室２３０は開閉弁２３１を
介して真空処理槽２０１に接続されいる。基体搬送室２
３０の水分濃度は真空処理槽２０１と同様に１０ｐｐｍ
以下に制御されている。気相中においてゴミが基体表面
上に吸着した場合、ゴミと基体間に働く力は、液架橋力
とファンデルワールス力であることを本発明者は知見し
た。特に、水分が基体表面に存在している場合において
は液架橋力が支配的である。

【００３２】本発明においては、基体表面に付着してい
るゴミと基体間の液架橋力を排除し、高々基体の格子間
の距離のマイナス２乗に比例する程度の小さなファンデ
ルワールス力のみで基体にゴミが付着している状態を実
現している。これは、基体表面上の吸着水分量が、略々
２分子層以下であるときに実現されることを本発明者は
見いだした。この２分子層がどのような状態で存在して
いるかは明確ではないが、２分子層以下というのは、基
体表面全体が２分子層以下の場合のみならず、水分子が
存在しない部分が一部にある場合も含まれるといえる。

【００３３】このような状態を実現するためには、基体
表面に供給されるガスの水分濃度が、１００ｐｐｂ以下
であるということが必要である。なお、処理層を構成す
る部材あるいはガス供給系の配管等の表面からの水分の
放出は極力小さくすることが好ましく、そのため、かか
る部材は、酸化クロムを主成分とする不動態膜がガスと
の接触部表面に形成されたものを用いればよい。

【００３４】なお、本発明では、基体表面にベルヌーイ
の圧力差を発生させる手段を設けている。前述したよう
に、液架橋力の影響を排除した状態では、ベルヌーイの
圧力差を基体表面に与えてやればゴミは浮上し、基体表
面から除去できることを本発明者は見い出したのであ
る。例えば、図２におけるガス（例えばＮ₂ガス）の吹
き出し口２１１より２５０ｌ／ｍｉｎの流量で基体表面
にＮ₂ガスを吹き付けると、基体表面でのＮ₂ガスの平均
流速は約３０ｍ／ｓｅｃとなる。このＮ₂の高速流によ
って、基体表面より数μｍから数１０μｍの領域では停
流層が生じ、高速流と停流層の界面にはベルヌイの定理
によってベルヌーイの圧力差が生じると考えられる。例
えば、この流速約３０ｍ／ｓｅｃの高速流と停流層の界
面に生じる圧力差は約０．５ｋｇ／ｃｍ²程度となるこ
とが分かった。この圧力差は、例えば５μｍ及び１μ
ｍ程度の比較的大きなゴミに対し基体と垂直方向の運動
エネルギを与える。この垂直方向の運動エネルギは、力
学的な考察より、１μｍ以上のゴミを基体表面より離脱
するために充分なエネルギとなりうる。ガスの流速は、
ゴミの粒径に応じて適宜決めればよいが、１０ｍ／ｓｅ
ｃ以上が好ましく、３０ｍ／ｓｅｃ以上がより好まし
い。かかる高速流の場合除去効率が向上する。なお、上
限としては、５０ｍ／ｓｅｃが好ましい。

【００３５】なお、例えば０．３μｍ程度の比較的小さ
なゴミは完全に停流層内部に存在するため、Ｎ₂の高速
流によって生じる圧力差のみではゴミは基体表面より離
脱できないことがある。この０．３μｍ程度のゴミを基
体表面より離脱させるためには間欠的な圧力変動（例え
ば衝撃波）を基体表面あるいは基体表面上を流れる高速
のガス流に与えることが効果的であることが本発明者の
実験事実より明かとなった。この間欠的な圧力変動（例
えば衝撃波）は基体表面より数μｍから数１０μｍに生
じている停流層を乱す効果を持つと考えられる。これ
は、間欠な圧力変動（例えば衝撃波）によって停留層内
に一瞬乱流が生じ、Ｎ₂の高速流のみでは停流層であっ
た基体表面から数μｍ以下の領域においてもベルヌイの
定理による圧力差を発生できるのである。この圧力差に
よって基体表面のゴミは基体表面に対して垂直方向の運
動エネルギが与えられ、基体表面から数μｍから数１０
μｍ程度舞い上がることができると考えられる。なお、
舞い上がったゴミは基体表面を流れる例えばＮ₂の高速
流によって真空チャンバの外部へ瞬時に運び去られる。
このＮ₂の高速流は高速なもの（例えば上述した１０ｍ
／ｓｅｃ以上）を用いているためこの中に存在する基体
表面から離脱したゴミは基体に再付着する機会をまった
く与えられない。

【００３６】以上のような作用によって本発明によって
基体表面からゴミが除去できる。基体あるいは基体上に
付着したゴミを、例えばＸｅランプや例えば８０℃に加
熱したガス（例えばＮ₂ガス）を用いて昇温することも
基体表面に吸着している水分をさらに排除し、液架橋力
を小さくする効果をより一層助長するものである。

【００３７】基体と、ゴミに働く力がファンデルワール
ス力のみで表せられる基体表面において、付着している
ゴミは常にブラウン運動によって基体表面を自由に移動
している。ブラウン運動のエネルギは温度によって決定
され、例えばゴミの温度を高くすると、温度に比例した
運動エネルギによってゴミは基体表面を移動することに
なる。例えばＸｅランプ等で昇温すればゴミのブラウン
運動を活性化することができる。基体表面を動き回って
いるゴミは、基体表面の数オングストローム程度の凹凸
によって跳ね上がり、この瞬間、基体とゴミとの間に働
くファンデルワールス力は最小になり、ゴミが基体から
最も離脱し易い状態となる。

【００３８】またブラウン運動はゴミの不規則な運動で
あるため、基体に対して垂直な方向への運動も存在す
る。従ってこの作用においても基体とゴミの間に働くフ
ァンデアワールス力を最小となりうる。ゴミを昇温させ
る際、その温度には細心の注意を払わなければならな
い。本発明者は基体温度が８０℃以上でゴミの除去効果
が現れることを知見しているが、ブラウン運動を活性化
させる上で温度は極力高い方が効果的であることは前述
の理由より明かである。しかし、実際のプロセスでは基
体表面に付着するゴミの種類を断定することは非常に困
難であり、その中には当然有機物等も含まれる。従って
有機物を溶解させる温度以下（例えば２００℃以下）で
の加熱が理想である。さらに、プロセス全体を低温（４
００℃前後）でおこなうことを考慮すると、たとえ有機
物の付着が認められなくとも、３００℃以上の加熱は熱
処理効果を及ぼす可能性があるため好ましくない。以上
の理由から基体及びゴミの加熱には８０℃から３００℃
が好ましく、８０℃から２００℃がより好ましい。

【００３９】今まで、不活性なＮ₂ガスによるゴミの除
去について言及してきたが、反応性ガス、例えばＣｌ₂
ガスもしくはこれをＡｒのような不活性ガスに混入させ
たガスを基体表面上に定常的に流し、基体上の金属性の
ゴミが、例えばＡｌであった場合、Ｃｌ₂ガスとＡｌと
の反応によってＡｌＣｌ₃が形成され、これが揮発性で
あることを考慮すると、間欠的で俊敏な圧力変動との相
乗作用によって、容易に除去可能である。

【００４０】その他、例えば有機物のゴミに対しては、
例えばＯ₃のような反応性ガスが適用可能であり、例え
ばＳｉＯ₂のゴミに対しては、例えばＨＦガスが考えら
れる。これらは、一例に過ぎないが、反応性ガスを選択
し、ガス系切り換え機構を設けることによって、本発明
の気相ゴミ除去作用とともに化学反応を積極的に利用し
たさらに効果的なゴミ除去が可能である。

【００４１】また、電離したガスを真空槽に導入するこ
とにより、基体の静電気を中和し、気相中のゴミと基体
の間に働く、静電気力を打ち消し、気相中のゴミが、基
体に付着または再付着することを防止する。ガスの電離
には、例えば重水素ランプ、軟Ｘ線光源を用いることが
できる。さらに、例えば超音波のような機械的な振動を
与えることによっても効率よく基体表面のゴミを除去す
ることが可能である。

【００４２】また、基体に液化Ｎ₂を供給しながら間欠
且つ俊敏な圧力変動を与えると、基体上からゴミをより
効率的に除去することができる。これは、例えば液化Ｎ
₂のように室温で容易に気化する液体は、一種の爆発の
ような作用を伴って気化する。この際、波長が数μｍ程
度の衝撃波を伴い、この衝撃波が基体に付着しているゴ
ミに対し運動エネルギを与えていると考えられる。この
運動エネルギによってゴミは非常に離脱し易い状態とな
り、さらに、間欠且つ俊敏な圧力変動を加えることによ
って完全に基体上から離脱すると考えられる。このよう
に基体表面から離脱したゴミは、気化した液体が作り出
す定常的なガス流によって外部に搬送されると考えられ
る。このような室温で容易に気化する液体は、液化Ｎ₂
の他に、例えば液化Ａｒやイソプロピルアルコールのよ
うな液体が好適に用いられる。

【００４３】

【実施例】以下に実施例を挙げて本発明をより詳細に説
明するが、本発明は以下の実施例に限定されることはな
い。（実施例１）図１に示した洗浄装置が、搬送室を介して
プラズマ酸化処理装置と接続された半導体製造装置を用
い、シリコンウェハの表面及び裏面を水素終端した後、
酸化膜を形成した。

【００４４】尚、本実施例において、水素活性種を発生
させる手段１０としては、内面を電解研磨した円筒のス
テンレス（ＳＵＳ３１６）容器の内部に１０μｍ径のＮ
ｉワイヤーを丸めて束ねて挿入したものを用い、ヒータ
１３で３５０℃に加熱した。また、ガス供給管６，７に
は内面を電解研磨したステンレス管（ＳＵＳ３１６）を
用いた。また、混合ガスの混合比は、Ｎ₂９０％、Ｈ₂１
０％とした。

【００４５】まず、洗浄装置を用いた洗浄方法について
述べる。ノズル６から水素活性種を含むＮ₂ガスを導入
しておき、１５００〜３０００ｒｐｍでウェハを回転さ
せながら、薬液ノズル２及び８の個々のノズルを介して
ウェハ表面及び裏面に１）オゾン添加超純水（２〜１０
ｐｐｍ）、２）フッ化水素酸＋過酸化水素＋超純水
（０．０３：１：２）、３）水酸化アンモニウム＋過酸
化水素＋超純水（０．０５：１：５）、フッ化水素酸＋
過酸化水素＋超純水（０．０３：１：２））、超純水を
順次滴下して洗浄を行った。続いて、混合ガス供給管
６，７から水素活性種を含む気体をウェハの表裏に吹き
付けながら、ウェハを１５００ｒｐｍで回転させて乾燥
した。

【００４６】以上のようにして洗浄したウェハを搬送室
の搬送手段によりプラズマ酸化処理装置に搬送し、１０
ｎｍの酸化膜を形成した。比較のため、裏面処理しない
ウェハについても同様にプラズマ酸化処理装置に搬送
し、酸化膜を形成した。以上の酸化膜の絶縁耐圧を測定
したところ、裏面処理を施さない場合に比べて、本実施
例のウェハは、安定して高い絶縁耐圧が得られることが
分かった。

【００４７】（実施例２）図３に、シリコンウェハの裏
面の基体表面が露出され、且つ前記露出されたシリコン
の表面が水素原子により終端されたシリコンウェハを自
動搬送する手段を少なくとも一部に含んだことを特徴と
する半導体製造ラインの実施例を示す。図３において、
３０１は、本発明の洗浄装置であり、３０２，３０３
は、ウェハカセットを収納するための真空槽である。３
０４は、シリコンウェハを各処理槽にウェハを搬送する
手段を有した搬送機構である。３０５は各処理槽にシリ
コンウェハを搬送するための真空槽である。３０６，３
０７，３０８，３０９，３１０は、例えばシリコンウェ
ハを処理するためのドライエッチング処理、プラズマ成
膜処理、熱分解成膜処理、スパッタ成膜処理等の真空槽
である。

【００４８】前述したように、搬送中にウェハ裏面にゴ
ミが付着する。ゴミを付着したまま、このウェハが次工
程の処理槽に搬送され処理されると、例えば、ドライエ
ッチング処理槽に送られると、ウェハと支持台の間に隙
間が生じ、ウェハと支持台の熱伝導効率が悪くなる。こ
の結果プラズマから供給される熱により、ウェハの温度
が上昇する。例えば、シリコンを含有したアルミニウム
金属配線のエッチングにおいては、このウェハの温度上
昇により、アルミニウム配線が等方性的にエッチングさ
れるという問題が生じる。

【００４９】本実施例においては、この問題を解決する
ために、ドライエッチング処理槽に搬送する前に、洗浄
装置３０１で、ウェハ裏面を水素原子により終端し、ウ
ェハ裏面には、水分が吸着しにくくなり、又このことが
ゴミの付着を防止することに寄与することになる。この
様に本発明により、裏面にゴミを防止した結果異方性の
ドライエッチングをが実現することができた。

【００５０】また、裏面にゴミが付着していると、ドラ
イエッチング処理槽で舞い上がりウェハ表面に付着する
こともある。この場合ゴミは、微小なマスクとなりエッ
チング残渣を生じさせることがあり、シリコンの大集積
回路の製造の低歩留りの原因となる。しかしながら、本
実施例では、エッチング残渣は観測されず、この問題も
同様に解決できた。

【００５１】本実施例においては、３０２，３０３のウ
ェハカセットを収納する槽と、３０５の各処理槽にシリ
コンウェハを搬送するための真空槽との間に設置した
が、本発明においては、洗浄装置をクラスター方式の半
導体製造装置に接続し、シリコンウェハ裏面を水素終端
させ、前記ウェハ裏面にゴミを付着させないことが重要
であり、例えば図４、５に示す様に、少なくとも一つ以
上の本発明の洗浄装置を他の位置に設置しても構わな
い、また本発明の洗浄装置を、少なくとも一部に組み込
んだクラスター方式の半導体製造装置と少なくとも一部
に組み込んだ枚葉式方式の半導体製造装置からなるライ
ンのどこに、本装置を組み込むこんでも良い。

【００５２】（実施例３）本実施例に於いて、本発明の
洗浄装置及びゴミ除去装置、もしくはこれらの装置を組
み込んだ枚葉処理方式やクラスター方式の半導体製造装
置を少なくとも一部に有することを特徴とする半導体製
造ラインにどの様に組み込むかを、本実施例を用いて説
明する。

【００５３】図６において、６０１は、シリコンウェハ
を枚葉毎に各半導体製造装置に自動搬送する窒素雰囲気
のトンネルである（以後窒素トンネルと言う）。６０２
は、搬送されるシリコンウェハである。例えば６０３
は、反応性イオンエッチング装置であり、６０４は、プ
ラズマ成膜装置である。６０５は、複数の処理槽と前記
処理槽にシリコンウェハを搬送する手段を有したクラス
ター方式の半導体製造装置である。６０６は例えばステ
ッパであり、６０７はイオン打ち込み装置である。６０
８は、図１に示した洗浄装置である。また、６０９,６
１０,６１１,６１２は図２に示したゴミ除去装置であ
る。６１３は、シリコンウェハを各処理槽に搬送する為
の手段を有した真空槽である。６１５,６１６,６１７
は、例えばシリコンウェハを処理する為のドライ・エッ
チング処理槽、熱分解成膜処理槽、スパッタ成膜処理槽
等の真空槽である。各槽及び窒素トンネルは、例えば真
空融解したＳＵＳ３１６でできており、その内面は、鏡
面研磨し、かつＣｒ₂Ｏ₃膜で不動態化処理されており放
出ガス及び水分の吸着が極めて少ない表面に成ってい
る。さらに本処理槽に用いる高圧ガスの水分濃度は、１
０〜１００ｐｐｂである。これにより本各真空槽の及び
窒素トンネルの水分濃度は、高々１０ｐｐｍ以下に保た
れていることは、言うまでもない。

【００５４】本実施例の大きな効果は、例えばシリコン
ウェハを大気成分や製造作業者から窒素トンネルにより
隔離し、また処理槽で付着したゴミを本発明のゴミ除去
装置で除去することにより、例えば製造作業者から発塵
するゴミ（例えばクリーンルームで、防塵服を着用した
作業者に付着しているゴミが、作業中に防塵服の袖口や
襟口から空気の噴出に伴い、ウェハに付着する）や、反
応処理槽でウェハに付着したゴミを本発明のゴミ除去装
置で除去して次工程の処理槽にウェハを搬送する一貫し
た半導体製造ラインを提供することにより得られ、従来
の大きなクリーンルームのスペースを初めて不要とし
た。また、半導体製造工程の各々において、例えば汚染
のゴミが重金属の場合（例えば、ドライエッチングの場
合、反応処理槽で形成されたイオンが処理槽の金属壁を
スパッタすることによる金属汚染）、本発明のゴミ除去
装置を一貫したラインに組み込み、付着したゴミを除去
することにより、シリコン上に形成されたＭＯＳトラン
ジスタのゲート破壊の防止及びトランジスタ接合部のリ
ーク電流増加の防止等の効果が得られ、また汚染のゴミ
がアルカリ性イオンの場合には、トランジスタの閾値の
変化等のトランジスタ特性悪化の防止等に効果がある。
また、ウェハは窒素トンネル中を搬送されるため、大気
の酸素ガスと接することがなく、例えば配線アルミニウ
ムのドライエッチングにおいては、アルミニウム表面が
酸化されないため、三塩化ほう素ガスによるアルミニウ
ム表面の酸化膜除去やアルゴンイオン照射によるスパッ
タ除去等の工程を省くことが初めて可能となり、塩素ガ
スによるシンプルなアルミニウムのドライエッチング工
程と酸化膜の影響によるアルミエッチング速度の変動の
抑制を初めて可能とした。

【００５５】これにより、処理槽及び搬送で生じるゴミ
の影響を最小限にできる半導体製造ラインが達成でき
た。本発明に於いて、処理中に付着したゴミを次工程処
理槽に、持ち込まないことが重要であり、その目的を満
足するものであれば、洗浄装置、ゴミ除去装置を前記半
導体製造ラインのどの位置に設置しても良い。

【００５６】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、水素終端化し
たシリコンは、微粒子汚染に対して耐性が強い。つま
り、微粒子の付着が起こりにくくなり、半導体製造工程
におけるシリコンウェハの裏面汚染からのクロスコンタ
ミネーション、及び搬送装置からのウェハ裏面への再付
着を防止できる。

【００５７】その結果、微粒子による汚染の減少によ
り、半導体生産工程において歩留まりが向上し、製品の
コストダウンを可能にする。請求項１６の発明により、
いかなる材料から成るゴミに於いても、基体表面上に付
着したゴミを、基体表面上から気相で除去できる。本発
明は、従来実用面で困難であったドライ処理による気相
中でのゴミ除去の手段を初めて提供し、このドライ化に
より、半導体等の製造装置および半導体等の製造ライン
のゴミ除去工程の自動化、インライン化が初めて可能に
なり、製造歩留まりを飛躍的に高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の洗浄装置の一例を示す概念図である。

【図２】気相ゴミ除去装置の一例を示す概念図である。

【図３】実施例２の半導体製造装置を示す概念図であ
る。

【図４】半導体製造装置の他の例を示す概念図である。

【図５】半導体製造装置の他の例を示す概念図である。

【図６】実施例３の半導体製造ラインを示す概念図であ
る。

【符号の説明】

１０１洗浄槽、１０２薬液ノズル、１０３基体（Ｓｉウェハ）、１０４ウェハチャック、１０５排気・排液口、１０６，１０７水素活性種を含む気体を供給する手段
（ガス供給管）、１０８裏面洗浄用ノズル、１０９回転モータ、１１０水素活性種を発生させる手段、１１１加熱手段、１１２切り替えバルブ、１１３Ｎ₂ガスとＨ₂ガスの混合器、１１４混合ガス配管、１１５Ｎ₂ガス配管、１１６Ｈ₂ガス配管。２０１真空処理槽、２０２分子ポンプ、２０３粗引きポンプ、２０４開閉弁、２０５真空排気通路、２０７シリコンウェハ（基体）、２０８支持台（基体を保持する手段）、２０９ゴミ、２１０Ｎ₂ガスの流れ、２１１Ｎ₂ガスの吹き出し口、２１２ガス供給通路、２１３ガス供給制御弁、２１４高圧ガス供給源、２１５高圧ガス供給通路、２１６定常流通路、２１７高圧ガス制御部、２１８加熱機構、２１９，２２０高速開閉弁、２２１高圧部、２２２排気通路、２２３，２２４，２２５開閉弁、２２６粗排気通路、２２７Ｘｅランプ、２２８光導入口、２２９窓材、２３０搬送室２３１開閉弁。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基体の裏面の洗浄と乾燥を行う洗浄装置
において、基体裏面に薬液を供給し裏面に生成した酸化
膜を除去する手段と、該手段により露出した基体面に水
素活性種を含む気体を吹き付ける手段とを少なくとも有
し、前記基体裏面上のダングリングボンドを前記水素活
性種により水素終端することを特徴とする洗浄装置。
【請求項２】前記基体の表面に薬液を供給し洗浄する
手段と、該表面に水素活性種を含む気体を吹き付ける手
段とを少なくとも有し、前記基体表面のダングリングボ
ンドを前記水素活性種により水素終端することを特徴と
する請求項１に記載の洗浄装置。
【請求項３】前記水素活性種を含む気体を吹き付ける
手段は、水素ガスまたは水素ガスを含むガスを活性化し
水素活性種を発生させる手段と、前記基体の裏面または
／及び表面に該水素活性種を含む気体を供給する手段と
から構成されることを特徴とする請求項１または２に記
載の洗浄装置。
【請求項４】前記水素ガスを含むガスは、不活性ガス
を含むことを特徴とする請求項３に記載の洗浄装置。
【請求項５】前記不活性ガスは、窒素ガスまたは／及
びアルゴンガスであることを特徴とする請求項４に記載
の洗浄装置。
【請求項６】前記水素活性種を発生させる手段は、前
記水素ガスまたは水素を含むガスとの接触部の少なくと
も一部を水素ラジカル化反応の触媒となる材料で構成し
たことを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載
の洗浄装置。
【請求項７】前記触媒となる材料は、Ｎｉを含むこと
を特徴とする請求項６に記載の洗浄装置。
【請求項８】前記触媒となる材料を３００〜４５０℃
に加熱する手段を有することを特徴とする請求項６また
は７に記載の洗浄装置。
【請求項９】前記水素活性種を含む気体を供給する手
段において、該水素活性種を含む気体との接触部の少な
くとも一部は、水素ラジカル化反応の触媒となる材料で
構成したことを特徴とする請求項３〜８のいずれか１項
に記載の洗浄装置。
【請求項１０】前記基体の裏面に水素活性種を含む気
体吹き付ける手段は、少なくとも前記基体裏面の中心直
下近傍にガス噴射ノズルを備えたことを特徴とする請求
項１〜９のいずれか１項に記載の洗浄装置。
【請求項１１】前記基体を回転させる手段を設けたこ
とを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の
洗浄装置。
【請求項１２】基体の搬送手段を有する半導体製造装
置であって、該搬送手段と接続され、前記基体の裏面を
露出しダングリングボンドを水素終端する処理槽を設け
たことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項１３】前記基体の裏面を露出し、ダングリン
グボンドを水素終端する処理槽は、請求項１〜１１のい
ずれか１項に記載の洗浄装置であることを特徴とする請
求項１２に記載の半導体製造装置。
【請求項１４】複数の半導体処理槽からなり、該複数
の半導体処理槽に基体の搬送手段を設けた半導体製造ラ
インにおいて、前記基体の裏面を露出し、ダングリング
ボンドを水素終端をする処理槽を少なくとも１つ設けた
ことを特徴とする半導体製造ライン。
【請求項１５】前記基体の裏面を露出し、ダングリン
グボンドを水素終端する処理槽は、請求項１〜１１のい
ずれか１項に記載の洗浄装置であることを特徴とする請
求項１４に記載の半導体製造ライン。
【請求項１６】少なくとも１つの処理槽と、該処理槽
内において基体を保持する手段と、前記基体表面に水分
濃度１００ｐｐｂ以下のガスを供給する手段と、前記基
体表面にベルヌーイの圧力差を発生させるための手段と
から構成される気相ゴミ除去装置を備えたことを特徴と
する請求項１４または１５に記載の半導体製造ライン。
【請求項１７】前記気相ゴミ除去装置は、間欠的な圧
力変動を少なくとも前記基体表面に発生させるための手
段を設けたことを特徴とする請求項１６に記載の半導体
製造ライン。
【請求項１８】前記間欠的な圧力変動を少なくとも前
記基体表面に発生させる手段として、衝撃波もしくは圧
力波を発生させる機構を備えたことを特徴とする請求項
１７に記載の半導体製造ライン。
【請求項１９】前記気相ゴミ除去装置は、前記基体を
８０℃以上３００℃以下の温度とする手段を備えたこと
を特徴とする請求項１６〜１８のいずれか１項に記載の
半導体製造ライン。
【請求項２０】前記気相ゴミ除去装置は、前記基体を
８０℃以上２００℃以下の温度とする手段を備えたこと
を特徴とする請求項１９に記載の半導体製造ライン。
【請求項２１】前記気相ゴミ除去装置において、前記
基体表面の吸着水分量が平均値で２分子層以下となるよ
う構成したことを特徴とする請求項１６〜２０のいずれ
か１項に記載の半導体製造ライン。
【請求項２２】前記気相ゴミ除去装置は、前記処理槽
内に正負の電荷を供給し、前記処理槽内に存在する静電
気を除去するための手段を有したことを特徴とする請求
項１６〜２１のいずれか１項に記載の半導体製造ライ
ン。
【請求項２３】前記気相ゴミ除去装置は、前記基体を
回転させる手段を有したことを特徴とする請求項１６〜
２２のいずれか１項に記載の半導体製造ライン。
【請求項２４】前記気相ゴミ除去装置は、前記基体に
超音波もしくは機械的振動またはその両方を供給する手
段を有したことを特徴とする請求項１６〜２３のいずれ
か１項に記載の半導体製造ライン。
【請求項２５】前記気相ゴミ除去装置は、前記ガスに
水素活性種を混入させる手段を有したことを特徴とする
請求項１６〜２４のいずれか１項に記載の半導体製造ラ
イン。
【請求項２６】前記気相ゴミ除去装置は、前記基体表
面に液体窒素、液体アルゴン、イソプロピルアルコール
等の常温で容易に気化する液体を供給する手段を有した
ことを特徴とする請求項１６〜２５のいずれか１項に記
載の半導体製造ライン。
【請求項２７】前記気相ゴミ除去装置において、前記
ガスが反応性ガスもしくは少なくとも反応ガスを一部に
含んだガスであることを特徴とする請求項１６〜２６の
いずれか１項に記載の半導体製造ライン。