JPH07299349A - 洗浄方法及び洗浄装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体ウエハ等に付着した有機物をより速い
速度で洗浄することの出来る紫外線／オゾン洗浄方法お
よび洗浄装置を提供する。 【構成】 被洗浄物３を真空空間１中に配置して、被洗
浄物３に紫外線を照射すると共に酸素又はオゾンを含む
洗浄用ガスを流し、被洗浄物表面に付着した付着物を取
り除く。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウエハやガラス
基板等の被洗浄物の表面に付着した有機物等の付着物を
取除く洗浄方法及び洗浄装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウエハ、あるいは液晶デバイス製
造用のガラス基板等は、その製造工程において極めて高
い清浄度が要求される。しかしながら、これらの基板等
にも有機物等の汚染物が付着する場合がある。係る基板
上に付着した有機物を洗浄する方法として、従来、紫外
線／オゾン（ＵＶ／Ｏ₃ ）洗浄法が知られている。図５
は、この紫外線／オゾン洗浄法の原理を説明するもので
ある。１８４．９ｎｍの波長の紫外線で空気中の酸素
（Ｏ₂ ）をオゾン（Ｏ₃ ）に変え、２５４ｎｍの波長の
紫外線でオゾン（Ｏ₃ ）を酸素（Ｏ₂ ）と発生基の酸素
（Ｏ^* ）に分解させる。この発生基の酸素（Ｏ^* ）が有
機物（Ｃ_mＨ_nＯ_l）を分解し、水分（Ｈ₂Ｏ）及び炭酸ガ
ス（ＣＯ₂）として有機物を灰化させる。

【０００３】このような紫外線／オゾン洗浄の場合、洗
浄速度即ち灰化速度を上げるには、紫外線の強度を高く
すること、オゾン濃度を高くすること、有機物が灰化す
る反応部分を活性化するために被洗浄物である基板の温
度を上げることがポイントとなる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の紫外線／オゾン
洗浄装置では、洗浄速度を上げるために、できるだけ照
射強度の高い紫外線ランプ及びオゾン濃度を上げるため
に出来るだけ性能のよいオゾナイザーを用いていた。
又、被洗浄物である例えば半導体ウエハの製造に支障を
来さない範囲で、基板の温度を出来るだけ高くとり、反
応部分を活性化して紫外線／オゾン洗浄を行っていた。
しかしながら、現状ではこれらの努力を行っても、紫外
線／オゾン洗浄法における洗浄速度（灰化速度）は限界
に達しており、妥当な装置価格の範囲内では現状の洗浄
速度以上の性能を有する紫外線／オゾン洗浄装置を入手
することは出来なかった。

【０００５】本発明は上記従来技術の問題点に鑑みて為
されたものであり、半導体ウエハ等に付着した有機物を
より速い速度で洗浄することの出来る紫外線／オゾン洗
浄方法および洗浄装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ため、本発明の洗浄方法は、被洗浄物を真空中に配置し
て、該被洗浄物に紫外線を照射すると共に酸素又はオゾ
ンを含むガスを流し、前記被洗浄物表面に付着した付着
物を取り除くことを特徴とする。

【０００７】又、本発明の洗浄装置は、被洗浄物を装填
する真空排気可能な洗浄容器と、該容器内に配置され前
記被洗浄物表面に紫外線を照射する紫外線の発生装置
と、前記洗浄空間に酸素又はオゾンを含む洗浄用ガス、
又は清浄空気を供給するガス供給源とを備えたことを特
徴とする。

【０００８】

【作用】紫外線は、よく知られているように大気中の酸
素（Ｏ₂ ）に吸収されやすく、紫外線の照射強度は大気
中では著しく低下する。このため、従来の常圧で用いる
紫外線／オゾン洗浄装置では、紫外線ランプから被洗浄
物の表面上に付着した汚染有機物にいたるまでの間に、
紫外線は酸素に吸収されその照射強度は著しく減少し、
その結果オゾンの灰化反応による洗浄速度は低いものと
ならざるを得なかった。このため、紫外線／オゾン洗浄
法では洗浄時間が長く必要となり、生産性は落ち、例え
ば半導体の製造工程においては製造コストの上昇につな
がっていた。

【０００９】被洗浄物を真空中に配置して、真空雰囲気
下で被洗浄物に紫外線を照射するとともにオゾンを含む
洗浄用ガスを流す又は生成することから、紫外線は大気
中と異なりほとんど減衰を受けることなく被洗浄物を照
射することが出来る。このため、オゾンガスから発生基
の酸素が有効に形成され、有機物等を高い速度で灰化す
ることが可能となる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例について添付図面を参
照しながら説明する。

【００１１】図１は、本発明の第１実施例の洗浄装置の
構成を示す。洗浄空間１は、洗浄容器２により仕切られ
た空間であり、被洗浄物である半導体ウエハ３が着脱可
能に装填される。洗浄空間１は、排気孔５を介して、ニ
ードルバルブ６、バルブ７、真空ポンプ８に接続されて
いる。従って、ニードルバルブ６を調整することによ
り、真空ポンプ８による排気量の調整が可能である。

【００１２】真空計１１は、洗浄空間１内の真空度をモ
ニタするためのものである。洗浄空間１には紫外線ラン
プ１２を備える。紫外線ランプ１２は、被洗浄物である
半導体ウエハ３の表面を照射する。リーク孔１６は、バ
ルブ１７、フィルタ１８を介してＮ₂ ガス供給源１９に
配管接続され、洗浄空間１内に清浄Ｎ₂ ガスをリークさ
せる。又、孔２０は、バルブ２１、フィルタ２２を介し
て大気に開放され、清浄空気を洗浄空間１内に供給す
る。

【００１３】図２は、本発明の第２実施例の洗浄装置の
構成を示す。上述の第１実施例は、清浄空気より紫外線
を用いてオゾンを形成するのに対して、本実施例は洗浄
容器２内にオゾンガスを供給するオゾナイザ１３を備え
る。オゾナイザ１３は、バルブ１４を介して洗浄容器２
の導入孔１５に接続されオゾンを洗浄空間１内に供給す
る。Ｏリング１０は、洗浄容器２と基台９を真空シール
する。半導体ウエハ３の着脱時には、洗浄空間１を大気
圧にもどし、洗浄容器２を開いて行う。

【００１４】第１実施例及び第２実施例の紫外線／オゾ
ン洗浄装置においては、半導体ウエハに紫外線を照射す
る発生源として６Ｗの低圧紫外線ランプを３本使用して
いる。この紫外線ランプ１２は、１８４．９ｎｍの電磁
波を発生する合成石英性のランプである。又、紫外線ラ
ンプ１２は、高圧水銀ランプ、低圧水銀ランプ、キセノ
ンランプ、重水素ランプ、エキシマレーザ等種々のタイ
プのものが利用可能であり、被洗浄物に付着した汚染物
の種類等に応じて適宜選択して利用される。尚、一般的
な有機物被膜の除去には、コスト／パフォーマンスの面
から石英ガラスで被覆された低圧水銀ランプを用いるの
が最適である。

【００１５】真空計１１としてはコンベクトロン真空計
を用い、真空ポンプ８としては排気量３０００ｌ／min
のルーツポンプを用いている。真空ポンプとしては、油
回転ポンプ、ルーツポンプ、ダイヤフラムポンプ等が利
用可能であるが、油回転ポンプは油の逆流があるので、
ルーツポンプ又はダイヤフラムポンプを用いて排気する
ことが好ましい。

【００１６】リーク孔２０を介して導入される清浄空気
の清浄度は、フィルタ２２により０．１μｍでクラス１
０以下に制限されている。洗浄容器２内の洗浄空間１を
真空ポンプ８を用いて排気しながら、ニードルバルブ６
の開度を調整することにより洗浄空間１内の真空度を制
御している。又、洗浄空間１内のリークにはリーク孔１
６から清浄Ｎ₂ ガスを用いている。

【００１７】このような装置構成で、被洗浄物である半
導体ウエハ３を洗浄容器２内に装填して、洗浄空間１を
真空排気する。そして、第１実施例の洗浄装置では、紫
外線ランプ１２より紫外線を発生して半導体ウエハ３を
照射すると共に、導入孔２０よりバルブ２１を開いてフ
ィルタ２０で濾過された清浄な空気を洗浄空間１内に導
入する。洗浄空間内の清浄空気は、紫外線によりオゾン
化され、オゾンと紫外線との反応により発生基の酸素
（Ｏ^* ）を発生させ、半導体ウエハ表面に付着した有機
物を灰化させる。有機物は、前述のように発生基の酸素
（Ｏ^* ）と反応して、水分（Ｈ₂Ｏ）及び炭酸ガス（Ｃ
Ｏ₂ ）となり半導体ウエハ表面から除去される。

【００１８】図２に示す洗浄装置においては、バルブ２
１を閉じて清浄空気の導入を遮断して、バルブ１４を開
いてオゾナイザ１３から導入孔１５より洗浄空間１内に
オゾン（Ｏ₃ ）ガスを導入する。オゾン（Ｏ₃ ）ガスは
紫外線により酸素（Ｏ₂ ）と発生基の酸素（Ｏ_* ）とに
分解され、発生基の酸素（Ｏ_* ）が半導体ウエハ３表面
に付着した有機物を灰化する。又、オゾナイザ１３に代
えて酸素ガス（Ｏ₂ ）供給源を備え、紫外線によりオゾ
ン（Ｏ₃ ）を発生するようにしてもよい。図１に示す実
施例の清浄空気からオゾン（Ｏ₃ ）を形成するのと比較
して、より高濃度のオゾン（Ｏ₃ ）が供給されるので、
洗浄速度をより早めることができる。

【００１９】図３は、係る洗浄方法による洗浄効果を示
すグラフである。図３に示すグラフは、横軸に紫外線の
照射時間（ｍｉｎ）をとり、縦軸に洗浄終了後の半導体
ウエハ表面の接触角度（°）を示している。洗浄効果の
評価には、有機物被膜の存在を最もよく判断できるとさ
れている接触角度法を用いている。接触角度法は、超純
水をウエハ表面に滴下して、表面に有機物被膜が存在す
ると水滴の接触角度は大きく、有機物被膜が存在しない
時には水滴の接触角度は小さくなることにより有機物被
膜の存否を判定するものである。

【００２０】図中において、□印は真空度の比較的低い
６３０Ｔｏｒｒを示し、○印は真空度の比較的高い４５
Ｔｏｒｒにおけるデータを示す。紫外線／オゾン洗浄す
る前の被洗浄物である半導体ウエハの接触角度は約３５
°であり、有機物被膜の存在を示していた。尚、上述の
装置において、紫外線ランプ１２と被洗浄物である半導
体ウエハ３との距離は１ｍｍに設定している。

【００２１】図示するように紫外線の照射時間の経過と
共に接触角度は低減し、即ち有機物被膜が除去されてい
ることが判る。図３のグラフからも明らかなように真空
度が高い方が接触角度は小さく良く洗浄されている。洗
浄が十分行われ有機物被膜が全く無くなるとウエハの接
触角度は１．５〜２．０゜になる。照射距離がわずかに
１ｍｍであっても真空度４５Ｔｏｒｒと６３０Ｔｏｒｒ
とを比較すると４５Ｔｏｒｒの場合には５分照射すると
接触角度は１．５゜になり、もはやこれ以上接触角度は
小さくなることはなく完全に有機物被膜がないことを示
している。しかし、真空度６３０Ｔｏｒｒの場合には接
触角度を１．５゜にするには２０分と実に４倍もの時間
を要する。

【００２２】図４は、横軸に真空度（Ｔｏｒｒ）、縦軸
に接触角度（゜）をとったグラフであり照射時間一定
（３分）、照射距離一定（６３ｍｍ）の時の真空度と接
触角度の関係を示す。真空度は高ければ高いほど良いと
は限らず、２０〜２００Ｔｏｒｒの間の真空度の状態で
良好な洗浄効果があることが示されている。

【００２３】尚、洗浄容器２と基台９間のシールには、
洗浄空間１内の所要真空度が２０〜２００Ｔｏｒｒの低
真空域であるので、図２に示すようなＯリングシールで
充分であるが、Ｏリングシールに限定するものではな
く、洗浄空間１内が適当な真空度に保たれるのならばど
のようなシールでも構わない。又、被洗浄物を着脱する
際に、基台９に対する洗浄容器２の固定は、ボルト締め
などをしないで、例えば角式のデシケータの扉などに用
いられている密閉用ハンドル、あるいはコック付きコー
ナチャッククリップ等で充分である。

【００２４】又、真空排気の際には、ニードルバルブ６
により排気速度を絞り、断熱膨張によるエアロゾルの発
生がないようにすることが好ましい。又、上述の実施例
ではリークガスとしてＮ₂ ガスを示したが、清浄空気を
用いても勿論差し支えない。このように本発明の趣旨を
逸脱することなく種々の変形実施例が可能である。

【００２５】

【発明の効果】以上に述べたように本発明によれば、半
導体ウエハ等の高度の清浄度の要求される被洗浄物を、
真空雰囲気下における紫外線／オゾン洗浄法を用いて洗
浄時間を著しく短縮することができ、例えば半導体等の
製造の生産性が向上し、生産コストの低減につながる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の真空雰囲気下における紫
外線／オゾン洗浄装置の説明図。

【図２】本発明の第２実施例の真空雰囲気下における紫
外線／オゾン洗浄装置の説明図。

【図３】真空雰囲気下の紫外線／オゾン洗浄法による洗
浄効果を示すグラフ。

【図４】真空雰囲気下の紫外線／オゾン洗浄法による洗
浄効果を示すグラフ。

【図５】紫外線／オゾン洗浄法の原理を示す説明図。

【符号の説明】

１ 洗浄空間 ２ 洗浄容器 ３ 被洗浄物 ８ 真空ポンプ １３ オゾナイザー ２０ 清浄空気供給孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉岡 毅 神奈川県藤沢市本藤沢４丁目２番１号 株 式会社荏原総合研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被洗浄物を真空空間中に配置して、該被
   洗浄物に紫外線を照射すると共に酸素又はオゾンを含む
   洗浄用ガスを流し、前記被洗浄物表面に付着した付着物
   を取り除くことを特徴とする洗浄方法。
2. 【請求項２】 被洗浄物を真空空間中に配置して、該被
   洗浄物に紫外線を照射すると共に清浄空気を流し、紫外
   線により清浄空気からオゾンを生成して前記被洗浄物表
   面に付着した付着物を取り除くことを特徴とする洗浄方
   法。
3. 【請求項３】 被洗浄物を装填する真空排気可能な洗浄
   容器と、該容器内に配置され前記被洗浄物表面に紫外線
   を照射する紫外線の発生装置と、前記洗浄容器内に酸素
   又はオゾンを含む洗浄用ガス、又は清浄空気を供給する
   ガス供給源とを備えたことを特徴とする洗浄装置。