JPH0744170B2 - 精密洗浄方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高度の洗浄面を得るための洗浄方法に関し、
特に半導体素子製造のために用いられる半導体基板、マ
スク或いはそれらの移送又は保管に用いられる特殊な容
器の粒子汚染を含む各種有機・無機性汚染を効率的に除
去し、高度の洗浄面を得るための洗浄方法に関する。

〔従来の技術〕

半導体ウエーハは、主として高純度シリコンウエーハ
（以後シリコンウエーハという）からなるが、この表面
にダイオードやトランジスタが形成されるときは、シリ
コンウエーハの半導体性質が有効に利用されなければな
らないので、そのバルクの結晶品質、各種不純物は勿
論、表面の結晶品質、各種不純物の存在は重大な影響を
持つ。

最近の半導体素子製造技術では、バルクの結晶欠陥及び
不純物が内部ゲッタ効果として利用される以外は、結晶
品質は出来るだけ完全なもの、又不純物は出来るだけ少
ないことが望まれる。

特に、シリコンウエーハの表面の不純物の除去、結晶品
質の向上は、半導体素子性能の向上及び工業生産におけ
る収率向上とコストダウンには必要不可欠である。

最近のように、集積度が著しく向上する時代には、集積
回路半導体素子用の基板であるシリコンウエーハの表面
品質に対する要求は一段と厳しく精密なものとなる。

また、半導体ウエーハ表面に微細な集積回路を形成する
ためには、所謂フォトリソグラフィが重要な役割を果た
すが、最近のように集積回路素子の集積度が向上するに
つれて集積回路パターンの直線部の最小線巾は１ミリミ
クロン以下が要求されつつある。

このような状況下では、ホトリソグラフィのパターン原
板であるガラス又は石英ガラスは、実際に半導体基板の
描かれる集積回路パターンより拡大された金属膜のパタ
ーンがその上に形成されるとしても、粒子汚染があって
はいけないし、また安定な金属膜のガラス又は石英基板
上への付着のために高度に清浄であることが要求され
る。パターンの形成されたマスク自身も特に粒子汚染が
問題になる。

以上のような半導体ウエーハ、マスク基板、マスクを保
管したり、移送したり（この中には輸送、工場内移動及
び洗浄などのための洗浄装置の中の移動を含む）する容
器も上記半導体ウエーハ、マスク基板、マスクなどと同
レベルでその表面が清浄でなければならない。何となれ
ば容器は内容物をできるだけ小さい空間に収納するの
で、必ず容器の一部で内容物が接触保持され、振動があ
った場合には、容器内壁から特に粒子汚染物が分離飛散
し、内容物表面に付着する。

シリコンウエーハなどが例えばポリプロピレン樹脂の容
器に保管されるときは、容器表面の汚染物質からの蒸気
汚染が起こり得る。プラスチック容器全般にいえるが、
振動中に静電気を発生し、静電気に容器内壁から内容物
すなわち上例でいえばシリコンウエーハの表面に汚染物
を移送する。

このような理由から、各種の洗浄方法が考案されている
が、満足すべきものは従来なかった。

洗浄方法は、通常物理的洗浄方法と化学的洗浄方法とに
大別される。

前者の例としては、例えば洗浄ブラシ等を用いて直接汚
れを機械的に除去する方法や、加圧流体を噴出ノズルに
より被洗浄体の一部又は全体に向け射出し、この噴流出
によって汚れを機械的に除去する方法や、被洗浄体を液
体中に埋没させ、液中に設置した振動子により発生させ
た超音波エネルギーを利用し、汚れを機械的に除去する
超音波洗浄方法等が挙げられる。

一方、後者の例としては、例えば種々の薬剤・酸素等に
より汚れを化学的に分解除去する方法等が挙げられる。
また上記物理的洗浄方法と化学的洗浄方法との併用も行
われている。

次に従来技術を具体的にあげ、その問題点をあげる。シ
リコンウエーハ等の洗浄のために特公昭52−34859で
は、垂直に配置された複数のシリコンウエーハに上方か
ら洗浄液を落下させる方法を提案しているが、常時洗浄
液に浸漬されていないために、シリコンウエーハの表面
の粒子汚染は、たとえ一度脱離したとしても再び所を変
えて再付着し、効果的ではない。

また、洗浄液流が移動した場合、シリコンウエーハ表面
は乾燥するので、洗浄液に溶解した汚染物が乾燥析出
し、再び強く固着するので問題がある。

特公昭60−32717は石英管の洗浄のために洗浄液の噴出
手段を有しているが、特公昭52−34858と同じ理由で効
果的でない。雰囲気からの汚染があることも大きな欠点
である。

超音波を用いる例として特公昭60−36099に半導体ウエ
ーハの洗浄装置が提案されているが、超音波は強く振動
するとウエーハ自身に歪が発生し、洗浄能力は充分でな
い。超音波はウエーハ表面のキャビテーションが汚れを
除去する機械力であるがシリコンウエーハ表面の微少で
はあるが強固な汚れには効果が薄い。また、プラスチッ
ク容器と共存すると、この構成材料に超音波エネルギー
が吸収され著しく効果が削減される。

本願の提案技術の中に含まれないが、プラスチック容器
の洗浄には超音波は全く無効である。

実開昭63−2114には、エアーガンを用い、ウエーハやそ
れらの製品を収納するケースに付着した塵や埃の除去が
提案されているが、一度脱離した塵や埃は再び同ケース
等に落下付着するので、効果的ではない。

更に、被洗浄体の形状が第３図及び第４図に示されるよ
うに、容器の内面に突出リブ７を有するような箱状容器
である場合には、突出リブ７の付け根付近に付着する汚
れは、形状的な理由で上述した従来の洗浄方法では、効
果的な清浄化は不可能である。

すなわち、従来の洗浄ブラシ、噴流圧、超音波等による
機械的除去方法では、突出リブ７の基部近傍に付着する
汚れはスポット的には除去できるが、必ずしも突出リブ
７の全域に亘って均一にしかも所定の許容限度以下まで
には除去し得ない。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、高度の清浄面を得るための方法に関し、特に
半導体素子の製造のために用いられる半導体基板、マス
ク或いはそれらの移送又は保管に用いられる特殊な容器
の粒子汚染を含む各種有機・無機性の汚染を効率的に且
つ高度に除去する方法を提供する。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成すべく本発明は、半導体ウエーハ等の薄
板状ワークを収容するための容器で、内面に複数のリブ
を突設して成る箱状容器を精密洗浄する方法において、
洗浄液中に前記箱状容器を完全に浸漬せしめた状態でこ
れを固定し、該箱状容器の開口部に対向配置されたノズ
ルを箱状容器の前記リブの配列方向に移動させつつ、該
ノズルから洗浄液の噴流を箱状容器の洗浄面に噴射して
該箱状容器の側面に洗浄液の逆流を生ぜしめ、該洗浄液
の化学的作用及び／又は物理的作用によって箱状容器の
被洗浄面を精密洗浄することを特徴とする。

〔作用〕

最初に、固体表面に付着している粒子汚染について考え
る。洗浄液中に浸漬された状態で固定表面上に急速な洗
浄液流が形成された場合、例えば洗浄液が水であった場
合、固体表面に付着している微粒子水との比重差は小さ
くなり、僅かな洗浄液の流れが生じても、容易に該微粒
子は動かされる。一度微粒子が脱離すれば、脱離した微
粒子はたとえ比重差によって固体表面に落下したとして
も、固体表面及び粒子の間に液膜が存在するために、付
着しないか或いは付着してとしても、極めてゆるやかな
ものになる。

次に、固体表面に水溶性の無機化合物の汚染、例えば酸
性洗浄液で処理された後の高純度水によるリンスが不充
分で、そのまま乾燥された場合の固体表面に対して、洗
浄液として高純度水を用い、これに洗浄対象物を浸漬
し、急速な洗浄流を適用した場合には、固体表面の層流
流域である境膜を除き、乱流が形成され得るので、洗浄
能力が強大となる。

固体表面の汚染が固体粒子であっても、或いは洗浄液の
可溶性の場合においても、洗浄液の流れは乱流状態にあ
るのが好ましい。乱流はレイノルズ数で決り、流体の流
路の界面、流体の性質によって変わるが、流速が一定限
界を超えると層流から乱流にかわり、速度成分は流れに
平行のみでなく、あらゆる方向に生じ、液体は激しく混
合する。

本発明の洗浄対象となるプラスチック性の例えばシリコ
ンウエーハの容器表面は、しばしばミクロ的には著しく
凹凸があり、またその表面に付着する除去対象の微粒子
汚染も寸法としては表面のミクロの凹凸に近いが、粒子
汚染は凹部に存在することなく比較的凸部に付着してい
るので、本発明の方法による除去に困難はない。また凹
部にある粒子も固体表面に高速流が存在する場合、凹部
凸部の間に圧力差が生じ、除去され得る。

既に述べたように、洗浄液中に固体表面が浸漬されてい
るので、固定表面から脱離した粒子汚染或いは溶解脱離
した可溶性有機又は無機化合物の汚染は、固体表面に戻
ることなく洗浄液廃液とともに排出される。もし、洗浄
液の高速噴流を洗浄しようとする固体表面に適用した場
合には、粒子汚染は空気中に飛散し、再び固体表面に到
着するおそれが多い。洗浄液に浸漬している本発明の場
合には、洗浄液の境膜が常に存在するので問題はない。

本発明の方法を箱状の容器の内面を洗浄しようとする場
合には、洗浄面の表面の一定の方向に流れる高速流が必
要となるので、例えばシリコンウエーハの容器を洗浄す
るには、この箱状容器の開口部に対向するようにノズル
を設け、これを通して同じ洗浄液例えば高純度水を高圧
水流を同容器の底部中央に向けて噴出させるのが好まし
い。

本容器の側面にはリブを有するので、このリブに沿って
高速流が形成されるよう高圧水流を供給するのが良い。
一般に噴出流体は、静止流体のなかでノズルの直後でポ
テンシャルコアを形成し、ついで乱流を形成しながら拡
大し、更にその先では層流な形成し、ゆるやかな流れと
なる。

このためシリコンウエーハ容器の開口部に対面するノズ
ルの位置は、その底面からの位置を特に側面に沿って逆
流する流れが充分形成されるよう選定し、且つリブの配
列の方向に移動するのが良い。側壁を逆流する流れは、
必ずしも乱流ではなくても良い。層流状態でも、充分に
粒子汚染を含む有機無機汚染の溶解又は化学反応脱離に
効果がある。ノズル先端を箱状容器の底部に近づけるな
らば、側壁逆流状態で保持することは充分可能である。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例について説明する。

本発明に用いられる被洗浄体は、例えば第３図及び第４
図に示されるように液流を受け入れる開口面Ｅを有し、
この開口面Ｅの垂直方向に連接し対向する側面5a,5bか
らそれぞれ内方面にほぼ垂直に連接して配置される突出
リブ７を有する箱状容器１とされる。

配置される突出リブ７は、通常板状形状をなし、その数
量等については制限はない。また図示のごとく被洗浄体
１をほぼ矩形状の箱状容器とした場合、対向する側面5
a,5bにそれぞれ設けられる突出リブ７は、それぞれ対向
するように配置される。

このような突出リブ７を有する箱状容器を洗浄するに際
しては、第１図に示すように洗浄液（図示していない）
中には箱状容器１を埋没させ、さらにこの箱状容器１の
開口面Ｅに対向するように液流発生源を洗浄液中に対置
する。

洗浄液としては、超高純度純水、該高純度純水の無機及
び／又は有機薬品溶液、有機溶剤等が用いられる。

洗浄液の使用温度は15〜100℃、特に40〜60℃が洗浄効
果を高める上で好ましい。液流発生源としては、ポンプ
および回転羽等が用いられ、これらを用いた液流発生方
法としては、ポンプ等により洗浄液を押出して循環する
方法や、洗浄液中で回転羽等を回転する方法が挙げられ
る。

第１図の流体発生源はポンプ（図示していない）を用
い、それによって発生された液流をノズル４によって噴
出させている。

このように、ノズル４から箱状容器１に噴出された液流
は、第２図に示されるように箱状容器１内の突出リブ７
側面近傍をほぼ断面形状に沿った層流で流れる。ノズル
は複数個用いると、容器１内の流れが互いに干渉するの
で、干渉を少くする様配置するか、或いは１つであるこ
とが好ましい。本発明の効果を確認するために箱状容器
の洗浄実験を行った。その内容を以下に説明する。

（実験例１） 第３図及び第４図に示されているような形状の容器を被
洗浄体とし、その内面の洗浄効果を調べた。容器の大き
さは開口部が縦約135mm×横約140mm×深さ約135mm、側
面5a及び5bからなる突出リブはそれぞれ26本で、リブ７
の隣接間隔は約4.7mmとした。容器は開口部を側方に向
け、ノズルを開口部に対し開口面から30cm以下として、
ノズルは水流方向を容器底部に対し平行に水平往復動さ
せ、且つ全体を超純水中に浸漬するため、上部開放の大
型の表面を平滑に仕上げたテフロン容器の中に収納し
た。

本実験では、洗浄対象容器の内壁面のみを洗浄の対象と
したので、前記テフロン容器中で洗浄対象容器の外側面
を完全に洗浄液に接触せぬよう隔壁にて適当に洗浄対象
容器開口部、内壁及び底部を分離した。

また排水はテフロン容器の上端からオーバーフローさせ
た。

本実験では、テフロン容器壁、洗浄容器の内容積及びテ
フロン容器内の前記隔壁で構成させる空間の容積は、約
10であった。

洗浄対象容器内に0.1％の苛性ソーダ超純水溶液を入れ
た後、軽く溶液を振い落して風乾したものを洗浄に供し
た。

本発明の実験の場合は、上述した条件で洗浄液として18
MΩ・cmの超純水を用い、また洗浄液の流速は流量約50
/min、ノズル出口線速（平均）約3.3m/秒とした。ま
た比較例として洗浄対象容器を上記テフロン容器に入れ
ないで、別の同じくテフロン製の開口部縦250mm×横250
×深さ250mmの角型の上部解放容器の中で、その容器底
部コーナーに水を約50/minで供給し、排水を上部から
オーバーフローさせ、同時にテフロン製把持具で洗浄対
象容器（同様にアルカリ0.1％水溶液で処理）を水中で
前後左右に動かしつつ洗った結果を示す。清浄化の程度
は、清浄排水の電気抵抗率を測定することによって行っ
た。

実験結果を第５図に示す。

本発明の実験例では、比較例に比し容器壁面からの薬品
の洗浄除去が速く、強制的な洗浄効果が大きいことがわ
かる。

（実験例２） 実験例１では、洗浄対象物表面の無機薬品付着物の洗浄
の実験例を示したが、本例では粒子汚染の効果を確かめ
た。

汚染表面の作成は、シリコンウエーハ研磨に用いる研磨
スラリー（不二見研磨剤社製GC3550）を純水中で稀釈し
て１％溶液とし、これにノニオン系界面活性剤を0.1％
加えてこの中に洗浄対象容器を浸漬し、液滴を振り切っ
た後風乾した。本実験の粒子汚染のために用いられた研
磨剤稀釈液中の研磨粒子はシリカ微粒子で、平均サイズ
５ミクロン、粒子密度は7.6×10⁷ケ／溶液ccであった。

本実験例も実験例１と全く同じ洗浄を行い、測定は神鋼
ファウンドラー社製のダストカウンターで排液中の粒子
数をカウントしその減衰の仕方で効果を測定し。

実験結果を第６図に示す。

（実験例３） 実験例１および実施例２で使用したのと同種の容器を４
個準備し、室内に放置し、容器内面にダストを付着させ
る。これを２群に分け、一方は、実験例１と同じ処理を
し、もう一方はブラシ洗浄処理をする。次にこれらの容
器の中に100ccの純水を入れ、次いで予め洗浄処理した
フタをして密封する。

以上の洗浄から密封までの操作はクリーンベンチ内です
ばやく行い、外部汚染のないようにする。

これを振盪機にかけ、30分間振盪洗浄する。

この洗浄液を前述のダストカウンターで測定した結果を
下表に示す。なお、カウンター値は0.07μｍ以上の粒子
総数である。

〔発明の効果〕 実験例１〜３の結果より本発明は明らかである。

すなわち、前記の本発明の説明から明らかなように、洗
浄液中に浸漬した状態で洗浄液の噴流を適用することに
よって、粒子汚染を含む有機及び／又は無機の被膜汚染
の除去が高度に行われ、且つ表面に凹凸があったり、ま
たそのための理由で複雑な形状の洗浄面の高度清浄化が
可能となり、半導体素子の製造に関与する各種基板マス
ク、その移送保管に用いられる容器が高度に清浄な状態
で使用可能となり、高集積度の超LSIの製造を効率的に
実施し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の洗浄方法を示す斜視図、第２図はそ
の断面図、第３図は被洗浄体を示す正面図、第４図は第
３図のＡ−Ａ′断面矢視図、第５図は清浄水中の電気抵
抗率の変化を示すグラフ、第６図は清浄水中の粒子数の
変化を示すグラフである。 Ｅ……開口面、４……ノズル、７……突出リブ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体ウエーハ等の薄板状ワークを収容す
   るための容器で、その内面に複数のリブを突設して成る
   箱状容器を精密洗浄する方法であって、洗浄液中に前期
   箱状容器を完全に浸漬せしめた状態でこれを固定し、該
   箱状容器の開口部に対向配置されたノズルを箱状容器の
   前記リブの配列方向に移動させつつ、該ノズルから洗浄
   液の噴流を箱状容器の洗浄面に噴射して該箱状容器の側
   面に洗浄液の逆流を生ぜしめ、該洗浄液の化学的作用及
   び／又は物理的作用によって箱状容器の被洗浄面を精密
   洗浄することを特徴とする精密洗浄方法。