JPH0812851B2 - 洗浄装置及び洗浄度測定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、洗浄装置及び洗浄度測定方法に関するもの
である。

従来の技術 半導体素子の製造方法では、一般に半導体基板処理が
施される。

その処理の一例として、結晶成長技術，不純物拡散技
術，パッシベーション膜成長技術，メタライズ技術等の
加熱処理や反応を伴う加熱処理、又基板面に施すホトレ
ジスト処理技術，ウエットエッチング，ドライエッチン
グ技術等の微細加工技術が組み合わされている。

さらに各処理技術工程には各所で基板を清浄に保つた
めの洗浄処理工程，乾燥処理工程がある。

半導体素子の歩留まりはその製造工程雰囲気の異物の
量によって大部分が決まる。このために異物の量が充分
に制御されている雰囲気中で基板の処理・取扱技術が重
要である。

異物の発生源として人的発生、半導体処理装置からの
発生、使用ガス，使用薬品，使用する高純度純水等での
発生源がある。

しかし、基板の洗浄度を管理しておくことは種種の工
程中後に基板を毎回洗浄する事からも重要な事である。

従来の技術では人的発塵と半導体処理装置から発生す
る浮遊塵埃は基板を洗浄処理することによって洗浄度を
確保している。

通常、半導体基板の洗浄方法は一定の洗浄条件により
詳細な各洗浄工程が行われており、洗浄過程では洗浄状
態を観測することは行われていないとともに、洗浄工程
でチェックするには、半導体基板を洗浄装置より外部に
取り出して、個々に観察する必要があった。

外部に取り出した半導体基板の洗浄状態を調べる方法
にはオージェ電子分光法や光電子分光法などがある。

いずれの場合も、材料表面からの放射電子が物質固有
のエネルギー情報を担っており電子のエネルギー及び放
射電子の発生量を測定することにより定性的、または定
量的に化学分析を行うことである。

発明が解決しようとする課題 しかし、通常の半導体基板洗浄工程で、洗浄装置によ
り外に取り出して従来の方法すなわち顕微鏡観察や塵埃
測定器、オージェ電子分光や光電子分光で観測する場
合、外気に触れたり人が移動させたり装置内に取り入れ
ることによって半導体基板を汚染することになるので、
ほとんど洗浄状態を把握せずに次の処理工程に進むため
洗浄度がどの様に影響しているかを知るためには、全洗
浄工程が終了した後に初めて評価しなければならない。

また、オージェ電子分光や光電子分光は測定時に試料
を破壊しなければならなく分析時に試料表面が変化する
など試料の信頼性が低い。

課題を解決するための手段 本願発明の洗浄装置は半導体基板と、同半導体基板に
非接触で対向して設置されたエキソ電子検知器および洗
浄槽とを有するものである。本願発明の洗浄度測定方法
は半導体基板と非接触に設置されたエキソ電子検知器を
洗浄槽内に挿入する第１の工程と、前記半導体基板を洗
浄する第２の工程と、前記エキソ電子検知器のエキソ電
子量が所定量に達した時点で前記洗浄槽から前記半導体
基板と前記エキソ電子検知器を取り出す第３の工程を備
えたものである。

作用 本発明はこの原理を採用することによって、半導体基
板の洗浄度を、基板表面の状態変化に依存するエキソ電
子の変化となって観測可能となる。

エキソ電子として測定できることはオージェ電子分光
や光電子分光とは異なった材料物質表面の状態及びその
状態変化を情報として表面の観測が可能となる。

また、表面の洗浄度の測定を半導体表面において行
い、その表面の洗浄度の観察は一般には、洗浄工程の中
では、環境が変わると洗浄度の測定が正しく行われない
が、本発明では洗浄度測定装置が洗浄装置内部に一体と
して設置されているため洗浄工程の環境に変化がなく複
数回の半導体表面の洗浄度の測定を行うことができる。

従来のように基板を洗浄装置より外に取り出して洗浄
度の測定を行えば、取り出しによって生じた汚染の洗浄
度を測定することもできる。

実施例 第１図に本発明の一実施例機構の概要を示す。半導体
基板洗浄（薬品）槽1,2,3,4,5,6,7,8の上部に基板ホル
ダー10、及び半導体基板11が各洗浄槽に順次入る機構に
なっている。

用いた半導体基板洗浄（薬品）槽1,2,3,4,5,6,7,8の
大きさは縦30cm×横30cm×深さ30cmの大きさで材料は使
用する薬品によって変化を生じない材料を選んでいる。
例えば、水洗処理には石英材、アセトン・トリクロルエ
チレンには石英材、硝酸には石英材、弗化水素酸処理に
はポリプロルエチレン材を採用した。

機能的には５インチシリコン基板11が洗浄できること
とシリコン基板を設置して充分に洗浄できるポリプロル
エチレン材のホルダー10で人的作業をせずに各槽への稼
働は自動作業で処理できるようにしてある。

半導体基板11はホルダー10に取り付けられ各薬品槽１
ないし８を巡り定まった時間洗浄のために薬品内に挿入
される。ここでは薬品溶液９として、槽１では純水、槽
２ではアセトン溶液、槽３ではトリクロルエチレン溶
液、槽４ではアセトン溶液、槽５では硝酸溶液、槽６で
は純水、槽７では弗化水素酸溶液、槽８では純水を使用
した。

半導体基板11はこの各槽内を移動しながら、その途中
において検知器12及び電子計数装置13,電流計14でエキ
ソ電子を測定し洗浄度が測られる。

すなわち、一般に用いられるオージェ電子分光や光電
子分光等の化学分析では固体の表面、例えば金属表面や
半導体表面に紫外線,X線，γ線などの電磁波または電子
イオン等の荷電粒子をあてることにより金属表面または
半導体表面より、電磁波などで誘起された固定電子が固
体表面より放出されるのと同様にして、エキソ電子は光
学的，機械的，熱的あるいは化学的に固体表面を刺激す
るときに発生する。

その発生機構は、光刺激による時は光電子放射の場合
と同じである。

刺激光のエネルギー値が材料の光電子放射に必要とさ
れている仕事関数以下でもエキソ電子放射が起こり、ま
た光エネルギーと仕事関数のエネルギーが等しいような
同一エネルギーの刺激光照射ではエキソ電子放射量は通
常の光電子放射に比べて増強されるという特性を持って
いる。

この特性は表面を構成する物質固有のものではなく表
面の物理的な破壊，ガス吸着、あるいは酸化など表面の
状態に依存して生じるものである。

本実施例ではこのエキソ電子放射量値であるエキソ電
子の電流値を測定することによって表面の状態変化を観
測している。

第１図では、薬品槽１の所で外部に位置した半導体基
板11とそのホルダー10を示し、同じく薬品槽２の所で薬
品溶液内で洗浄されている場面を示し、薬品槽４の上部
において洗浄度を観測している様子を示しているが、こ
れは各槽において同様の洗浄及び洗浄度の測定が可能な
機構である。

各薬品槽の部分で、その槽での洗浄が終了したら、各
半導体基板11の洗浄度を検知器12,電子計数装置13,電流
計14を用いて測定し、ある洗浄度が得られない場合は、
再度洗浄工程を繰り返すことを電気信号にもとづいて判
断し操作する。

第２図は本発明の機構を用いた洗浄度とエキソ電子量
の実測結果を示す。ここでは半導体基板としてシリコン
基板11を用い、各種洗浄を経過した場合の結果を示して
いる。洗浄前のシリコン基板11は通常表面の特性評価の
ため、各種の雰囲気中に置かれたり、機械的な表面汚染
物除去作用などが行われ、またエキソ電子量は10^-11A以
下の微小な電流である。そして、このシリコン基板11を
洗浄装置にセットした地点を洗浄処理前として取り扱っ
ている。

この例では洗浄薬品に、アセトン，トリクロルエチレ
ン，弗酸，硝酸，純水を用いた例であるが、ここではエ
キソ電子の量が多くなるにしたがって洗浄度が増して目
的にあった洗浄効果が電気的に観測されていることを示
している。この例では、洗浄基準を示す具体的な洗浄値
は示していないが、通常の半導体処理洗浄工程の一例と
して実施、洗浄順も第１図の槽１ないし８の順に行った
例の結果である。

このエキソ電子の観測方法について、より詳細に述べ
る。

第３図はエキソ電子観測の方法を示すもので基板刺激
用光源としての紫外線20がシリコン基板21に照射されエ
キソ電子22が発生し検知器23と電子計数装置24によって
エキソ電子22を観測する。

ここでのシリコン基板21は表面に酸化薄膜25が形成さ
れている。

また、エキソ電子検知器23の回路図を第４図に示す。

シリコン基板21から発生したエキソ電子22はバイアス
電圧を印加されたアノード26に集められこれに接続され
た電子計数装置24によって観測される。

基板刺激用光源20はアノード26内後方部に組み込まれ
ており主波長254nmの低圧水銀ランプ光源（約4W）でア
ノード26は中央に開口部を有した円盤電極で構成されて
いる。開口部寸法は2mmφの開口部を有する10mmφの電
極を用い、この電極に印加するバイアス電位は基板面と
電極の間隔を2mmとし、およそ450V/cmの電界を作る装置
で構成されている。このエキソ電子検知器23は大気中で
測定される。

基板がシリコン及びシリコン酸化膜とアルミニュウム
及びアルミニュウム酸化膜の場合のエキソ電子の観測結
果を第５図に示す。

ここでエキソ電子の電流値が大きい状態は酸化膜が薄
い場合である。

シリコン基板の場合、シリコン表面が洗浄な状態、す
なわち酸化膜が薄く被覆されている場合にはエキソ電子
の電流値は10^-10−10^-9Aの値を得ておりこの値は洗浄度
を示す指針となる。

表面に汚染物がない状態ではエキソ電子の電流値は大
きくなる。すなわち固定表面に汚染により異物が付着す
ると定状的なエキソ電子は減少する。

これは表面に入射する光量が減少し、それにしたがっ
て放出されるエキソ電子量が減少するからである。さら
に放出されたエキソ電子は表面の異物によってエキソ電
子の発生が抑制されるため、わずかな異物でもエキソ電
子量の変化が大きく観測される。

定性的にはエキソ電子量Ｉは電気信号として次の式か
ら求まる。

Ｉ＝Ａ・N² ただし、Ｎは表面の洗浄度、Ａはエキソ電子の放出係
数である。

以上の実験から第２図の結果を評価すると、通常の洗
浄前のシリコン基板11表面からのエキソ電子量が10^-11A
の範囲で、これを１×10^-10から1.2×10^-9Aまで変化し
た経過の中で基板の洗浄度が観測された。

本実施例で洗浄が終了したシリコン基板11と何の処理
も施していないシリコン基板について光電子分光を用い
て異物の測定をしたところまったく差はなくシリコン基
板11表面の異物はなくなっており又その検出測定が信頼
性の高いものであることが判った。

発明の効果 本発明によれば、数段階の半導体基板の洗浄度が外部
の環境の変化に関係なく測定でき、すなわち測定装置は
大気中にセットし、測定部のみを常時半導体基板洗浄液
中に設置しておくことができる。また洗浄度がどこかの
段階で不十分であれば、基板を外気に触れさせずに洗浄
度が良好になるまで洗浄を加え洗浄工程が一度で済み、
何度も洗浄を行うような手間が省け、スループットの向
上につながる。さらにエキソ電子を半導体洗浄度の測定
に利用することにより洗浄度を精密に制御でき基板上の
残渣による素子形成の歩留まりの低下を防ぎ、歩留まり
を向上させる。

この洗浄度測定装置を用いることによって洗浄工程を
完全に自動化でき、一貫した半導体製造工程で安定な自
動処理工程が構成される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を説明するための洗浄工程図、
第２図は本発明の実施例で生じた洗浄経過とその時のエ
キソ電子量の関係を示す図、第３図はエキソ電子の測定
原理を説明する図、第４図はより具体的なエキソ電子検
知器の回路図、第５図は金属酸化膜及び半導体酸化膜の
膜厚とエキソ電子量の関係を示す図である。 １〜８……薬品槽、９……薬品溶液、10……半導体基盤
ホルダー、11……半導体基盤、12……検知器、13……電
子計数装置、14……電流計。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体基板と、同半導体基板に非接触で対
   向して設置されたエキソ電子検知器および洗浄槽とを有
   することを特徴とする洗浄装置。
2. 【請求項２】半導体基板と非接触に設置されたエキソ電
   子検知器を洗浄槽内に挿入する第１の工程と、前記半導
   体基板を洗浄する第２の工程と、前記エキソ電子検知器
   のエキソ電子量が所定量に達した時点で前記洗浄槽から
   前記半導体基板と前記エキソ電子検知器を取り出す第３
   の工程を備えたことを特徴とする洗浄度測定方法。