JPH08187476A - 洗浄方法及び装置 - Google Patents

洗浄方法及び装置

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JPH08187476A
JPH08187476A JP90495A JP90495A JPH08187476A JP H08187476 A JPH08187476 A JP H08187476A JP 90495 A JP90495 A JP 90495A JP 90495 A JP90495 A JP 90495A JP H08187476 A JPH08187476 A JP H08187476A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、洗浄処理が極めて短時間で済み、
しかも洗浄効果の高い洗浄方法及び装置を提供すること
を目的とする。 【構成】 槽の上から下に均一な洗浄液の流れを形成す
る引き抜き式洗浄槽と、該洗浄液を大気と遮断するため
の上蓋と、該上蓋に配設した超音波振動素子とを有し、
前記洗浄槽内に設置した被洗浄物に向けて前記洗浄液を
下方に流しながら、超音波を下方に照射して被洗浄物を
洗浄することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、洗浄方法及び装置に係
わり、例えば機械油の脱脂等に代表される一般洗浄から
超精密な高清浄度を要求される半導体製造プロセスのウ
ェット処理まで、あらゆるウェット洗浄処理に好適に適
用される。
【0002】
【関連技術】従来、例えば半導体製造のウェットプロセ
スにおいて、半導体基板の薬液洗浄あるいはその後の超
純水リンス洗浄を行う場合、薬液洗浄槽においては超音
波振動素子は処理槽の底部に配置され、上蓋は単に薬液
蒸気やミストを逃散を防止する目的で設置されていた。
また、リンス槽においては、通常上蓋を用いずに洗浄処
理されていた。
【0003】しかし、本発明者らが、より高性能な半導
体デバイスの開発のために洗浄方法を見直す過程で、大
気から洗浄液に混入する酸素ガス等が洗浄不良を起こし
たり、酸化膜を形成したりして、デバイスの特性を低下
させることが分かった。即ち、洗浄液を大気から完全に
遮断しなければならないことを初めて知得したのであ
る。 また、従来からウェット処理システムで使用され
ているオーバーフロー型処理槽を用いて、液面側からの
超音波を照射しようとすると、超音波から発生する直進
流(上から下への流れ)とオーバーフロー型処理槽内の
液中流れ(下から上への流れ)とがお互いに阻害して十
分な効果が得られないことも見い出した。また、これを
避けるために、側面からの超音波照射も考えられるが液
中流れの阻害に加えて、キャリヤ等の洗浄治具によって
超音波が遮られてしまうという欠点がある。本発明は、
これらの知見に基づいて完成したものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、洗浄処理が
極めて短時間で済み、しかも洗浄効果の高い洗浄方法及
び装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の第1の要旨は、
洗浄槽の上から下に均一な洗浄液の流れを形成し、該洗
浄槽の上部から、前記洗浄槽内に設置した被洗浄物に向
けて超音波を照射して洗浄を行うことを特徴とする洗浄
方法に存在する。本発明の第2の要旨は、槽の上から下
に均一な洗浄液の流れを形成する引き抜き式洗浄槽と、
該洗浄液を大気と遮断するための上蓋と、該上蓋に配設
した超音波振動素子とを有し、前記洗浄槽内に設置した
被洗浄物に向けて前記洗浄液を下方に流しながら、超音
波を下方に照射して被洗浄物を洗浄することを特徴とす
る洗浄装置に存在する。
【0006】
【作用】本発明は、洗浄槽上部に超音波発振部を設置し
て下方に超音波を照射し、かつ引き抜き方法により洗浄
液の下方向への流れを形成することにより、超音波の直
進流効果との相乗効果により、洗浄槽内の洗浄液の均一
な下方向へ流れが促進され、同時に超音波により、水分
子の水素結合が切れ、水クラスターの大きさ・粘度が低
減される結果、洗浄効果が大きく向上するものと考えら
れる。その結果、薬液洗浄あるいは超純水リンス時間の
短縮と、超純水使用量の低減とを図ることができる。
【0007】また、本発明においては、洗浄槽に上蓋を
設置したため大気からの酸素の混入を根絶した環境で基
板の薬液洗浄及びリンスを行うことが可能となる。この
ため、薬液洗浄及びリンス工程中での酸化膜の形成が完
全に抑制されるとともに洗浄むらをなくすことができ
る。特に、半導体基板の場合、超音波の周波数を0.8
〜10MHzとするのが好ましい。この範囲の周波数で
は水中の水素結合を切ることにより、水素ラジカルが発
生し、これが基板をアタックしてTOCの低減ができ
る。また水クラスターも小さくなるため、粘度等の物性
も変わる。さらに振動加速による極微細パーティクルの
除去が促進されため、半導体デバイスの製造工程におけ
る例えばホール、トレンチ等極微細パターン内への液浸
透が促進されて洗浄及び薬液処理等がより完全に行え
る。従って、デバイスの特性及びパターン精度等が向上
し、より一層高性能なデバイスを実現することが可能と
なる。
【0008】但し、それほど微細パターンのない通常の
洗浄においては、超音波の周波数として、10KHz〜
800KHzが好適に用いられる。本発明において、前
記洗浄液中の溶存ガスを取り除いく方法としては、例え
ばUF(限外ろ過)膜の一方を真空にして他方の洗浄液
中の溶存ガスを抜き出す方法が簡便であり、好適に用い
られる。これに限らず、洗浄液を減圧中に噴霧して溶存
ガスを追い出す方法を用いても良い。
【0009】また、本発明においては、超音波振動素子
を洗浄液を大気と遮断するための上蓋に取り付けてある
が、超音波を上方から下方に照射できれさえすれば、例
えば洗浄槽本体上部に配設しても良い。上蓋開閉時に
は、洗浄液は大気と接触するため、短時間であっても大
気と接触しないようにするのが好ましい。このために
は、洗浄槽の上部に、不活性ガスの噴出口を設け、不活
性ガスのエアーカーテンを形成しシールすることができ
る。不活性ガスとしては、不純物1ppb以下のN2
スあるいはArガス等が好適に用いられる。
【0010】本発明は、シリコンウエハ等の半導体基
板、または薄膜トランジスタ基板等の薄膜半導体基板に
たいする希フッ化水素酸洗浄または希フッ化水素酸洗浄
後の超純水リンス洗浄に最適である。
【0011】
【実施例】以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に
説明するが、本発明がこれら実施例に限定されることは
ない。 (実施例1及び2)図1に本発明の洗浄槽の一例を示
す。
【0012】図1は、フッ化水素酸洗浄後のリンス洗浄
に用いるリンス洗浄槽であり、従来のオーバーフローと
は異なり、洗浄液を下方に流す引き抜き方式の槽構造を
なし、洗浄物の出し入れに伴い、自動的な上下スライド
方式により開閉を行う上蓋を有している。その上蓋下部
に超音波振動素子を配置し、洗浄槽の上方向から超音波
を照射することが可能な洗浄槽である。
【0013】図1において、100は洗浄槽本体、10
1は超音波振動素子を内蔵した自動開閉機構付き上蓋、
102は超音波振動素子、103は圧力分散制御板、1
04はシリコンウエハ、105はウエハキャリア、10
6は上蓋開時に液面をN2ガスで覆い、大気と遮断する
ためのN2ガスシール用パイプ、107は給水量制御バ
ルブ、108は排水量制御バルブ、109はUF脱気膜
装置である。
【0014】107、108の流量制御バルブで、給水
・排水量を同一に制御すると、液面レベルは一定に保た
れる。この一定液面上に、槽の周囲に配置されたN2
スシール用パイプ106から噴出したN2ガスにより、
液面上がN2ガスで覆われるため、上蓋が開いた状態で
も大気中のO2ガス等の混入が防止される。なお、圧力
分散制御板103は、液中の流れを層流にすることを目
的として配置したものである。
【0015】超音波振動素子102を内蔵した上蓋10
1が閉まる直前にN2ガスシール用パイプ106からの
2ガスの噴出は停止され、上蓋101は直接液面に接
触した後、超音波振動素子102を作動して、超音波を
照射する。上蓋101は、ウエハキャリアの出し入れに
伴い、自動的に開閉される。超純水を給水する場合、通
常超純水中には溶存酸素を防ぐ目的でN2等の不活性ガ
スが飽和近くまで混入されている。このような水質の超
純水にメガソニックを照射すると、液中のN2等の不活
性ガスが脱気され、水中で気泡となり、ウエハに付着し
洗浄むらを起こすなど悪影響があるので、これを防ぐた
めの脱気装置109でN2等の不活性ガスを除去する。
なお、この脱気装置は、UFモジュールに真空ポンプを
組みあわせたもので、脱気効果に加え、パーティクル除
去効果も有する。
【0016】尚、本実施例の超音波振動素子102は、
周波数950kHz、最大出力は300Wの振動素子で
ある。0.5%フッ化水素酸で処理した後に、ウェハー
にスプレーシャワー処理を行い、続いて図1の洗浄槽で
超純水リンスを行った。この時、リンス排液の比抵抗値
が元の超純水の比抵抗値(18.2MΩ・cm)に戻る
までの時間と超純水の流量との関係について調べた結果
を表1に示す。
【0017】尚、比較のために、図1でUF脱気膜装置
109で脱気処理をしてない超純水を用いた場合(実施
例2)、図1でメガソニックを照射しない場合(比較例
1)、図2に示す従来のオーバーフロー型で、超音波振
動素子を洗浄槽の底に配した洗浄装置を用いて洗浄した
場合(比較例2)、及び図2でメガソニックを照射しな
い場合(比較例3)についても同様の実験を行った。こ
れら比較例の結果も併せて表1にまとめた。
【0018】
【表1】 表1から明らかなように、リンス洗浄時にメガソニック
を照射し、洗浄液を上から下へ流す本実施例の洗浄装置
を用いることにより、超純水リンスの処理時間を大幅に
短縮できできることが分かる。また、超純水中の溶存ガ
スを除去することにより、処理時間を一層短縮すること
ができる。即ち、超純水の使用量を低減でき、洗浄のラ
ンニングコストを下げることも可能となる。
【0019】次に、図1の洗浄装置を用い、UF型脱気
装置とメガソニックの微粒子洗浄効果を調べた。結果を
表2に示す。尚、ここでは、市水の微粒子,SiO2
テックス微粒子、ポリスチレンラテックス微粒子を故意
に付着させてサンプルを作製し洗浄効果を確認した。
【0020】
【表2】 表2が示すように、メガソニックのパーティクル除去効
果は大きく、UF脱気装置を併用することにより、その
効果はより一層向上することが分かった。
【0021】(実施例3)実施例1の洗浄装置を用い、
超音波振動素子の発振周波数を変えた以外は、実施例1
と同様にしてシリコンウエハのリンス洗浄を行い、リン
ス排液の比抵抗が元の超純水の比抵抗値(18.2MΩ
・cm)に戻るまでの時間と超純水の流量との関係につ
いて調べた。結果を表3に示す。
【0022】
【表3】 表3が示すように、シリコンウエハの場合は、0.8M
Hz〜10MHzの範囲で洗浄効果がより高いことが分
かる。
【0023】
【発明の効果】本発明により、洗浄むらがなくより完全
に不純物を短時間で取り去ることが可能となる。即ち、
より高度な洗浄を、より少ない洗浄液あるいは超純水リ
ンス量で達成することが可能となる。本発明により、半
導体デバイスの製造工程における例えばホール、トレン
チ等極微細パターン内への液浸透が促進されて洗浄及び
薬液処理等がより完全に行えるため、デバイスの特性及
びパターン精度等が向上し、より一層高性能なデバイス
を実現することが可能となる。
【0024】さらに、各種処理及び洗浄効果の向上、薬
液・リンス液使用量低減等さまざまな効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1のリンス槽を示す概念図である。
【図2】従来のリンス槽を示す概念図である。
【符号の説明】
100、200 洗浄槽本体、 101 超音波振動素子内蔵上蓋、 102、202 超音波振動素子、 103 圧力分散制御板、 104、204 シリコンウエハ、 105、205 ウエハキャリア、 106 N2ガスシール用パイプ、 107 給水量制御バルブ、 108 排水量制御バルブ、 109 UF脱気装置。

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 洗浄槽の上から下に均一な洗浄液の流れ
    を形成し、該洗浄槽の上部から、前記洗浄槽内に設置し
    た被洗浄物に向けて超音波を照射して洗浄を行うことを
    特徴とする洗浄方法。
  2. 【請求項2】 前記超音波の周波数は、10KHz〜1
    0MHzであることを特徴とする請求項1に記載の洗浄
    方法。
  3. 【請求項3】 前記洗浄液は、溶存ガスを取り除いたも
    のであることを特徴とする請求項1または2に記載の洗
    浄方法。
  4. 【請求項4】 前記洗浄液は、大気と遮断されているこ
    とを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の洗
    浄方法。
  5. 【請求項5】 前記洗浄液は希フッ化水素酸または希フ
    ッ化水素酸洗浄後の超純水リンス液であり、前記被洗浄
    物は半導体または薄膜半導体基板であることを特徴とす
    る請求項1〜4のいずれか1項に記載の洗浄方法。
  6. 【請求項6】 槽の上から下に均一な洗浄液の流れを形
    成する引き抜き式洗浄槽と、該洗浄液を大気と遮断する
    ための上蓋と、該上蓋に配設した超音波振動素子とを有
    し、前記洗浄槽内に設置した被洗浄物に向けて前記洗浄
    液を下方に流しながら、超音波を下方に照射して被洗浄
    物を洗浄することを特徴とする洗浄装置。
  7. 【請求項7】 前記超音波振動素子の周波数は、0.8
    〜10MHzであることを特徴とする請求項6に記載の
    洗浄装置。
  8. 【請求項8】 前記被洗浄物は、半導体基板または薄膜
    半導体基板であることを特徴とする請求項7に記載の洗
    浄装置。
  9. 【請求項9】 前記超音波振動素子の周波数は、10〜
    800KHzであることを特徴とする請求項6に記載の
    洗浄装置。
  10. 【請求項10】 前記洗浄液中の溶存ガスを取り除くた
    めの脱ガス装置を配設したことを特徴とする請求項6〜
    9のいずれか1項に記載の洗浄装置。
  11. 【請求項11】 前記洗浄槽の上部に、前記上蓋開閉時
    に前記洗浄液が大気と接触しないようにシール用不活性
    ガス噴出口を配設したことを特徴とする請求項6〜10
    のいずれか1項に記載の洗浄装置。
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