JPH0831435B2

JPH0831435B2 - 基板の洗浄方法

Info

Publication number: JPH0831435B2
Application number: JP61231013A
Authority: JP
Inventors: 公治松村
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1986-09-29
Filing date: 1986-09-29
Publication date: 1996-03-27
Anticipated expiration: 2011-03-27
Also published as: JPS6384119A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、半導体ウエハ等の基板表面の付着物を除去
する基板の洗浄方法に関する。

（従来の技術）例えば半導体ウエハ等の基板表面には、その製造工程
等において、人体等から発生する有機物からなる付着
物、機械等から発生する無機物からなる付着物等種々の
付着物が付着する。このような付着物を除去する基板の
洗浄方法には、従来洗浄液を用いて行なうウエット洗浄
方法と、プラズマ等を用いて洗浄を行なうドライ洗浄方
法等がある。

ドライ洗浄方法としては、酸素プラズマを用いたもの
が一般的である。酸素プラズマによる洗浄方法は、半導
体ウエハを処理室に置き、処理室内に導入された酸素ガ
スを高周波の電場によりプラズマ化し、酸素プラズマに
より有機物からなる付着物を除去する。

また、ウエット洗浄方法では、半導体ウエハを処理室
に置き、この半導体ウエハにH₂SO₄、H₂O₂、H₂O、HCl、H
F、NH₄OH、オゾン水等の洗浄液を１または複数種噴出さ
せるか、または前記洗浄液中に前記半導体ウエハを浸漬
することによって洗浄を行なう。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら上記説明の従来の洗浄方法のうち、ドラ
イ洗浄方法では、有機物からなる付着物しか除去するこ
とができず、無機物からなる付着物の除去が困難である
という問題がある。

また、ウエット洗浄方法では、無機物からなる付着物
の除去は簡単に行なえるが、有機物からなる付着物の除
去に時間を要し、洗浄時間が長くなるという問題と、洗
浄液の消費量が増大し、洗浄コストの増大、廃液量の増
大等を招くという問題がある。

本発明はかかる従来の事情に対処してなされたもの
で、有機物からなる付着物および無機物からなる付着物
ともに短時間で洗浄除去を行うことができ、洗浄コスト
の低減、廃液量の低減を行なうことのできる基板の洗浄
方法を提供しようとするものである。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）すなわち本発明の基板の洗浄方法は、洗浄装置の処理
室内に一枚の基板を立設状態に配置し、この処理室内に
設けられた保持機構により、前記基板の周縁部を保持す
る工程と、前記基板の両側表面へ向けて夫々酸素原子ラ
ジカルを含有する反応ガスと洗浄液とを同時に噴出さ
せ、前記酸素原子ラジカルを含有する反応ガスと前記洗
浄液との気液混相流により、前記基板表面の付着物を除
去する工程と、前記基板を乾燥する工程とを具備したこ
とを特徴とする。

（作用）本発明の基板の洗浄方法では、基板表面へ向けて酸素
原子ラジカルを含有する反応ガスと洗浄液とを噴出さ
せ、基板表面の付着物を除去する。例えば基板表面へ向
けて酸素原子ラジカルを含有するガスと洗浄液とを同時
に噴出させ、前記酸素原子ラジカルを含有するガスと前
記洗浄液との気液混相流により基板表面の付着物を除去
する。

したがって、酸素原子ラジカルと有機物との酸化化学
反応により、有機物からなる付着物を酸化して二酸化炭
素、一酸化炭素および水に分解して除去するとともに、
洗浄液による無機物からなる付着物の除去を同時に行な
うことができ、短時間で、低コスト、少ない廃液量で洗
浄を行なうことができる。

（実施例）以下、本発明の基板の洗浄方法を図面を参照して実施
例について説明する。

第１図は本発明の一実施例の方法に用いる洗浄装置を
示すもので、この実施例の洗浄装置では、処理室１内に
は、半導体ウエハ２の周縁部を保持することにより半導
体ウエハ２を立設状態に保持する保持機構３が配置され
ている。

この保持機構３の両側には、例えば洗浄液を噴出させ
る開口4aと、この開口4aの周囲に近接して配置されたガ
スを噴出させる開口4bとから構成される２流体ノズル４
が、配置されており、２流体ノズル４のガスを噴出させ
る開口4bに接続された配管の周囲には、冷却装置５に接
続された冷却配管5aが配置されている。

また、保持機構３と２流体ノズル４との間には、温度
制御装置６によって制御され、第２図にも示すように円
板状に形成され、多数の透孔7aを備えたヒータ７が配置
されている。

そして２流体ノズル４の開口4bは、気体流量調節器８
を介して酸素供給源９に接続されたオゾン発生器10に接
続されており、開口4aは、それぞれ洗浄液供給源11a、1
1bに接続された洗浄液流量調節器12a、12bとに接続され
ている。

処理室１の下部には、廃液排出口13が設けられてお
り、廃液排出口13は、廃液の処理を行なう廃液装置14に
接続されている。また、処理室１の上部には気液分離装
置15が配置されており、この気液分離装置15は、排気装
置16に接続されている。

そして上記構成の洗浄装置を用いて、次のようにして
洗浄を行なう。

すなわち、まず図示しないウエハ搬送装置等により保
持機構３に半導体ウエハ２を配置し、立設状態に保持す
る。

次に、酸素供給源９から供給される酸素ガスを、気体
流量調節器８によって流量を調節し、オゾン発生器10内
に送り、ここでオゾンを含む酸素ガスとして、冷却装置
５から冷却配管5a内を循環される冷却水等により例えば
25℃程度に冷却された配管を通して、２流体ノズル４の
開口4bから処理室１内の半導体ウエハ２へ向けて噴出さ
せる。

このとき、同時に洗浄液供給源11a、11bから供給され
るH₂SO₄、H₂O₂、H₂O、HCl、HF、NH₄OH、オゾン水等の洗
浄液を、洗浄液流量調節器12a、12bにより流量調節し
て、２流体ノズル４の開口4aから半導体ウエハ２に向け
て１または複数種噴出させ、オゾンを含む酸素ガスと、
洗浄液との気液混相流を半導体ウエハ２に向けて噴出さ
せる。

なお、洗浄液は、付着物の種類等により、従来のウエ
ット洗浄装置等と同様に組み合わせて用いる。また、オ
ゾンを含む酸素ガスと洗浄液との流量は、例えば縦軸を
流量、横軸を時間とした第３図のグラフに曲線Ａで示す
ように、オゾンを含む酸素ガスの流量を10l/min程度か
ら徐々に減少させ、曲線Ｂで示すように洗浄液の流量を
徐々に増大させて50l/min程度にする等洗浄中に気液流
量比を任意に変化させることもでき、洗浄初期はドライ
洗浄のみ、また洗浄終了直前は、ウエット洗浄のみ等と
することもできる。

また、ヒータ７は温度制御装置６によって例えば150
℃乃至500℃程度の温度に制御され、２流体ノズル４か
ら流出される気液混相流を加熱し、排気装置16は、気液
分離装置15で分離された気体を排気して、例えば処理室
１内の気体圧力を700〜200Torr程度とする。

すなわち、上記説明のこの実施例の基板の洗浄方法で
は、２流体ノズル４の近接して配置された開口4a、4bか
ら同時に洗浄液とオゾンを含む酸素ガスを噴出させ、気
液混相流を形成し、この気液混相流をヒータ７によって
加熱して、オゾンから酸素原子ラジカルを発生させ、酸
素原子ラジカルによる酸化化学反応により半導体ウエハ
２の表面に付着した有機物からなる付着物を、二酸化炭
素、一酸化炭素および水に分解して除去するとともに、
洗浄液により無機物からなる付着物の洗浄を行なう。し
たがって有機物および無機物からなる付着物ともに短時
間で除去することができ、低コスト、少ない廃液量で洗
浄を行なうことができる。

なお、オゾン発生器10で生成されたオゾンの寿命は、
温度に依存し、縦軸をオゾン分解半減期、横軸をオゾン
を含有するガスの温度とした第４図のグラフに示すよう
に温度が高くなるとオゾンの分解は促進され、その寿命
は急激に短くなる。そこで、オゾンが分解して発生する
酸素原子ラジカルによる酸化反応を利用して行なう洗浄
処理中におけるヒータ７の温度は、150℃乃至500℃程度
とし、冷却配管5aによって冷却されるオゾンを含む酸素
ガスが流通される配管の温度は25℃程度以下とすること
が好ましい。

また、半導体ウエハ２の乾燥は、ヒータ７による加熱
によって行なうことができるが、例えば半導体ウエハ２
を回転させる、あるいは窒素ガス等を当てるよう構成し
てもよい。

さらに、ヒータ７は、第５図に示すように複数の同心
円状のスリット20aを備えたヒータ20、第６図に示すよ
うに直線状のスリット21aを備えたヒータ21、第７図に
示すように大きさの異なる小孔22aを配置されたヒータ2
2、第８図に示すように渦巻状のスリット23aを備えたヒ
ータ23、第９図に示すように放射状のスリット24aを備
えたヒータ24、第10図に示すように多数の小孔25aを配
置されたヒータ25等どのような形状としてもよい。

第11図は第２の実施例方法における洗浄装置を示すも
ので、処理室31内には、半導体ウエハ32を立設状態に保
持する保持機構33が配置されている。

この保持機構33の両側には、第12図にも示すように半
導体ウエハ32よりやや大径の円板状の平面内に、互いに
平行する多数の直線状のスリット34aを配置された拡散
板34を備えたガス・洗浄液流出部35が、半導体ウエハ32
に例えば0.5〜20mm程度の近接間隔で対向配置されてお
り、ガス・洗浄液流出部35内には、冷却装置36に接続さ
れた冷却配管36aが配置されている。

また、保持機構33とガス・洗浄液流出部35との間に
は、温度制御装置37によって制御され、第13図にも示す
ように拡散板34とほぼ同径の円板からなり多数の透孔38
aを備えたヒータ38が配置されている。

そしてガス・洗浄液流出部35は、ガス・洗浄液切り換
え弁39を介して、気体流量調節器40を介して酸素供給源
41に接続されたオゾン発生器42と、それぞれ洗浄液供給
源44a、44bに接続された洗浄液流量調節器43a、43bとに
接続されている。

処理室31の下部には、廃液排出口45が設けられてお
り、廃液排出口45は、廃液の処理を行なう廃液装置46に
接続されている。また、処理室31の上部には気液分離装
置47、ガス・洗浄液流出部35の周囲には排気口48が配置
されており、これらの気液分離装置47、排気口48は、排
気装置49に接続されている。

そして上記構成のこの実施例の洗浄装置では、次のよ
うにして洗浄を行なう。

すなわち、まず図示しないウエハ搬送装置等により保
持機構33に半導体ウエハ32が配置され、立設状態に保持
される。

次に、ガス・洗浄液切り換え弁39がオゾン発生器42側
に対して開とされ、酸素供給源41から供給される酸素ガ
スが、気体流量調節器40によって流量が例えば被処理面
あたり３〜15l/min程度となるように調節されて、オゾ
ン発生器42内に送られ、ここでオゾンを含む酸素ガスと
されて、冷却装置36から冷却配管36a内を循環される冷
却水等により例えば25℃程度に冷却されたガス・洗浄液
流出部35から処理室31内の半導体ウエハ32に供給され
る。

ヒータ38は温度制御装置37によって例えば300℃程度
の温度に制御され、ガス・洗浄液流出部35から流出され
るオゾンを含む酸素ガスを加熱し、排気装置49は、例え
ば処理室31内の気体圧力が700〜200Torr程度の範囲にな
るように排気を行なう。

この時、ガス・洗浄液流出部35の拡散板34から流出し
たオゾンを含む酸素ガスは、ヒータ38によって加熱さ
れ、ガス中のオゾンが急速に分解し、酸素原子ラジカル
が多量に発生する。この酸素原子ラジカルは、ガス・洗
浄液流出部35と半導体ウエハ32との間に形成される半導
体ウエハ32の中央部から周辺部へ向かうガスの流れによ
り、半導体ウエハ32の表面に供給され、半導体ウエハ32
の表面に付着した有機物からなる付着物と反応し、有機
物からなる付着物を、二酸化炭素、一酸化炭素および水
に分解して除去する。

なお、オゾン発生器42で生成されたオゾンの寿命は、
前述のように温度に依存するため、ヒータ38の温度は、
150℃乃至500℃程度に加熱することが好ましく、ガス・
洗浄液流出部35の開口の温度は25℃程度以下とすること
が好ましい。

上記説明の、オゾンを含む酸素ガスによるドライ洗浄
は、例えば30秒程度行なわれ、次に洗浄液によるウエッ
ト洗浄が行なわれる。

洗浄液によるウエット洗浄は、ガス・洗浄液切り換え
弁39が、洗浄液流量調節器43a、43b側に対して開とさ
れ、洗浄液供給源44a,44bから供給されるH₂SO₄、H₂O₂、
H₂O、HCl、HF、NH₄OH、オゾン水等の洗浄液が、洗浄液
流量調節器43a、43bにより流量調節され、ガス・薬液流
出部35から半導体ウエハ35に向けて１または複数種噴出
させることにより行なわれる。また、乾燥は、ヒータ38
によって加熱する、半導体ウエハ32を回転させる、ある
いは窒素ガス等を当てるように構成してもよい。このと
き、被処置基板から蒸発した水分は、気液分離器47を経
て、排気装置49によって排気される。

上記説明のこの実施例の洗浄装置では、ガス・洗浄液
流出部35から初めにオゾンを含有するガスを基板に向け
て流出させる、有機物からなる付着物の除去を行ない、
この後、ガス・洗浄液流出部35から洗浄液を噴出させウ
エット洗浄により無機物からなる付着物の除去を行なう
ので、有機物および無機物からなる付着物ともに短時間
で除去することができ、低コスト、少ない廃液量で洗浄
を行なうことができる。

第14図は第３の実施例方法における洗浄装置を示して
いる。同図に示す装置のように処理室31をドライ洗浄を
行なう処理室31aとウエット洗浄を行なう処理室31bとに
分割し、この間を搬送系50により接続して半導体ウエハ
32を移送するよう構成し、まず処理室31a内でドライ洗
浄を行ない、次に搬送系50により半導体ウエハ32を処理
室31bへ移送し、処理室31b内でウエット洗浄を行なうよ
う構成してもよい。また、この例においては、不活性ガ
ス供給源51から供給される窒素等の不活性ガスを気体流
量調節器52によって流量調節して半導体ウエハ32に向け
て噴出させ、乾燥を行なうように構成され、洗浄液供給
源44および洗浄液流量調節器43は多数配置されている。
なお同図において第11図に示す洗浄装置と同一部分に
は、同一符号を付してある。

なお、拡散板34は、第15図に示すように複数の同心円
状のスリット60aを備えた拡散板60としてもよく、第16
図に示すように同心的に分割された複数の領域61aから
ガスを流出させる金属あるいはセラミック等の焼結体か
らなる拡散板61、第17図に示すように多数の小孔62bを
配置され同心的に分割された複数の領域62aからガスを
流出させる拡散板62等としてもよい。

さらに、オゾンを含有するガスは酸素に限らずオゾン
と反応しないようなガス・特にN₂、Ar、Ne等のような不
活性なガスにオゾンを含有させて使用することができ
る。

〔発明の効果〕

上述のように本発明の基板の洗浄方法では、有機物か
らなる付着物および無機物からなる付着物ともに短時間
で洗浄除去を行うことができ、従来に較べて洗浄コスト
の低減、廃液量の低減を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例方法を説明するための洗浄装
置の構成図、第２図は第１図の要部を示す下面図、第３
図はガスおよび洗浄液の流量制御例を示すグラフ、第４
図はオゾンの半減期と温度の関係を示すグラフ、第５図
〜第10図は第２図の変形例を示す下面図、第11図は第２
の実施例方法を説明するための洗浄装置の構成図、第12
図は第11図の要部を示す下面図、第13図は第11図の要部
を示す下面図、第14図は第３の実施例方法を説明するた
めの洗浄装置の構成図、第15図〜第17図は第12図の変形
例を示す下面図である。２……半導体ウエハ、４……２流体ノズル、10……オゾ
ン発生器、11a、11b……洗浄液供給源。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】洗浄装置の処理室内に一枚の基板を立設状
態に配置し、この処理室内に設けられた保持機構によ
り、前記基板の周縁部を保持する工程と、前記基板の両側表面へ向けて夫々酸素原子ラジカルを含
有する反応ガスと洗浄液とを同時に噴出させ、前記酸素
原子ラジカルを含有する反応ガスと前記洗浄液との気液
混相流により、前記基板表面の付着物を除去する工程
と、前記基板を乾燥する工程とを具備したことを特徴とする基板の洗浄方法。
【請求項２】気液混相流における気液流量比とともに前
記気液混相流の温度を制御することを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の基板の洗浄方法。
【請求項３】酸素原子ラジカルを含有する反応ガスは、
前記酸素原子ラジカルがオゾンを原料として生成するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第２項記載の
洗浄方法。
【請求項４】前記酸素原子ラジカルを含有する反応ガス
と前記洗浄液とは、ほぼ垂直に保持された前記基板の表
面と平行に対向配置された流出部から前記表面に向けて
供給することを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第
３項記載の洗浄方法。
【請求項５】前記基板を乾燥する工程は、基板を加熱し
て行うことを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第４
項記載の洗浄方法。