JPH08316187A - 洗浄方法 - Google Patents

洗浄方法

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JPH08316187A
JPH08316187A JP7140014A JP14001495A JPH08316187A JP H08316187 A JPH08316187 A JP H08316187A JP 7140014 A JP7140014 A JP 7140014A JP 14001495 A JP14001495 A JP 14001495A JP H08316187 A JPH08316187 A JP H08316187A
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Abstract

(57)【要約】 【構成】酸化性の塩素化合物を含む水溶液で、かつ前記
水溶液の水素イオン濃度(pH)が1〜3である洗浄液
を用いることを特徴とする固形物の洗浄方法。 【効果】本発明方法によれば、有効成分を最大限発揮し
うる濃度の薬液を用いて、半導体基板の表面の金属分な
らびに有機成分を同時に効率よく低濃度まで除去するこ
とが可能であり、また、使用後の洗浄液の廃液処理も容
易である。本発明の効果を半導体基板、特にシリコン基
板を例にとって説明した。その主な理由は、シリコンプ
ロセスが非常に清浄であることを必要として、本発明の
効果を良く説明できるからである。しかしながら、本発
明の洗浄法が半導体基板に限定されるべき理由はなく、
その他の固形物の洗浄に対しても有効である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、固形物の洗浄方法に関
し、特に清浄度が要求される半導体の洗浄方法に関する
ものである。さらに詳しくは、濃度の高い塩酸や過酸化
水素等の薬品を使用することなく、効率よく半導体基板
上の金属汚染物ならびに有機汚染物の除去を可能にし、
かつ洗浄に使用した後の廃液処理を容易にしたものであ
る。
【0002】
【従来の技術】これまで、LSI製造工程における半導
体表面の清浄化は、濃アンモニア水又は濃塩酸と過酸化
水素水及び超純水とを混合して調製した溶液に半導体を
浸漬した後に超純水ですすぐ、いわゆるRCA洗浄法
(W.Kern and D.A.Puotinen,R
CA Review,vol.81,pp.187〜2
05,June 1970)と呼ばれる方法によって行
われてきた。特に、表面の金属分を除去するためには、
濃塩酸、過酸化水素水、超純水を体積で1:1:6ない
し1:1:4程度の比率で混合し、加温した溶液に浸漬
後、超純水ですすぐ方法で実施してきた。この方法を使
用すると、例えば,洗浄前に半導体基板表面に鉄や銅等
の金属分が付着していても、LSIの性能にほとんど悪
影響を与えないといわれる1010原子/cm2以下の濃度
にまで除去することができると言われている。また、最
近では、濃塩酸と超純水を容量で1:4程度に混合した
塩酸溶液に、オゾンを吹き込んだ溶液で洗浄することで
清浄な表面を得ようとする方法も提案されている(特開
昭58−100433号公報)。また、有機成分やパー
ティクルを除去するためには、アンモニア水、過酸化水
素水、超純水の混合液を用い、加温した溶液に浸漬後、
超純水ですすぐ方法で実施してきた。しかしながら、エ
ステル、アルコール系の有機物は除去できても、高分子
の有機物はほとんど除去されない。そのため、有機物除
去のためには、濃硫酸系の洗浄が必要である。しかし、
上記のような方法では、高濃度の酸、アルカリや過酸化
水素を多量に使用するために、廃液中にこれらが排出さ
れ、廃水処理において中和や沈殿処理等多大な負担がか
かるとともに、多量の汚泥が発生することになる。すな
わち、半導体基板表面の清浄度を確保するために、薬品
購入、廃液処理に多大の費用がかかっていることにな
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来より高
い半導体基板表面清浄度を得ることができ、しかも廃液
中に含まれる薬品の濃度が低く、廃液を容易に少ない費
用で処理することができる半導体基板の洗浄方法を提供
することを目的としてなされたものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課
題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、次亜塩素酸イオ
ン等の酸化性塩素化合物の酸化力を利用し、必要最低限
の濃度の酸で溶解力を発揮させることによって、金属の
みならず有機物に対しても従来法以上の洗浄効果が得ら
れることを見いだし、この知見に基づいて本発明を完成
するに至った。すなわち、本発明は、(1)酸化性の塩
素化合物を含む水溶液で、かつ前記水溶液の水素イオン
濃度(pH)が1〜3である洗浄液を用いることを特徴
とする固形物の洗浄方法、(2)前記洗浄液は、塩素化
合物を含む酸性溶液にオゾンを吹き込んだ溶液であるこ
とを特徴とする第(1)項に記載の洗浄方法、(3)前記
塩素化合物が塩酸であることを特徴とする第(2)項に記
載の洗浄方法、(4)前記洗浄液は、塩素水または塩素
ガスを含む酸性溶液で構成されることを特徴とする第
(1)項に記載の洗浄方法、及び、(5)はじめに水素イ
オン濃度(pH)が1〜3である酸性溶液で洗浄した
後、酸化性の塩素化合物を含み、かつ水素イオン濃度
(pH)が1〜3である酸性溶液で洗浄することを特徴
とする固形物の洗浄方法、を提供するものである。
【0005】本発明方法において使用する酸化性の塩素
化合物を溶液に含ませる方法には特に制限はなく、公知
の方法を用いることができ、このような方法としては、
例えば、純水に塩素ガスを吹き込む方法、純水に塩素ガ
スを吹き込んで調製した塩素水を純水に添加する方法、
塩化物イオンを含む溶液にオゾンを吹き込んで酸化性塩
素化合物を生成させる方法、次亜塩素酸塩等の塩素系酸
化剤を水に溶解する方法等を挙げることができる。この
うち、塩化物イオンを含む溶液にオゾンを吹き込んで酸
化性塩素化合物を生成させる方法が好ましく、特に塩化
物イオンを含む溶液として超純水に塩酸を添加した溶液
を用い、この塩酸含有液にオゾンを吹き込んで調製する
のが特に好ましい。このようにして調製した酸化性塩素
化合物を含む酸性溶液は、他の方法で調製した酸性溶液
に比べ、清浄度の高い液とすることができる。たとえ
ば、超純水に塩酸を10-2モル/Lとなるように添加
し、オゾンを6g/Nm3で吹き込んで調製した溶液で
は鉄、銅とも10ppt以下となり、洗浄液に含まれる
不純物により半導体基板を汚染する恐れは著しく低減す
る。本発明方法においては、酸化性の塩素化合物を含む
酸性溶液の酸化還元電位(ORP)が、飽和甘汞電極を
基準として800〜1200mVであることが好まし
く、1000〜1200mVであることがさらに好まし
い。ここに、酸化還元電位は、酸化性の塩素化合物を含
む酸性溶液のpHにおいて、25℃で測定した値であ
る。酸化性の塩素化合物を含む酸性溶液の酸化還元電位
が、飽和甘汞電極を基準として800mV未満である
と、半導体基板表面の金属分、特にイオン化傾向の低い
銅などの除去や有機不純物除去が不十分となるおそれが
あり、飽和甘汞電極を基準として1200mVを超えて
も、酸化還元電位の上昇に見合った洗浄効果の向上はみ
られない。本発明において、酸化性塩素化合物を含む酸
性溶液として、水素イオン濃度(pH)が1〜3の液を
使用する。pHが3を超えると、半導体基板表面の金属
分、特に鉄の除去が不十分になる恐れがある。また、p
H1未満では洗浄効果の向上は余り期待できず、単に薬
品使用量が増加する。酸化還元電位800〜1200m
V、pH1〜3の酸化性塩素化合物を含む酸性溶液を調
製する方法としては、たとえば超純水に塩素水を、塩素
濃度が100mg/L以上となるように添加すればよい
(図1参照)。また、塩酸溶液にオゾンを吹き込む方法
では、塩酸にオゾンを6g/Nm3で5分間供給するこ
とにより調製できる(図2参照)。この場合、必要によ
りpHを以下のように調整できる。本発明方法におい
て、酸化性の塩素化合物を含む溶液をpH1〜3にする
方法には特に制限はなく、酸化性の塩素化合物の溶液に
酸を添加することができ、あるいは、酸の溶液に上記の
方法により酸化性の塩素化合物を含ませることができ
る。使用する酸には特に制限はないが、無機酸、特に塩
酸及び硝酸を好適に使用することができる。これらの酸
は、1種を使用することができ、2種以上を組み合わせ
て使用することができる。本発明方法において、酸化性
の塩素化合物を含む酸性溶液を調製するために使用する
水は、超純水(電気抵抗18MΩ以上)であることが好
ましい。
【0006】本発明方法において、表面に金属分あるい
は有機成分が付着している半導体基板を、酸化性の塩素
化合物を含む酸性溶液と接触させる条件には特に制限は
なく、金属分あるいは有機成分の付着状態等に応じて、
時間、温度等を選択することができる。例えば、接触方
法としては半導体基板を酸化性の塩素化合物を含む酸性
溶液に浸漬することができ、接触時間としては1〜30
分を選ぶことができ、酸化性の塩素化合物を含む酸性溶
液の温度としては室温〜90℃を選ぶことができる。さ
らに、必要に応じて、半導体基板を浸漬した酸化性の塩
素化合物を含む酸性溶液に、超音波による振動を与えて
洗浄効果を高める等の手段をとることができる。本発明
における洗浄方法としては、上述したように、半導体基
板と酸化性塩素化合物を含む溶液を接触させることによ
って行うが、半導体基板が鉄および銅あるいは有機物で
複合して汚染しているときは、酸化性塩素化合物を含む
溶液と接触させる前に半導体基板を酸化性塩素化合物を
含まない酸性溶液と接触させて洗浄しておくのがよい。
たとえば、塩酸溶液にオゾンを吹き込んで酸化性塩素化
合物を含む酸性溶液を調製する場合では、オゾンを吹き
込む前の、酸化性塩素化合物を含まないpH1〜3の塩
酸溶液を用いて半導体基板と接触させて一次洗浄を行
い、次に、オゾンを吹き込んで調製した酸化性塩素化合
物を含む酸性溶液と接触させて二次洗浄を行う。このよ
うに2段に洗浄するときは複合した汚染物を効果的に溶
解除去できる。鉄は酸化されて酸化第II鉄を生成し易い
ので、酸化性塩素化合物を含まない塩酸溶液を使用して
溶解しない第I鉄の状態であらかじめ除去しておくこと
により、一層洗浄効果が向上する。本発明方法は金属分
除去効果ならびに有機成分除去効果が高く、半導体表面
の金属分ならびに有機成分を低い濃度まで除去すること
ができる。高濃度の塩酸と過酸化水素の水溶液や、高濃
度の塩酸溶液にオゾンを吹き込んだ溶液等を使用する従
来の洗浄方法では、半導体基板表面の金属が1010原子
/cm2程度まで洗浄できるのに対して、本発明方法によ
れば、半導体基板表面に付着している金属が2×109
原子/cm2以下になるまで除去することができる。本発
明方法によれば、半導体基板の洗浄に使用する洗浄用薬
品の量を大幅に減少することができる。従来の洗浄方法
は、高濃度の塩酸と過酸化水素の水溶液や、塩酸溶液に
オゾンを吹き込んだ溶液等を使用するものであり、塩酸
と過酸化水素水による洗浄では、その洗浄液は、例え
ば、濃塩酸1L、過酸化水素水1L、超純水6Lを混合
して調製した。本発明方法における洗浄液は、濃塩酸2
0mlと0.3重量%塩素水200mlを超純水8Lに添加
することにより約8Lの洗浄液を調製することができる
ので、薬品使用量が大幅に減少する。さらに、本発明方
法によれば、半導体基板の洗浄後の廃液処理が容易にな
る。すなわち、従来の洗浄廃液は、上記の酸や過酸化水
素をそのまま含んだ高濃度の状態で排出されるため、中
和処理や分解処理が必要であり、廃液処理においてもさ
らに洗浄液の調製に使用したのと同程度の量の薬品が必
要となる。本発明方法においては、排出されるのは遊離
塩素を含んだ酸性液であり、例えば、活性炭処理で遊離
塩素を分解し、少量のアルカリで中和するだけで放流で
きる水質になる。
【0007】
【実施例】以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細
に説明するが、本発明はこれらの実施例によりなんら限
定されるものではない。 調製例1 超純水に市販の塩素水試薬(塩素として0.3%)を種
々の量で添加して酸化性塩素化合物を含む酸性溶液を調
製した。添加塩素濃度と調製液のORPおよびpHは図
1に示した通りであり、塩素水濃度約100mg/LでO
RP、pHとも満足できる範囲に入ることがわかる。 調製例2 超純水に塩酸試薬を添加して10-2モル濃度の塩酸溶液
を作製し、オゾンを6g/Nm3を吹き込み、酸化性塩
素化合物を含む酸性溶液を調製した。オゾンの供給量と
そのときのORP、pHを図2に示した。なお、調製し
た溶液に含まれていた遊離塩素量は、オゾンの供給時間
10分で0.1mg/L、20分で0.15mg/L、30分
で0.15mg/L、40分で0.2mg/Lであった。 実施例1 直径150mmのシリコンウエハを、濃度0.01重量%
の塩化第二銅を含む希弗酸溶液に浸漬した後乾燥するこ
とによって、表面に銅が付着したウエハを9枚作製し
た。洗浄処理前の銅濃度を求めるため、その内の3枚を
抜き取り、フッ酸蒸気分解−原子吸光法により表面の銅
濃度を測定した。その結果、3枚のウエハの銅濃度の平
均値は8.0×1010原子/cm2であった。超純水に塩酸
を添加してpH2とした溶液に、濃度0.3重量%の塩
素を含む塩素水を添加した溶液を調製した。この溶液の
酸化還元電位は、1100mVであった。この溶液に、
上記の表面に銅を付着したウエハ3枚を10分間浸漬し
たのち、超純水で洗浄し、乾燥した。このウエハ表面の
銅の濃度をフッ酸蒸気分解−原子吸光法により測定した
ところ、3枚とも検出下限である2.0×109原子/cm
2未満であった。ウエハの浸漬、洗浄に使用した溶液5
Lを、活性炭を充填した直径5cm、長さ50cmのカラム
を通過させ、処理水の水質を測定した。その結果、処理
水中に酸化性物質は検出されず、pHは2、導電率は4
000μS/cmであり、約0.05当量のアルカリを添
加して中和すれば放流できる水質であった。このアルカ
リ添加量はアルカリが水酸化ナトリウムであれば約2グ
ラムである。 比較例1 37重量%の塩酸、30重量%の過酸化水素水及び超純
水を、容量で1:1:4の割合で混合した溶液を調製し
た。この溶液を80℃に保って実施例1で作製した表面
に銅が8.0×1010原子/cm2の濃度で付着したウエハ
3枚を10分間浸漬し、その後80℃に加温した超純水
に10分間浸漬し、さらに常温の超純水で洗浄した後、
実施例1と同じ方法でウエハ表面の銅の濃度を測定し
た。ウエハ表面の銅の濃度の平均値は、1.1×1010
原子/cm2であった。比較例で使用した溶液のpHはき
わめて低く、その5Lを中和するためには8.5当量以
上のアルカリが必要であった。これはアルカリが水酸化
ナトリウムであれば340グラムに相当する。さらにこ
の廃液にはCODとして検出される過酸化水素が多量に
含まれこれを還元して分解除去するためには、還元剤が
約5.9当量必要であり、亜硫酸水素ナトリウムならば
約307グラムを消費することになる。 実施例2 酸化性の塩素化合物を含む酸性溶液のpHと、洗浄効果
の関係を調べた。直径150mmのシリコンウエハを、濃
度0.1重量%の塩化第二銅を含む希弗酸溶液に浸漬し
た後乾燥することによって、表面に銅が付着したウエハ
を18枚作製した。洗浄処理前の銅濃度を求めるため、
その内の3枚を抜き取り、フッ酸蒸気分解−原子吸光法
により表面の銅濃度を測定した。その結果、3枚のウエ
ハの銅濃度の平均値は1.0×1012原子/cm2であっ
た。超純水に、0.3重量%の塩素を含む塩素水を添加
し、さらに適量の塩酸を添加して、pHが1、2、3、
4及び4.5の5種類の溶液を調製した。これらの溶液
の酸化還元電位は、1000〜1100mVの範囲にあ
った。これら5種類の溶液に、上記の表面に銅が1.0
×1012原子/cm2の濃度で付着したウエハ各3枚を1
0分間浸漬したのち、超純水でウエハを洗浄し、乾燥し
た。フッ酸蒸気分解−原子吸光法を用いて、洗浄を行っ
たウエハ表面の銅の濃度を測定し、処理液のpHとウエ
ハ表面に残留する銅の濃度との関係を調べた。結果を第
1表に示す。
【0008】
【表1】
【0009】処理液のpHが3以下であれば、表面の銅
濃度は9×109原子/cm2以下となる。処理液のpHが
2のとき表面の銅濃度は2.4×109原子/cm2、処理
液のpHが1のとき表面の銅濃度は2.0×109原子/
cm2まで洗浄できることが明らかである。すなわち、酸
はpHが2になる程度に添加すればよく、多量に添加し
なくても良いことが分かる。 実施例3 酸化性の塩素化合物を含む酸性溶液の飽和甘汞電極を基
準とする酸化還元電位と、洗浄効果の関係を調べた。直
径150mmのシリコンウエハを、濃度0.01重量%の
塩化第二銅を含む希弗酸溶液に浸漬した後乾燥すること
によって、表面に銅が付着したウエハを18枚作製し
た。洗浄処理前の銅濃度を求めるため、その内の3枚を
抜き取り、フッ酸蒸気分解−原子吸光法により表面の銅
濃度を測定した。その結果、3枚のウエハの銅濃度の平
均値は9.0×1010原子/cm2であった。超純水に、
0.3重量%の塩素を含む塩素水を適宜添加し、これに
塩酸を加えてpHを2に調整して、飽和甘汞電極を比較
電極として測定した酸化還元電位がそれぞれ550、7
20、780、840及び1100mVである5種類の
溶液を調製した。これら5種類の溶液に、上記の表面に
銅が9.0×1010原子/cm2の濃度で付着したウエハ各
3枚を10分間浸漬したのち、超純水でウエハを洗浄
し、乾燥した。フッ酸蒸気分解−原子吸光法を用いて、
洗浄を行ったウエハ表面の銅の濃度を測定し、処理液の
酸化還元電位とウエハ表面の銅濃度との関係を調べた。
結果を第2表に示す。
【0010】
【表2】
【0011】測定した範囲では、処理液の飽和甘汞電極
を基準とする酸化還元電位が高いほど、ウエハ表面の銅
濃度が低下することは明らかであり、処理液の酸化還元
電位が800mV以上であれば、洗浄後のウエハ表面の
銅濃度は、ほぼ4×109原子/cm2以下にまで低下する
ことが分かる。 実施例4 1)シリコンウエハを、塩化第II鉄および硝酸第II銅を
含有したアルカリ溶液に浸漬した後乾燥することによっ
て、表面に鉄または銅が1011〜1012原子/cm2の濃
度で付着したウエハを作製した。 2)超純水に塩酸を添加してpH2とした溶液(約0.
01M/L)に1)で作製したウエハを10分間浸漬し
た。 3)2)で処理したウエハの一部を取り出し、超純水で
洗浄後乾燥した。このウエハは希塩酸でだけ洗浄されて
いる。 4)超純水に塩酸を添加してpH2とした溶液に、オゾ
ンを含む空気(約6g−O3/Nm3)を20分間吹き込
んで酸化還元電位を1100mVとした溶液を作製し
た。この溶液を2)のウエハを浸漬している塩酸溶液に
注ぎ入れ、液を置換した。置換した溶液にウエハを10
分間浸漬後、この容器に超純水を注ぎ込んで溢流させ、
ウエハを洗浄した後、取り出して乾燥させた。 5)フッ酸蒸気分解−原子吸光法を用いて3)および
4)の処理を行ったウエハ表面の鉄および銅の濃度を測
定した。その結果を第3表に示す。pH2の塩酸溶液だ
けで洗浄したウエハ表面の鉄はある程度除去されるが銅
は殆ど除去されないこと、さらにオゾンを吹き込んだ塩
酸溶液では銅も良好に除去されることが分かる。
【0012】
【表3】
【0013】
【発明の効果】本発明方法によれば、有効成分を最大限
発揮しうる濃度の薬液を用いて、半導体基板の表面の金
属分ならびに有機成分を同時に効率よく低濃度まで除去
することが可能であり、また、使用後の洗浄液の廃液処
理も容易である。本発明の効果を半導体基板、特にシリ
コン基板を例にとって説明した。その主な理由は、シリ
コンプロセスが非常に清浄であることを必要として、本
発明の効果を良く説明できるからである。しかしなが
ら、本発明の洗浄法が半導体基板に限定されるべき理由
はなく、その他の固形物の洗浄に対しても有効である。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、塩素水の塩素濃度と酸化還元電位、p
Hの関係を示すグラフである。
【図2】図2は、オゾンのバブリング時間変化による酸
化還元電位、pH変化量の関係を示すグラフである。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】酸化性の塩素化合物を含む水溶液で、かつ
    前記水溶液の水素イオン濃度(pH)が1〜3である洗
    浄液を用いることを特徴とする固形物の洗浄方法。
  2. 【請求項2】前記洗浄液は、塩素化合物を含む酸性溶液
    にオゾンを吹き込んだ溶液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】前記塩素化合物が塩酸であることを特徴と
    する請求項2に記載の洗浄方法。
  4. 【請求項4】前記洗浄液は、塩素水または塩素ガスを含
    む酸性溶液で構成されることを特徴とする請求項1に記
    載の洗浄方法。
  5. 【請求項5】はじめに水素イオン濃度(pH)が1〜3
    である酸性溶液で洗浄した後、酸化性の塩素化合物を含
    み、かつ水素イオン濃度(pH)が1〜3である酸性溶
    液で洗浄することを特徴とする固形物の洗浄方法。
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