JPH09129584A - 半導体基板の洗浄装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 処理液温度及び酸化性ガスの溶解量を調節
し、溶解量が調節された酸化性ガスを含む洗浄液をウエ
ーハ表面にむらなく供給して、ウエーハを安定に洗浄で
きる半導体基板の洗浄装置を提供すること。 【構成】 半導体基板の洗浄を行う洗浄槽２と循環濾過
装置を備えた半導体基板の洗浄装置において、洗浄液中
の不純物を清浄するための濾過ライン中に設けたポンプ
６及びフィルターユニット７と、ポンプ６及びフィルタ
ーユニット７の下流側に設けられ、洗浄液の温度調節を
行うとともに、洗浄液にガスを溶解する温度調節機能付
き気体混合装置８と、気体混合装置８の下流側に設けら
れ、混合したガスの未溶解分を洗浄液から分離するガス
分離装置９と、を備えた構成の半導体基板の洗浄装置で
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板たるシ
リコンウエーハの製造時の洗浄工程や、半導体基板（以
下、「ウエーハ」の語も用いる。）を使用する半導体素
子製造時の洗浄工程において用いられる洗浄装置に関
し、酸化性ガスを混合した処理液を用いる洗浄装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来において、ウエーハの汚染物質の除
去手段としては、エッチング作用をもつ液体にて処理す
る方法があり、この方法によれば表面および表面近傍の
不純物を除去できる。

【０００３】更に不純物の除去方法として効果的なの
は、酸化及びエッチングの同時作用による方法である。
この酸化とエッチング能を有する洗浄方法としてＤＨＦ
（希フッ酸）とＨ₂Ｏ₂を組合せたＦＰＭ（ＤＨＦ／Ｈ₂
Ｏ₂：フッ酸過水）洗浄法（特開平３ー１２０７１９
号）や、Ｈ₂Ｏ₂の代わりに酸化性ガスを用いた洗浄方法
が知られている。これらの方法は、ＤＨＦの下記の作用
により表面酸化層における不純物を除去する。

【０００４】４ＨＦ＋ＳｉＯ₂→ＳｉＦ4₄２Ｈ₂Ｏ 更に、Ｈ₂Ｏ₂により活性化したＳｉを酸化し、ウエーハ
表面に皮膜を作ることにより、より効果的に不純物を除
去することができる。

【０００５】また、これらの洗浄方法は、洗浄液の温度
によりエッチングレートが決定される。特にＤＨＦ／酸
化性ガス法、すなわち、通常はＤＨＦにＯ₃等のガスを
溶解もしくはバフリングして直接ウエーハに当てて洗浄
処理を行う方法においては、洗浄液の温度が酸化性ガス
の溶解及び分解にも影響を及ぼし、これにより酸化レー
トも変動する。このため十分な酸化効果を得るために酸
化性ガスをバブリングして洗浄処理を行う方法が案出さ
れている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記従来にお
ける洗浄方法では、ウエーハをキャリアに入れて洗浄す
る場合、ガスがウエーハ表面に作用しにくく、特にウエ
ーハキャリアとの接触部に行き渡り難いので、ウエーハ
表面及びウエーハ面内に均一な洗浄効果が得られ難いも
のであった。

【０００７】そのため、酸化性ガスを洗浄液に溶解さ
せ、洗浄液に酸化効果を持たせる方法が有効である。し
かし、酸化性ガスは分解しやすく溶解させるのが困難で
ある。

【０００８】これを解決するためには下記のような因子
が挙げられる。

【０００９】（イ）気体の溶解度を支配するヘンリーの
法則は、 １）溶質の濃度：溶質の濃度が大きい場合つまり気体の
濃度が大きいと溶解度は大きくなる。 ２）溶媒の種類：極性の有無により気体の溶解度が異な
る。 ３）溶媒の温度：溶媒温度が低いと気体の溶解度は大き
くなる。 ４）気体の分圧：気体の分圧が大きいと溶解度は大きく
なる。 ５）溶質と溶媒の接触面積：気体と溶媒の接触面積が大
きいと溶解度は大きくなる。

【００１０】（ロ）ＤＨＦによるシリコンのエッチング
レートは下記の要因で決まる。 １）ＨＦ濃度：すなわち、ＨＦ濃度が大きいとエッチン
グレートは大きくなる。 ２）溶液温度：溶液温度が高いとエッチングレートは大
きくなる。また、処理液に循環等で流れが生じている場
合にはその流速も関係する。

【００１１】ＤＨＦ／酸化性ガス法ではウエーハのエッ
チングレートはＨＦ側のエッチングレートだけだなく、
酸化性ガスの酸化レートによっても変化する。このた
め、ＨＦのエッチングレートと酸化性ガスの溶解度の共
通因子である処理液温度の調節が重要になってくる。更
に処理液の作用を常に均一に保つために、ＨＦ濃度、酸
化性ガスの溶解量を調節する必要がある。

【００１２】そこで本発明は、処理液温度及び酸化性ガ
スの溶解量を調節し、溶解量が調節された酸化性ガスを
含む洗浄液をウエーハ表面にむらなく供給して、ウエー
ハを安定に洗浄できる半導体基板の洗浄装置を得ること
を目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本願第１請求項に記載し
た発明は、半導体基板の洗浄を行う洗浄槽と循環濾過装
置を備えた半導体基板の洗浄装置において、洗浄液中の
不純物を清浄するための濾過ライン中に設けたポンプ及
びフィルターユニットと、前記ポンプ及びフィルターユ
ニットの下流側に設けられ、洗浄液の温度調節を行うと
ともに、洗浄液にガスを溶解する温度調節機能付き気体
混合装置と、前記気体混合装置の下流側に設けられ、混
合したガスの未溶解分を洗浄液から分離するガス分離装
置と、を備えた構成の半導体基板の洗浄装置である。

【００１４】本発明において、洗浄液に混入するガス
は、洗浄槽のような大気解放槽に注入するのではなく、
循環濾過ライン中の密封系に送り込むため、分圧が高く
なり溶解効率が良くなる。更に、ガス分離装置を備えて
いるので、混入されたガスの未溶解分（過剰供給分）が
処理槽まで達するのが阻止される。

【００１５】本願第２請求項に記載した発明は、前記請
求項１の発明において、前記温度調節機能付き気体混合
装置は、片側に洗浄液が、もう片側に熱交換機により所
定の温度に調節された液体が流れる二重構造に構成さ
れ、更に、洗浄液側の槽壁にガスを注入するための細孔
が開口形成されている構成の半導体基板の洗浄装置であ
る。

【００１６】従って、両方の液体の熱交換作用により洗
浄液を設定温度に調節でき、これにより恒温化された洗
浄液が製造され、この恒温化された洗浄液側の槽壁にガ
スを注入するための細孔が開いていて、気体液体混合を
効率よく行うことが可能である 本願第３請求項に記載した発明は、前記請求項１の発明
において、ガス及びその溶媒となる液体を混合させ、所
定の溶解濃度に維持した溶液を連続的に供給する槽を備
えた構成の半導体基板の洗浄装置である。

【００１７】従って、一定濃度のガス溶解液が連続供給
されるので、安定した洗浄作用を行うことができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に、本発明を一具体例に基づ
いて説明する。

【００１９】図１は本例の洗浄装置を示す全体概略構成
図である。図において、本例の洗浄装置１は、上部に開
口を有する洗浄槽２を備え、供給配管１１により純水が
供給され、供給配管１０により所定濃度となるようにＨ
Ｆ水溶液を秤量して供給する。洗浄槽２内にはウエーハ
カセット３が設置され、ウエーハカセット３内にはウエ
ーハ４が収納される。５は外槽である。

【００２０】両液が混合された洗浄液は、循環ポンプ６
により循環される。循環が始まった洗浄液は濾過フィル
ター７により濾過され、更に洗浄液は、温度調節を行う
とともに、洗浄液にガスを溶解する温度調節機能付き気
体混合装置８に至る。この温度調節機能付き気体混合装
置８は、熱交換部が洗浄液に接して熱交換を行う直接制
御によるものでもよいが、洗浄液と熱源を石英ガラスの
ような高純度で且つ、樹脂材質に比べて熱伝導率のよい
物資を介して熱交換を行う間接制御によるものを備えれ
ば、洗浄液への不純物の溶出を抑制でき、所定の温度ま
で昇降温するのが容易である。本例では、この間接制御
方式を示している。

【００２１】温度調節機能付き気体混合装置８は、図２
に示すように、片側に所定の温度に調節された液体が流
れ、もう片側には洗浄液が流れる２重構造をとってお
り、両者の熱交換により洗浄液を所望の温度に調節する
ことができる。すなわち、一方に洗浄液入口１６が、他
方に洗浄液出口１７が、設けられている装置内に、冷却
水入口１８及び冷却水出口１９を備えてこれに冷却水を
流すもので、装置には、後述するオゾンガス入口が設け
られている。

【００２２】図３は、温度調節機能付き気体混合装置８
の具体例を示すもので、この洗浄液温度調節に使用する
槽は、洗浄液の循環ライン中に設けるために熱交換槽内
の洗浄液を少量にするほうが好ましく、そのため容積は
小さい方がよい。また、熱交換の効率をよくするため、
熱交換部の表面積を大きく設ける方がよい。

【００２３】そのため、熱交換槽内部は中空のドーナツ
円柱構造となっており、熱交換効率を高めるために蛇管
構造として接触面積を大きくしている。この槽内の蛇管
の外側を洗浄液が、内部を温度調節のための純水が流れ
る。

【００２４】更に、温度調節機能付き気体混合装置８に
は、図１に示すように、オゾンガスが連続供給され、洗
浄液にオゾンガスを溶解させることができる。供給され
たオゾンガスの未溶解分は、ガス分離機９によりガス抜
きされ、洗浄槽外槽５に戻される。

【００２５】循環ライン中において、オゾンガスは、洗
浄液がポンプやフィルターを通過した後に供給される。
これは、例えばポンプのサクション（ｓｕｃｔｉｏｎ）
側からオゾンガスを供給した場合、圧変動でオゾンガス
は分解してしまうか、あるいは一度溶解したオゾンが遊
離してしまい、所定濃度に達するまでの溶解時間が、本
例で示す装置の１０倍以上も要することになるからであ
る。

【００２６】また溶存オゾンは分解し易く、オゾン濃度
の変化によりエッチングレートが変化してしまう。従っ
て、熱交換槽でオゾンを連続補充し、常に一定のオゾン
濃度を洗浄槽に供給できるようにした。

【００２７】洗浄後のリンス処理において、従来のオー
バーフロー方式では淀みにより比抵抗値が悪化するた
め、クイックダンプ方式によりウエーハ表面洗浄残液を
速やかに効果的に取り除くことができる。リンス処理は
純水及びオゾン溶解水のいずれにおてもクイックダンプ
リンスができる。

【００２８】このオゾン溶解水は、純水とオゾンガスを
オゾン水生成槽１４を通して連続供給され、オゾン水生
成槽内を撹拌することにより、所定の濃度のオゾン溶解
水を作製する。

【００２９】溶解したオゾンガスの残ガスは図示を省略
したガス分離器からガス抜きし、オゾン溶解水としてリ
ンス槽（図示を省略）へ供給する。

【００３０】このオゾン溶解水を使用したクイックダン
プリンス処理により、ウエーハ表面の有機物は低減し、
これとともに不純物の極めて少ないクリーンな酸化膜を
生成できる。

【００３１】また、オゾン溶解水生成槽１４で作製した
オゾン溶解水は洗浄槽２に供給できるようにし、該洗浄
槽２によりオゾン溶解水によるクイックダンプリンスも
行えるように設けている。

【００３２】本例の洗浄装置によって、洗浄液は、熱交
換機能をもつ装置により洗浄液として最も効果のある温
度に調節され、かつ、酸化性ガスが所定の濃度に達する
まで溶解される。

【００３３】酸化性ガスの未溶解ガスはポンプの脈動に
応じて固まって処理槽内に達してしまい、処理された洗
浄液がウエーハに接触するのを妨げる要因となるため、
洗浄槽前に設けたガス抜きにより、酸化性ガスと洗浄液
が分離される。

【００３４】また、酸化性ガスと洗浄液を分離し、酸化
性ガスが充分に溶解した液体のみを洗浄槽に供給するこ
とにより、常に均一のエッチングと酸化作用が得られ
る。

【００３５】そして、洗浄後のウエーハのリンスは、純
水もしくは酸化性ガス溶解水にて行われる。酸化性ガス
の溶解水は、密封槽（洗浄槽のように大気解放面を有し
ない槽）に酸化性ガスと純水を連続供給し、撹拌により
接触面積を増加させて溶解する。また、供給する酸化性
ガスの流量や濃度を調整し、溶存ガス濃度を一定に調節
して作製するものである。

【００３６】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成さ
れ、処理液の温度をコントロールすることにより、ＨＦ
のエッチング力、オゾンの酸化力を一定に保ち、安定し
た作用効果のある洗浄液を得ることができる。更に、Ｈ
Ｆ、オゾン溶解水を配合した洗浄液の配合比を一定に保
てるため、ウエーハ表面を安定に洗浄処理できる洗浄液
の連続使用を可能にしたものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る洗浄装置を示す概略構成図であ
る。

【図２】本発明に用いる温度調節機能付き気体混合装置
の概念構成図である。

【図３】本発明に用いる温度調節機能付き気体混合装置
の一具体例を示す図である。

【符号の説明】

１ 洗浄装置 ２ 洗浄槽 ３ ウエーハカセット ４ ウエーハ ５ 外槽 ６ 循環ポンプ ７ 濾過フィルター ８ 液体温度調節機能付き気体混同装置 ９ ガス分離器 １０ 希フッ酸供給配管 １１ 純水供給配管 １２ 熱源 １３ オゾン発生機 １４ オゾン水生成槽 １５ 純水供給配管 １６ 洗浄液入口 １７ 洗浄液出口 １８ 冷却水入口 １９ 冷却水出口

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板の洗浄を行う洗浄槽と循環濾
   過装置を備えた半導体基板の洗浄装置において、 洗浄液中の不純物を清浄するための濾過ライン中に設け
   たポンプ及びフィルターユニットと、 前記ポンプ及びフィルターユニットの下流側に設けら
   れ、洗浄液の温度調節を行うとともに、洗浄液にガスを
   溶解する温度調節機能付き気体混合装置と、 前記気体混合装置の下流側に設けられ、混合したガスの
   未溶解分を洗浄液から分離するガス分離装置と、を備え
   たことを特徴とする半導体基板の洗浄装置。
2. 【請求項２】 前記温度調節機能付き気体混合装置は、
   片側に洗浄液が、もう片側に熱交換機により所定の温度
   に調節された液体が流れる二重構造に構成され、更に、
   洗浄液側の槽壁にガスを注入するための細孔が開口形成
   されていることを特徴とする請求項１記載の半導体基板
   の洗浄装置。
3. 【請求項３】 ガス及びその溶媒となる液体を混合さ
   せ、所定の溶解濃度に維持した溶液を連続的に供給する
   槽を備えたことを特徴とする請求項１記載の半導体基板
   の洗浄装置。