JPH09270409A

JPH09270409A - スピン洗浄方法及び洗浄装置

Info

Publication number: JPH09270409A
Application number: JP7905196A
Authority: JP
Inventors: Tadahiro Omi; 忠弘大見; Mamoru Miyawaki; 守宮脇
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-04-01
Filing date: 1996-04-01
Publication date: 1997-10-14

Abstract

(57)【要約】【課題】洗浄液の消費量が少なく、洗浄効率の良いスピ
ン洗浄方法とスピン洗浄装置を提供すること。【解決手段】洗浄漕１内に洗浄すべき基板ＳＵＢを回
転可能に保持する手段２と、洗浄液ＬＱを供給するノズ
ル５とを有するスピン洗浄装置を用いて、基板ＳＵＢを
回転させるとともに洗浄液ＬＱを基板ＳＵＢの表面に供
給して洗浄を行うスピン洗浄方法において、洗浄液ＬＱ
の噴出方向と基板ＳＵＢの回転方向を対向させて洗浄す
ることを特徴とする。洗浄漕１内に洗浄すべき基板ＳＵ
Ｂを回転可能に保持する手段２と、洗浄液ＬＱを供給す
るノズル５とを有するスピン洗浄装置１において、洗浄
液ＬＱの噴出方向と基板ＳＵＢの回転方向とが対向する
ようにノズル５を配置したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、マイクロプロセッ
サー、フラッシュメモリー、ＤＲＡＭ、ＣＣＤなどの半
導体デバイスや液晶ディスプレイデバイス等を作製する
工程において、デバイス作製用の基板（シリコンウエハ
やガラス）を洗浄する為の洗浄方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、微細加工や超精密加工を行ってい
る代表的な半導体産業では、サブミクロンの寸法でパタ
ーン形成や薄膜形成を行っており、わずかな汚れがデバ
イス性能に影響を及ぼし、歩留や品質を悪くする。その
為、洗浄技術が重要な要素技術になっている。

【０００３】洗浄装置の代表的なものは２種であり、そ
のうちの一つはカセットに収容された複数枚のウエハ
を、洗浄液を貯留した洗浄漕内に浸して、超音波を与え
て洗浄するバッチ式洗浄装置である。別のものは、一枚
のウエハを回転可能なホルダーに搭載して、ウエハを回
転させると共に洗浄液を上から垂らす、枚葉式のスピン
洗浄装置である。

【０００４】前者は、ウエハ一枚あたりの処理のスルー
プットが上がる反面、洗浄液を多量に消費する。後者
は、短時間で異物を完全に除去する性能がまだ不十分で
あるが、洗浄液の消費量を大幅に低減出来る可能性を潜
在的に有していると考えられる。特に、生物や地球にや
さしい環境作りが注目される時代においては、こうした
エコロジーを考慮した方式でなくては受け入れられな
い。

【０００５】従来のスピン洗浄装置について述べる。

【０００６】図８に、特開平７−５８０７６号公報に記
載されているウエハ洗浄装置を示す。図１において、８
１は洗浄槽であり、本体９０と密閉用フード８９とに分
割できる構成となっている。８２は種々の薬液供給装置
（不図示）と接続された複数の薬液ノズル、８３はＳｉ
ウエハ、８４はウエハチャック、８５は排気・排液口、
８６はＮ₂ガス導入口、８７は回転モータ、８８は移動
しながらウエハ裏面を洗浄するノズル、９１は水素活性
種をウエハに吹き付けるための活性ガス導入管、９２は
加熱手段９３を設けた水素活性種生成手段、９４はＡｒ
ガスとＨ₂ガスの混合器、９５は混合ガス配管、９６、
９７はそれぞれＡｒガス配管、Ｈ₂ガス配管であり、マ
スフローコントローラを介してＡｒガス供給装置、Ｈ₂
ガス供給装置（不図示）と接続されている。

【０００７】尚、水素活性種生成手段９２としては、内
面を電解研磨した円筒のステンレス（ＳＵＳ３１６）容
器の内部に１０μｍ径のＮｉワイヤーを丸めて束ねて挿
入したものを用い、ヒータ９３で３５０℃に加熱した。
また、活性ガス導入管９１には内面を電解研磨したステ
ンレス管（ＳＵＳ３１６）を用いる。また、混合ガスの
混合比は、Ａｒ９０％、Ｈ₂１０％が一例として用いら
れる。

【０００８】図８のウエハ洗浄装置を用いた洗浄方法に
ついて述べる。

【０００９】Ｎ₂導入口６からＮ₂ガスを導入しておき、
ウエハ８３をチャック８４にセットして密閉用フードを
閉める。１５００ｒｐｍでウエハを回転させながら、薬
液ノズル２の個々のノズルを介してウエハ表面に超純
水、オゾン添加超純水（有機物除去・酸化膜形成）、フ
ッ化水素酸＋過酸化水素（自然酸化膜・金属除去）、水
酸化アンモニウム＋過酸化水素（微粒子・有機物・金属
除去）、フッ化水素酸十過酸化水素（自然酸化膜・金属
除去）、超純水を順次滴下して洗浄を行う。続いて、混
合ガス導入管から水素活性種を含む混合ガスをウエハに
吹き付けながら、ウエハを１５００ｒｐｍで回転させて
乾燥する。

【００１０】

【発明が解決しようとする技術課題】従来の装置では、
ウエハ周辺部の汚れは十分に除去できるものの、中心部
では不十分なことがあった。これは、従来の洗浄では、
ウエハの回転中心に洗浄液を滴下するためにウエハの回
転中心近傍に洗浄液が遠心力で除去されず滞留し、ウエ
ハ中心部の汚れが十分に除去できないことがあった。

【００１１】こうした問題は、直径１０インチ以上の半
導体ウエハや対角１２インチ以上のガラス基板等、大口
径基板において顕著な問題である。

【００１２】また、従来のスピン洗浄装置は超音波を使
用したバッチ式洗浄装置と比較して、粒子状の汚れを除
去する能力が不十分であった。このことは、粒子状の汚
れの除去には基板表面に接触している水分子の運動が寄
与していることから以下のように説明することが可能で
ある。

【００１３】バッチ式の超音波洗浄の場合、洗浄液は液
面を除いて洗浄槽の壁に接しており、一方向からの超音
波の照射により、洗浄槽内の全体に定在波が発生する。
超音波の波長は周波数が１ＭＨｚ前後の場合で数ｍｍ程
度であり、槽内でウエハをｃｍ単位で移動することでウ
エハ全体に効果をおよぼすことができる。

【００１４】一方スピン洗浄の場合は、運動によるウエ
ハと液の移動距離がバッチ式と比べて大きく、効率よく
粒子状汚染を除去できる特徴を潜在的に持っている。し
かしながら高速で回転するためにはウエハの中心を通る
軸を中心として１枚ずつ回転させる必要がある。したが
って、ウエハの中心付近はウエハの運動量が小さくなっ
てしまい、粒子除去性能が低下してしまう。

【００１５】この問題を解決するために、ノズル型の超
音波発生装置が開発されており、これを使用することで
水分子の運動を増加させ、ウエハの中心部の洗浄効率も
向上することができる。しかしながら、この場合ノズル
の外の洗浄液は雰囲気気体との自由界面と接しており、
超音波は急激に減衰してしまう。このためウエハ全体を
洗浄するためにはノズルの位置を走査しなければならな
い。その結果、ウエハ口径が大きくなると走査に要する
時間も長くなり、処理時間や洗浄液の消費量がバッチ式
に対して有利でなくなってしまう。

【００１６】本発明は、上述した技術的課題に鑑みなさ
れたものであり、洗浄液の消費量が少ない洗浄方法及び
洗浄装置を提供することを目的とする。

【００１７】本発明の他の目的は、洗浄効率の良いスピ
ン洗浄方法とスピン洗浄装置を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明のスピン洗浄方法
は、洗浄漕内に洗浄すべき基板を回転可能に保持する手
段と、洗浄液を供給するノズルとを有するスピン洗浄装
置を用いて、該基板を回転させるとともに該洗浄液を該
基板の表面に供給して洗浄を行うスピン洗浄方法におい
て、該洗浄液の噴出方向と該基板の回転方向を対向させ
て洗浄することを特徴とする。

【００１９】本発明のスピン洗浄装置は、洗浄漕内に洗
浄すべき基板を回転可能に保持する手段と、洗浄液を供
給するノズルとを有するスピン洗浄装置において、該洗
浄液の噴出方向と該基板の回転方向とが対向するように
該ノズルを配置したことを特徴とする。

【００２０】

【作用】本発明では、洗浄液の噴出方向と基板の回転方
向を対向させることで、噴出した液が基板に到達する位
置での洗浄液分子と基板表面上の点の運動の相対速度を
大きくすることができ、粒子状汚染に対してより大きい
エネルギーを与えることができる。

【００２１】これにより、基板表面からの脱離に必要な
エネルギーのより大きい粒子汚染まで除去が可能とな
る。また、洗浄液の基板に対する相対速度が大きくなる
ことから、基板表面の液のよどみ層が薄くなり、より小
さい径の粒子状汚染に対して有効となる。

【００２２】このことから、洗浄時間を短縮することが
でき、高いスループットで半導体デバイスを生産するこ
とが出きる。また、それに伴い、使用する洗浄液の量を
低減することができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の好適な実施の形
態によるスピン洗浄装置を示している。

【００２４】２はシリコンウエハのような基板ＳＵＢを
矢印方向に回転可能に保持する基板ホルダーである。こ
の基板ホルダーの回転軸はモーター４により回転駆動さ
れる。５は洗浄液を噴出する為のノズルであり、管状を
なしておりその先端に洗浄液を噴出用の開口がある。洗
浄液は洗浄液タンク８に貯留されており、供給ポンプ７
によりノズル５側に供給される。９は弁であり、所定の
タイミンクで開閉する。１０は制御装置であり、洗浄液
の噴出タイミングと基板の回転のタイミングを制御す
る。図１では洗浄漕の図示を省略している。

【００２５】図２は、図１に示したスピン洗浄装置の平
面図（Ｂ）及び（Ｂ）におけるＸ−Ｘ断面図（Ａ）であ
る。

【００２６】これらの図を見ればわかるように、洗浄液
の噴出方向と該基板の回転方向が対向するようにノズル
５を基板の表面に対して鋭角θをなすように斜めに配置
されている。もちろんノズル５を斜めにすることが本質
ではなく、洗浄液が図２に示すように基板表面に斜めに
当たることが重要であるから、ノズル５の角度はその為
の一手段に過ぎない。

【００２７】又、図２に示すようにノズルが一本の場合
には、その開口６から噴出した洗浄液が図３の点ｍ２，
ｍ３を結ぶ直径を境にして右側半分の位置において基板
表面に当たるようにしなければならない。より好ましく
は、図示した実施の形態のように、点ｏと点ｍ４と点ｍ
５とによる扇形の中に洗浄液が当たるようにする。更に
好ましくは、点ｏと点ｍ１とを結ぶ線上に洗浄液の到達
点を位置させるとよい。

【００２８】図５は、本発明による作用を説明する為の
図である。ノズル５の開口６から噴出した洗浄液の速度
ベクトルをａ，洗浄液の基板上への到達点における基板
の速度ベクトルをｂとする。

【００２９】速度ベクトルａと速度ベクトルｂとのなす
角度δとすると、これらの内積は、ａ・ｂ＝｜ａ｜｜ｂ｜ｃｏｓδ となる。

【００３０】ａ・ｂ＝｜ａ｜｜ｂ｜ｃｏｓδ＜０とすると、ｃｏｓδ＜０である。

【００３１】つまり角度θ（＝１８０°−δ）が鋭角に
なるので、洗浄液が基板の表面上の異物に対して対向し
て噴射されるので、その異物が除去しやすくなる。

【００３２】図６は、本発明の別の実施の形態を示して
いる。図１、図５で示した装置と異なる点は、ノズル５
の形状である。この形態では、ノズルは図１同様管状で
あるが、その管の側面に複数の開口が直線状に水平方向
に並んでいる点である。この構成により洗浄液は、回転
中心ｏと点ｍ１を結ぶ線上に同時に洗浄液が噴射され
る。

【００３３】図７は、本発明の更に別の実施の形態を示
している。図６で示した装置と異なる点は、やはりノズ
ルの形状である。この形態では、ノズルは、平板状をな
すとともに開口が水平方向に長い形状をなしている点で
ある。この構成により洗浄液は，回転中心ｏと点ｍ１を
結ぶ線上に同時に洗浄液が噴射される。

【００３４】又、本発明においては、必要に応じて波長
０．６Å〜６Åの軟Ｘ線を照射する軟Ｘ線照射除電装置
を用いて、基板表面に軟Ｘ線を照射して基板その他の物
への帯電を防止することが望ましい。

【００３５】更には、ノズルに超音波振動装置を付加し
て、８０〜１００ｋＨｚのメガソニック洗浄を行うこと
を好ましいである。

【００３６】次に洗浄方法について説明する。

【００３７】まず、四角形のガラス基板や石英基板ある
いは円形のシリコンウエハなどを洗浄槽内の基板ホルダ
ー上に固定する。

【００３８】必要に応じて、洗浄槽内を減圧して、高純
度窒素を供給して槽内をパージする。

【００３９】基板を回転させて、洗浄液をノズルより噴
射する。このときの回転速度は１０００ＲＰＭ〜５００
０ＲＰＭ、より好ましくは１５００〜３０００ＲＰＭで
ある。

【００４０】必要に応じて乾燥窒素を洗浄した基板に吹
きつけ基板を乾燥させる。

【００４１】本発明に用いられる洗浄液としては、純
水、超純水、オゾン添加超純水、フッ化水素酸、過酸化
水素、水酸化アンモニウム、硫酸、塩酸、イソプロピル
アルコール等から選択された少なくとも１つや、これら
から選択される少なくとも２つの混合液が挙げられる。

【００４２】又、いくつかの洗浄液による洗浄工程を時
系列に行ってもよい。

【００４３】洗浄液の供給量は４００から１５００ｃｃ
／秒とすることが好ましい。この工程は３０秒程度であ
る。

【００４４】本発明に用いられる洗浄液としては、オゾ
ンを添加した純水、フッ酸と過酸化水素と純水の混合
液、フッ酸と過酸化水素と界面活性剤と純水の混合液、
希フッ酸、アンモニアと過酸化水素と純水の混合液など
がある。更には、メガソニック振動を与えることも好ま
しいものである。

【００４５】より好ましくは、オゾン添加純水、フッ
酸、過酸化水素、界面活性剤、水を用意して、オゾン添
加純水での洗浄工程と、フッ酸と過酸化水素と界面活性
剤を含む水での洗浄工程と、オゾン添加純水での洗浄工
程と、希釈フッ酸での洗浄工程と、純水での洗浄工程と
を順次行えるようにするとよい。この洗浄方法は、室温
であっても効果的であり、従来のＲＣＡ洗浄のように８
０〜９０℃に加熱する必要がない。

【００４６】

【実施例】

（実施例１）本実施例は、図１に示したスピン洗浄装置
を用いてシリコンウエハを洗浄した実施例である。

【００４７】洗浄装置内を減圧した後、Ｎ₂ガスを導入
した。Ｎ₂ガス雰囲気中でウエハを回転させながら軟Ｘ
線を照射した。

【００４８】ノズルから５ｐｐｍのオゾンを添加した超
純水を噴射させた。次に、ＨＦ０．５重量％とＨ₂Ｏ
₂０．５重量％の純水に界面活性剤を５０ｐｐｍ添加し
た液を噴射させ、メガソニック洗浄を行った。続いて、
オゾン添加超純水によるメガソニック洗浄を行い、その
後、ＨＦ０．１％水溶液を噴射してから、超純水を噴射
させた。

【００４９】この時の回転数は２５００ＲＰＭであり、
ノズル角度θは４５°とした。

【００５０】（実施例２）本実施例は図１に示したスピ
ン洗浄装置を用いて酸化シリコン膜の成膜を行った直後
の６インチウエハを洗浄する実験例である。

【００５１】ウエハを保持具２上に保持し、洗浄槽を密
閉した後、窒素ガスを槽内に導入し導入し、洗浄槽内を
窒素ガスでパージした。ウエハを１５００〜３０００ｒ
ｐｍで回転させながら、薬液ノズル５を介してウエハＳ
ＵＢの上に滴下した。オゾンを超純水に２〜５ｐｐｍ添
加した液を滴下した。つぎにフッ化水素酸と過酸化水素
と界面活性剤と超純水を０．０１：０．０３：１の比で
混合したものに界面活性剤を４０〜６０ｐｐｍ添加した
液を滴下した。揃いて超純水にオゾンを２〜５ｐｐｍ添
加した液、フッ酸と超純水を０．０１：１の比で混合し
た液を順次滴下した。上記の液の供給流量は３００〜１
５００ｃｃ／ｍｉｎとし、それぞれの液の供給時間は１
５秒から６０秒とした。ノズルとウエハの角度（図２の
θ）は４５°とした。洗浄液の供給位置は図２のｏとｍ
１を結ぶ線上とし、中心から５０ｍｍの範囲を周期５秒
で往復運動させた。

【００５２】このような洗浄処理の結果を図３に示す。
図３には、比較としてアンモニア、過酸化水素水洗浄
（ＡＰＭ）の洗浄結果を併記する。この結果より、微粒
子状の汚染を高い効率で除去することができ、半導体デ
バイスを構成する上で致命的となる欠陥の数を減らすこ
とができた。

【００５３】（実施例３）本実施例は図１に示したスピ
ン洗浄装置を用いて液晶ディスプレイ用１２インチガラ
ス基板である＃１７３７（コーニング社製）を洗浄する
実施例である。前述の実施例１と同様の処理を行ったと
ころ、酸化シリコン膜上の洗浄結果と同様な結果が得ら
れた（図４）。ただし、基板の回転速度は８００〜２０
００ｒｐｍ、洗浄液の供給量は５００〜２０００ｃｃ／
ｍｉｎ、各液の供給時間は１５秒から９０秒とした。ノ
ズルとウエハの角度は４５°、ノズルの往復運動の距離
は１５ｃｍ、周期は５〜１５秒とした。基板に＃１７３
７以外の基板を用いても同様な効果を得ることができ
た。

【００５４】（実施例４）本実施例では、ノズルとして
図６、図７に示すものをそれぞれ用いた。他の条件は実
施例３と同様とした。

【００５５】図６に示すノズルを用いた場合は、実施例
３の場合よりも洗浄効果は高かった。また、図７に示す
ノズルを用いた場合は図６の場合よりも良好な洗浄効果
が達成された。

【００５６】（実施例５）本実施例では、図６に示すノ
ズルを用いるとともに、ノズル５の周囲に超音波を発生
させるための超音波振動素子を取り付けた。周波数９５
０ｋＨｚの周波数をノズル内の洗浄液に付与した。

【００５７】他の点は実施例２と同様とした。

【００５８】本実施例では、実施例４において図７に示
すノズルを用いた場合よりもさらに良好な洗浄効果が得
られた。

【００５９】（比較例）本例では、図２に示す装置を用
いた。ただ、基板ＳＵＢの回転方向を図２の矢印に示す
向きとは反対方向とした。すなわち、洗浄液の噴出方向
と、基板の回転方向とを同方向とした。

【００６０】本例では、実施例２の場合の約半分程度の
洗浄効果を示したにすぎなかった。

【００６１】（実施例７）本例では、噴出する洗浄液の
速度ベクトルと基板の洗浄位置の速度ベクトルとの内積
が正となるように設定した。すなわち、図２において、
θを３０度に設定した。

【００６２】他の点は、実施例２と同様とした。

【００６３】

【発明の効果】本発明によれば、洗浄液の消費量が少な
く、かつ、洗浄効率が従来より高い洗浄方法及び洗浄装
置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例に係る洗浄装置を示す概念図である。

【図２】図１に示す洗浄装置の基板保持部材を示す図で
あり、（Ｂ）は平面図であり、（Ａ）は（Ｂ）における
ＸーＸ断面図である。

【図３】実施例３における洗浄効果を示すグラフであ
る。

【図４】実施例４における洗浄結果を示すグラフであ
る。

【図５】洗浄装置のノズルの配置例を示す概念図であ
る。

【図６】洗浄装置のノズルの変形例を示す概念図であ
る。

【図７】洗浄装置のノズルの他の変形例を示す概念図で
ある。

【図８】従来例の洗浄装置を示す概念図である。

【符号の説明】

２基板ホルダー、４モーター、５ノズル、６開口、７ポンプ、８洗浄液タンク、９弁、１０制御装置、８１洗浄槽、９０本体、８９密閉用フード、８２薬液ノズル、８３基板（Ｓｉウエハ）、８４基板保持部材（ウエハチャック）、８５排気・排液口、８６Ｎ₂ガス導入口、８７回転モータ、８８ノズル、９１活性ガス導入管、９３加熱手段９２水素活性種生成手段、９４ＡｒガスとＨ₂ガスの混合器、９５混合ガス配管、９６Ａｒガス配管、９７Ｈ₂ガス配管。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】洗浄漕内に洗浄すべき基板を回転可能に
保持する手段と、洗浄液を供給するノズルとを有するス
ピン洗浄装置を用いて、該基板を回転させるとともに該
洗浄液を該基板の表面に供給して洗浄を行うスピン洗浄
方法において、該洗浄液の噴出方向と該基板の回転方向を対向させて洗
浄することを特徴とするスピン洗浄方法。
【請求項２】噴出する洗浄液の速度ベクトルと該基板
の洗浄位置の速度ベクトルの内積が負である請求項１に
記載のスピン洗浄方法。
【請求項３】オゾン添加純水での洗浄工程と、フッ酸
と過酸化水素と界面活性剤を含む水での洗浄工程と、希
釈フッ酸での洗浄工程と、純水での洗浄工程とを含む請
求項１に記載のスピン洗浄方法。
【請求項４】洗浄漕内に洗浄すべき基板を回転可能に
保持する手段と、洗浄液を供給するノズルとを有するス
ピン洗浄装置において、該洗浄液の噴出方向と該基板の回転方向とが対向するよ
うに該ノズルを配置したことを特徴とするスピン洗浄装
置。
【請求項５】該ノズルには、洗浄液を噴出する開口が
複数直線状に配列して設けられていることを特徴とする
請求項１に記載のスピン洗浄装置。
【請求項６】該ノズルには洗浄液を噴出する細長い開
口が設けられている請求項１に記載のスピン洗浄装置。
【請求項７】該洗浄液に振動を与える振動子が設けら
れている請求項１に記載のスピン洗浄装置。