JPH09270412A

JPH09270412A - 洗浄装置及び洗浄方法

Info

Publication number: JPH09270412A
Application number: JP7904196A
Authority: JP
Inventors: 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】サブミクロンオーダーの微細加工が必要な半
導体デバイスの作製工程に適した洗浄方法とその為の装
置を提供すること。基板であるウエハと基板保持部材で
あるチャックとの接触部による洗浄液のはね返りや逆流
により汚染物等の異物をウエハ表面上に残さない洗浄方
法とその為の装置を提供すること。【解決手段】洗浄室内において基板を保持するための
基板保持部材と、該基板を回転させる回転手段と、該基
板上に洗浄液を滴下する為のノズルと、を有する基板の
洗浄装置において、該基板保持部材の該基板の側面と接
触部分に吸引口が設けられていることを特徴とする。回
転する基板上に洗浄液を供給して該基板を洗浄する洗浄
方法において、該基板を保持する部分から吸引を行いな
がら該基板を回転させるとともに該洗浄液を供給するこ
とを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロプロセッ
サー、フラッシュメモリー、ＤＲＡＭ、ＣＣＤ等の半導
体デバイスやＬＣＤ等の液晶デバイスを作製する工程に
おいて、デバイス作製用の基板（ウエハ）を洗浄する為
の洗浄装置及び洗浄方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、洗浄装置としては、特開平７−５
８０７６号公報に記載されたものが知られている。図５
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。

【０００３】図５において、１は洗浄槽であり、本体１
０と密閉用フード９とに分割できる構成となっている。
２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、３は基板（Ｓｉウエハ）、４は基板保持部
材（ウエハチャック）、５は排気・排液口、６はＮ₂ガ
ス導入口、７は回転モータ、８は移動しながらウエハ裏
面を洗浄するノズル、１１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、１２は、加熱手段１３を
設けた水素活性種生成手段、１４はＡｒガスとＨ₂ガス
の混合器、１５は混合ガス配管、１６，１７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。

【０００４】なお、水素活性種生成手段１２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１３で３５０℃に加熱す
る。また、活性ガス導入管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％とした。

【０００５】図５のウエハ洗浄装置を用いた洗浄方法に
ついて述べる。

【０００６】Ｎ₂導入口６からＮ₂ガスを導入しておき、
ウエハ３をチャック４にセットして密閉用フードを閉め
る。１５００ｒｐｍでウエハ３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３の表面に超純
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
合ガス配管１５から水素活性種を含む混合ガスをウエハ
３に吹き付けながら、ウエハ３を１５００ｒｐｍで回転
させて乾燥する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
装置を用いて洗浄を行っても０．２５μｍ程の微細加工
が必要な半導体集積回路の洗浄としては充分とは言えな
い点もあった。

【０００８】本発明者らの実験に基づく知見によれば、
ウエハを保持するウエハチャックの構成を改善すべきこ
とが判明したのである。

【０００９】図６は洗浄時のウエハの保持の様子を示し
ている。

【００１０】まず、Ａのようにチャック４を開いてウエ
ハ３を所定の位置に配した後、Ｂのようにチャック４を
閉じてウエハ３を固定する。

【００１１】こうしてウエハ３をチャックと共に回転さ
せると洗浄液はウエハの中心から外周にむけて流れて移
動するのであるが、その一部がウエハ３の端部とチャッ
ク４との接触部４Ａに当たってウエハ３の表面上に逆流
し、端部近傍に残留することがある。

【００１２】こうした残留物は、その後の半導体デバイ
スの作製工程において、ピンホールや膜はがれの原因と
なりデバイス作製の歩留まりを低下させる。

【００１３】こうした点は１．０〜５．０μｍ程の加工
精度では問題にならなかったが、上述したとおり、サブ
ミクロンオーダー特に０．３５μｍ以下の加工精度が必
要な作製工程においては、歩留りに大きな影響を与えて
しまう。

【００１４】又、１２インチウエハのような１０インチ
以上の直径を有する大口径半導体基板や対角１２インチ
以上のガラス基板のような大面積基板においては特に問
題となる。

【００１５】本発明は上述した課題を解決し、クォータ
ーミクロンオーダーの微細加工が必要な半導体デバイス
の作製工程に適した洗浄方法とその為の装置を提供する
ことを目的とする。

【００１６】本発明の別の目的は、基板であるウエハと
基板保持部材であるチャックとの接触部による洗浄液の
はね返りや逆流により汚染物等の異物をウエハ表面上に
残さない洗浄方法とその為の装置を提供することにあ
る。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の洗浄装置は、洗
浄室内において基板を保持するための基板保持部材と、
該基板を回転させる回転手段と、該基板上に洗浄液を滴
下する為のノズルと、を有する基板の洗浄装置におい
て、該基板保持部材の該基板の側面と接触部分に吸引口
が設けられていることを特徴とする。

【００１８】本発明の洗浄方法は、回転する基板上に洗
浄液を供給して該基板を洗浄する洗浄方法において、該
基板を保持する部分から吸引を行いながら該基板を回転
させるとともに該洗浄液を供給することを特徴とする。

【００１９】

【作用】本発明によれば、基板保持部材の基板側面と接
触する部分に吸引口を設けたことにより、従来は、基板
側面と基板保持部材との接触部によって生じていたはね
返りを生じることがなくなり、流れてきた物質を吸引除
去することができ、洗浄後においても基板端近傍に異物
が付着し残留することがない。これにより、成膜、フォ
トリソグラフィー、エッチングといった装置内に異物を
もち込む確率が低くなり、半導体デバイスの作製歩留り
を向上させられる。

【００２０】従って、直径１０インチ以上の大口径ウエ
ハや対角１２インチ以上のガラス基板の洗浄が良好に行
える。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１は本発明の好適な実施の形態
例を示している。

【００２２】１は洗浄槽であり、本体１０と密閉用フー
ド９とに分割できる構成となっている。２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、３
は基板（Ｓｉウエハ）、４は基板保持部材（ウエハチャ
ック）、５は排気・排液口、６はＮ₂ガス導入口、７は
回転モータ、８は移動しながらウエハ裏面を洗浄するノ
ズル、１１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、１２は、加熱手段１３を設けた水素活性
種生成手段、１４はＡｒガスとＨ₂ガスの混合器、１５
は混合ガス配管、１６，１７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。

【００２３】図５に示した例との相違点は符号ＥＬＡに
示すように、基板保持部材としてのチャック４自体が吸
引口２４を有している点である。

【００２４】そして、チャック４自身は、吸引口２４と
吸収手段であるポンプとを連通させる為に、中空部を内
部に有している。

【００２５】図１に示す例では、ウエハ３を回転させな
がら吸引を行う。

【００２６】このようにかかる実施の形態によれば、基
板の端部を吸引することにより、端部における洗浄液の
はね返りを防止しウエハ上に異物を残留させることな
く、異物を洗浄により排除することができる。

【００２７】本発明においては、次のように構成しても
よい。本発明においては、次の工程にウエハ上の残留物
をもち込まないことを目的とすることから、吸引は洗浄
工程期間中終始行われる必要はない。例えば、終了直前
の所定期間のみなされてもよい。

【００２８】又、図１中の符号２１に示すように基板で
あるウエハ３その他の静電気による帯電を除電する除電
装置を必要に応じて設けることもできる。除電装置２１
としては紫外線照射除電装置や波長０．６Å〜６Å程の
範囲の軟Ｘ線を発生照射する除電装置がある。

【００２９】後者は短時間で除電が行え、Ｎ₂のような
不活性ガス中での除電能力に優れ、最大照射角が１１０
°である為本発明に好適に用いられる。除電装置は基板
表面に対して斜めに光線を照射するように配置され、基
板の回転（洗浄）と共に照射がなされるようにするとよ
い。

【００３０】図２は、図１に示したチャック４及び回転
装置及び吸引装置の構成を示す。

【００３１】ＵＰはウエハ３を保持するチャック４を有
する部分であり、ここまでが洗浄槽内に配される。この
例では、ウエハ３と当接するピンが３つ用いられている
が、この数に特に制限はない。

【００３２】ＭＰは、回転装置となる部分を示してお
り、中空の回転軸３１の外周にはギア３２が設けられ不
図示のモーターからの駆動力がギア３３に伝達されて回
転軸３１を回転させる。

【００３３】ここでは、回転軸３１と不図示のモーター
の回転軸を別にして、ギアによる駆動力伝達方式を図示
して述べたが、回転軸３１に磁石又は電磁石を付設し
て、軸３１をモーターの回転軸とするダイレクトドライ
ブ方式としてもよい。

【００３４】ＬＰは、回転軸３１が回転しながら内部の
中空管内を減圧にし得る減圧装置（吸引装置）を示して
いる。

【００３５】回転軸３１は内部と連通する連通口３４を
複数有している。３５はベアリング３６はスペーサ、３
７はシール部材であり、回転軸３１と、その外周にある
軸受本体３８の内部とを気密に封止する。こうして、内
部空間ＳＰ１は外部雰囲気から遮蔽されている一方で回
転軸３１は回転可能になっている。

【００３６】３９は回転軸の上下動を規制するストッパ
ー、４０は吸引ポンプに連結される吸引ノズルである。
勿論、ベアリング３５、スペーサ３６、シール部材３
７、軸受本体３８等の形状や部材は使用する洗浄液等に
応じて周知の形状や材料の中から適宜選択される。

【００３７】図３において、６０１は、シリコンウエハ
を枚葉毎に各半導体製造装置に自動搬送する窒素雰囲気
のトンネルである（以後窒素トンネルと言う）。６０２
は、搬送されるシリコンウエハである。例えば６０３
は、反応性イオンエッチング装置であり、６０４は、プ
ラズマ成膜装置である。６０５は、複数の処理槽と前記
処理槽にシリコンウエハを搬送する手段を有したクラス
ター方式の半導体製造装置である。６０６は例えばステ
ッパのような露光装置であり、６０７はイオン打ち込み
装置である。６０８は、図１に示した洗浄装置である。
また、６０９，６１０，６１１，６１２はゴミ除去装置
である。６１３は、シリコンウエハを各処理槽に搬送す
る為の手段を有した真空槽である。６１５，６１６，６
１７は、例えばシリコンウエハを処理する為のドライ・
エッチング処理槽、熱分解成膜処理槽、スパッタ成膜処
理槽等の真空槽である。各槽及び窒素トンネルは、例え
ば真空融解したＳＵＳ３１６でできており、その内面
は、鏡面研磨し、かつＣｒ₂Ｏ₃膜で不動態化処理されて
おり放出ガス及び水分の吸着が極めて少ない表面に成っ
ている。さらに本処理槽に用いる高圧ガスの水分濃度
は、１０〜１００ｐｐｂである。これにより本各真空槽
の及び窒素トンネルの水分濃度は、高々１０ｐｐｍ以下
に保たれている。

【００３８】本例の大きな効果は、例えばシリコンウエ
ハを大気成分や製造作業者から窒素トンネルにより隔離
し、また処理槽で付着したゴミを本発明のゴミ除去装置
で除去することにより、例えば製造作業者から発塵する
ゴミ（例えばクリーンルームで、防塵服を着用した作業
者に付着しているゴミが、作業中に防塵服の袖口や襟口
から空気の噴出に伴い、ウエハに付着する）や、反応処
理槽でウエハに付着したゴミを本発明のゴミ除去装置で
除去して次工程の処理槽にウエハを搬送する一貫した半
導体製造ラインを提供することにより得られ、従来の大
きなクリーンルームのスペースを初めて不要とした。ま
た、半導体製造工程の各々において、例えば汚染のゴミ
が重金属の場合（例えば、ドライエッチングの場合、反
応処理槽で形成されたイオンが処理槽の金属壁をスパッ
タすることによる金属汚染）、本発明のゴミ除去装置を
一貫したラインに組み込み、付着したゴミを除去するこ
とにより、シリコン上に形成されたＭＯＳトランジスタ
のゲート破壊の防止及びトランジスタ接合部のリーク電
流増加の防止等の効果が得られ、また汚染のゴミがアル
カリ性イオンの場合には、トランジスタの閾値の変化等
のトランジスタ特性悪化の防止等に効果がある。

【００３９】また、ウエハは窒素トンネル中を搬送され
るため、大気の酸素ガスと接することがなく、例えば配
線アルミニウムのドライエッチングにおいては、アルミ
ニウム表面が酸化されないため、三塩化ほう素ガスによ
るアルミニウム表面の酸化膜除去やアルゴンイオン照射
によるスパッタ除去等の工程を省くことが初めて可能と
なり、塩素ガスによるシンプルなアルミニウムのドライ
エッチング工程と酸化膜の影響によるアルミエッチング
速度の変動の抑制を初めて可能とした。

【００４０】これにより、処理槽及び搬送で生じるゴミ
の影響を最小限にできる半導体製造ラインが達成でき
た。本発明に於いて、処理中に付着したゴミを次工程処
理槽に、持ち込まないことが重要であり、その目的を満
足するものであれば、洗浄装置、ゴミ除去装置を前記半
導体製造ラインのどの位置に設置しても良い。

【００４１】水素終端化したシリコンは、微粒子汚染に
対して耐性が強い。つまり、微粒子の付着が起こりにく
くなり、半導体製造工程におけるシリコンウエハの裏面
汚染からのクロスコンタミネーション、及び搬送装置か
らのウエハ裏面への再付着を防止できる。

【００４２】その結果、微粒子による汚染の減少によ
り、半導体生産工程において歩留まりが向上し、製品の
コストダウンを可能にする。いかなる材料から成るゴミ
に於いても、基体表面上に付着したゴミを、基体表面上
から気相で除去できる。本発明は、従来実用面で困難で
あったドライ処理による気相中でのゴミ除去の手段を初
めて提供し、このドライ化により、半導体等の製造装置
および半導体等の製造ラインのゴミ除去工程の自動化、
インライン化が初めて可能になり、製造歩留まりを飛躍
的に高めることができる。

【００４３】本発明に用いられる洗浄液としては、例え
ば、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
ピルアルコールあるいは、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。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。又、必要に応
じて界面活性剤を添加したり、超音波振動を付与しても
よい。

【００４４】好ましくは、純水とイソプロピルアルコー
ルとを用いて洗浄した後、窒素のようなガスを吹きつけ
て乾燥させる方法が望ましい。

【００４５】別の方法としては、オゾン添加超純水によ
るスピン洗浄、ＨＦとＨ₂Ｏ₂によるスピン洗浄、ＨＮ₄
ＯＨとＨ₂Ｏ₂とによるスピン洗浄、ＨＦとＨ₂Ｏ₂による
スピン洗浄、超純水によるスピン洗浄をこの順で行うこ
とも好ましい。又、より好ましくは、オゾン添加超純水
によるスピン洗浄、ＨＦとＨ₂Ｏ₂と界面活性剤を含む水
溶液によるスピン洗浄、オゾン添加超純水によるスピン
洗浄、ＨＦによるスピン洗浄、超純水によるスピン洗浄
をこの順で行うことも好ましい。

【００４６】

【実施例】

（実施例１）図１の装置を用いて１２インチウエハの洗
浄を行う実施例について述べる。

【００４７】排気・排液口に接続された減圧ポンプを作
動させて洗浄槽を減圧した後、ノズル６から窒素ガスを
導入するとともにノズルから水素活性種を導入した。

【００４８】一方、ウエハ３を１５００〜３０００ｒｐ
ｍで回転させながら液液ノズル２を介してウエハ３の表
面に２〜１０ｐｐｍのオゾンを添加した超純水を滴下し
た。そして、フッ化水素酸と過酸化水素と超純水を０．
０３：１：２の比で混合し、界面活性剤を微量添加した
液を滴下した。続いて水酸化アンモニウムと過酸化水素
水と超純水を０．０５：１：５の比で混合した液を滴下
した。更にフッ化水素酸と過酸化水素と超純水とを上記
と同じ混合比で混合した液を滴下し、最後に超純水を滴
下した。こうして、スピン洗浄を行った。

【００４９】次に、水素活性種をウエハ表面に吹き付け
ながらウエハを１５００ｒｐｍで回転させて乾燥させ
た。

【００５０】こうして得られたウエハの表面に酸化シリ
コン膜を形成し絶縁耐圧を測定したところ良好な絶縁耐
圧を示した。

【００５１】また、図５に示す従来装置で洗浄を行った
ものとの比較を行ったところ、図４に示す通り（図４に
おいてＡＭＰが図５の装置を用いて洗浄した結果であ
る）、本実施例の場合は、０．３μｍ以下の粒子も含め
全ての粒径について残留粒子数が減少している。

【００５２】（実施例２）実施例１と同じ洗浄工程によ
る洗浄時に軟Ｘ線を照射した。

【００５３】こうして得られたウエハの表面に酸化シリ
コン膜を形成し絶縁耐圧を測定したところ、実施例１よ
りも優れた結果が得られた。

【００５４】（実施例３）排気・排液口に接続された減
圧ポンプを作動させ洗浄槽を減圧した後、ノズル６から
窒素ガスを導入した。一方ウエハ３を１５００から３０
００ｒｐｍで回転させながら薬液ノズル２を介してウエ
ハ３の表面に２〜１０ｐｐｍのオゾンを添加した超純水
を滴下した。引き続いて水酸化アンモニウムと過酸化水
素と超純水を２：１：５の比で混合した液、フッ化水素
酸と超純水を０．０１：１の比で混合した液を順次滴下
し、最後にイソプロピルアルコールと超純水を１：５の
比で混合した液を滴下し、窒素ガスを吹き付けて液の供
給を停止し乾燥した。こうして得られたウエハ表面はフ
ッ化水素酸の残留や、乾燥時のシリコン基板からの溶出
によるウォーターマーク等がなく、清浄であった。

【００５５】（実施例４）洗浄槽を減圧して、ノズルか
ら窒素ガスを導入した。

【００５６】ウエハ３を１５００〜３０００ｒｐｍで回
転させながら液液ノズル２を介してウエハ３の表面に２
〜１０ｐｐｍのオゾンを添加した超純水を滴下した。そ
して、フッ化水素酸０．５重量％と過酸化水素０．５重
量％との水溶液に非イオン系の界面活性剤を５０ｐｐｍ
添加した液を滴下した。続いて水酸化アンモニウムと過
酸化水素水と超純水を０．０５：１：５の比で混合した
液を滴下した。更にフッ化水素酸と過酸化水素と超純水
とを上記と同じ混合比で混合した液を滴下し、最後に超
純水を滴下した。こうして、スピン洗浄を行った。

【００５７】次に、水素活性種をウエハ表面に吹き付け
ながらウエハを１５００ｒｐｍで回転させて乾燥させ
た。

【００５８】こうして得られたウエハの表面に酸化シリ
コン膜を形成し絶縁耐圧を測定したところ良好な絶縁耐
圧を示した。

【００５９】また、図５に示す従来装置で洗浄を行った
ものとの比較を行ったところ、図４に示す通り（図４に
おいてＡＭＰが図５の装置を用いて洗浄した結果であ
る）、本実施例の場合は、０．３μｍ以下の粒子も含め
全ての粒径について残留粒子数が減少している。

【００６０】（実施例５）実施例４と同じ洗浄工程によ
る洗浄時に軟Ｘ線を照射した。

【００６１】こうして得られたウエハの表面に酸化シリ
コン膜を形成し絶縁耐圧を測定したところ、実施例１よ
りも優れた結果が得られた。

【００６２】

【発明の効果】本発明は上述した課題を解決し、サブミ
クロンオーダーの微細加工が必要な半導体デバイスの作
製工程に適した洗浄方法とその為の装置を提供すること
を目的とする。

【００６３】本発明の別の目的は、基板であるウエハと
基板保持部材であるチャックとの接触部による洗浄液の
はね返りや逆流により汚染物等の異物をウエハ表面上に
残さない洗浄方法とその為の装置を提供することにあ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態例を示す洗浄装置の概念図である。

【図２】図１に示す基板保持部材を示す図である。

【図３】洗浄装置の配置例を示すレイアウト図である。

【図４】実施例１における洗浄結果を示すグラフであ
る。

【図５】従来例の洗浄装置を示す概念図である。

【図６】図５の基板保持部材を示す図である。

【符号の説明】

１洗浄槽、２薬液ノズル、３基板（Ｓｉウエハ）、４基板保持部材（ウエハチャック）、５排気・排液口、６Ｎ₂ガス導入口、７回転モータ、８ノズル、９密閉用フード、１０本体、１１活性ガス導入管、１２水素活性種生成手段、１３加熱手段、１４ＡｒガスとＨ₂ガスの混合器、１５混合ガス配管、１６Ａｒガス配管、１７Ｈ₂ガス配管、２１除電装置、２４吸引口、３１回転軸、３２、３３ギア、３４連通口、３５ベアリング３６スペーサ、３７シール部材、３８軸受本体、３９ストッパー、４０吸引ノズル、６０１窒素雰囲気のトンネル、６０２シリコンウエハ、６０３反応性イオンエッチング装置、６０４プラズマ成膜装置、６０５クラスター方式の半導体製造装置、６０６ステッパ、６０７イオン打ち込み装置、６０８洗浄装置、６０９，６１０，６１１，６１２ゴミ除去装置、６１３真空槽、６１５，６１６，６１７真空槽。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】洗浄室内において基板を保持するための
基板保持部材と、該基板を回転させる回転手段と、該基
板上に洗浄液を供給する為のノズルと、を有する基板の
洗浄装置において、該基板保持部材の該基板の側面と接触部分近傍に吸引口
が設けられていることを特徴とする洗浄装置。
【請求項２】回転する基板上に洗浄液を供給して該基
板を洗浄する洗浄方法において、該基板を保持する部分から吸引を行いながら該基板を回
転させるとともに該洗浄液を供給することを特徴とする
洗浄方法。
【請求項３】該洗浄液として、純水及びイソプロピル
アルコールを用い、該洗浄後窒素ガスを該基板に吹きつ
けることを特徴とする請求項２記載の洗浄方法。
【請求項４】該洗浄液として、フッ化水素と過酸化水
素と界面活性剤とを用いることを特徴とする請求項２記
載の洗浄方法。