JPH09321016A

JPH09321016A - ウエーハの洗浄装置及びその装置を用いる洗浄方法

Info

Publication number: JPH09321016A
Application number: JP13690596A
Authority: JP
Inventors: Shigekazu Mizouchi; 重和溝内; Takashi Ochiai; 崇落合
Original assignee: Sumitomo Sitix Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1996-05-30
Filing date: 1996-05-30
Publication date: 1997-12-12

Abstract

(57)【要約】【目的】微粒子及び不純物汚染の少ない洗浄を安価な設
備で実現するための装置を得ること。また、ウエーハ表
面の微粒子を除去し、金属不純物汚染を検出下限以下の
レベルまで低減させることが可能な洗浄方法を得るこ
と。【構成】洗浄槽にシリコンウエーハを収納し、洗浄槽内
に洗浄液を充填するウエーハの洗浄装置において、洗浄
槽７は、ウエーハ装着部２を有するウエーハ保持部材１
と、ウエーハ装着部２を覆うウエーハ蓋部材４とを組み
合わせて形成され、ウエーハ装着部２は、一枚のシリコ
ンウエーハｗが収納される側面開口の部位であり、この
ウエーハ装着部２を、ウエーハ蓋部材４で横方向から覆
って洗浄槽７を形成する構成のウエーハの洗浄装置であ
る。洗浄槽７にシリコンウエーハを収納し、洗浄槽内の
洗浄液を切り替えて、シリコンウエーハを大気に曝すこ
となく洗浄する構成のウエーハの洗浄方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置に使用
するシリコンウエーハの清浄度を向上するために用いら
れる洗浄装置と、この洗浄装置を用いる洗浄方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子の良品率は、その製造工程で
付着する粒子状異物や不純物汚染の量に大きく依存す
る。影響する異物の大きさは、ウエーハ上に形成する回
路の線幅の数分の一程度までのものであるが、素子の高
密度化に伴い線幅が狭くなったため、最近では検査でき
ないほど小さな異物まで抑制する必要が出てきた。

【０００３】また、不純物汚染量についても、成分分析
の検出下限以下に抑える技術が求められている。

【０００４】半導体素子製造工程では、これらの汚染物
を除去するための洗浄が不可欠であり、多くの先端技術
を駆使した精密洗浄が行われている。

【０００５】すなわち、半導体ウェーハの製造時には不
純物が付着しているので、これを薬液槽に浸漬して除去
する洗浄がおこなわれる。半導体ウェーハを自動的に洗
浄する場合には、複数の洗浄槽を順次配列し、これらに
続けて複数のリンス槽を配置し、通常タクト式と呼ばれ
る自動搬送方式により行われている。

【０００６】これは、搬送ロボットにより、ローダーに
セットされたウェーハキャリヤが第１の洗浄槽に投入さ
れ、この洗浄槽での処理時間が終了すると、次の洗浄槽
に搬送ロボットにより搬送投入される。また、空いた洗
浄槽にはローダーにセットされた次のウェーハキャリヤ
が搬送投入される。このように、洗浄槽での処理時間が
終了すると、次の洗浄槽に搬送投入され、空いた洗浄槽
には次のウェーハキャリヤが搬送投入される。このよう
に、タクト方式による搬送方法では、複数のウェーハキ
ャリヤを順番に全ての槽に投入して洗浄が行われる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】この種のシリコンウエ
ーハの洗浄において、洗浄の水準を決定するものには以
下に示す要因があり、それぞれに対して対策がとられて
いる。

【０００８】すなわち、薬液種（酸、アルカリ、酸化剤
等の種類や混合比）、洗浄液中の微粒子及び不純物、液
流れ及び超音波力、洗浄槽外の微粒子及びガス、等々が
それである。

【０００９】ところが、高度に処理された薬品や水は高
価であるにもかかわらず、その性能を維持するために
は、使用回数を制限しなければならないため、経済性に
問題がある。更に、微粒子に対しては、洗浄設備のみな
らず室内の環境を清浄に保つための設備や、人が作業す
ることによる発塵を無くすための全自動化のための投資
が膨大なものとなる。

【００１０】この点、従来のウエーハの洗浄方法及びそ
の装置においては、前述したように、多数枚のシリコン
ウエーハを洗浄容器に入れ、この洗浄容器ごとに洗浄液
で満たされた洗浄槽に入れる処理が行われ、そして、洗
浄槽は複数個用いられ、シリコンウエーハを入れた容器
を次々に移し入れて洗浄を行う方法が採られているの
で、これに伴って装置が大型化する不都合があった。

【００１１】更に、従来のウエーハの洗浄方法及びその
装置においては、シリコンウエーハ表面の不純物レベル
は洗浄ごと、ウエーハごとにバラツキを生じ、再現性よ
く均一に清浄化されたウエーハ表面を得ることはきわめ
て困難であった。

【００１２】そこで、本発明は、微粒子及び不純物汚染
の少ない洗浄を安価な設備で実現するための装置を提供
することを目的としている。

【００１３】更に、本発明は、ウエーハ表面の微粒子を
除去し、金属不純物汚染を検出下限以下のレベルまで低
減させることが可能な洗浄方法を得ることを目的として
いる。

【００１４】

【課題を解決するための手段】すなわち、シリコンウエ
ーハの清浄度を損わないためには、清浄な薬液や純水を
用いなければならず、経済性を考えれば使用量を減らす
のが好ましい。ところが、ウエーハから除去した汚染物
が再付着することを防ぐためには、ウエーハの全面に対
してむらの無いように十分洗浄液を流すことが必要とな
る。この新鮮な薬液をウエーハ表面に多く接触させ、し
かも、全体の液量を減らすと言う矛盾した対策を講ずる
ためには、洗浄槽の容積を可能な限り少なくすることが
必要である。

【００１５】また、洗浄液や環境中の粉塵がウエーハ表
面に付着するメカニズムは、洗浄液の表面に浮遊してい
るものがウエーハを液中から大気に引き上げる際に表面
に吸着するものが大部分である。

【００１６】そこで、本発明は、洗浄槽にシリコンウエ
ーハを収納し、洗浄槽内に洗浄液を充填するウエーハの
洗浄装置において、前記洗浄槽は、ウエーハ装着部を有
するウエーハ保持部材と、前記ウエーハ装着部を覆うウ
エーハ蓋部材とを組み合わせて形成され、前記ウエーハ
装着部は、一枚のシリコンウエーハが収納される側面開
口の部位であり、このウエーハ装着部を、前記ウエーハ
蓋部材で横方向から覆って洗浄槽を形成する構成のウエ
ーハの洗浄装置を提案するものである。

【００１７】このように構成した場合は、ウエーハ保持
部材にウエーハ蓋部材を組み合わせることによりウエー
ハの洗浄装置がもたらされる。そして、当該ウエーハ保
持部材のウエーハ装着部に一枚のシリコンウエーハが収
納される。洗浄槽には一枚のウエーハのみ収納されるの
で、洗浄槽の容積を減らすこと（洗浄槽の容積の減少
化）ができ、前記洗浄方法において行う溶液種の切り替
えが容易化される。

【００１８】また、従来法のように複数枚のウエーハを
同時に洗浄する方法は、全てのウエーハに対して最適な
液流れを確保することが困難であるのに対し、本発明
は、洗浄槽の容積が減少化されるので、ウエーハに対す
る最適な液流れの確保が容易化される。

【００１９】更に、本発明は、洗浄槽にシリコンウエー
ハを収納し、洗浄槽内に洗浄液を充填して行うウエーハ
の洗浄方法において、前記洗浄槽は、一枚のシリコンウ
エーハが収納されるウエーハ装着部を有するウエーハ保
持部材と、前記ウエーハ装着部を覆うウエーハ蓋部材と
を組み合わせて形成され、前記洗浄槽にシリコンウエー
ハを収納した後、一の洗浄液を当該洗浄槽に流入し、そ
の後、当該一の洗浄液の流入を停止する一方、他の洗浄
液を洗浄槽に流入して洗浄槽内の洗浄液を切り替え、シ
リコンウエーハを大気に曝すことなく洗浄する構成のウ
エーハの洗浄方法を提案するものである。

【００２０】このように、ウエーハを、各洗浄槽間を移
動するのではなく、一つの洗浄槽を用いて、洗浄液を切
り替えることにより洗浄を行うので、つまり、シリコン
ウエーハを大気に曝すことなく洗浄するので、ウエーハ
から除去した汚染物が再付着するのを防ぐことができ
る。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下に本発明を図面に示す具体例
に従って説明する。

【００２２】図１ないし図３はウエーハ保持部材、図４
ないし図６はウエーハ蓋部材、図７ないし図９は前記ウ
エーハ保持部材とウエーハ蓋部材を組み立てた状態を示
す図であり、また、図１０は、洗浄槽に配管を接続した
状態を示す図である。

【００２３】まず、図１ないし図３に示すウエーハ保持
部材から説明する。本具体例のウエーハ保持部材１は、
一枚のシリコンウエーハｗが収納されるウエーハ装着部
２を有する。このウエーハ装着部２は、一枚のシリコン
ウエーハｗが収納される側面開口の部位であり、この例
では三箇所の固定ピン３，３に溝部を形成して構成さ
れ、この固定ピン３，３の溝部でウエーハｗが支えられ
る。

【００２４】更に、ウエーハ装着部２と後述するウエー
ハ蓋部材４とで形成される洗浄槽７は、ウエーハ保持部
材１の厚さ方向に均等に凹ませて形成されるとともに、
中央部から下方にいくに従って横幅が狭くなり、下端部
は、後述するウエーハ蓋部材４の配管導入部５に対向し
ている。

【００２５】図４ないし図６において、ウエーハ蓋部材
４は、ウエーハ装着部２を横方向から覆う部材であっ
て、本具体例ではウエーハ保持部材１と共通する縦横の
長さを備えている。このウエーハ蓋部材４の下部には、
洗浄液を導入する配管８が取付けられる配管導入部５が
設けられている。

【００２６】また、本具体例では、ウエーハ蓋部材４が
ウエーハ装着部１を覆った際にウエーハｗに対応する箇
所に、超音波振動子６を設けている。

【００２７】そして、図７ないし図９に示すように、ウ
エーハ蓋部材４は、図示を省略した結合部材により、ウ
エーハ保持部材１に取外し可能に固着される。このよう
にして、ウエーハ保持部材１のウエーハ装着部２とウエ
ーハ蓋部材４とで囲まれた縦方向の隙間に洗浄槽７が形
成される。本具体例では、洗浄槽７は縦方向に二分割さ
れ、下部に洗浄液の導入部（配管導入部５）が形成され
ている。

【００２８】図１０において、洗浄槽に接続した配管８
は、枝管８ａ，８ｂ，８ｃが接続されている。枝管８ａ
は、シリコンウエーハの表面を酸化させる溶液、例えば
オゾン溶液を洗浄槽に導入するもので、バルブ９の開閉
によって洗浄槽への流入が制御される。枝管８ｂは、ウ
エーハ表面に形成された酸化膜を除去する溶液、例えば
弗酸溶液を洗浄槽に導入するもので、バルブ１０の開閉
によって洗浄槽への流入が制御される。また、枝管８ｃ
は、純水を洗浄槽に導入するもので、バルブ１１の開閉
によって洗浄槽への流入が制御される。尚、バルブ１２
は、洗浄槽内の溶液を排出するための開閉バルブであ
る。

【００２９】次に、本具体例の洗浄装置を用いてウエー
ハを洗浄する手順を説明する。

【００３０】（１）ウエーハ保持部材１にウエーハ蓋部
材４を組み合わせてウエーハの洗浄装置がもたらされ、
当該ウエーハ保持部材のウエーハ装着部２に一枚のシリ
コンウエーハが収納される。このとき、各バルブ９，１
０，１１，１２は閉じられている。

【００３１】（２）バルブ９を開いて、枝管８ａからオ
ゾン溶液を洗浄槽に導入し、洗浄槽内のウエーハｗがオ
ゾン溶液にて浸漬され且つ洗浄槽の上部から溢れるまで
流入する。

【００３２】（３）オゾン溶液のバルブ９を閉じ、その
ままで一定時間放置する。

【００３３】（４）次いで、バルブ１１を開いて、枝管
８ｃから純水を洗浄槽に導入し、洗浄槽内のオゾン溶液
を純水に置換する。

【００３４】（５）バルブ１１を閉じ、次にバルブ１０
を開いて、枝管８ｂから弗酸溶液を洗浄槽に導入し、洗
浄槽の上部から弗酸溶液が溢れるまで流入する。

【００３５】（６）弗酸溶液のバルブ１０を閉じ、その
ままで一定時間放置する。

【００３６】（７）次いで、バルブ１１を開いて、枝管
８ｃから純水を洗浄槽に導入し、洗浄槽内の弗酸溶液を
純水に置換する。

【００３７】（８）再びバルブ９を開いて、枝管８ａか
らオゾン溶液を洗浄槽に導入し、洗浄槽の上部から溢れ
るまで流入する。

【００３８】（９）その後、前記（３）から（７）の操
作を数回繰り返す。

【００３９】（１０）バルブ１１を閉じ、排水用のバル
ブ１２を制御して、ウエーハ表面を０．５ｍｍ／秒の速
度で水面が下がるように排水し、水の表面張力を利用し
た乾燥を行う。

【００４０】（１１）ウエーハ蓋部材４をウエーハ保持
部材１から取外し、乾燥したウエーハｗを取り出す。

【００４１】上述した操作は全てロボット及び制御装置
で自動的に行うことが可能である。また、ウエーハの汚
染状態によっては、付着物をより効果的に除去するた
め、ウエーハ蓋部材４に取付けた超音波振動子６を用い
るとよい。

【００４２】上述した本具体例の洗浄において、一つの
洗浄槽を用いるとともに、洗浄液を切り替えることによ
り洗浄を行い、シリコンウエーハを大気に曝すことなく
洗浄するので、ウエーハから除去した汚染物が再付着す
るのを防ぐことができる。更に、洗浄槽は、極めて容積
の少ない構造であるため、溶液種の切り替えが容易化さ
れ、また、ウエーハに対する最適な液流れの確保が容易
化されるものである。

【００４３】ところで、シリコンウエーハ表面の不純物
を完全に除去するためには、不純物を含むウエーハの表
面層をエッチング除去することが必要不可欠である。一
般的に行われているＳＣ−１洗浄もその一つであるとこ
ろ、このＳＣ−１洗浄においては、微粒子の除去能力に
は特に問題はない。しかし、表面の金属不純物レベル
が、使用する薬品中の不純物レベルによって決定される
という問題があり、表面の金属不純物レベルを検出下限
以下のレベルまで押し下げることは現在のところ不可能
である。

【００４４】また、他の方法として、弗酸溶液とオゾン
水の組み合わせによる弗酸・オゾン洗浄が知られてお
り、微粒子及び金属不純物レベルにおいても非常に良好
な表面が得られる一方で、従来法においては、ウエーハ
表面に均一に自然酸化膜を形成するための、弗酸溶液と
オゾン水との濃度コントロールがすこぶる難しいという
問題がある。更に、弗酸溶液単独での洗浄においては、
微粒子が付着し、また、Ｃｕを除去することができない
等の問題を有している。

【００４５】この点、前述した本具体例に示すように、
シリコンウエーハの表面を酸化させる溶液と、この酸化
によってウエーハ表面に形成された酸化膜を除去する溶
液とが単独で用いられ、各溶液ごとに純水で置換してシ
リコンウエーハを大気に曝すことなく洗浄することによ
り、図１１に示すウエーハ表面の金属不純物汚染レベル
及び、図１２に示すウエーハ表面の微粒子汚染レベルに
おいて、きわめて良好な結果が得られている。

【００４６】尚、本具体例において、洗浄装置は一つの
ものを示して説明したが、洗浄槽自体は設置面積が少な
く複数個を並べることが容易であり、従来設備に比べ処
理能力が劣るような不都合はない。また、本発明は、と
りわけ、洗浄設備が大きくなる１２”φ以上の大口径ウ
エーハを洗浄する場合に好適である。更にまた、ウエー
ハ装着部は、本具体例では三箇所の固定ピンに溝部を形
成して構成され、この固定ピンの溝部でウエーハを支え
るようにしたが、この場合、ピンを楕円形状等の非円形
とし、このピンを回転ないし揺動させて、ウエーハを若
干動かすことにより、ウエーハが洗浄槽と接している部
分の洗浄が可能となるような適宜の手段を用いるとよ
い。

【００４７】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように、洗浄槽
にシリコンウエーハを収納し、洗浄槽内に洗浄液を充填
するウエーハの洗浄装置において、前記洗浄槽は、ウエ
ーハ装着部を有するウエーハ保持部材と、前記ウエーハ
装着部を覆うウエーハ蓋部材とを組み合わせて形成さ
れ、前記ウエーハ装着部は、一枚のシリコンウエーハが
収納される側面開口の部位であり、このウエーハ装着部
を、前記ウエーハ蓋部材で横方向から覆って洗浄槽を形
成する構成のウエーハの洗浄装置であり、従って、ウエ
ーハ保持部材にウエーハ蓋部材を組み合わせることによ
りウエーハの洗浄装置が形成されるとともに、当該ウエ
ーハ保持部材のウエーハ装着部に一枚のシリコンウエー
ハが収納されるので、洗浄槽の容積の減少化ができ、洗
浄の際に行う溶液種の切り替えが容易化される。加え
て、洗浄槽の容積が減少化されるので、ウエーハに対す
る最適な液流れの確保が容易化される。

【００４８】更に、本発明は、洗浄槽にシリコンウエー
ハを収納し、洗浄槽内に洗浄液を充填して行うウエーハ
の洗浄方法において、前記洗浄槽は、一枚のシリコンウ
エーハが収納されるウエーハ装着部を有するウエーハ保
持部材と、前記ウエーハ装着部を覆うウエーハ蓋部材と
を組み合わせて形成され、前記洗浄槽にシリコンウエー
ハを収納した後、一の洗浄液を当該洗浄槽に流入し、そ
の後、当該一の洗浄液の流入を停止する一方、他の洗浄
液を洗浄槽に流入して洗浄槽内の洗浄液を切り替え、シ
リコンウエーハを大気に曝すことなく洗浄する構成のウ
エーハの洗浄方法であり、従って、ウエーハを、各洗浄
槽間を移動するのではなく、一つの洗浄槽を用いて、洗
浄液を切り替えることによりシリコンウエーハを大気に
曝すことなく洗浄するので、ウエーハから除去した汚染
物が再付着するのを防ぐことができる。

【００４９】このように、本発明は、きわめて容積の少
ない構造の洗浄装置が実現できるため、洗浄及びリンス
中に大気にさらすことがなく、付着微粒子の極めて少な
い洗浄ができ、また、薬液使用量も少ないため、新鮮な
薬液を経済的に使用でき、実際上も金属汚染量も検出下
限以下に押えることができたものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係り、ウエーハ保持部材を示す正面図
である。

【図２】本発明に係り、ウエーハ保持部材を示す縦断面
図である。

【図３】本発明に係り、ウエーハ保持部材を示す平面図
である。

【図４】本発明に係り、ウエーハ蓋部材を示す正面図で
ある。

【図５】本発明に係り、ウエーハ蓋部材を示す縦断面図
である。

【図６】本発明に係り、ウエーハ蓋部材を示す平面図で
ある。

【図７】本発明に係り、ウエーハ保持部材にウエーハ蓋
部材を組み立てた状態を示す正面図である。

【図８】本発明に係り、ウエーハ保持部材にウエーハ蓋
部材を組み立てた状態を示す縦断面図である。

【図９】本発明に係り、ウエーハ保持部材にウエーハ蓋
部材を組み立てた状態を示す平面図である。

【図１０】本発明に係り、洗浄槽に配管を接続した状態
を示す図である。

【図１１】洗浄方法の相違による表面不純物濃度の状態
を示す図である。

【図１２】洗浄方法の相違による表面付着微粒子の状態
を示す図である。

【符号の説明】

１ウエーハ保持部材２ウエーハ装着部３固定ピン４ウエーハ蓋部材５配管導入部６超音波振動子７洗浄槽８配管８ａ枝管８ｂ枝管８ｃ枝管９バルブ１０バルブ１１バルブ１２バルブｗシリコンウエーハ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】洗浄槽にシリコンウエーハを収納し、洗
浄槽内に洗浄液を充填するウエーハの洗浄装置におい
て、前記洗浄槽は、ウエーハ装着部を有するウエーハ保持部
材と、前記ウエーハ装着部を覆うウエーハ蓋部材とを組
み合わせて形成され、前記ウエーハ装着部は、一枚のシリコンウエーハが収納
される側面開口の部位であり、このウエーハ装着部を、
前記ウエーハ蓋部材で横方向から覆って洗浄槽を形成す
ることを特徴とするウエーハの洗浄装置。
【請求項２】前記洗浄槽は、縦方向に二分割され、下
部に洗浄液の導入部が形成されることを特徴とする前記
請求項１記載のウエーハの洗浄装置。
【請求項３】前記シリコンウエーハが収納されるウエ
ーハ装着部と、前記ウエーハ装着部を覆うウエーハ蓋部
材との間に縦方向に隙間が形成され、この隙間に溶液が
流されることを特徴とする前記請求項１記載のウエーハ
の洗浄装置。
【請求項４】洗浄槽にシリコンウエーハを収納し、洗
浄槽内に洗浄液を充填して行うウエーハの洗浄方法にお
いて、前記洗浄槽は、一枚のシリコンウエーハが収納されるウ
エーハ装着部を有するウエーハ保持部材と、前記ウエー
ハ装着部を覆うウエーハ蓋部材とを組み合わせて形成さ
れ、前記洗浄槽にシリコンウエーハを収納した後、一の洗浄
液を当該洗浄槽に流入し、その後、当該一の洗浄液の流
入を停止する一方、他の洗浄液を洗浄槽に流入して洗浄
槽内の洗浄液を切り替え、シリコンウエーハを大気に曝
すことなく洗浄することを特徴とするウエーハの洗浄方
法。
【請求項５】前記洗浄液は薬液及び純水であり、前記
薬液を前記洗浄槽に充填した後、前記薬液の流入を停止
する一方、純水を洗浄槽に流入して、薬液を純水で置換
することを特徴とする前記請求項４記載のウエーハの洗
浄方法。
【請求項６】前記薬液は、シリコンウエーハの表面を
酸化させる溶液と、この酸化によってウエーハ表面に形
成された酸化膜を除去する溶液とが用いられ、各溶液ご
とに純水で置換してシリコンウエーハを大気に曝すこと
なく洗浄することを特徴とする前記請求項５記載のウエ
ーハの洗浄方法。