JPH10165909A - 洗浄処理方法及び洗浄処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 目的に応じたパーティクル除去効果を得るこ
とを可能とする。 【解決手段】 被処理物に対し、予め酸素を選択的に溶
存させた純水を介して超音波を照射する。なお、上記純
水としては１ｐｐｍ〜５０ｐｐｍの範囲で予め酸素を溶
存させたもの、或いは２ｐｐｂ〜５０ｐｐｂの範囲で酸
素を元から含有しているものの何れかが好ましい。ま
た、純水を大気と接触させて、純水に酸素を溶存させる
ことが好ましい。さらに、純水へ酸素を選択的に溶存さ
せる酸素供給手段を有する純水供給手段と、供給される
純水を介して被処理物に超音波を照射する超音波発生手
段とを少なくとも有する装置構成とすることが好まし
い。上記酸素供給手段は純水を大気に接触させる手段が
好ましい。また、純水が供給されて被処理物が浸積され
る洗浄槽を有し、上記洗浄槽中の純水に超音波を照射す
るようにして、且つ洗浄槽に排水手段も設けることが好
ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置等の製
造に使用される洗浄処理方法及び洗浄処理装置に関す
る。詳しくは洗浄液として使用される純水中の溶存酸素
量を調整することにより、目的に応じた洗浄効果を得る
ことを可能とした洗浄処理方法及び洗浄処理装置に係わ
るものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置を製造する場合、ウエハーの
洗浄工程は非常に重要な工程である。特に近年において
は、半導体装置の微細化及び高速化に伴って、ウエハー
表面に付着したコンタミ、その中でも固形のパーティク
ルが、形成されるデバイスの特性や製造歩留まりに与え
る影響が顕著となり、ウエハー表面の清浄度が非常に重
要な特性となっており、ウエハーの洗浄工程は更に重要
な工程となってきている。

【０００３】上記のようなウエハーの洗浄工程の具体的
な手段としては、化学的手段と物理的手段が挙げられ
る。前者の化学的手段としては、一般にアルカリ溶液で
あるアンモニア−過酸化水素水洗浄液を使用して洗浄す
る方法が挙げられる。この方法におけるパーティクル除
去機構は、アンモニア−過酸化水素水洗浄液がアルカリ
溶液であることから、パーティクルとウエハー表面のゼ
ーダ電位が共にマイナスの同極性で反発力を生じ、パー
ティクルがウエハー表面より除去されるものと考えられ
ている。また、ウエハー表面をエッチングしながらパー
ティクルを除去するリフトオフ効果も大きいと考えられ
ている。

【０００４】後者の物理的手段としては、超音波洗浄が
一般的である。この超音波洗浄は、例えば洗浄液中に被
処理物を浸積した状態で、洗浄液を介して６００ｋＨｚ
〜１．５ＭＨｚ程度の周波数の超音波を照射して洗浄す
るものであり、特にサブミクロンオーダーのパーティク
ルを除去するのに適した方法である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な超音波洗浄においては、超音波が照射される洗浄液の
性質によりパーティクル除去効果に差異があることが分
かってきた。このような洗浄液としては純水が一般的に
使用されているが、この純水中の溶存酸素濃度とパーテ
ィクル除去率の関係を調査したところ、図４に模式的に
示すような結果が得られた。なお、図４中横軸は溶存酸
素濃度を示し、縦軸はパーティクル除去率を示す。この
調査の結果、純水中の溶存酸素濃度がｐｐｍオーダー以
上となると、パーティクル除去率が著しく向上し、パー
ティクル除去効果が格段に向上することが確認された。

【０００６】しかしながら、半導体装置の製造におい
て、洗浄液として一般的な純水中の溶存酸素濃度があま
り高いと、Ｓｉウエハー表面における自然酸化膜の成長
を促してしまい、この自然酸化膜は種々の弊害を引き起
こすことから、実際に洗浄液として使用されている純水
の溶存酸素濃度は数ｐｐｂオーダー程度とされている。

【０００７】すなわち、従来のように数ｐｐｂオーダー
程度の溶存酸素濃度の純水を用いた超音波洗浄において
は、パーティクル除去効果は低く、十分な洗浄が行われ
ておらず、十分な洗浄効果を必要としている場合には適
していなかった。一方、純水の溶存酸素濃度を数ｐｐｍ
オーダー程度とすると、Ｓｉウエハー表面における自然
酸化膜の成長を促してしまい、自然酸化膜の成長を抑え
ることを必要としている場合には適していなかった。

【０００８】そこで本発明は、従来の実情に鑑みて提案
されたものであり、目的に応じたパーティクル除去効果
を得ることが可能な洗浄処理方法及び洗浄処理装置を提
供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに本発明は、被処理物に純水を介して超音波を照射す
る洗浄処理方法において、上記純水として予め酸素を選
択的に溶存させたものを使用することを特徴とするもの
である。

【００１０】なお、上記本発明の洗浄処理方法において
は、純水として１ｐｐｍ〜５０ｐｐｍの範囲で予め酸素
を溶存させたもの、或いは２ｐｐｂ〜５０ｐｐｂの範囲
で酸素を元から含有しているものの何れかを使用するこ
とが好ましい。

【００１１】さらに、上記本発明の洗浄処理方法におい
ては、純水を大気と接触させることにより、純水に酸素
を予め溶存させることが好ましい。

【００１２】また、本発明の洗浄処理装置は、純水供給
手段と、供給される純水を介して被処理物に超音波を照
射する超音波発生手段とを少なくとも有するものであ
り、純水供給手段が、純水へ酸素を選択的に溶存させる
酸素供給手段も有していることを特徴とするものであ
る。

【００１３】なお、本発明の洗浄処理装置においては、
純水供給手段の一部に、純水を大気に接触させて純水へ
酸素を選択的に溶存させる酸素供給手段が設けられてい
ることが好ましい。

【００１４】さらに、本発明の洗浄処理装置において
は、純水供給手段から純水が内部に供給され且つ被処理
物が浸積される洗浄槽を有し、超音波発生手段が上記洗
浄槽中の純水に超音波を照射するようになされていても
良い。

【００１５】さらにまた、本発明の洗浄処理装置におい
ては、洗浄槽に排水手段も設けられていることが好まし
い。

【００１６】本発明の洗浄処理方法においては、被処理
物に対し、予め酸素を選択的に溶存させた純水を介して
超音波を照射するため、純水に酸素を予め溶存させた場
合には、高いパーティクル除去効果が得られ、純水をそ
のまま使用した場合には、純水中の溶存酸素濃度が少な
く、例えばＳｉウエハー表面における自然酸化膜の成長
を促進することなく、ある程度のパーティクル除去効果
が得られる。

【００１７】さらに、上記本発明の洗浄処理方法におい
て、純水を大気と接触させることにより、純水に酸素を
予め溶存させるようにすれば、容易に純水中に酸素が予
め溶存される。

【００１８】また、本発明の洗浄処理装置は、純水へ酸
素を選択的に溶存させる酸素供給手段を有する純水供給
手段と、供給される純水を介して被処理物に超音波を照
射する超音波発生手段とを少なくとも有するものであ
る。このとき、純水供給手段の一部に、酸素供給手段と
して純水を大気に接触させて純水へ酸素を選択的に溶存
させる手段を設ければ、容易に純水中に酸素が予め溶存
される。さらに、本発明の洗浄処理装置において、純水
供給手段から純水が内部に供給され且つ被処理物が浸積
される洗浄槽を有するようにし、超音波発生手段が上記
洗浄槽中の純水に超音波を照射するようにして、且つ洗
浄槽に排水手段も設ければ、純水が循環され、純水中の
溶存酸素濃度が略々一定に保たれ、安定してパーティク
ル除去が行われる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的な実施の形
態を図面を参照しながら詳細に説明する。本発明を適用
した洗浄処理装置の一例としては、図１に模式的に示す
ようなものが挙げられる。ここでは、いわゆるディップ
式洗浄装置の例について述べる。すなわち、本例の洗浄
処理装置は、上面に開口部１ａを有する箱状の洗浄槽１
と、これに純水を供給する純水供給手段である純水供給
管２と、洗浄槽１の底面１ｂ側に配される超音波発生手
段である超音波発振板３により主に構成される。

【００２０】上記純水供給管２は内部に純水が通水され
ているものであり、その先端側が２股に分かれ、第１の
供給部２ａと第２の供給部２ｂとして洗浄槽１内に挿入
されている。また、上記第１の供給部２ａの先端には通
水されてきた純水を噴射する第１のノズル管４ａが設け
られ、第２の供給部２ｂの先端にも通水されてきた純水
を噴射する第２のノズル管４ｂが設けられており、これ
ら第１及び第２のノズル４ａ，４ｂに設けられた図示し
ないノズル穴より図中矢印Ｐ₁ ，Ｐ₂ で示すように純水
が噴射されて洗浄槽１内に純水５が供給されるようにな
されている。

【００２１】また、上記超音波発振板３は、洗浄槽１の
底面１ｂ側に中間伝播水槽６を介して設けられている。
上記中間伝播水槽６は、洗浄槽１の底面１ｂの平面面積
よりも大きな開口部６ａを上面側に有し、内側に洗浄槽
１を配置できるようになされている。そして、上記超音
波発振板３は中間伝播水槽６の底面６ｂ側にこれと接触
するように配されている。さらには、上記中間伝播水槽
６の内部には中間伝播水７が充填されている。すなわ
ち、超音波発振板３から発振される超音波は中間伝播水
槽６内の中間伝播水７を介して洗浄槽１内の純水５に伝
達されることとなる。

【００２２】そして、本例の洗浄処理装置においては、
純水供給管２の中途部に気液平衡室８を設けるようにし
ている。この気液平衡室８においては、内部に気体を充
填することによって純水供給管２内を通水する純水と上
記気体を接触させ、純水中に気体を溶存させることが可
能となされている。なお、この気液平衡室８においては
純水供給管２側に半透膜９を設けることが好ましい。こ
の半透膜９は、溶体や分散系の一部は通過させるが、他
の成分は通過させない機能を有するものであり、気液平
衡室８内に充填される気体のパーティクルが純水供給管
２中の純水に悪影響を及ぼさないようにするために設け
ることが好ましい。

【００２３】すなわち、本例の洗浄処理装置により洗浄
処理を行う場合には、図１中に示すように、洗浄槽１内
に洗浄処理する被処理物１０を配し、純水供給管２に接
続される第１及び第２のノズル管４ａ，４ｂから純水５
を供給し、且つ超音波発振板３から発振される超音波を
中間伝播水７を介して純水５に伝達し、上記純水５の流
れと純水５に伝達される超音波による振動により、被処
理物１０のパーティクルを除去すれば良い。

【００２４】このとき、本例の洗浄処理装置において
は、純水供給管２の中途部に気液平衡室８が設けられて
いることから、この内部に酸素を供給すれば、純水供給
管２内の純水に１ｐｐｍ〜５０ｐｐｍ程度の濃度で酸素
が溶存し、予め酸素を溶存させた純水が洗浄槽１内に供
給され、上記のようにして洗浄処理を行った場合、高い
パーティクル除去効果が得られる。この酸素の溶存量で
あるが、１ｐｐｍ以上であればパーティクル除去効果が
あり、処理温度における飽和酸素濃度まで効果は同じで
ある。ただし、実際には常温〜８０℃程度で処理を行う
ため、酸素濃度としては１ｐｐｍ〜２０ｐｐｍ程度がさ
らに好ましい。

【００２５】一方、被処理物１０として自然酸化膜の成
長を抑制すべき被処理物を使用する場合においては、気
液平衡室８内の気体を窒素とし、純水供給管２内の純水
に何も溶存させず、２ｐｐｂ〜５０ｐｐｂの範囲で元か
ら含有されている酸素のみを含有する純水を洗浄槽１内
に供給するようにすれば良く、上記のようにして洗浄処
理を行った場合、自然酸化膜の成長を促進することな
く、ある程度のパーティクル除去効果が得られる。

【００２６】すなわち、本例の洗浄処理装置を使用すれ
ば、目的に応じたパーティクル除去効果を得ることが可
能である。

【００２７】本発明は、上記のようなディップ式の洗浄
処理装置の他に、いわゆるスピン式の洗浄処理装置にも
適用可能である。本例の洗浄処理装置は、図２に模式的
に示すように、一端２１ａ側に被処理物を載置して保持
するための支持部２２が形成されて図中矢印Ｍで示すよ
うに長手方向を回転軸として回転する支持棒２１と、支
持部２２上に載置保持された被処理物表面に純水を供給
するための純水供給管２３、純水供給管２３内の純水に
超音波を伝達する超音波発振板２４により主に構成され
る。

【００２８】上記純水供給管２３は、その一端２３ａ側
にノズル管２５を有するものであり、このノズル管２５
には図示しないノズル穴が形成され、上記ノズル穴から
図中矢印Ｐ₃ で示すように純水が被処理物表面に向けて
噴射される。また、このノズル管２５近傍に純水供給管
２３に接するようにして超音波発振板２４が設けられて
いる。すなわち、超音波発振板２４から発振された超音
波が伝達された純水が被処理物表面に供給され、純水を
介して超音波が照射されることとなる。なお、この超音
波発振板２４が設けられる箇所には当該超音波発振板２
４と純水供給管２３の一部を覆うカバー部材２８も設け
られている。

【００２９】そして、本例の洗浄処理装置においても、
純水供給管２３の中途部に気液平衡室２６を設けるよう
にしている。この気液平衡室２６においては、内部に気
体を充填することによって純水供給管２３内を通水する
純水と上記気体を接触させ、純水中に気体を溶存させる
ことが可能となされている。なお、この気液平衡室２６
においても純水供給管２３側に半透膜２７を設けること
が好ましい。

【００３０】本例の洗浄処理装置により洗浄処理を行う
場合には、図２中に示すように、支持棒２１の支持部２
２上に被処理物２８を載置する。そして、支持棒２１を
図中矢印Ｍで示すように回転させることにより被処理物
２８も回転させ、被処理物２８の表面に、超音波発振板
２４により超音波が伝達された純水を純水供給管２３か
ら供給し、上記純水の流れと純水に伝達される超音波に
よる振動により、被処理物２８のパーティクルを除去す
れば良い。

【００３１】このとき、本例の洗浄処理装置において
も、純水供給管２３の中途部に気液平衡室２６が設けら
れていることから、この内部に酸素を供給すれば、純水
供給管２３内の純水に１ｐｐｍ〜５０ｐｐｍ程度の濃度
で酸素が溶存し、予め酸素を溶存させた純水が被処理物
２８表面に供給され、上記のようにして洗浄処理を行っ
た場合、高いパーティクル除去効果が得られる。

【００３２】一方、被処理物２８として自然酸化膜の成
長を抑制すべき被処理物を使用する場合においては、気
液平衡室２６内の気体を窒素とし、純水供給管２３内の
純水に何も溶存させず、２ｐｐｂ〜５０ｐｐｂの範囲で
元から含有されている酸素のみを含有する純水を被処理
物２８表面に供給するようにすれば良く、上記のように
して洗浄処理を行った場合、自然酸化膜の成長を促進す
ることなく、ある程度のパーティクル除去効果が得られ
る。

【００３３】すなわち、本例の洗浄処理装置を使用して
も、目的に応じたパーティクル除去効果を得ることが可
能である。

【００３４】本発明は、ダウンフローの水流を有するデ
ィップ式洗浄処理装置にも適用可能である。本例の洗浄
処理装置は、図３に模式的に示すように、上面に開口部
３１ａを有し、底面３１ｂ側に排水手段である排水口３
４を有する箱状の洗浄槽３１と、これに純水を供給する
純水供給手段である純水供給管３２と、洗浄槽３１の側
面３１ｃ，３１ｄ側に配される超音波発生手段である超
音波発振板３３ａ，３３ｂにより主に構成される。

【００３５】上記純水供給管３２においては、その先端
側が洗浄槽３１の上面の開口部３１ａの外周を囲むよう
になされており、且つこの部分においては上面側が開口
して内部に通水されている純水３５が大気と接触するよ
うになされている。

【００３６】そして、この純水３５は純水供給管３２か
ら溢れて図中矢印Ｐ₄ で示すように洗浄槽３１に供給さ
れるようになされている。また、上記洗浄槽３１の底面
３１ｂ側には排水口３４が設けられているため、ここか
ら洗浄槽３１内の純水３５が図中矢印Ｐ₅ で示すように
排水される。従って、洗浄槽３１内の純水３５は短時間
に循環されることとなる。

【００３７】また、上記超音波発振板３３ａ，３３ｂが
洗浄槽３１の側壁に接触するようにして設けられている
ことから、超音波発振板３３ａ，３３ｂから発振される
超音波は洗浄槽３１内に充填される純水３５に伝達され
る。

【００３８】すなわち、本例の洗浄処理装置により洗浄
処理を行う場合には、図３中に示すように、洗浄槽３１
内に洗浄処理する被処理物４０を配し、純水供給管３２
から純水３５を供給し、且つ超音波発振板３３ａ，３３
ｂから発振される超音波を純水３５に伝達し、上記純水
３５の流れと純水３５に伝達される超音波による振動に
より、被処理物４０のパーティクルを除去すれば良い。

【００３９】このとき、本例の洗浄処理装置において
は、純水供給管３２の先端側において上面側が開口して
いることから、この部分において純水供給管３２内の純
水には１ｐｐｍ〜５０ｐｐｍ程度の濃度で酸素が溶存
し、予め酸素を溶存させた純水が洗浄槽３１内に供給さ
れることとなり、上記のようにして洗浄処理を行った場
合、高いパーティクル除去効果が得られる。

【００４０】また、本例の洗浄処理装置においては、洗
浄槽３１の底面３１ｂ側に排水口３４を形成するように
していることから、洗浄槽３１内の純水３５の循環が短
時間で行われ、純水３５中の溶存酸素濃度が略々一定に
保たれ、安定してパーティクル除去が行われる。

【００４１】さらに、本例の洗浄処理装置においては、
超音波発振板３３ａ，３３ｂを洗浄槽３１の側面３１
ｃ，３１ｄ側に設けるようにしているが、排水口を洗浄
槽３１の側面側の底部側に形成するようにすれば、超音
波発振板を底面側に形成することも可能である。

【００４２】さらにまた、本例の洗浄処理装置におい
て、純水供給管３２の先端部において純水と大気の接触
を中止する手段を設ければ、純水として酸素を予め溶存
させないものも供給できる。このようにすれば、目的に
応じたパーティクル除去効果を得ることが可能である。

【００４３】なお、本発明はこれまで述べてきた洗浄処
理装置に限定されるものではなく、種々の変更が可能で
あることは言うまでもない。

【００４４】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明の洗浄処理方法においては、被処理物に対し、予め酸
素を選択的に溶存させた純水を介して超音波を照射する
ため、純水に酸素を予め溶存させた場合には、高いパー
ティクル除去効果が得られ、純水をそのまま使用した場
合には、純水中の溶存酸素濃度が少なく、例えばＳｉウ
エハー表面における自然酸化膜の成長を促進することな
く、ある程度のパーティクル除去効果が得られる。すな
わち、目的に応じたパーティクル除去効果を得ることが
可能である。

【００４５】さらに、上記本発明の洗浄処理方法におい
て、純水を大気と接触させることにより、純水に酸素を
予め溶存させるようにすれば、容易に純水中に酸素が予
め溶存される。

【００４６】また、本発明の洗浄処理装置は、純水へ酸
素を選択的に溶存させる酸素供給手段を有する純水供給
手段と、供給される純水を介して被処理物に超音波を照
射する超音波発生手段とを少なくとも有するものであ
る。このとき、純水供給手段の一部に、酸素供給手段と
して純水を大気に接触させて純水へ酸素を選択的に溶存
させる手段を設ければ、容易に純水中に酸素が予め溶存
される。さらに、本発明の洗浄処理装置において、純水
供給手段から純水が内部に供給され且つ被処理物が浸積
される洗浄槽を有するようにし、超音波発生手段が上記
洗浄槽中の純水に超音波を照射するようにして、且つ洗
浄槽に排水手段も設ければ、純水が循環され、純水中の
溶存酸素濃度が略々一定に保たれ、安定してパーティク
ル除去が行われる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した洗浄処理装置の一例を模式的
に示す要部概略断面図である。

【図２】本発明を適用した洗浄処理装置の他の例を模式
的に示す要部概略断面図である。

【図３】本発明を適用した洗浄処理装置のさらに他の例
を模式的に示す要部概略断面図である。

【図４】純水中の溶存酸素濃度とパーティクル除去率の
関係を示す特性図である。

【符号の説明】

１，３１ 洗浄槽、２，２３，３２ 純水供給路、３，
２４，３３ａ，３３ｂ超音波発振板、５，３５ 純水、
８，２６ 気液平衡室

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理物に純水を介して超音波を照射す
   る洗浄処理方法において、 上記純水として予め酸素を選択的に溶存させたものを使
   用することを特徴とする洗浄処理方法。
2. 【請求項２】 純水として１ｐｐｍ〜５０ｐｐｍの範囲
   で予め酸素を溶存させたもの、或いは２ｐｐｂ〜５０ｐ
   ｐｂの範囲で酸素を元から含有しているものの何れかを
   使用することを特徴とする請求項１記載の洗浄処理方
   法。
3. 【請求項３】 純水を大気と接触させることにより、純
   水に酸素を予め溶存させることを特徴とする請求項１記
   載の洗浄処理方法。
4. 【請求項４】 純水供給手段と、供給される純水を介し
   て被処理物に超音波を照射する超音波発生手段とを少な
   くとも有する洗浄処理装置において、 純水供給手段が、純水へ酸素を選択的に溶存させる酸素
   供給手段も有していることを特徴とする洗浄処理装置。
5. 【請求項５】 純水供給手段の一部に、純水を大気に接
   触させて純水へ酸素を選択的に溶存させる酸素供給手段
   が設けられていることを特徴とする請求項４記載の洗浄
   処理装置。
6. 【請求項６】 純水供給手段から純水が内部に供給され
   且つ被処理物が浸積される洗浄槽を有し、超音波発生手
   段が上記洗浄槽中の純水に超音波を照射することを特徴
   とする請求項４記載の洗浄処理装置。
7. 【請求項７】 洗浄槽に排水手段も設けられていること
   を特徴とする請求項６記載の洗浄処理装置。