JPH10270405A - 半導体素子用インサイチュ洗浄装置及びこれを利用した半導体素子の洗浄方法 - Google Patents
半導体素子用インサイチュ洗浄装置及びこれを利用した半導体素子の洗浄方法Info
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Abstract
を利用した洗浄方法を提供する。 【解決手段】 窒素ガス貯蔵槽6、無水フルオル化水素
貯蔵槽7、アルコール蒸気及び/または水蒸気貯蔵槽
8、及び各貯蔵槽6、7及び8から供給されるガスを混
合するガス混合器9を含む乾式洗浄手段と、無水及び/
または液状フルオル化物を貯蔵する第1貯蔵槽1、液状
アルコールを貯蔵する第2貯蔵槽2、及び第1及び第2
貯蔵槽1及び2から各々溶液を供給され、これを混合し
て貯蔵する洗浄液貯蔵槽3を含む湿式洗浄手段と、乾式
洗浄手段のガス混合器9と湿式洗浄手段の洗浄液貯蔵槽
3との間に位置し、ガス供給ライン及び洗浄液供給ライ
ンにより各々ガス混合器9及び洗浄液貯蔵槽3と連結す
る共通洗浄槽5とを含む。これにより、半導体素子が大
気中に放置されることがなく、直ちに湿式洗浄になるた
め自然酸化膜の発生のような二次汚染問題からも逃れる
ことができる。
Description
装置及びこれを利用した半導体素子の洗浄方法に関し、
より詳細には乾式洗浄と湿式洗浄とからなる2段階洗浄
を連続的に施し得るように作られた半導体素子用インサ
イチュ(in-situ) 洗浄装置及びこれを利用した洗浄方法
に関する。
が持つ意味は非常に重要である。シリコンウェーハ表面
が汚れることは半導体ウェーハプロセス開始から完了ま
ですべての工程にわたり起こっており、その種類も多様
である。特に半導体素子の集積度が飛躍的に増加するに
よって回路パターンが極端に微細になり、汚染物質の除
去がより細心で緻密に進行すべきである。
式洗浄法と乾式洗浄法とに大別される。このうち、湿式
洗浄法はシリコンウェーハを洗浄溶液の入った洗浄槽に
浸して、ウェーハ表面上に存在する各種汚染物を除去す
る方法であって、例えばSC-1(RCA Standard Cleaning-
1; アンモニア水、過酸化水素水及び脱イオン水を含む
混合液) 洗浄法、SC-2(RCA Standard Cleaning-2; 塩
酸、過酸化水素水及び脱イオン水を含む混合液) 洗浄
法、SPM(硫酸及び過酸化水素水を含む混合液) 洗浄法、
またはDHF(フッ酸及び脱イオン水を含む混合液) 洗浄法
を挙げられる。
ハ表面に残留する各種有機物質及び粒子状汚染物質に対
する除去力に優れる反面、SC-2洗浄法は金属性汚染物質
に対する除去力が卓越である。しかし、これら3種類の
洗浄法はすべて洗浄溶液中に含まれている過酸化水素水
がシリコンウェーハ表面と反応して化学的酸化膜を形成
するとか、洗浄溶液に含まれている金属成分または粒子
状成分によりシリコンウェーハが逆汚染される問題点が
ある。したがって、このような化学的酸化膜または逆汚
染物質を除去するために、例えばフルオル化水素酸希釈
液を使用するDHF 湿式洗浄をさらに施すべき問題点があ
る。
ような問題点を誘発する。 (1)ウェーハの大口径化趨勢によって洗浄溶液及び脱
イオン水が使われるために費用の増加と環境汚染の問題
が発生する。 (2)洗浄工程中に脱イオン水で洗浄する中に、または
後続の工程を施す前まで大気中に放置される中にウェー
ハ表面に自然酸化膜が発生する。
luster) する趨勢であるが、湿式洗浄時使われる湿式洗
浄装置は他の設備等と集合するのが難しい。 したがって、このような湿式洗浄法を代えるための方法
として乾式洗浄法が提示されており、その一例が無水フ
ルオル化水素及び水蒸気を利用した気相洗浄法であり、
これをさらに改善した方法が無水フルオル化水素及びア
ルコール蒸気を利用する方法である。
に比べて有害物質を少なく排出し、環境側面で有用であ
り、この乾式洗浄に利用する洗浄装置は半導体工程で使
われる他設備と集合することが容易でかつ洗浄したシリ
コンウェーハが大気中に露出され放置することのないた
め、自然酸化膜の発生が抑制されるなどの多様な利点が
ある。
れば前処理後表面上に存在する化学的酸化膜に対する除
去率は優秀であるが、金属性汚染物質に対する除去力は
不充分であった。前記の水蒸気ベース気相洗浄法をさら
に改善した方法が無水フルオル化水素及びアルコール蒸
気及び/または水蒸気を利用した気相洗浄法である。し
かし、この方法においても金属性汚染物質除去効果は満
足すべき水準でなかった。
て、無水フルオル化水素ガスを利用して、シリコンウェ
ーハ表面上に存在する酸化膜を除去する方法が開示され
たことがある( 米国特許第4,749,440 号) 。しかし、こ
の方法によれば、蝕刻均一性が不良であるだけでなく洗
浄後にもシリコンウェーハ上に粒子状汚染物質、金属性
汚染物質などを含む各種汚染物質が残留する問題点があ
った。
性汚染物質、粒子状汚染物質などを除去するための多様
な研究が続いた。その一例がUV/Cl2洗浄法である。この
方法は基板の表面にUVを照射しながら塩素ガスを注入す
ることによって表面上に励起された金属粒子をハロゲン
化させて除去する方法である。しかし、この方法によれ
ば鉄粒子を除外した他の金属、例えば蒸気圧の低いハロ
ゲン化物を形成するアルミニウム、亜鉛のような金属粒
子に対しては洗浄効果が微々たる。
て乾式洗浄した半導体素子を洗浄する方法及び洗浄装置
が開示されたことがある( 米国特許第5,169,408 号) 。
本発明の目的は、乾式洗浄と湿式洗浄を連続的に施すこ
とができるように作られた半導体素子用インサイチュ洗
浄装置を提供することにある。本発明の他の目的は、ウ
ェーハ表面上に残留する酸化膜、ポリマー、粒子状汚染
物質及び金属性汚染物質などを効果的に除去できる半導
体素子の洗浄方法を提供することにある。
ガス貯蔵槽、無水フルオル化水素貯蔵槽、アルコール蒸
気及び/または水蒸気貯蔵槽、及び前記各貯蔵槽から供
給されるガスを混合するガス混合器を含む乾式洗浄手段
と、無水及び/または液状フルオル化物を貯蔵する第1
貯蔵槽、液状アルコールを貯蔵する第2貯蔵槽、及び前
記第1及び第2貯蔵槽から各々溶液を供給され、これを
混合して貯蔵する洗浄液貯蔵槽を含む湿式洗浄手段と、
前記乾式洗浄手段のガス混合器と前記湿式洗浄手段の洗
浄液貯蔵槽との間に位置し、ガス供給ライン及び洗浄液
供給ラインにより各々前記ガス混合器及び洗浄液貯蔵槽
と連結されている共通洗浄槽とを備える半導体素子用イ
ンサイチュ洗浄装置によって果たすことができる。
浄槽に搬入する段階と、前記洗浄槽に無水フルオル化水
素−含有蒸気状混合物を注入して半導体素子を洗浄する
乾式洗浄段階と、前記洗浄槽に無水フルオル化水素、ア
ルコール及び脱イオン水を含む洗浄液を注入して半導体
素子を洗浄する湿式洗浄段階とを含む半導体素子の洗浄
方法により果たすことができる。
発明の望ましい実施例に対して詳細に説明する。まず、
本発明にともなう半導体素子用洗浄装置において、前記
洗浄液貯蔵槽は第1及び第2貯蔵槽から各々無水及び/
または液状フルオル化水素及び液状アルコールを供給さ
れ、これを混合して洗浄液を製造した後、前記貯蔵槽内
に備わった温度調節器を利用して洗浄液の温度を所定範
囲、例えば室温〜100℃に保たせる。
(polytetrafluoroethylene) またはセラミックで作ら
れ、洗浄液の混合比が所定範囲内にあるのかをチェック
して前記第1及び第2貯蔵槽からの溶液流入量を調節し
得る洗浄液濃度感知センサをさらに含む事もできる。ま
た、前記洗浄液貯蔵槽に脱イオン水を洗滌するための脱
イオン水を供給してから排出する脱イオン水供給ライン
及び排出ラインがさらに備わっていることもできる。
合器及び湿式洗浄用貯蔵槽と各々連結しており、一つの
洗浄槽を利用して乾式及び湿式洗浄を順次に施すことが
できる。すなわち、乾式洗浄が完了した後湿式洗浄が施
される前までの所定時間中にもシリコンウェーハが空気
中に露出されないので自然酸化膜の発生などのような追
加汚染現象が防止される。
共通洗浄槽から洗浄液貯蔵槽に回収するための洗浄溶液
回収ラインが前記共通洗浄槽と前記洗浄液貯蔵槽間に備
わっており、前記洗浄液回収ラインには汚染物質ろ過フ
ィルタが取付けられており汚れた洗浄溶液中に含まれて
いる各種汚染物質をろ過する。したがって、洗浄後金属
性または粒子状汚染物質により汚染された洗浄溶液を回
収し、フィルタを通じ汚染物質をろ過した次に、洗浄液
貯蔵槽に循環させて再使用できる。すなわち、洗浄溶液
を数回にわたり再使用するため工程単価も節減されるだ
けでなく洗浄溶液の乱用にともなう環境汚染問題も最大
限防止できる利点がある。
洗浄装置を概略的に示してある。図1を参照すれば、本
発明の半導体素子用インサイチュ洗浄装置は窒素ガス貯
蔵槽6、無水フルオル化水素貯蔵槽7、アルコール蒸気
及び/または水蒸気貯蔵槽8及び前記各貯蔵槽6、7及
び8から流入されるガスを混合するガス混合器9を含む
乾式洗浄手段と、例えば無水及び/または液状フルオル
化水素及び液状アルコールが各々貯蔵された第1及び第
2貯蔵槽1及び2、前記第1及び第2貯蔵槽から溶液の
供給を受け、これを混合及び貯蔵する洗浄液貯蔵槽3を
含む湿式洗浄手段が洗浄液供給ラインd及びガス供給ラ
インeを通じて共通洗浄槽5に連結しており、シリコン
ウェーハは洗浄工程が進行される中に空気中に露出する
ことなく、共通洗浄槽内で連続的に乾式及び湿式洗浄が
できる。
サイチュ洗浄装置中湿式洗浄手段だけを概略的に示して
ある。図2を参照すれば、第1及び第2貯蔵槽1及び2
に各々貯蔵されている無水または液状フルオル化物及び
液状アルコールが洗浄液貯蔵槽3に供給された後に、混
合されて貯蔵される。この時、前記洗浄液貯蔵槽3内に
温度調節器4がさらに備わっており、前記洗浄液を湿式
洗浄が望ましく施されうる所定の温度、例えば室温〜1
00℃の温度に加熱する。また、前記洗浄液貯蔵槽3に
は洗浄液の混合比をチェックできる濃度感知センサbが
さらに備わっており、洗浄液の混合重量比が所定の範囲
で維持されるように前記第1及び第2貯蔵槽1及び2か
らの洗浄液流入量を調節できる。また、前記洗浄液貯蔵
槽3を洗浄できるように脱イオン水供給ラインa及び排
出ラインa’をさらに備わることができる。
貯蔵槽3に貯蔵されている洗浄液は洗浄液供給ラインd
を通じ共通洗浄槽5に伝達される。前記洗浄液供給ライ
ンには熱交換器(heat exchanger)cがさらに備わってお
り、前記洗浄液が共通洗浄槽5に供給される中に洗浄液
の温度が所定範囲を保てるように温度を補償する。この
ように伝達された洗浄液は図示しない噴射ノズルを通じ
て共通洗浄槽5内に噴射されて半導体素子を洗浄するよ
うになる。
洗浄溶液は回収ラインfを通じ、また洗浄液貯蔵槽3に
回収されるが、この時前記回収ラインfには湿式洗浄時
除去できる各種汚染物質をろ過させて洗浄溶液を浄化さ
せることができるフィルタgをさらに備えることも可能
である。図1を参照しながら、本発明の洗浄方法を説明
すれば、まず、ガス混合器9が窒素ガス貯蔵槽6、無水
フルオル化水素貯蔵槽7、及びアルコール蒸気及び/ま
たは水蒸気貯蔵槽8から各々ガスの供給を受けてこれら
を混合した後、ガス供給ラインeを通じて、共通洗浄槽
5に混合ガスを供給することによって共通洗浄槽5内に
搬入された半導体素子を乾式洗浄する。前記窒素ガスは
乾式洗浄雰囲気を造成するために提供される。
蔵槽1及び2から各々無水または状フルオル化物と液状
アルコールを供給され、これを混合して洗浄溶液を形成
した次に貯蔵する。貯蔵されていた洗浄溶液は乾式洗浄
完了と同時に湿式洗浄が開始すれば、洗浄液供給ライン
dを通じて共通洗浄槽5内に噴射されて半導体素子を洗
浄するようになる。
浄手段と湿式洗浄手段が洗浄槽を共有することによって
乾式洗浄と湿式洗浄が連続的に施されるので、乾式洗浄
後に残留する金属性及び粒子状汚染物質等に対する除去
効果も優れるだけでなく、半導体素子が大気中に露出し
放置されることがないため、自然酸化膜が発生しない追
加の利点もある。
る半導体素子の洗浄方法において、前記無水フルオル化
水素含有蒸気状混合物は無水フルオル化水素とアルコー
ル蒸気及び/または水蒸気の混合物である場合もあり、
前記アルコール蒸気はメタノール、エタノールまたはイ
ソプロピルアルコールの蒸気であることもある。また、
前記洗浄液の温度は室温〜100℃、前記洗浄液中の無
水フルオル化物、アルコール及び脱イオン水の含量は洗
浄液の総量を基準として各々0.01〜20重量%、6
0〜99.99重量%及び0〜20重量%のことが望ま
しい。この時、前記無水フルオル化物としてはフルオル
化水素、フルオル化ホウ素またはアンモニウムフルオラ
イドが、そして前記アルコールとしてはメタノール、エ
タノールまたはイソプロピルアルコールが望ましい。
去率を比較するためのグラフであるが、乾式洗浄以後に
もウェーハ表面上に存在する金属性汚染物質の残留濃度
は減少せず、クロムの場合には乾式洗浄以後むしろ増加
したことがわかる。一方、図4は本発明にともなうイン
サイチュ洗浄以前と以後にウェーハ表面上に残留する幾
つかの金属性汚染物質の除去率を従来のDHF 湿式洗浄以
前と以後の金属性汚染物質除去率と比較するためのグラ
フである。
合に、洗浄後金属性汚染物質の残留濃度が洗浄前に比べ
て非常に低く示しており、これでDHF 湿式洗浄も金属性
汚染物質を除去するのにある程度効果のあることが認定
される。しかし、本発明にともなうインサイチュ洗浄以
前と以後の金属性汚染物質残留濃度差をみれば従来のDH
F 湿式法に比べてその差が顕著である。すなわち、本発
明にともなうインサイチュ洗浄方法の金属性汚染物質除
去効果が従来のDHF 湿式洗浄法に比べて卓越なことがわ
かる。
粒子状汚染物質の除去力を従来のSC-1湿式洗浄法及びDH
F 湿式洗浄法と比較するためのグラフである。図5から
わかるように、従来の2種の洗浄方法を利用する場合よ
り本発明の洗浄方法を適用した場合に、さらに一層優秀
な粒子状汚染物質除去力を示すことがわかる。すなわ
ち、本発明の洗浄方法は金属性汚染物質だけでなく粒子
状汚染物質に対しでもその除去効果が卓越なことがわか
る。
まず乾式洗浄によりウェーハ表面上に存在する各種有機
汚染物及び自然酸化膜を除去した後、後続の湿式洗浄を
施し、残留する金属粒子を除去する2段階洗浄方法であ
る。この方法によれば乾式洗浄により除去できない各種
金属性汚染物質だけでなく粒子状汚染物質とポリマー等
も追加で除去できて、ウェーハ表面の大気中露出がない
ので自然酸化膜が発生することを防止し得る。
チュ洗浄装置は、共通洗浄槽を通じて乾式洗浄手段と湿
式洗浄手段を連結して一体化させたことで、一つの洗浄
槽を利用して乾式洗浄と湿式洗浄を連続的に施し得る装
置である。したがって、本発明の洗浄装置を利用して半
導体素子を洗浄すれば、乾式洗浄または湿式洗浄だけで
は得られない卓越な洗浄効果、すなわち自然酸化膜、化
学的酸化膜、ポリマー、粒子状汚染物質及び金属粒子等
に対し優秀な洗浄効果を得ることができるだけでなく、
乾式洗浄後に半導体素子が大気中に放置されることがな
く、直ちに湿式洗浄になるため、自然酸化膜の発生のよ
うな二次汚染問題からも逃れることができる。すなわ
ち、本発明の方法によれば卓越な洗浄効果と共に二次汚
染を防止できる利点もある。
浄装置の概略図である。
置中湿式洗浄手段部分のみを示した概略図である。
して示したデータ図である。
F(脱イオン水:フルオル化水素=100:1) を利用す
る従来の湿式洗浄方法(DHF洗浄法) で半導体素子を洗浄
する前と後の金属性汚染物質除去率を比較して示したデ
ータ図である。
浄法及び従来のSC-1( アンモニア水、過酸化水素水及び
脱イオン水の混合液) 湿式洗浄法で半導体素子を洗浄す
る場合の粒子状汚染物質除去率を比較して示したデータ
図である。
Claims (15)
- 【請求項1】 窒素ガス貯蔵槽、無水フルオル化水素貯
蔵槽、アルコール蒸気及び/または水蒸気貯蔵槽、及び
前記各貯蔵槽から供給されるガスを混合するガス混合器
を含む乾式洗浄手段と、 無水及び/または液状フルオル化物を貯蔵する第1貯蔵
槽、液状アルコールを貯蔵する第2貯蔵槽、及び前記第
1及び第2貯蔵槽から各々溶液を供給され、これを混合
して貯蔵する洗浄液貯蔵槽を含む湿式洗浄手段と、 前記乾式洗浄手段のガス混合器と前記湿式洗浄手段の洗
浄液貯蔵槽との間に位置し、ガス供給ライン及び洗浄液
供給ラインにより各々前記ガス混合器及び洗浄液貯蔵槽
と連結する共通洗浄槽と、 を備えることを特徴とする半導体素子用インサイチュ洗
浄装置。 - 【請求項2】 前記洗浄液貯蔵槽がポリテトラフルオロ
エチレンまたはセラミックで作られたことを特徴とする
請求項1に記載の半導体素子用インサイチュ洗浄装置。 - 【請求項3】 前記洗浄液貯蔵槽の内部に洗浄液を所定
の温度で保たせるための温度調節器をさらに備えること
を特徴とする請求項1に記載の半導体素子用インサイチ
ュ洗浄装置。 - 【請求項4】 前記洗浄液貯蔵槽が前記第1及び第2貯
蔵槽から流入される溶液の速度を調節する洗浄液濃度調
節センサをさらに備えることを特徴とする請求項1に記
載の半導体素子用インサイチュ洗浄装置。 - 【請求項5】 前記洗浄液貯蔵槽を洗い落とすための脱
イオン水供給装置及び排出装置が前記洗浄液貯蔵槽に連
結されたことを特徴とする請求項1に記載の半導体素子
用インサイチュ洗浄装置。 - 【請求項6】 前記洗浄液供給ラインに洗浄液の温度低
下を補償するための熱交換機がさらに取付けられている
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体素子用インサ
イチュ洗浄装置。 - 【請求項7】 前記共通洗浄槽から洗浄液を回収して前
記洗浄液貯蔵槽に供給するための洗浄液回収ラインをさ
らに含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体素子
用インサイチュ洗浄装置。 - 【請求項8】 前記洗浄液回収ラインに各種汚染物質を
ろ過させて洗浄溶液を浄化させるためのフィルタが取付
けられたことを特徴とする請求項7に記載の半導体素子
用インサイチュ洗浄装置。 - 【請求項9】 シリコンウェーハを洗浄槽に搬入する段
階と、前記洗浄槽に無水フルオル化水素含有蒸気状混合
物を注入して半導体素子を洗浄する乾式洗浄段階と、 前記洗浄槽に無水フルオル化物、アルコール及び脱イオ
ン水を含む洗浄液を注入して半導体素子を洗浄する湿式
洗浄段階と、 を含むことを特徴とする半導体素子の洗浄方法。 - 【請求項10】 前記無水フルオル化水素含有蒸気状混
合物が無水フルオル化水素とアルコール蒸気及び/また
は水蒸気の混合物であることを特徴とする請求項9に記
載の半導体素子の洗浄方法。 - 【請求項11】 前記アルコール蒸気がメタノール、エ
タノールまたはイソプロピルアルコールの蒸気であるこ
とを特徴とする請求項10に記載の半導体素子の洗浄方
法。 - 【請求項12】 前記洗浄液の温度が室温〜100℃で
あることを特徴とする請求項9に記載の半導体素子の洗
浄方法。 - 【請求項13】 前記洗浄液中の無水フルオル化物、ア
ルコール及び脱イオン水の含量が洗浄液の総量を基準と
して各々0.01〜20重量%、60〜99.99重量
%及び0〜20重量%であることを特徴とする請求項9
に記載の半導体素子の洗浄方法。 - 【請求項14】 前記無水フルオル化物がフルオル化水
素、フルオル化ホウ素またはアンモニウムフルオライド
であることを特徴とする請求項13に記載の半導体素子
の洗浄方法。 - 【請求項15】 前記アルコールがメタノール、エタノ
ールまたはイソプロパノールであることを特徴とする請
求項13に記載の半導体素子の洗浄方法。
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