JPH10335300A - 半導体ウエハの処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】多量の薬液及び洗浄水を伴うことなく、薬液中
の微粒子の再付着を防止しつつ、微細パターンについて
まで洗浄することが可能な洗浄度の高い半導体ウエハの
処理方法を提供すること。 【解決手段】不活性ガスパージ槽２内に配設され所定の
洗浄液を有する処理槽１内に半導体ウエハ４を浸し、該
処理槽１の液面が半導体ウエハ４を十分覆う高さとなっ
た後に、純水に溶解しかつ半導体ウエハ４の表面と反応
するＨＦ蒸気を半導体ウエハ４と純水との界面に存在さ
せながら、半導体ウエハ４を処理槽１から不活性ガスパ
ージ槽２へ引き出す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハの洗
浄又はシリコン酸化膜の除去処理に関し、特に、多量の
薬液及び洗浄水を伴うことなく、薬液中の微粒子の再付
着を防止しつつ、微細パターンを効率良く洗浄する半導
体ウエハの処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体ウエハを洗浄する際には、
洗浄用の薬液内に半導体ウエハを浸すウエット処理と、
薬液の蒸気を半導体ウエハに吹き付けるドライ処理とが
ある。

【０００３】ここで、このウエット処理とは、洗浄用の
薬液に半導体ウエハを浸し、除去対象物を薬液と反応さ
せて反応生成物を薬液中に取り込むことにより、除去対
象物を半導体ウエハの表面から除去する技術である。

【０００４】例えば、特開平２−１７７３２７号公報に
は、半導体ウエハを洗浄液に溶けやすい蒸気雰囲気中に
晒した後に、洗浄液を半導体ウエハに供給するよう構成
した半導体ウエハの洗浄方法が開示されている。

【０００５】この従来技術に代表される従来のウエット
処理では、薬液中に混入している微粒子が新たに半導体
ウエハに付着し、また多量の薬液及び洗浄水が必要とな
り、さらに洗浄後の乾燥工程を要するという特性があ
る。

【０００６】特に、近年のＩＣパターンの微細化に伴っ
て、開口径が小さく奥行きが深い高アスペクト比の溝に
ついては、酸化膜除去の目的で使用される希ＨＦ溶液が
入りにくいため、かかるウエット処理を用いたとしても
高アスペクト比の溝を十分に洗浄できないという特性が
ある。

【０００７】これに対して、ドライ処理とは、発生した
薬液蒸気により半導体ウエハ表面に形成される薄膜内
で、ウエット処理と同様の反応を起こし、これにより生
じた反応生成物を真空排気等によって薬液とともに除去
する技術である。

【０００８】このため、このドライ処理を用いた場合に
は、少ない洗浄液で効率よく洗浄でき、また薬液を蒸気
にして使用するために、薬液中の微粒子混入を防止で
き、かつ、高アスペクト比の溝も洗浄可能で、乾燥工程
も不要になる。

【０００９】このドライ処理として、例えば特開昭６２
−１７３７２０号公報には、半導体ウエハを洗浄用薬液
の蒸気で洗浄した後、半導体ウエハを容器から取り出す
ことなく水蒸気で薬液を洗い流し、その後半導体ウエハ
を乾燥するウエハ洗浄装置が開示されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
ドライ処理は、上記ウエット処理と比べて洗浄度が低い
ため、半導体ウエハの高洗浄には適さないという問題が
ある。

【００１１】すなわち、ドライ処理の場合には、薬液蒸
気の凝縮並びに薄膜形成速度が半導体ウエハ表面の状態
によって異なるため、薬液薄膜に形成むらが生じ、その
結果として除去対象物の除去量が均一ではなくなる。

【００１２】例えば、シリコン酸化膜の除去を目的とし
てフッ化水素と水の混合蒸気（ＨＦ＋Ｈ2Ｏ ）を用いた
場合には、ＨＦ＋Ｈ2Ｏ 蒸気が酸化膜の一部分に凝縮す
ると、この部分の酸化膜が真っ先に反応して反応生成物
が凝縮薬液に溶解する。

【００１３】このため、酸化膜が除去された部分は疎水
性となり、周辺の未だ酸化膜が存在する親水性の部分に
薬液及び反応生成物が引っ張られ、反応生成物を真空除
去する前に反応生成物が周辺に付着固化し、これが新た
なパーティクルを形成する結果となる。

【００１４】このように、半導体ウエハを洗浄する際
に、ウエット処理を用いた場合には、薬液中の微粒子の
再付着、微細パターンの洗浄困難性、薬液及び洗浄水の
多量使用という問題があり、ドライ処理を用いた場合に
は、洗浄度が低く、新たなパーティクルを形成するとい
う問題がある。

【００１５】そこで、本発明では、上記問題点を解決
し、多量の薬液及び洗浄水を伴うことなく、薬液中の微
粒子の再付着を防止しつつ、微細パターンについてまで
洗浄することが可能な洗浄度の高い半導体ウエハの処理
方法を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段及び作用効果】上記目的を
達成するため、第１の発明は、不活性ガスを封入した不
活性ガスパージ槽と、該不活性ガスパージ槽内に配設さ
れ所定の洗浄液を有する処理槽とを用いて半導体ウエハ
を処理する半導体ウエハの処理方法において、前記処理
槽内に半導体ウエハを浸し、該処理槽の液面が前記半導
体ウエハを十分覆う高さとなった後に、前記洗浄液に溶
解しかつ前記半導体ウエハの表面と反応する薬液の蒸気
を少なくとも前記半導体ウエハと洗浄液との界面に存在
させながら、前記半導体ウエハを前記処理槽から前記不
活性ガスパージ槽へ引き出すよう構成したので、下記に
示す効果が得られる。

【００１７】１）薬液からの微粒子の付着の防止、微細
パターン内部のシリコン酸化膜除去及び薬液の節約が可
能となる。

【００１８】２）反応生成物の付着を起こさず、また乾
燥工程を省略し、もって薬液の節約及び工程数節減を行
うことが可能となる。

【００１９】また、第２の発明は、前記半導体ウエハと
前記処理槽内の洗浄液との界面に向けて、該半導体ウエ
ハに沿って前記不活性ガスを流しつつ、前記半導体ウエ
ハを引き上げるよう構成したので、下記に示す効果が得
られる。

【００２０】１）界面近傍での不活性ガス濃度の低下を
防止し、効率良く処理を行うことが可能となる。

【００２１】２）薬液の蒸気が半導体ウエハ４の不必要
部分に接触することを防止することが可能となる。

【００２２】また、第３の発明は、前記薬液はフッ化水
素であることを特徴とする。

【００２３】また、第４の発明は、前記薬液はフッ化水
素とアルコールとの混合物であることを特徴とする。

【００２４】また、第５の発明は、前記薬液はフッ化水
素と水との混合物であることを特徴とする。

【００２５】また、第６の発明は、前記半導体ウエハは
その表面がシリコン酸化膜で覆われていることを特徴と
する。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。なお、本実施の形態では、
薬液としてフッ化水素（ＨＦ）蒸気を使用し、洗浄液と
して純水を使用し、不活性ガスとして窒素を使用した場
合について説明する。

【００２７】図１は、本実施の形態で用いる半導体ウエ
ハ洗浄装置の構成を示す図である。

【００２８】図１に示すように、この半導体ウエハ洗浄
装置は、処理槽１と、不活性ガスパージ槽２と、薬液蒸
気供給ノズル３と、洗浄水供給口５と、排水口６と、ガ
ス排出口８と、ウエハキャリア９とからなる。

【００２９】処理槽１は、石英又は耐ＨＦ性のあるＰＦ
Ａ等で形成した槽であり、該処理槽１内には洗浄水供給
口５を介して洗浄液たる純水１０が供給される。この純
水は、必要に応じて処理槽１からオーバーフローさせる
ことができ、オーバーフローした洗浄液は排水口６から
排水される。

【００３０】不活性ガスパージ槽２は、不活性ガスであ
る窒素を封入し得るよう構成されており、ガス排出口８
を介して不活性ガスを外部に排出するとともに、排水口
６を介してオーバーフローした洗浄水を排水する。

【００３１】そして、表面にシリコン酸化膜を有する半
導体ウエハ４をウエハキャリア９によって処理槽１の純
水に一旦浸し、その後ゆっくりと不活性ガスパージ槽２
に引き上げながら後述する洗浄処理を行う。

【００３２】図２は、図１に示す半導体ウエハ洗浄装置
の処理槽１の液面部分を拡大した図である。

【００３３】同図に示すように、不活性ガス供給部７
は、半導体ウエハ４と平行で、かつ、該半導体ウエハ４
の既出部から純水水面に向かう方向の窒素流れ２０を作
るように窒素を供給する。なお、半導体ウエハ４の処理
に使用した残留ガス及び窒素ガスについては、ガス排気
口８から排気される。

【００３４】そして、半導体ウエハ４の洗浄処理を行う
際には、ウエハキャリア９に支持された半導体ウエハ４
が処理槽１に沈められ、薬液蒸気供給ノズル３によりＨ
Ｆ蒸気を供給しつつ、半導体ウエハ４を処理槽１から引
き上げる。

【００３５】この際、半導体ウエハ４と洗浄水たる純水
との界面に存在するＨＦ蒸気が純水に溶けて半導体ウエ
ハ４の酸化膜と反応し、図３に示すように反応生成物１
５を生成するが、ＨＦ溶液に反応した半導体ウエハ４の
表面部分１５’は、ベアのＳｉになるので疎水性を有す
る。

【００３６】なお、未反応の部分すなわち反応部分周辺
の未反応部分は親水性が維持されるため、該反応生成物
１５を含む周辺の薬液の混合水が親水性すなわち未反応
部分であるバルクの洗浄水中へ引き込まれる。

【００３７】この引き込みは、ＨＦ溶液の表面張力が純
水の表面張力よりも小さいことによって加速され、かか
る作用により、シリコン酸化膜の除去及び乾燥が行われ
る。

【００３８】次に、高アスペクト比の微細パターンの洗
浄概念について説明する。

【００３９】図４は、図１示す半導体ウエハ洗浄装置に
よる高アスペクト比の微細パターンの洗浄処理の説明図
である。

【００４０】通常、酸化膜除去工程の前処理として、半
導体ウエハ４はアンモニア過水又は硫酸過水等による処
理がなされるため、半導体ウエハ表面の微細パターンの
内部にまで酸化膜が形成され、親水性となる。

【００４１】このため、ウエハキャリア９を用いて半導
体ウエハ４を洗浄水たる純水に浸した際に、半導体ウエ
ハ４表面の微細パターンにまで洗浄水である純水が浸透
する。

【００４２】かかる状態で、半導体ウエハ４と純水との
界面にＨＦ蒸気が存在すると、ＨＦの水への溶解度は無
限大であるから、ＨＦガスが半導体ウエハ４と純水との
界面から純水内に分子拡散する。

【００４３】この分子拡散は、純水で濡れている微細パ
ターンの中まで浸透しＨＦ溶液となり、微細パターン内
部のシリコン酸化膜と反応するため、微細パターン内部
の洗浄が可能となる。

【００４４】また、半導体ウエハ４の表面に疎水部分と
親水部分が存在する場合には、半導体ウエハ４と純水と
の界面に存在するＨＦ蒸気によって、かかる部分は高濃
度ＨＦ溶液になる。

【００４５】この高濃度ＨＦ溶液は、純水と比べると表
面張力が小さく、界面活性剤と同程度の表面張力となる
ため、界面部分の高濃度ＨＦ溶液は微細パターン内に浸
入し、微細パターンの洗浄が可能となる。

【００４６】このように、本実施の形態に係わる半導体
ウエハ洗浄装置を用いると、高アスペクト比の微細パタ
ーンの内部まで洗浄することが可能となる。

【００４７】次に、図１に示す半導体ウエハ洗浄装置の
応用例について説明する。

【００４８】図５は、図１に示す半導体ウエハ洗浄装置
の一応用例を示す図である。

【００４９】図５に示すように、この半導体ウエハ洗浄
装置では、ガス排気口８に図示しない真空ポンプを取り
付けて排気を容易にするとともに、薬液蒸気供給ノズル
３の上部に不活性ガス供給用のノズル１１を取り付けて
いる。

【００５０】かかるノズル１１を設けた理由は、半導体
ウエハ４表面の平行流２０を該半導体ウエハ４と純水と
の界面近傍でのみ強めるためである。

【００５１】すなわち、図１に示す半導体ウエハ洗浄装
置では、半導体ウエハ４の上部に配設した不活性ガス供
給部７により、半導体ウエハ４に沿って不活性ガスを供
給していたが、供給された不活性ガスは次第に拡散する
ため、半導体ウエハ４と純水との界面付近でのガス濃度
はいきおい低下する。

【００５２】その結果、半導体ウエハ４の洗浄効率が低
下するとともに、薬液蒸気が薬液を必要としない半導体
ウエハ４の部位にまでも付着し、洗浄度の低下を招く結
果となる。

【００５３】そこで、この半導体ウエハ洗浄装置では、
薬液蒸気供給ノズル３の上部に不活性ガス供給用のノズ
ル１１を取り付けることにより、界面近傍での不活性ガ
ス濃度の低下を防止するとともに、薬液蒸気が半導体ウ
エハ４の不必要部分に接触することを防止するよう構成
している。

【００５４】図６は、図１に示す半導体ウエハ洗浄装置
の別の応用例を示す図である。

【００５５】図６に示すように、この応用例では、半導
体ウエハ４と純水との界面に振動子１２を設け、該振動
子１２が発する超音波によって、ＨＦ溶液と酸化膜の反
応生成物の除去を促進している。

【００５６】なお、かかる振動子１２を用いると、微細
パターン内部の洗浄についてもさらに容易になる。

【００５７】上述してきたように、本実施の形態では、
不活性ガスパージ槽２内に配設され所定の洗浄液を有す
る処理槽１内に半導体ウエハ４を浸し、該処理槽１の液
面が半導体ウエハ４を十分覆う高さとなった後に、純水
に溶解しかつ半導体ウエハ４の表面と反応するＨＦ蒸気
を半導体ウエハ４と純水との界面に存在させながら、半
導体ウエハ４を処理槽１から不活性ガスパージ槽２へ引
き出すよう構成したので、下記に示す効果が得られる。

【００５８】１）従来のウエット処理で問題となってい
た薬液からの微粒子の付着の防止、微細パターン内部の
シリコン酸化膜除去及び薬液の節約を行うことができ
る。

【００５９】２）従来のドライ処理で問題となっていた
反応生成物の付着を起こさず、また乾燥工程を省略し、
もって薬液の節約及び工程数節減を行うことができる。

【００６０】また、薬液蒸気供給ノズル３の上部に不活
性ガス供給用のノズル１１を取り付けるよう構成したの
で、界面近傍での不活性ガス濃度の低下を防止するとと
もに、薬液蒸気が半導体ウエハ４の不必要部分に接触す
るのを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態で用いる半導体ウエハ洗浄装置の
構成を示す図。

【図２】図１に示す半導体ウエハ洗浄装置の処理槽の液
面部分を拡大した図。

【図３】半導体ウエハと洗浄水との界面での疎水性及び
親水性を示す図。

【図４】図１に示す半導体ウエハ洗浄装置による高アス
ペクト比の微細パターンの洗浄処理の説明図。

【図５】図１に示す半導体ウエハ洗浄装置の一応用例を
示す図。

【図６】図１に示す半導体ウエハ洗浄装置の別の応用例
を示す図。

【符号の説明】

１…処理槽、 ２…不活性ガスパージ槽、 ３…薬液蒸
気供給ノズル、４…半導体ウエハ、 ５…洗浄水供給
口、 ６…排水口、７…不活性ガス供給部、 ８…ガス
排出口、 ９…ウエハキャリア、１０…純水、 １１…
不活性ガス供給用ノズル、 １２…振動子、１５…反応
生成物、 ２０…平行流

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 不活性ガスを封入した不活性ガスパージ
   槽と、該不活性ガスパージ槽内に配設され所定の洗浄液
   を有する処理槽とを用いて半導体ウエハを処理する半導
   体ウエハの処理方法において、 前記処理槽内に半導体ウエハを浸し、該処理槽の液面が
   前記半導体ウエハを十分覆う高さとなった後に、前記洗
   浄液に溶解しかつ前記半導体ウエハの表面と反応する薬
   液の蒸気を少なくとも前記半導体ウエハと洗浄液との界
   面に存在させながら、前記半導体ウエハを前記処理槽か
   ら前記不活性ガスパージ槽へ引き出すことを特徴とする
   半導体ウエハの処理方法。
2. 【請求項２】 前記半導体ウエハと前記処理槽内の洗浄
   液との界面に向けて、該半導体ウエハに沿って前記不活
   性ガスを流しつつ、前記半導体ウエハを引き上げること
   を特徴とする請求項１記載の半導体ウエハの処理方法。
3. 【請求項３】 前記薬液は、 フッ化水素であることを特徴とする請求項１記載の半導
   体ウエハの処理方法。
4. 【請求項４】 前記薬液は、 フッ化水素とアルコールとの混合物であることを特徴と
   する請求項１記載の半導体ウエハの処理方法。
5. 【請求項５】 前記薬液は、 フッ化水素と水との混合物であることを特徴とする請求
   項１記載の半導体ウエハの処理方法。
6. 【請求項６】 前記半導体ウエハは、 その表面がシリコン酸化膜で覆われていることを特徴と
   する請求項１記載の半導体ウエハの処理方法。