JPH10340880A - 半導体ウエハの洗浄処理方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 槽内での渦水流による滞留部発生を防止し、
ウエハ洗浄をより効率的に行える急速置換による効率の
良い半導体ウエハの洗浄処理方法及び洗浄処理装置を提
供する。 【解決手段】 洗浄槽１に設けられた純水又は薬液用の
供給部２及び排出口４を有し、槽内に供給部２側から排
出口４側に向かう水流を形成する半導体ウエハの洗浄処
理方法において、排出口４側に接続された液移送用ポン
プ５と、ポンプ５の排出量を可変する制御手段９とを少
なくとも有し、洗浄過程で、制御手段９にてポンプ５の
排出量を変動し、槽内からの排出量を周期的、或いは非
周期的に変化させるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造工程で
の純水や薬液による半導体ウエハの洗浄処理方法及びそ
の洗浄処理装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造でのウエハの薬液を用いた洗
浄処理工程としては、硫酸と過酸化水素との高温混液
（ピラニア等）、アンモニアと過酸化水素との高温混液
（ＳＣ1）、及び塩酸と過酸化水素との高温混液（ＳＣ
2）等が除去したい汚染の種類により使い分けられてい
る。また、薬液洗浄の一態様であるエッチング工程とし
ては希ふっ酸又はバッファードふっ酸による酸化珪素膜
エッチング、熱燐酸による窒化珪素膜エッチング等があ
る。これらの薬液洗浄では、洗浄やエッチング処理後、
用いた薬液を純水で洗い流す純水リンス工程が必ず必要
となる。従来は、洗浄液を下部から供給し、上部から排
水するオーバーフロー水流による純水リンス槽（以下、
ＯＦリンス槽と略称することもある）が広く用いられて
きた。この方法では、槽内の残留薬液の純水置換が指数
関数的に減少することが理論づけられている。実際に
は、槽内に発生する渦流によるトラップ作用により残留
部が発生するため、指数関数的減少より、更に、その置
換は遅くなることが分かっており、純水を多量に消費す
る上に、充分な純水リンス効果が得られないと言っこと
が問題であった。このことは、参考文献１（荒木直哉、
中澤孝夫、原田宙幸「新しいＩＣウエハ洗浄原理とその
応用」、第１５回空気清浄とコンタミネーションコント
ロール研究大会予稿集１２５頁、平成９年４月於早大）
に詳細に報告されている。

【０００３】そこで、現在は以上のような問題を解消す
るため、参考文献２（特許第２０１３６９１号）に示さ
れる下方水流による純水リンス槽（以下、ＤＦリンス槽
と略称することもある）が発明されている。この処理方
式は、槽水面に発生し易い淀みを押し流して淀み自体の
発生を防ぐと共に、槽下部の排水口による排水の過程で
槽内の純水を下方に導いて排水し、この下方排水流によ
り槽内部の滞留域の発生を防ぐものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記したＤ
Ｆリンス槽においても、槽内部の渦流による滞留部が発
生するため、参考文献１に記載されているような理論的
に予想される程の早い置換を達成することは不可能であ
り、槽内に強い渦流が発生する場合には、ＯＦリンス槽
と同等な程度まで置換特性が低下することもある。この
ような背景から、半導体製造においては、今後のウエハ
大口径化、高スループット化を考えると、純水使用量を
極力少なくし、現状の設備を可能な範囲で適用できるよ
り効率的な処理方法と槽構造の出現が持たれている。

【０００５】本発明は以上のような要望に鑑み開発され
たものであり、その目的は従来問題であった薬液洗浄槽
や純水リンス槽内等での渦水流による滞留部発生を防止
し、ウエハ洗浄をより効率的に行える急速置換による効
率の良い半導体ウエハの洗浄処理方法及びその洗浄処理
装置を提供することにある。他の目的は以下の内容説明
の中で述べる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため次の構成要件により特定される。すなわち、
本発明方法は、図面に例示する如く、洗浄槽１に設けら
れた純水又は薬液用の供給部２及び排出口４を有し、槽
内に供給部２側から排出口４側に向かう水流を形成する
半導体ウエハの洗浄処理方法において、排出口４側に接
続された液移送用ポンプ５と、ポンプ５の排出量を可変
する制御手段９とを少なくとも有し、洗浄過程で、制御
手段９にてポンプ５の排出量を変動し、槽内からの排出
量を周期的、或いは非周期的に変化させるようにした構
成である。この本発明方法は、上記したＤＦリンス槽方
式の場合は下方水流を前提としていることから次のよう
に特定される。すなわち、洗浄槽上部に設けられた純水
又は薬液用の供給部２と、槽下部に設けられた排出口４
を有し、槽内に供給部２側から排出口４側に向かう下方
水流を形成する半導体ウエハの洗浄処理方法において、
排出口４側に接続されたバルブと、該バルブの開度を可
変する制御手段とを少なくとも有し、洗浄過程で、前記
制御手段にて前記バルブの開度を変動し、槽内からの排
出量を周期的、或いは非周期的に変化させるようにした
構成である。なお、以上の構成において、ポンプ５の排
出量や前記バルブの開度を可変して槽内からの排液量を
変化すると、槽内の液容量も変わることから、前記供給
部へ純水又は薬液を供給する配管に液移送用ポンプ、又
はバルブを設けて、前記槽内の純水又は薬液の排出量の
変動に連動して前記供給部側のポンプの流量、又は前記
バルブの開度を制御手段を介して調整することが好まし
い。

【０００７】また、本発明装置は、図面に例示する如
く、槽上部に設けられて純水又は薬液を吐き出す供給部
２と、槽下部に設けられて槽内の純水又は薬液を下部方
向へ導いて排水する排出口４とを有する洗浄槽１を主体
とした半導体ウエハの洗浄処理装置において、排出口４
側の配管部に接続された液移送用ポンプ５、及びポンプ
５の排出量を洗浄過程で周期的、或いは非周期的に可変
させる制御手段９と、ウエハｃを収納する収納冶具６を
上下に動かす揺動機構８、及び揺動機構８を制御する制
御手段９とを少なくとも有している構成である。

【０００８】以上の本発明方法及び装置は、洗浄過程に
おいて、洗浄槽（エッチング等のリンス槽を含む）内の
残留純水又は薬液を、供給部から供給される純水又は薬
液と急速置換を行って、効率的なウエハ洗浄（エッチン
グを含む）を実現するに際し、特に、従来方式の洗浄槽
で発生する渦流による弊害をなくするよう工夫したもの
である。原理的には、従来の洗浄槽の槽内水流は時間系
列に沿ってできるだけ変動しないようにすることを基本
にしており、槽内水流が常に一定となるよう管理されて
いた。ところが、本発明者は、この従来方式である槽内
水流を一定にすることが逆に槽内での渦流の成長を助長
し、槽内に滞留部（供給部から新たに供給される純水又
は薬液にて置き換えられない液部分）が発生する大きな
要因になることを解明した。槽内水流を一定にした場合
に渦流の成長を助けるメカニズムは、例えば、初期の台
風（渦流）が偏西風（一定水流）により成長するのと酷
似しており、偏西風が突然停止する等の変動があると、
成長しかけた渦が消滅し易くなり、大きな台風に成長す
ることを防ぐことができる。本発明はその現象に基づい
ている。

【０００９】このように、本発明方法は、洗浄過程にお
いて、洗浄槽内の水流を時間的に変化させることによ
り、槽内での渦の発生自体を防ぐと共に、仮に渦が発生
したとしてもその渦の成長を阻止して、前記した槽内を
急速かつ効率的に置換することを可能にしたものであ
る。そして、この急速置換の技術を、従来のいわゆるＯ
Ｆリンス槽に組み合わせることでも洗浄効果が顕著とな
り、更に、請求項３のように垂直下方水流型の洗浄槽
（ＤＦリンス槽）と組み合わせることで、より高効率で
安定した洗浄効果が達成される。この水流制御方式は、
洗浄過程で、制御手段にて制御される液移送用ポンプあ
るいはバルブを介して洗浄槽内からの排液量を周期的
に、或いは非周期的に変化させるものであり、従来と全
く異なる制御となる。液移送用ポンプとしては、ベロー
ズポンプやダイヤフラムポンプ等の脈動型を用いること
が槽内水流を変化される上でより好ましい。また、本発
明方法及び装置においては、以上の基本構成を採用し
て、より以上の急速置換を実現するため必要に応じて、
半導体ウエハを収納しているウエハ収納治具を揺動機構
により上下に揺動したり、超音波発振子から超音波を洗
浄槽の側面から印加し、その揺動や超音波による洗浄作
用を付与することもある。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に述べる本発明の形態は、本
発明の好適な具体例であるから技術的に好ましい種々の
限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明に
おいて特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これ
らの形態に限られるものではない。図１は本発明を適用
した半導体ウエハの洗浄処理装置の構成図である。同図
の洗浄処理装置は、洗浄槽１を主体とし、洗浄槽１の上
部の一側に設けられて純水や薬液を吐き出す供給部２
と、槽内の下側に設置されたパンチング板３と、槽底面
に設けられた排出口４と、排出口４に接続された配管部
に設けられて、排出口４から排出される排液量を変える
液移送用ポンプ５と、洗浄槽１の上部に設置されて半導
体ウエハｃを収納している収納治具であるウエハカセッ
ト６を吊り下げ具７を介して上下動する揺動機構８と、
洗浄過程において液移送用ポンプ５及び揺動機構８の作
動を制御する制御手段９とを備えている。なお、符号１
ａは洗浄槽１の上部の一側にあって、供給部２と対向し
た一側に設けられた捕集枠部である。

【００１１】また、洗浄槽１は、上部側がテーパー部を
介して下側よりも大きく形成された槽形状をなしてい
る。供給部２は、洗浄槽１の上部一側に沿って複数の吐
出口又はスリット状吐出口を持つ吐出管２ａを配置し、
この吐出管２ａに供給液溜設備から液移送用ポンプで導
入配管２ｂを通じて純水や薬液を圧送し、槽内に水平方
向に吐き出す。捕集枠部１ａは、槽内からオーバーフロ
ーした液を受け入れるもので、供給部２と対向する側の
周囲に設けられていると共に、枠底面側に排出口を有し
ている。パンチング板３は、排出口４から排出される液
部分が局部的に片寄らないようにしたり、槽内の下方水
流が均一に形成されるよう作用するもので、複数の上下
細孔を開口した板であり、槽底と間隔を保って配置され
ている。そして、排出口４からは、槽内の純水や薬液が
パンチング板３を通じ槽底部側に導かれてポンプ５の排
出能に応じた流量にて排出されるようになっている。

【００１２】また、液移送用ポンプ５としては、各種の
液移送用ポンプのうち、好ましくは槽内からの排液量を
急速に変えることができるベローズポンプやダイヤフラ
ムポンプが用いられる。なお、この洗浄槽１の場合は下
方水流を形成し、槽内水圧を利用できることから、ポン
プに代えて開度可変式のバルブを用いることも可能であ
る。そして、ポンプ５は、制御手段９からの信号により
その排液量（前記バルブの場合は排出開度）が洗浄過程
にて周期的、或いは非周期的に変化されるよう作動す
る。制御手段９には、洗浄槽１の容積、供給部２から槽
内に供給される純水や薬液の現在容量や流量、ポンプ５
の排出量（前記バルブの場合は開度）等を基にし、洗浄
過程にてウエハカセット６に収納されているウエハｃが
常に液中に浸かっているようにその作動が記憶部に入力
されており、洗浄時間系列に沿ってポンプ５の排出量
（前記バルブの場合は排出開度）を変えるべく指令を送
る。同時に、この制御手段９は、洗浄時間系列に沿って
予めプログラムされたデータに基づいて揺動機構８へ指
令を送り、揺動機構８を作動してウエハカセット６を吊
り下げ具７を介し上下に動かすことができるようになっ
ている。ここで、揺動機構８自体は駆動モータ及びカム
構造等を備えたものであるが、ピストン駆動等の他の公
知の構造であっても差し支えない。また、制御手段９と
しては、ポンプ５と揺動機構８とを同一のもので行う例
を示したが、ポンプ５側と揺動機構８側とをそれぞれ専
用の制御手段にて構成することもある。なお、このよう
な洗浄処理装置では、図示を省略しているが、ポンプ５
の排出量（前記バルブの場合は開度）を可変して排液量
を変化すると、槽内の液容量も変わることから、供給部
２へ純水又は薬液を供給する配管２ｂに液移送用ポンプ
やバルブと、槽内の純水又は薬液の排出量の変動に連動
してその供給部２側のポンプの流量、又は前記バルブの
開度を調整可能な制御手段とを設けることが好ましく、
更にその場合、前記制御手段を上記した制御手段９に連
携したり組み込むことも可能である。

【００１３】以上の洗浄処理装置を用いた半導体ウエハ
の洗浄処理方法では、例えば、純水が供給部２を通じて
洗浄槽１に満たされた状態で、別の洗浄槽で薬液洗浄さ
れたウエハｃとそれを収納しているウエハキャリア６が
洗浄槽１に入れられると、そのウエハｃやウエハキャリ
ア６に付着されている薬液が多量に純水に溶け出し、そ
の槽内液が垂直下方流となって排出口４から排水され、
供給部２を通じて上方から供給される新たな純水で置換
される。この基本は従来と同じくしている。しかし、従
来方式では、槽内の水流を一定に保ち変化させないこと
から、この一定水流を続けると、槽内に渦流による滞留
部が発生し、新たに供給された純水がその滞留部の薬液
を多く含む部分を残して排水され、槽内の置換特性は次
第に低下する。これに対し、本発明方法では、液移送用
ポンプ５の排出量を制御手段９からの指令にて作動し、
洗浄過程にてその排出量をプログラムされた値に基づい
て時系列的に変動（例えば、周期的或いは非周期的に排
出を止めたり、排出量を激減される）させると、上記し
たメカニズムにより槽内に渦流が発生せず、仮に発生し
たとしても成長が阻止される。従ってまた、従来のよう
な滞留部が発生しないので、槽内液は供給部２から供給
される新たな純水により急速かつ効率的に置換される。
更に、ウエハカセット６が制御手段９からの指令により
作動される揺動機構８により上下動されると、ウエハｃ
に付着していた薬液等の純水への溶解を早め、供給純水
による洗浄効率をより向上することができる。

【００１４】以上のような純水リンス（洗浄）効果は、
次のような試験によりその有効性が確認されている。そ
の一例は、６インチの半導体ウエハを用いて、このウエ
ハを赤インクで染めた粘性の高い液体洗剤に漬け、同じ
状態に汚染れた多数のウエハを作製した。そして、この
ウエハを図１に示すウエハカセット６に入れると共に、
同図の洗浄処理装置で洗浄処理した。洗浄処理において
は、供給部２からの純水の供給水量を同じくし、洗浄過
程において、排水量を一定にした場合と、ポンプ５を制
御手段９の指令にて作動し、ポンプ５の排出量を変動し
た場合と、排水量を変動すると共に揺動機構８でウエハ
カセット６に揺動を与えた場合とでその洗浄効率等を推
定した。その結果、排水量を変動した場合及びこれに加
えて揺動機構８を作動した場合は、その変動の強弱や周
期、揺動の程度により多少異なるが、何れもが２分以内
に赤インキが全く認められなくなった。排水量の変動及
び揺動機構８でウエハカセット６に揺動を与えない場合
と比較すると、赤インクの色の完全消滅時間として少な
くとも２．５から３倍以上早くなった。

【００１５】このように本発明方法は早くて効率的な洗
浄効果が得られることから、従来、粘性の強いリン酸や
硫酸の洗浄効果を高めるために温純水が使用されてきた
が、温純水を使用しなくともそれらの薬液に対して充分
な洗浄効果を容易に達成することが可能となる。そし
て、本発明方法を適用することにより、節水のみなら
ず、温純水製造に消費されてきた数百Ｋｗオーダーの節
電も期待できる。このことは、単に、経済的効果だけで
なく、地球環境保護のため問題とされている炭酸ガス排
出のため、低減が強く求められている半導体製造クリー
ンルームでの電力消費低減にも寄与できることを意味す
る。

【００１６】図２は本発明の他の洗浄処理装置を示して
いる。この装置構造では、図１と技術的に同じ部分には
同一符号を付して重複記載を省略し、相違する構成を詳
述する。この洗浄処理装置においては、洗浄槽１が上下
同じ大きさに形成されていると共に、槽外面の両側に設
けられた超音波発振子１１を有している。そして、半導
体ウエハｃを収納する収納治具は、上記ウエハカセット
６に変えて半受け式のウエハボード１２を使用してい
る。このウエハボード１２は、ウエハｃの下側を保持
し、かつ保持枠の周囲を大きく切欠することにより、超
音波発振子１１からの超音波が妨げられることなくウエ
ハｃに効率的に作用するようにしたものである。この洗
浄処理装置を用いた場合は図１の構造の作用効果に加え
て次のような利点も得られる。槽内の純水又は薬液は、
液移送用ポンプ５の排出量に応じて排出され、槽内液が
供給部２から供給される新たな純水又は薬液で効率的に
置換される。この過程では、超音波発振子１１の超音波
作用によりウエハｃ等から剥離されたパーティクルなど
の汚染物も速やかに槽外へ排出され、ウエハｃに再付着
したり汚染する確率を少なくできることから、超音波洗
浄の採用も問題を生じることなく可能となる。

【００１７】なお、以上の説明では純水を用いる例で述
べたが、本発明を循環濾過洗浄に応用すると経済的で効
率的な洗浄が行え、また、エッチングに応用すると均一
で面内分布が一様なエッチングが実現される。この場
合、洗浄槽１からオーバーフローして捕集枠部１ａに溜
まる薬液及び液移送用ポンプ５や上記バルブから送り出
される排液は、廃液として捨てる以外に、それらを集め
て循環濾過装置で濾過して供給部２から再び槽内に供給
することも可能である。以上の各形態において、半導体
ウエハｃはＬＣＤ基板も含む広義の意味であり、また、
吊り下げ具７や揺動機構８関係については詳細な説明を
しなかったが、ウエハカセット６やウエハボード１２を
制御手段９の制御下にて自動的に揺動するだけでなく、
掴んだり、放したりする機能、及び、ウエハカセット６
やウエハボード１２を別の洗浄槽側等へ移動させる自動
移送機能等、公知の自動洗浄装置で使用されている機構
を必要により有するものである。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による急速
置換洗浄作用により、純水でのリンス時間を短縮できる
ことが分かり、効率の良いウエハ洗浄が可能となると共
に、特に純水使用量の低減が可能になる。また、薬液洗
浄の効率化と均一なエッチング等、性能的にも、経済的
にも、多くの効果が得られる。更に、純水リンスに留ま
らず、広く薬液洗浄や超音波洗浄等全てのＩＣ製造のた
めのウエハ洗浄やＬＣＤガラス基板の洗浄にも応用する
ことが可能であり、現状を大きく改善することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好適な半導体ウエハの洗浄処理装置を
模式的に示す構成図である。

【図２】本発明の他の半導体ウエハの洗浄処理装置を模
式的に示す構成図である。

【符号の説明】

１ 洗浄槽 ２ 供給部 ４ 排出口 ５ 液移送用ポンプ ８ 揺動機構 ９ 制御手段 ｃ ウエハ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 洗浄槽に設けられた純水又は薬液用の供
   給部及び排出口を有し、槽内に前記供給部側から前記排
   出口側に向かう水流を形成する半導体ウエハの洗浄処理
   方法において、 前記排出口側に接続された液移送用ポンプと、該ポンプ
   の排出量を可変する制御手段とを少なくとも有し、洗浄
   過程で、前記制御手段にて前記ポンプの排出量を変動
   し、槽内からの排出量を周期的、或いは非周期的に変化
   させる、ことを特徴とする半導体ウエハの洗浄処理方
   法。
2. 【請求項２】 前記ポンプがベーローズポンプやダイヤ
   フラムポンプ等の脈動型ポンプである請求項１に記載の
   半導体ウエハの洗浄処理方法。
3. 【請求項３】 洗浄槽上部に設けられた純水又は薬液用
   の供給部と、槽下部に設けられた排出口を有し、槽内に
   前記供給部側から前記排出口側に向かう下方水流を形成
   する半導体ウエハの洗浄処理方法において、 前記排出口側に接続されたバルブと、該バルブの開度を
   可変する制御手段とを少なくとも有し、洗浄過程で、前
   記制御手段にて前記バルブの開度を変動し、槽内からの
   排出量を周期的、或いは非周期的に変化させる、ことを
   特徴とする半導体ウエハの洗浄処理方法。
4. 【請求項４】 前記供給部へ純水又は薬液を供給する配
   管に設けられた液移送用ポンプ、又はバルブと、前記槽
   内の純水又は薬液の排出量の変動に連動して前記ポンプ
   の流量、又は前記バルブの開度を調整する制御手段とを
   有している請求項１から３の何れかに記載の半導体ウエ
   ハの洗浄処理方法。
5. 【請求項５】 洗浄過程で、半導体ウエハを収納してい
   るウエハ収納治具を、揺動機構により上下に揺動する請
   求項１から４の何れかに記載の半導体ウエハの洗浄処理
   方法。
6. 【請求項６】 超音波発振子から超音波を洗浄槽の側面
   から印加する請求項１から５の何れかに記載の半導体ウ
   エハの洗浄処理方法。
7. 【請求項７】 槽上部に設けられて純水又は薬液を吐き
   出す供給部と、槽下部に設けられて槽内の純水又は薬液
   を下部方向へ導いて排水する排出口とを有する洗浄槽を
   主体とした半導体ウエハの洗浄処理装置において、 前記排出口側の配管部に接続された液移送用ポンプ、及
   び該ポンプの排出量を洗浄過程で周期的、或いは非周期
   的に可変させる制御手段と、 ウエハを収納する収納冶具を上下に動かす揺動機構、及
   び該揺動機構を制御する制御手段と、 を少なくとも有していることを特徴とする半導体ウエハ
   の洗浄処理装置。
8. 【請求項８】 前記洗浄槽の両側面、或いは片側面に設
   けられた超音波発振子を有している請求項７に記載の半
   導体ウエハの洗浄処理装置。