JPH118214A - 洗浄方法および洗浄装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 洗浄工程における被洗浄物表面のパーティク
ル除去効果の向上を図る。 【解決手段】 純水中にガスを溶存させたものを洗浄水
として用い、前記洗浄水にメガソニック照射を行いなが
ら、前記洗浄水中に被洗浄物を浸漬させることで、被洗
浄物表面の洗浄を行う。前記純水中に溶存させた前記ガ
スの溶存濃度を、少なくとも洗浄水に前記メガソニック
照射を行った際に、水面にさざ波を発生させない濃度と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造装置に
関し、特に基板等の洗浄装置および洗浄方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】通常、シリコンウエハ等の半導体基板の
洗浄工程では、酸、アルカリを用いた処理工程の後、純
水を用いた水洗処理が行われる。また、この水洗処理工
程においては、基板表面に付着しているパーティクルを
より効果的に除去するために、洗浄槽中の純水に１ＭＨ
ｚ±３００ｋＨｚ程度の超音波（以下、メガソニックと
呼ぶ。）を照射している。なお、ここでいう純水の不純
物ガスの溶存濃度は通常３ppm以下である。

【０００３】図４は、従来の基板洗浄装置の構成例を示
す装置断面の概略図である。図中に示す矢印は、水の流
れを示す。純水供給口５１から供給される純水は、配管
を通り、洗浄槽５９の下側両サイドに設けられた二重管
５８を介して洗浄槽５９内に供給される。この二重管５
８は、洗浄槽５９に均等に純水を供給するために設けら
れたものであり、供給された純水はまず二重管５８の内
側管に入る。内側管の壁には複数の小穴が設けられてお
り、純水はそこから二重管５８の外側の管に移り、さら
に洗浄槽５９内に接して設けられた吹き出し穴より洗浄
槽５９内に供給される。

【０００４】洗浄槽５９内は純水で満たされ、常に一定
量の純水がオーバフローしている。この洗浄槽５９中に
基板６０が浸漬される。洗浄槽５９からオーバフローし
た純水は洗浄槽５９の外周囲に設けられた排水タンク６
２で受けられ、タンク底部に設けられた排水口６３から
外部に排出される。

【０００５】また、洗浄槽５９に隣接する外周囲には、
外部タンク６１が設けられており、外部タンク６１へも
供給口６４から純水が供給され、外部タンク６１からオ
ーバフローした純水は、排水タンク６２に受けられ、洗
浄槽５９からオーバフローした純水とともに排水され
る。

【０００６】メガソニック振動板５７は、外部タンク６
１の中央底部に付設され、洗浄中、超音波を外部タンク
６１内の純水を介して洗浄槽５９内の純水に間接的に伝
播させることで洗浄槽５９内の純水にメガソニック照射
を行う。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図５は、図４に示す洗
浄装置を用いた従来の洗浄方法における基板上のパーテ
ィクル除去効果を測定した例を示したグラフである。横
軸は、水洗処理を行う直前の基板上のパーティクル数
を、一枚の基板あたりのパーティクル数（ヶ／基板）を
単位として示している。縦軸は、水洗処理後のパーティ
クル数増減量を横軸と同じ単位（ヶ／基板）で示してい
る。グラフ中、破線で示す直線はパーティクルが１００
％除去された場合に得られる値を示す。

【０００８】メガソニック照射を用いた水洗処理工程に
おいて、必ずしも基板上のパーティクルは効果的に除去
されておらず、同図に示すように、むしろ洗浄後のパー
ティクルが増加する事態も発生している。

【０００９】参考のため、メガソニック照射を行わず
に、水洗処理のみを行った場合のパーティクル除去効果
の測定値も併せて表示しているが、水洗のみでは洗浄後
もパーティクルが多く残存する。

【００１０】本発明の目的は、確実に基板上のパーティ
クルの低減を図ることができる洗浄装置および洗浄方法
を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の洗浄方法は、純
水にガスを溶存させたものを洗浄水として用い、前記洗
浄水中に被洗浄物を浸漬させるとともに、前記洗浄水に
メガソニック照射を行うことを特徴とするものである。

【００１２】上記洗浄方法によれば、純水中に溶存させ
たガスが、洗浄水中で気泡を発生し、これを介してメガ
ソニック照射による振動エネルギーを被洗浄物表面に与
えるため、被洗浄物のパーティクルを効果的に除去でき
る。

【００１３】また、本発明の洗浄装置は、純水を供給す
る手段と、前記純水にガスを溶存させる手段と、前記純
水にガスを溶存させた洗浄水を充たすタンクを有し、前
記タンク中の洗浄水中に被洗浄物を浸漬して前記被洗浄
物を洗浄する手段と、前記タンク中の洗浄水にメガソニ
ック照射を行う手段とを有することを特徴とするもので
ある。

【００１４】上記洗浄装置によれば、純水中にガスを溶
存させたものを洗浄水として用い、前記洗浄水にメガソ
ニック照射を行いながら、前記洗浄水中に被洗浄物を浸
漬させることで、被洗浄物表面の洗浄を行うことができ
る。特に、純水中に溶存されたガスが洗浄水中に発生す
る気泡を介してメガソニック照射による振動エネルギー
を被洗浄物表面に与えるため、被洗浄物表面に付着して
いるパーティクルを効果的に除去可能な洗浄装置を提供
できる。

【００１５】本発明の洗浄装置は、さらに、洗浄水中の
ガスの溶存濃度を検出する手段を有することを特徴とす
る。

【００１６】このような洗浄装置によれば、純水中のガ
スの溶存濃度をモニタリングできるため、常に一定以上
のパーティクル除去効果を得られる洗浄装置を提供でき
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】

（第１の実施の形態）まず、第１の実施の形態における
洗浄方法について説明する。第１の実施の形態における
洗浄方法の主な特徴は、洗浄槽中に供給する純水中に窒
素（Ｎ2）ガスを溶存させたことである。

【００１８】従来の洗浄装置とほぼ構成を同じくする洗
浄装置を用い、純水供給配管の途中にミキシングバルブ
をとりつけ、純水中にＮ2ガスをバブリングすることに
より、Ｎ2ガスを純水中に溶存させた。バブリング条件
としては、洗浄槽に供給する純水の流量２０ｌ／minに
対してＮ2ガスの流量を１０ｌ／minとした。なお、ここ
でいう純水の不純物ガスの溶存濃度は通常３ppm以下で
ある。

【００１９】シリコンウエハを基板として用い、通常と
同様に硫酸と過酸過水素水を用いたエッチング処理（Ｓ
Ｈ処理）を行った後、上記方法で純水中にＮ2ガスを溶
存させたものを洗浄水として用い、約７分間水洗処理を
行った。洗浄槽中の洗浄水には、約７５０ｋＨｚのメガ
ソニック振動を与えた。同様な洗浄方法を用いて複数枚
の基板の洗浄を行った。

【００２０】図１（ａ）は、第１の実施の形態における
洗浄方法を用いて水洗処理を行った基板のパーティクル
除去効果を示すグラフである。グラフの形式は図４に示
したグラフと同様である。即ち、横軸には水洗処理を行
う直前の基板上のパーティクル数を、一枚の基板あたり
のパーティクル数（ヶ／基板）を単位として示し、縦軸
には水洗処理後のパーティクル数増減量を横軸と同じ単
位（ヶ／基板）で示している。グラフ中、破線で示す直
線はパーティクルが１００％除去された場合に得られる
値を示す。参考のため、従来方法で洗浄した基板のパー
ティクル増減値も同一グラフ中に△、および△’で示し
た。

【００２１】同グラフ中の〇印に示すように、第１の実
施の形態における洗浄方法で水洗処理した複数の基板の
パーティクル減少値はほぼ安定しており、パーティクル
除去率の平均値は約５２％と良好であった。

【００２２】さらに、洗浄槽に供給する純水の流量２０
ｌ／minに対するＮ2ガスのバブリング流量を１７ｌ／mi
nと増加させ、他の複数の基板を洗浄した。Ｎ2ガスのバ
ブリング量以外については、上述の洗浄方法と同一の条
件を用いた。洗浄後のパーティクル増減量を、図１
（ａ）のグラフ中に◎で示した。同グラフからも明かな
ように、確実に洗浄後のパーティクル量が減少してい
る。パーティクル除去率の平均値は約６８％となり、バ
ブリング流量を増加させたことによりパーティクル除去
効果が向上した。

【００２３】なお、参考のため、洗浄槽に供給する純水
の流量２０ｌ／minに対するＮ2ガスのバブリング流量を
１７ｌ／minのまま、純水にメガソニック照射をせずに
洗浄を行った基板でのパーティクル除去効果も測定し
た。結果を図１（ａ）のグラフ中に×印で示した。この
場合有効なパーティクル除去効果は得られなかった。

【００２４】この結果より、有効なパーティクル除去効
果を得るためには、Ｎ2ガスが溶存した洗浄水を用いる
こととその洗浄水にメガソニック照射を行うことの両方
の条件を備えることが望ましいといえる。

【００２５】また、供給する純水に対するＮ2ガスのバ
ブリング量を増やし、純水に溶存させるＮ2量を増加さ
せると、パーティクル除去率を向上させることができ
る。

【００２６】（第２の実施の形態）次に、第２の実施の
形態における基板の洗浄方法について説明する。第２の
実施の形態における洗浄方法においても、洗浄槽の純水
中にガスを溶存させることを特徴とする。上述した第１
の実施の形態と異なる点は、純水中に溶存させるガスと
して、酸素（Ｏ2）を用いたことである。

【００２７】第１の実施の形態と同様、従来の洗浄装置
とほぼ構成を同じくする洗浄装置を用い、純水供給配管
の途中にミキシングバルブをとりつけ、純水中にＯ2ガ
スをバブリングすることにより、Ｏ2ガスを純水中に溶
存させ、これを洗浄水として用いた。バブリング条件と
しては、洗浄槽に供給する純水の流量２０ｌ／minに対
してＯ2ガスの流量を１７ｌ／minとした。

【００２８】シリコンウエハを基板として用い、通常と
同様な方法でＳＨ処理を行った後、第１の実施の形態に
示す方法でＯ2ガスを溶存させた洗浄水中で約７分間水
洗処理を行った。洗浄槽中の洗浄水には、約７５０ｋＨ
ｚのメガソニック振動を与えた。なお、洗浄用基板とし
ては、エッチング処理後パーティクルの付着量が多い基
板を特に選択した。

【００２９】図１（ｂ）は、第２の実施の形態における
洗浄方法を用いて洗浄した基板のパーティクル除去効果
を示すグラフである。同グラフの形式は図１（ａ）に示
したグラフと同様である。参考のため、従来方法で洗浄
した基板のパーティクル増減値も同一グラフ中に△、お
よび△’で示した。

【００３０】同グラフより明かなように、第２の実施の
形態における洗浄方法を用いた場合も確実に有効なパー
ティクル除去効果が得られた。平均したパーティクル除
去率は約６５％であった。この除去率は、上述した第１
の実施の形態おいて、純水中にＮ2を溶存させたものを
洗浄水として用いた場合とほぼ同等の効果であった。即
ち、純水中に溶存させるガスの種類をＮ2からＯ2に変え
てもほぼ同様なパーティクル除去効果が得られることが
わかる。

【００３１】以下、第１と第２の実施の形態の洗浄方法
において従来より良好なパーティクル除去効果を得られ
る理由について若干考察する。

【００３２】パーティクル除去効果を十分得ることがで
きなかった従来の洗浄方法において、水洗処理中の洗浄
槽内の水面を観察すると、メガソニック照射により細か
いさざ波が発生しているのが観察されていた。これに対
し、上述の第１もしくは第２の実施の形態における洗浄
方法を用いた場合は、同じ水面にさざ波が観察されなか
った。この水面のさざ波の発生の有無と洗浄によるパー
ティクル除去効果とはなんらかの関係が存在するようで
ある。

【００３３】第１の実施の形態や第２の実施の形態にお
ける洗浄方法のように、Ｎ2ガスやＯ2ガスを溶存させた
洗浄水では、水中で気泡が発生し易くなる。この水中の
気泡はメガソニックの振動エネルギーを吸収しやすい。
メガソニック照射は、洗浄槽の底部より照射されるた
め、メガソニックの振動が洗浄水表面に達する手前でこ
れらの気泡に優先的に吸収されて消滅してしまうと、洗
浄槽中の水面には振動が到達しない。水面にはさざ波が
発生しないのはこのためではないかと考えられる。

【００３４】メガソニック照射による振動エネルギー
が、洗浄水中の気泡で吸収されると、その振動のエネル
ギーにより気泡が破壊され、その衝撃が基板表面のパー
ティクルを効果的に除去する原動力になる可能性が考え
られる。即ち、純水中の溶存ガスの存在がメガソニック
照射によるパーティクル除去効果を効果的に引き出して
いると考えられる。

【００３５】このようなメカニズムにおいては、純水中
に気泡が発生すれば、パーティクル除去効果を向上させ
ることができ、気泡の種類即ち溶存ガスの種類によら
ず、種々のガスでも同様なパーティクル除去効果が期待
できる。よって、Ｎ2やＯ2以外にも、空気、水素、ヘリ
ウム、オゾン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラド
ン等のガスを用いることも可能である。

【００３６】また、第１の実施の形態における洗浄例に
示すように、純水中に溶存させるガスの量とパーティク
ル除去効果には依存性がある。バブリング量を増加させ
れば、純水中の気泡の量もそれに応じて増加するからで
ある。

【００３７】図２は、洗浄水中の酸素（Ｏ2）の溶存濃
度と洗浄槽での水面でのさざ波の発生有無の関係を示す
グラフである。洗浄槽に供給する純水に一定流量のＯ2
のバブリングを行った後、バブリングを止め、純水のみ
をオーバフローし、洗浄槽中の純水の酸素濃度を徐々に
薄めた。途中、洗浄水中の酸素濃度を測定し、各測定時
における洗浄槽内の水面の「さざ波」の有無を観察し
た。Ｏ2のバブリング流量として、８．５ｌ／ｍin、１
７ｌ／ｍin、２５．５ｌ／ｍinの３条件について同様な
測定と観察を行った。横軸には、純水のオーバフロー時
間を「秒（S）」単位で示し、縦軸には酸素濃度を「pp
m」単位で示した。

【００３８】図２に示すグラフより明かなように、洗浄
槽内の水面での「さざ波」は、洗浄水中の酸素濃度が１
０ppmを下廻ると発生した。このように、さざ波の発生
の有無は純水中の溶存ガス濃度と明かな相関が存在する
ことが実験的に確認された。

【００３９】効果的なパーティクル除去を可能とするた
めには、ある程度の溶存濃度が必要であり、洗浄槽内で
の水面の「さざ波の発生」の有無をひとつの目安とでき
る。

【００４０】（第３の実施の形態）第３の実施の形態で
は、上述した第１および第２の実施の形態における洗浄
方法を実施する上で好ましいと考えられる洗浄装置の構
成について説明する。

【００４１】図３に、第３の実施の形態における洗浄装
置の構成例を示す。本洗浄装置の主な特徴は、洗浄装置
へ供給する純水にガスを溶存させる手段と、洗浄水中の
ガスの溶存濃度をモニターする手段を従来の洗浄装置の
構成に付加していることである。

【００４２】図３に示すように、純水供給口１から供給
された純水中に、ミキシングバルブ４を用いて、ガスの
バブリングを行い、毎時一定量のガスを溶存させる。溶
存ガスは、ミキシングバルブ４に接続されたボンベ２か
ら供給され、その途中に備えられた流量計３により、ガ
ス流量の調整が行われる。

【００４３】純水にガスを溶存させた洗浄水は、従来の
洗浄装置と同様に、洗浄槽９の両サイドに設けられた二
重管８を介して洗浄槽９内に供給されるが、洗浄槽９に
供給される前に一部の洗浄水は溶存ガス濃度検出器５を
備えた配管に流れ、排出口６より排水される。この溶存
ガス濃度検出器５により、純水中の溶存ガスの濃度がモ
ニタリングされる。

【００４４】二重管８は、図４に示した二重管８と同様
で、洗浄槽９に均等に洗浄水を供給するために設けられ
たものである。洗浄水は、まず二重管８の内側の管に供
給され、この内側の管の壁に設けられた複数の小穴か
ら、二重管８の外側の管に移動し、洗浄槽９内に接する
部分に設けられた吹き出し穴から洗浄槽９内に供給され
る。

【００４５】洗浄槽９内は洗浄水で満たされ、ここに被
洗浄物である基板１０が浸漬される。洗浄中は、常に一
定量の洗浄水が洗浄槽９からオーバフローした状態に維
持される。オーバフローした洗浄水は、洗浄槽９の外周
囲に設けられた排水タンク１２で受けられ、タンク底部
に設けられた排水口１３から外部に排出される。

【００４６】また、洗浄槽９に隣接する外周囲には、外
部タンク１１が設けられており、外部タンク１１へも供
給口１４から純水が供給され、外部タンク１１からあふ
れた純水は排水タンク１２に受けられ、洗浄槽９よりあ
ふれた洗浄水とともに排水される。

【００４７】メガソニック振動板７は、外部タンク１１
の底部中央に付設され、水洗中、超音波を外部タンク１
１の純水を介して洗浄槽９内の洗浄水に間接的に伝播さ
せることで洗浄槽９内の洗浄水にメガソニック振動が照
射される。

【００４８】上記構成により、基板洗浄中は、常に洗浄
槽９に供給する純水にガスを溶存させることができると
ともに、その濃度を常にモニタリングできる。従って、
ガスの溶存濃度を一定に維持することができる。

【００４９】例えば、Ｏ2ガスを純水中に溶存させる場
合は、図２に示す測定結果より、溶存ガス濃度を常に１
０ppm以上となるように、バブリングガス流量を調整し
ていれば、洗浄槽９中の洗浄水水面にさざ波が発生せ
ず、基板上のパーティクル除去効果の高い洗浄を行うこ
とができる。

【００５０】以上、実施の形態に沿って本発明を説明し
たが、本発明は、これらに制限されるものではない。上
記実施の形態においては、被洗浄物としてシリコンウエ
ハを例示しているが、被洗浄物はこれに限られない。例
えばガリウム砒素基板、ガラス基板、サファイア基板そ
の他種々の基板および基板以外の被洗浄物を対象とする
ことができる。

【００５１】又、上述した実施の形態における洗浄装置
には、洗浄槽の両側に二重管を配置しているが、必ずし
も二重管を有する必要はない。この他、種々の変更、改
良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろ
う。

【００５２】

【発明の効果】本発明の洗浄方法は、純水中にガスを溶
存させたものを洗浄水として用い、かつ前記洗浄水にメ
ガソニック照射を行いながら、被洗浄物表面の洗浄を行
うため、純水中に溶存されたガスが洗浄水中に発生する
気泡を介して振動エネルギーを被洗浄物表面に与える。
よって効果的に被洗浄物のパーティクルを除去できる。

【００５３】本発明の洗浄装置は、従来の洗浄装置に対
し純水にガスを溶存させる手段を付加しているため、容
易に上記本発明の洗浄方法を実施できる。また、さらに
洗浄水中のガスの溶存濃度を検出できる手段を備えれ
ば、より確実に再現性のよいパーティクル除去効果を得
ることができる。

【００５４】従って、例えば半導体製造工程の基板洗浄
工程において、本発明の洗浄方法および洗浄装置を用い
れば、従来の洗浄方法を用いた場合に較べ、被洗浄物た
る基板表面のパーティクル等を減少させ、清浄な基板表
面を実現できるため、より歩留まりの高い種々の半導体
素子を作製することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態における洗浄方法を
用いて洗浄した基板のパーティクル除去効果を示すグラ
フである。

【図２】洗浄水中の酸素濃度と「さざ波の発生」との関
係を示すグラフである。

【図３】本発明の第３の実施の形態における洗浄装置の
概略構成図である。

【図４】従来の洗浄装置の概略構成図である。

【図５】従来の洗浄方法を用いて洗浄した基板のパーテ
ィクル除去効果を示すグラフである。

【符号の説明】

１・・・純水供給口 ２・・・ボンベ ３・・・流量計 ４・・・ミキシングバルブ ５・・・溶存ガス濃度検出器 ６・・・排出口 ７・・・メガソニック振動板 ８・・・二重管 ９・・・洗浄槽 １０・・・基板 １１・・・外部タンク １２・・・排水タンク １３・・・排水口 １４・・・純水供給口

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 純水にガスを溶存させたものを洗浄水と
   して用い、 前記洗浄水中に被洗浄物を浸漬させるとともに、前記洗
   浄水にメガソニック照射を行うことを特徴とする洗浄方
   法。
2. 【請求項２】 前記ガスが、 窒素、酸素、空気、水素、ヘリウム、オゾン、アルゴ
   ン、クリプトン、キセノン、ラドンのいずれかであるこ
   とを特徴とする請求項１に記載の洗浄方法。
3. 【請求項３】 前記ガスが、酸素であり、 前記洗浄水の前記ガスの溶存濃度が１０ppm以上である
   請求項１に記載の洗浄方法。
4. 【請求項４】 純水を供給する手段と、 前記純水にガスを溶存させる手段と、 前記純水にガスを溶存させた洗浄水を充たすタンクを有
   し、前記タンク中の洗浄水中に被洗浄物を浸漬して前記
   被洗浄物を洗浄する手段と、 前記タンク中の洗浄水にメガソニック照射を行う手段と
   を有する洗浄装置。
5. 【請求項５】 さらに、洗浄水中のガスの溶存濃度を検
   出する手段を有する前記請求項４に記載の洗浄装置。
6. 【請求項６】 前記純水にガスを溶存させる手段が、 ミキシングバルブを用い、前記純水中にガスをバブリン
   グすることによるものである請求項４または請求項５に
   記載の洗浄装置。