JPS61125134A - 半導体基板洗浄器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、半導体デバイスの洗浄法に係り、特に極めて
微少な付着物の除去が要求される高集積度半導体デバイ
スの洗浄に好適な洗浄法に関する。

〔発明の背景〕

半導体デバイスの高速化、高集積度化に伴い、５ｉ０２
基板には、ミク”７　（ＩＸＩ　６−　’　ｍ）以下の
スケールで、微細なパター／が形成される様になってい
る。ところが、このような高集積化に伴いビット間、素
子間の距離が小さくなる結果、電気的絶縁を保つことが
製造工程上の大きな問題となっている。例えば、１Ｍピ
ントオーダのＣＭＯＳメモリでは、第２図に示すように
、ビット１５の４隅に、穴１６を設け、電気的容量を大
きくすることによりビット間の交流インピーダンスを高
めて絶縁を保つ方式（ＣＣＣ方式と呼ばれる）が採られ
る。ＣＣＣ方式に限らず、こうした高集積度の半導体基
板では、微細な粒子が付着するだけで絶縁機能を保てな
くなるため、表面の塵埃を除去することが重要な工程の
一つとなっている。

洗浄法として代表的なものを以下に示す。

〜Ｌ　ブラシング　ナイロン、モヘア等のブラシでごす
９落す。微少な異物、すきま内の異物は除去できない。

ブラシの毛先の太さは通常ｍｉ１単位でそれ以下の小さ
なパターンは洗えない。

２、超音波洗浄、ＲＣＡによって開発されたｍｅｇａｓ
ｏｎｉｃ　ｓｃｒｕｂｂｉｎｇでは、０．８　Ｍ　ＨＺ
の超音波を用いＳｉウエノ・を洗浄するもので良好な洗
浄効率が得られる。しかしながら、先に例として示した
ＣＣＣ方式の場合でも、孔の中の微少粒子までは除去で
きず、このため、歩留りも２０〜３０チと悪い。０．８
ＭＨｚの超音波とは言え、その波長は約２ｍｌと、孔の
径１μｍに比べてはるかに大きく、孔内まで超音波が浸
透しないことがその原因と考えられている。

３゜化学洗浄 例えば、Ｓｉウエノ・上のフォトフシストを除去する場
合、クロム硫酸、熱硝酸、アセトン、アンモニア水様々
な薬品が洗篠に利用され、有機塵埃の除去などに適して
いるが、前述の手法同様、微少な凹み部に於いては、溶
剤がよどむために効果が小さぐ、特に無機粒子に対して
はほとんど効果が幇待できない。

〔３・胡の目的〕 本発明の目的は、高集積度半導体基板の数μｍ以下の大
きさの程度の凹部より微少な付着粒子を除去する洗浄器
を提供することにある。

〔発明の概要〕

再びＣＣＣ方式を例にとって、孔内にある微少粒子を第
３図に模式的に示す。孔１６は、主としてイオンスパッ
タリングにより機械的に堀られるので付着粒子１７は、
ファンデルクールス力により緩く付着しているものが大
部分でつる。粒子には、同時に界面の電気二重層による
反撥力が働く、両者のボテン／ヤルをそれぞれＭＡ、Ｖ
Ｒとすると、 Ｘ　＜　ａでは、 ここで、 Ａ　：　Ｈａｍａｋｅｒ定ａ　（１０−”〜１０−”　
ｅｒｇ）Ｘ：粒子とウェハ間の距離 ａ：粒子半径 一方、Ｖ鳳は、 Ｖｇ＝ψ　’ａ　ｔｍ　（１−１−ｅｘｐ（ｒ＋　ｘ）
　）　　（３）ここで、ψ０　：粒子が電荷を持つこと
により生じる粒子の表面電荷 ε　：電気二重層の誘電率 γｌ　：電気二重層の厚さの逆数 ｎ　：イオン濃度（イオン数／−２） Ｚ　：イオンの原子価 ｋ　：ポルシマ／定数 （１）〜（３）をまとめて、概略のポテンシャル図を示
すと第４図の様になり、Ｖａｌｌを越えるだけの外乱を
粒子に与えてやれば付層粒子は壁から離れることになる
。Ｘ、は通常２０〜３０人の程度でちゃ、■１．８ば、
前述した超音波洗篠の実績から見ると、超音波の出力と
してｌ　ＯＷ　／　ｃｍ”程度まであれば十分な程度で
ある二 そこで本発明の概要を第５図によって説明する。

超音波洗浄で孔内が洗えないのは、外部から超音波をあ
てても孔内に浸透しないことが原因であった。この問題
を解決するため、本発明では、高強度のパルス光を半導
体基板上方から照射し、光音響法の原理を用いて孔１６
の底面を繰返し加熱し、超音波源とすることにした。光
の波長は、紫外から、赤外にかけて２００〜１１０００
ｎ　　の範囲であるから、孔の径と同程度か、はるかに
小さいために、超音波で見られた問題はなくな９、孔内
の粒子をはく離することができるうまた、付着している
粒子自身も超音波源となるので、同様の効果が期待でき
る。

さらに、底面が熱源になって生じる自然対流により、粒
子を孔外に排出できる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。光源
１としてＣ（ｈ　Ｖ−ザを考える。光源１より放射され
たレーザ光は、ミラー３等により、適正な方向に定めら
れた後、チョツ・く４により）（シス光に変換される。

チョッパ４としては、円周方向におる間隔でスリットを
設けた回転円板を選ぶ周方向のスリットの数をｎ１円板
の回転周波数をｆとすれば、パルス光の平均的な周波数
Ｆは、Ｆ　＝　ｔ　、　　　　　　　　　　　　　　　
　（４）例えば、ｎ＝１００．ｆ＝１０ＫＨ２とすれば
、ノくシス光の周波数としては、ＬＭ）（Ｚが得られる
。

この様にして得られたパルス光は、Ｖンズ５により拡大
された光束６となる。この光束６を基板８の面上の微少
な凹みの底面に届く様、ビームエクスパンダ７により、
基板８の垂直上方からの光束に調整する。今、光源の出
力をＷ（ワット）とし、チョッパー４のスリット間隔の
合計とスリット位置の周方向長さの比をαとすれば、エ
クスパンダ７を通過する光束６０合計出力はαＷでめる
。エクスパンダ７を通過した光束の面積をＳとすると、
照射光の出力密度Ｐは、 Ｐ＝ａＷ／Ｓ　　（ワット／ｃｍ”　）　　　　　　（
５）となる。

基板８は、移動用のロー２９により、洗篠水を満たした
受は皿１０の上に導かれる。洗篠水は、基板８の面上を
流れるものとする。洗篠水は、超純水の池、アン七ニア
、過酸化水素を含んだ水が好ましい。基板８の孔内から
排出された微少粒子は、検出器１３でモニタしながら、
浄化器１４で捕集し、貯水槽１１に貯水する。貯水槽１
１内の洗篠水はポンプ１２により受は皿ｌＯに給水する
。貯水槽ｌｌ内の水は、純度を確保するためモニタ１３
、浄化器１４、ポンプ１２から成る浄化系により常時浄
化するものとする。

基板８０面上に照射したパルス光のエネルギーＰに対し
て〜ζｌ　：ζス　：Ｃ３：Ｃ４の割合で、それぞれ洗
篠水への伝熱、壁面への伝熱、音波のエネルギーに消費
されるとし、Ｃ４に対広する割合が反射されるものとす
る。

ζ１＋ζ２＋ζ、＋ζ４　＝　１　　　　　　　　　（
６）でわるう 洗篠水は加熱に費やされるエネルギーをＰ【、基板壁面
の過熱に用いられるエネルギーをＰ２、超音波生成に費
やされるエネルギーをＰ３とすれば、 ｐ、、＝ζｔ　ｐ　　　　　　　　　　　　　　（７）
Ｐｚ＝ζｚ　ｐ　　　　　　　　　　　　　　（ｓ）Ｐ
ｓ　＝Ｃ３Ｐ　　　　　　　　　　　　　　（９）孔の
底面として５ＩＯｘを考えると、その分光透過率は第６
図の様になり、波長０．３μｍ以下の紫外光又は、数μ
ｍ以上の赤外光に対しては、透過層が悪く、そのような
光、例えばエキシマＶ−ザ光、ＣＯ２レーザ光に対して
は、反射ζ４はほとんど無視できることが判る。

次に、パルスＶ−ザ光に対して、 ここで、β：体積膨張率 α　：吸光度 ρ：密度 Ｃ２二定圧比熱 が成立ち、通常ζ３〜１０−”、ｆｉ度であるが、この
出力は、水の音響インピーダンスを考えると、沖合（Ｃ
ある超音波源の水中における固体表面のエネルギーの減
授率の程度に等しい、したがって、いわゆるｍｅｇａｓ
ｏｎｉｃでは、超音波の出力とし、　　てＩＯＷ／ｃｍ
”８度まで得られるが、Ｖ−ザー光束のエネルギーとし
て１ｏｗ／Ｃｒｎ２のエネルギーがあれば、ｍｅｇａｓ
ｏｎｉｃが基本表面で有するものと同程度の洗篠効果が
孔内で期待できる。この時Ｖ−ザ光源の出力は、基板１
００　ｃｍ２当り、数に！で良く、市販品のＣ０ｗ赤外
レーザ、又は、エキシマ紫外レーザ等で十分な出力とな
る。

第７図には、基板の洗篠工程も考慮した装置の概念的な
全体図を示す。基板８Ｖｉ、ブラシフグ、化学洗浄など
の工程を経て粗い付着物を落とした後、ローラ１９によ
り駆動されるベルト９により緩い傾きを持った流動槽２
１の上を移動する。流動槽２１には高い位置から超純水
または洗篠水を給水ポンプ１２により注入する。流動槽
２１には、緩い傾きがあるために、水は上流から下流へ
流れる。この時、流量は、水が基板の上をすきまなくお
おう程度とする。この様に上面を水が安定に流れている
状態で基板８をレーザー光照射装置２３の下に移送し、
孔内を洗篠する。洗篠水は、貯水タンク１１に戻される
が、この時、水の流れを良くする為に、ベルト９には、
部分的にスリットをいれるものとし、洗浄水は、このス
リットを通って貯水槽１１に落下する。洗浄水の水質の
調整は、水質調整装置２０によシ所定の水質に保つもの
とする。照射時間はｍｅｇａｓｏｎｉｃ洗浄の実績から
数分を要し、このためには、照射装置２３を流動槽２１
に沿って何基が設ける方が効率の面で好ましい。パルス
Ｖ−ザ光による洗浄が終了後、必要なものについては超
純水で洗浄後、乾燥用ブロワ２２によシ水分を除去し、
次の工程に移送する。

孔内には、５ｉＱ２粉子の池、様々な塵埃が付着しうる
。その様な物質は必ずしも第６図に示した様な透過特性
をもたないと考えられる。第８図は、そのような点を考
慮した場合の本発明の一実施例であって、レーザ光源２
４，２５．２６は、それぞれ可視光レーザー、紫外レー
ザー、赤外レーザーで、この３基のレーザーにより紫外
〜赤外の全範囲の光の波長をカバーするものでおる。３
基のレーザーには、それぞれチョッパ４を設け、適正な
周波数となる様にし、この高周波光パルスを、ミラー３
又はハーフミラ−２８にょ９合成し、１本のビームにし
た後にンンズ５、ビームエクスパ／ダ７等により拡張し
て基板８ｔ−照射する。タイミング調整器２７は、３種
類のパルスＶ−ザ光を同時に入射すると、孔内の何ケ所
で各種の物質が同時に音源となる結果、相互に干渉しあ
って、エネルギー損失が大きくなることを防ぐためのパ
ルスのタイミング調整回路である。

〔発明の効果〕

以上の如く、本発明によれば、高集積度半導体基板の丈
プミクロン（１０−’ｍ以下ン程度の微少な凹部外の内
部に付着している粒子を除去することができる。特に、
ＣＭＯＳメモリ基板に採用されているＣＣＣ方式に於い
てピッド四隅の径１〜Ｌ３μｍ深さ４μｍの孔内の洗浄
に有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の構成図、第２図は従来の
ＣＭＯＳメモリのビット間の交流インピーダンスを増す
ために設けられた孔の配置図、＠３図は同じく孔内の内
壁に付着した粒子の概念図、Ｗｃ４図は付着粒子に対す
るｖａｎ　　ｄｅｒ　ｗａａｌｓ力及び電気二重層に対
する反撥力のポテンシャルの概略図、第５図は、本発明
の概念的な原理図、第６図は５ｉＯｚに対する光の透過
度を示す線図、第７図は本発明の装置構成図、第８図は
本発明の変形例を示す構成図である。 １・・・光源、２・・・光源用を源、９・・・移送用ベ
ルト、１０・・・受皿、ｌｌ・・・貯水槽、１２・・・
ボンダ、１４・・・浄化器、１５・・・ビット、１６・
・・孔、１７・・・付着粒子、１８・・・孔底面、１９
・・・ローラ、２０・・・水質調整器、２１・・・流動
槽、２２・・・乾燥ブロワ−１２３・・・Ｖ−ザ照射装
置、２４・・・可視レーザー光源、２５・・・赤外レー
ザー光源、２６・・・紫外レーザー光第４−図 も５図 ぺ１し入光 ！　　ｊ　　ＬＪ　　Ｌ も６図 ＊−ｉ！！ 躬′１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、数μｍ以下の凹部を持つ半導体基板上に洗浄液を浸
   し、上方より紫外から赤外に至る範囲の波長の高強度光
   を照射し、熱的な衝撃によつて凹部内面の付着粒子を除
   去することを特徴とする半導体基板洗浄器。