JPS6314433A

JPS6314433A - 洗浄槽の温度制御方式

Info

Publication number: JPS6314433A
Application number: JP15840786A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Kobayashi; 敏小林
Original assignee: Hitachi Electronics Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 1986-07-05
Filing date: 1986-07-05
Publication date: 1988-01-21

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】［産業−１−の利用分ＩＩＩｆ］本発明は洗ゆ槽の温度制御方式に関する。更に詳細には
、本発明は洗浄槽が浸漬される恒温槽に加熱水および／
または冷却水を供給することからなる恒温槽の温度制御
方式に関する。

［従来の技術］半導体素子の性能と信頼性を向上させるためには洗浄処
理が大きな鍵を握っている。゛１コ導体の表面は非常に
敏感であるので、素子表面の汚染を最小にすることによ
って素子の特性の安定性・再現性が著しく数片される。

このため、ウェハ製造工程中に゛ト導体表面に付着する
１９染物が完成製品中に残らないように、拡散、酸化、
ＣＶＤ、蒸着等の工程前に汚染物を注意深＜除去しなけ
ればならない。

表面の２９染物は一般的に、分子杖、イオン状。

原子伏に分類すると、とができる。

分子状汚染物としては、ワックス、レジン、ホトレジス
）、？ｌｉ１．有機溶剤の残滓等が挙げられる。

指紋による脂肪もこの部類に入る。分子状汚染物は基板
表面に弱い静電気で付着している。有機物による２１コ
染は、特に表面に敏感なＭＯ５構造において、プロトン
の移動による分極とイオン性のドリフトを起こす。水に
不溶性の有機物が付着していると、基板表面が撥水性と
なり、このため、吸着しているイオンシトあるいは金属
の汚染物の除去を困難にする。

イオン状汚染物は物理的あるいは化学的に吸着している
が、物理的に吸着しているイオンより、化学吸着してい
るイオンのほうが除去が困難である。これを除去するに
は化学反応を利用しなければならない。イオン状汚染物
のなかではＮａ十等のアルカリイオンが特に有害であり
、ＢＴ処理により閾値電圧のドリフト、反転層の形成９
表面の漏れ電流の発生を引き起こす。

原子状汚染物はＡｕ、Ａｇ＋　Ｃｕのような重金属を挙
げることができる。これらは結晶欠陥に偏析してｐｎ接
合耐圧を低下させ、また少数のキャリアのライフタイム
、表面伝導、その他の素子パラメータに影響を及ぼす。

これらを除去するには、金属を溶解する液を用いてイオ
ン化し、再び表面に沈着しないようにする。

・般に、前記の３種類のタイプの汚染物が全て基板表面
に付着している。従って、まず、表面を覆って撥水性に
している大きな有機物の残滓を除去し、次いで、残りの
有機物、イオン状および原子状汚染物を除去しなければ
ならない。

このような半導体素子またはシリコンウェハは従来、洗
浄液を使用することからなるウェット洗浄と呼ばれる化
学的方法により洗浄されてきた。

洗浄液は水だけでもよいが、洗浄効果を高めるために、
半導体素子またはウェハに悪影響を及ぼさない種類の薬
剤類を使用できる。

例エバ、アセトン、イソプロピルアルコール。

エチルアルコール、オルト−キシレン、　四塩化炭素、
テトラクロルエチレン、トリクレン、メチルアルコール
簿の溶剤類を使用できる。

酸洗浄の洗浄液としては、硫酸、硝酸、フッ酸。

塩酸、過酸化水素、アンモニア等がある。硫酸は脱水作
用が強く、有機物の汚染の除去に効果がある。６０酸、
塩酸あるいはこれらの混合液（王水）は重金属の除去に
用いられる。フッ酸は酸化Ｓｉ膜の除去に用いられる。

このような種々の汚染物に対する洗浄能力の違いから、
これらの洗浄液を適当に組合せて使用することが大きな
洗浄効果を生む。

例えば、Ｈ２０／Ｈ２０２／ＮＨｑ　ＯＨの５＝１：１
から７：２：　１　（容積比）の混合液は水酸化アンモ
ニラの溶解作用と過酸化水素の酸化力を用いて有機物の
汚染を除去する。水酸化アンモニラは、またＣ　ｕ　＋
　Ｎ　１　＋　Ａ　ｇのような金属を除去する機能もあ
る。更にＨ２０／Ｈ２０２／ＨＣ１のｅ：ｔ：ｔから８
：２：１（容積比）の混合液は重金属の除去に効果があ
り、これら重金属を可溶性のイオンにして溶液中からの
再沈着を防ぐ。

洗浄液は適切な温度に加温して使用すると洗浄効果が一
層高くなる。例えば、過酸化水素を含む洗浄液はいずれ
も温度７５−８５℃程度で使用すると中し分のない洗浄
効果が得られる。

［発明が解決しようとする問題点コ洗ゆ液を加温するために、洗浄液内に直接加熱器を投入
することは好ましくない。そのため、洗浄液の充填され
た洗浄槽自体を恒温槽内に入れ、恒温槽内の熱媒体を加
熱することからなる間接加熱方式が採用されている。

しかし、間接加熱方式で洗浄槽内の洗浄液を設定温度ま
で加温・調節し安定化させるのには長時間を要していた
。

例えば、洗浄槽内の洗浄液の液温を設定温度範囲に入る
まで、恒温槽の熱媒体を加熱するために加熱器にフルパ
ワーの出力をかけても、洗浄槽の材質により恒温槽から
の熱伝導時間が長い。

このため、洗浄槽内液温か設定温度に達してから加熱器
の出力を低下させても、それまでの蓄積熱量があるため
、洗浄槽内液温がオーバーシュートしてしまう。

加熱温度は洗浄槽内の洗浄液の液温に設定されているの
で、恒温槽内の熱媒体液温は洗浄槽内の洗浄液？Ｕ度よ
りも常に高い。そのため、加熱器の出力を切っても、洗
浄液が冷却するまで多（の時間を要していた。電子冷熱
タイプの熱交換器もあるが冷却時間が長い。

また、別の問題点として、洗浄液を加熱する場合、長時
間に亙って加熱していると、洗浄液を使用するまでに洗
浄液組成が変化してしまうことがあり、洗浄効果が低下
するだけでな（、被洗浄体であるウェハや半導体素子に
悪影響を及ぼす恐れがある。例えば、過酸化水素を含む
洗浄液はいずれも、十分な過酸化水素がある限り％Ｓ１
も酸化Ｓｉ膜も侵さないが、過酸化水素が水と酸素に分
解して枯渇するとエツチングが生じるので注意を要する
。

［発明の目的コ従って、本発明の目的は洗浄槽内の洗浄液の液温が設定
温度に安定するまでの時間を短縮し、加熱により洗浄液
の組成が変化しないようにする洗浄槽の温度制御方式を
提供することである。

［問題点を解決するための手段］前記の問題点を解決し、あわせて本発明の［１的を達成
するための手段として、この発明は、洗浄液を有する洗
浄槽を熱媒体の充填された恒温槽内に配置し、該恒温槽
内の熱媒体を加熱することにより間接的に洗浄槽内の洗
浄液を加熱する際に、洗浄液の温度が使用洗浄条件に基
づいて定められる下限温度に達した時点で前記熱媒体の
加熱を１［。

め、次いで、前記熱媒体を所定時間冷却し、その後、洗
浄液の液温を設定温度範囲に維持するために断続的に前
記熱媒体を加熱することからなる洗ｔ′ｐ槽の温度制御
方式を提供する。

［作用コ前記のように、本発明の洗浄槽の温度制御方式は恒温槽
内の熱媒体を加熱する工程に加えて、冷却する工程も有
する。

洗浄槽内液温が、使用される洗浄条件に基づいて決定さ
れる下限温度に達した時点で恒温槽内の熱媒体の加熱を
停止すると共に、冷却を開始する。

そうすると、熱媒体に蓄積された熱量は急速に失われて
いく。

その結果、洗浄液は不必要に加温されることなく所望の
設定温度範囲内に迅速に収斂されていく。

洗浄液の液温が所望の設定温度範囲内に収斂されたら恒
温槽内の熱媒体を断続的に加熱することにより、洗浄液
の液温を設定温度範囲内に維持することができる。

か（して、従来のような加熱器だけによる？＆１度調節
方式に比べて、本発明の強制冷却工程を有する温度調節
方式は設定温度に安定化するまでの時間を大幅に短縮さ
せることができる。

また、本発明の温度制御方式によれば洗浄液の液温かオ
ーバーシュートすることは殆どない。オーバーシュート
する前に必ず冷却が杼われるからである。

従来の加熱器だけによる温度調節方式ではオーバーシュ
ートを避けるために、使用される洗浄条件に基づいて決
定される下限温度に達する前に加熱を止めなければなら
なかった。そのため、所望の設定温度範囲内に洗浄液温
度が一ヒ昇収斂するのに長時間を安することとなってい
た。

−・方、前記下限温度に達するまで加熱し、その後、加
熱をＩＬめれば、使用される洗浄条件に基づいて決定さ
れる１−限温度をオーバーシュートするだけでなく、液
温か所望の設定温度範囲内に下降収斂するのにも長時間
を要する。

従って、従来の加熱器だけによる温度制御方式ではいず
れにしても洗浄液が設定温度に安定化するまでの時間が
長かった。

洗浄液の液温が好ましい設定温度範囲に落ち着くのに要
する時間が短いので、洗浄液の組成は加熱による経時的
変化等の悪影響を殆ど受けない。

その結果、半導体素子やウェハなどを該洗浄液内で洗浄
しても不都合な損傷を与える心配はほとんどない。

［実施例コ以下、図面を参照しながら本発明の温度制御方式の一実
施例について更に詳細に説明する。

第１図は本発明の温度制御方式を実施するのに使用され
る洗浄装置の一例を示す概念図、第２図は本発明の温度
制御方式による洗浄液の温度特性を示すグラフである。

第１図に示されるように、本発明の温度制御方式を実施
するのに使用される洗浄装置１は洗浄液３を有する洗？
１１槽５と、この洗浄槽が配置される恒温槽７とを有す
る。恒ｌ＋、Ｊ槽７の内部には熱媒体９が充填されてい
る。

洗浄槽５および恒温槽７の形状は円形または角形である
。洗浄Ｍ’１５の１・１部にはオーバーフローした洗浄
液を循環ろ過するために槽外へ排出するための排液手段
を配設することもできる。洗浄槽５は例えば、石英等か
ら製造されているものを使用できる。その他の材質も当
然使用できる。

恒温槽７は例えば、ステンレスなどで製造できる。恒温
槽７の上品にはオーバーフローした熱媒体を槽外へ排出
するための排液手段８が配設されている。

熱媒体９としては例えば、水を使用できる。その他の液
体類も使用できる。

洗浄液３は水だけでもよいが、洗浄効果を高めるために
、ウェハ１１に悪影響を及ぼさない種類の薬剤類を使用
できる。

ウェハ１１は数枚から数ト枚ｔ１１位でウェハカセット
治具１３に並べて洗浄液中に浸漬することが好ましい。

恒温槽７の外部には加熱器１５が配置されている。この
加熱器１５には恒温Ｍ７の底部がらパイプ１７ａを経て
ポンプ１８により熱媒体９が送られる。加熱された熱媒
体はパイプ１７ｂを経て再び恒温槽７に循環される。

加熱器は例えば、電子冷熱タイプまたは加熱ヒータタイ
プ等のような熱交換器、ガス加熱器、電熱線加熱器等を
使用できる。

一方、恒温槽７の底部には冷却用熱媒体供給パイプ１９
が配設されている。パイプ１９の途中には流量制御用バ
ルブ２１が設けられている。冷却用熱媒体として水を使
用すると、水の温度と流量から恒温槽の温度低下率を容
易に算出することができる。

かくして、恒温槽７の熱媒体９により洗浄槽５内の洗浄
液３は間接的に加熱または冷却されることとなる。

洗浄槽５の洗浄液３内には／Ｕ度センサ２３が浸漬され
ている。この温度センサ２３はケーブル２５ａにより？
ｕ度制御器２７に接続されている。センサ２３により測
定された温度信号は温度制御器２７に伝えられ、この信
号に基づきケーブル２５ｂまたは２５ｃにより、温度制
御器２７と接続された加熱器１５または冷却水供給バル
ブ２１を制御する。

洗浄を続けていると洗浄液は時間の経過につれて徐々に
汚れてくる。洗浄液が汚れたままの状態で洗浄を続けて
いると、ウェハ洗浄効果が低下するので、洗浄液を所定
時間使用したら、その−・部または全部を交換すること
が好ましい。この目的のために、洗浄槽５の底部に排出
Ｌｌを設け、これにパイプ４０を接続する。パイプ４０
の途中に開閉弁４２を配設する。かくして、洗浄槽５内
の汚濁洗浄液の一部または全部を廃棄することができる
。洗ｔＩｐ＃？５内へは洗浄液補給部４４から新鮮な洗
浄液を補給する。

開閉弁４２は別の種類の洗浄液に交換する際にも役立つ
。実際、半導体素Ｙまたはウェハの種類によっては洗浄
液の組成を変化させたほうが洗浄効果の高まることもあ
る。

次に、本発明による洗浄槽内の洗浄液の温度制御の具体
的動作について説明する。

まず最初に、使用する洗浄液および被洗浄体の種類など
様々な洗浄条件に基づいて決定される上限温度および上
限温度を温度制御器２７に設定する。このような下限温
度および一ヒ限温度は当業者が容易に決定できる。

同様に、洗浄液が最大の洗浄効果を発揮する温度範囲を
設定する。本特許明細書ではこの温度範囲を“比例制御
温度帯”と呼ぶ。

第２図に示されるように、洗浄液の液温か下限温度（ａ
）以下の場合は加熱器１５の出力を最大にまで上げて熱
媒体を循環加熱する。洗浄液の液温が（ａ）点を超えた
ら加熱を止める。液温か（ａ）点を超えて、比例制御温
度帯の下側温度（ｂ）点まで連続して昇温したら冷却水
供給バルブ２１を所定時間（ｔ３）開いて恒７１４槽内
の熱媒体の温度を低下させる。かくして、洗浄液の液温
のオーバーシュートは防止される。

洗浄液の液温か比例温度制御帯内に入ったら、温度制御
器からの制御出力により加熱器１５を断続的に作動させ
、液温か比例温度ル制御帯内の出来るだけ一定の温度に
維ｔ、ソされるように制御する。

なにかの弾みで液温が比例温度制御帯を超えて上限温度
（ｄ）点に接近するようなことがあれば、温度制御器２
７からの制御信号により冷却水供給バルブが開放される
。

第２図において、実線のカーブは本発明の温度制御方式
による洗浄液の液温の温度特性を示す。

点線のカーブは加熱器だけによる従来の温度制御方式の
温度特性を示す。

この二本の特性曲線から明らかなように、加熱器で洗浄
液を（ａ）点温度まで加熱し、その後加熱を止めても、
従来の方式では（ｄ）点の上限温度を超えてオーバーシ
ュートし、徐々に冷却されて比例制御温度帯に収斂して
くる。これに対して、本発明の方式では（ａ）点温度を
越えた後、強制冷却が行われるのでオーバーシュートす
ることなく直ちに比例制御温度帯に収斂してくる。

かくして、洗浄液の液温がほぼ一定の安定ｌｕ度に至る
までにブする時間ｔ２をｔ７にまで短縮させることがで
きる。

［発明の効果コ以」二説明したように、本発明のｒＸ、浄槽の温度制御
方式は恒温槽内の熱媒体を加熱する工程に加えて、冷却
する工程も有する。

洗浄槽内液温か、使用される洗浄条件に基づいて決定さ
れる下限温度に達した時点で恒温槽内の熱媒体の加熱を
停止すると共に、冷却を開始する。

洗浄液の液温か所望の設定温度範囲内に収斂されたら恒
温槽内の熱媒体を断続的に加熱することにより、洗浄液
の液温を設定温度範囲内に維持することができる。

かくして、従来のような加熱器だけによる温度調節方式
に比べて、本発明の強制冷却工程を有する温度調節方式
は設定温度に安定化するまでの時間を大幅に短縮させる
ことができる。

その結果、洗浄に要するランニング時間が節約され半導
体素子の製造におけるスループットを向！ユさせること
ができる。

また、本発明の？Ｑ度制御方式によれば洗浄液の液温が
オーバーシュートすることは殆どない。オーバーシュー
トする前に必ず冷却が行われるからである。

従来の加熱器だけによる温度調節方式ではオーバーシュ
ートを避けるために、使用される洗浄条件に基づいて決
定される下限温度に達する前に加熱を止めなければなら
なかった。そのため、所望の設定温度範囲内に洗浄液温
度が上昇収斂するのに長時間を要することとなっていた
。

一方、前記下限温度に達するまで加熱し、その後、加熱
をＩＦ、めれば、洗浄液の液温は使用される洗浄条件に
基づいて決定される−１−限温度をオーバーシュートす
るだけでなく、液温が所望の設定温度範囲内に一ド降収
斂するのにも長時間を要する。

洗浄液の液ｚｕが好ましい設定Ｉｕ度範囲に落ち着くの
に要する時間が短いので、洗浄液の組成は加熱による経
時的変化等の悪影響を殆ど受けない。

その結果、半導体素子やウェハなどを該洗浄液内で洗浄
しても不都合な損傷を与える心配はほとんどない。むし
ろ、最適洗浄湯９度に維持されているので洗浄効果が優
れ、製品の歩留りを向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の温度制御方式を実施するのに使用され
る洗浄装置の一例を示す概念図、第２図は本発明の温度
制御方式による洗浄液の温度特性を示すグラフである。 ■・・・洗浄装置、３・・・洗浄液、５・・・洗浄槽、
７・・・恒／！ｌ！槽、９・・・熱媒体、１１・・・ウ
ェハ、１３・・・治具。１５・・・加熱器、１８・・・循環ポンプ、１９・・・
冷却水供給パイプ、２１・・・冷却水流μ制御バルブ。２７・・・温度制御器

Claims

【特許請求の範囲】

（１）洗浄液を有する洗浄槽を熱媒体の充填された恒温
槽内に配置し、該恒温槽内の熱媒体を加熱することによ
り間接的に洗浄槽内の洗浄液を加熱する際に、洗浄液の
温度が使用洗浄条件に基づいて定められる下限温度に達
した時点で前記熱媒体の加熱を止め、次いで、前記熱媒
体を所定時間冷却し、その後、洗浄液の液温を設定温度
範囲に維持するために断続的に前記熱媒体を加熱するこ
とからなる洗浄槽の温度制御方式。
（２）前記熱媒体は水である特許請求の範囲第１項に記
載の洗浄槽の温度制御方式。
（３）前記熱媒体の冷却は水を追加することにより行う
特許請求の範囲第１項または第２項に記載の洗浄槽の温
度制御方式。