TWI721213B - 基板洗淨裝置及基板洗淨方法 - Google Patents

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Abstract

一種半導體基板的洗淨裝置10，使用臭氧水來洗淨半導體基板，其包括：冷卻機構3，將20℃以上的臭氧水W2冷卻至規定的溫度；以及洗淨機構4，利用經冷卻機構3冷卻的臭氧水W3來洗淨基板。洗淨機構4具有將基板浸漬於利用冷卻機構3冷卻的臭氧水W3中來進行洗淨的洗淨槽41。根據使用所述半導體基板的洗淨裝置10的洗淨方法，藉由使半導體基板浸漬於臭氧水中，可洗淨去除殘留於基板表面的抗蝕劑等有機物或金屬異物，並且可減少洗淨步驟中的基板材料的損耗。

Description

半導體基板的洗淨裝置及半導體基板的洗淨方法
本發明是有關於一種半導體基板的洗淨裝置及洗淨方法，特別是有關於一種將半導體基板浸漬於臭氧水中來進行洗淨的半導體基板的洗淨裝置及洗淨方法。
於半導體元件的製造中，若製造過程中產生的抗蝕劑等有機物或金屬異物的污染物質附著或殘存於半導體基板的表面，則於半導體的電性特性方面產生劣化等，對其品質造成極大的影響。因而，於半導體元件的製造中，半導體基板的洗淨為極其重要的課題。
作為半導體基板的洗淨方法，有使用液體作為介質的濕式洗淨方法與以乾式進行的乾式洗淨方法，於濕式洗淨方法中有將基板浸漬於液體中的浸漬式、與對基板噴射液體的單片式。先前，於半導體元件的製造中，以作為浸漬式的濕式洗淨方法的RCA洗淨方式為基本來進行基板的洗淨。RCA洗淨後的基板是利用氫氟酸去除形成於表面的氧化膜後，藉由超純水來進行淋洗。
RCA洗淨方式為藉由大量地使用高濃度藥液來去除附著於基板表面的有機物或金屬異物者。因而，RCA洗淨方式的現狀為：另外需要用以對洗淨後的高濃度藥液的廢水或自洗淨裝置產生的有毒氣體等進行處理的設備，具有處理成本或環境負荷的增大等課題而被使用。
作為針對所述課題的對策，近年來提出例如於專利文獻1及專利文獻2所揭示般的使半導體基板浸漬於臭氧水中來進行洗淨的洗淨方法。於專利文獻2所揭示的基板處理方法中，藉由將於較低的溫度下所製造的使臭氧氣體高濃度地溶解於純水中而成的臭氧水在約20℃至約40℃的範圍內加熱，於維持高的氧化力的狀態下進行基板表面的處理，實現洗淨效果的提高。與先前的高濃度藥液相比，高濃度臭氧水中金屬雜質少，且隨時間經過而變化為無害的物質，故具有環境負荷少等優點。
且說，伴隨最近的半導體元件的高積體化或電路圖案的微細化的發展，對基板表面的品質的要求變得越來越嚴格，因此要求洗淨性能的進一步提高，伴隨於此，就環境負荷的減少的觀點而言，要求洗淨步驟中的基板材料的損耗減少。然而，於所述洗淨方法中可達成基板表面的有機物或金屬異物的去除，但臭氧水中的臭氧濃度非常高，因此有氧化膜厚厚地形成於基板表面，基板材料的損耗增加的不良情況。 [現有技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利第4054374號 [專利文獻2]日本專利第3691985號
[發明所欲解決之課題] 本發明是鑒於所述情況而成者，其目的在於提供一種藉由使半導體基板浸漬於臭氧水中，可洗淨去除殘留於基板表面的抗蝕劑等有機物或金屬異物，並且可減少洗淨步驟中的基板材料的損耗的半導體基板的洗淨裝置及洗淨方法。 [解決課題之手段]
為了解決所述課題，第一，本發明提供一種基板洗淨裝置，其是使用臭氧水來洗淨基板，所述基板洗淨裝置包括：冷卻機構，將20℃以上的臭氧水冷卻至規定的溫度；以及洗淨機構，利用經所述冷卻機構冷卻的臭氧水來洗淨基板（發明1）。
根據所述發明（發明1），藉由於基板的洗淨中使用冷卻至規定的溫度的低溫的臭氧水，溶存臭氧的活性降低，因此可抑制基板表面的氧化膜的形成，並且可減少基板材料的損耗。
所述發明（發明1）中，較佳為所述洗淨機構具有將所述基板浸漬於利用所述冷卻機構冷卻的臭氧水中來進行洗淨的洗淨槽（發明2）。
根據所述發明（發明2），可將基板整體浸漬於冷卻的臭氧水中，因此可於不產生發生靜電等問題的情況下有效地進行洗淨。
所述發明（發明1、發明2）中，較佳為所述冷卻機構具有可將臭氧水冷卻至0℃以上且未滿20℃的冷卻器（發明3）。
根據所述發明（發明3），可將供給至洗淨機構的臭氧水的溫度控制為0℃以上且未滿20℃，因此可利用冷卻的臭氧水來穩定地進行洗淨。
所述發明（發明1～發明3）中，較佳為進而包括生成供給至所述冷卻機構的臭氧水的臭氧水生成機構，所述臭氧水生成機構具有：臭氧產生裝置，產生臭氧；以及溶解膜模組，將由所述臭氧產生裝置產生的臭氧溶解於超純水中（發明4）。
根據所述發明（發明4），藉由使用溶解膜模組，可將水中的溶解率較小的臭氧有效地溶解於進行了脫氣處理的超純水中，因此可生成高濃度的臭氧水。
所述發明（發明1～發明4）中，較佳為進而包括對供給至所述溶解膜模組的超純水進行脫氣處理的脫氣機構，所述脫氣機構具有脫氣膜模組與真空泵（發明5）。
根據所述發明（發明5），藉由使用真空泵，將脫氣膜模組的排出口側設為真空狀態，藉此可將成為超純水的氧化或細菌的繁殖的原因的溶存氣體有效地排出至脫氣膜模組的外部，故可有效地獲得進行了脫氣的超純水。
第二，本發明提供一種基板洗淨方法，其使用臭氧水來洗淨基板，所述基板洗淨方法包括：冷卻步驟，將20℃以上的臭氧水冷卻至規定的溫度；以及洗淨步驟，利用經所述冷卻步驟冷卻的臭氧水來洗淨基板（發明6）。 [發明的效果]
根據本發明的洗淨裝置及洗淨方法，藉由於基板的洗淨中使用冷卻至規定的溫度的低溫的臭氧水，溶存臭氧的活性降低，故可抑制基板表面的氧化膜的形成，並且可減少基板材料的損耗。
以下，適宜地參照圖式來對本發明的半導體基板的洗淨裝置及半導體基板的洗淨方法的實施形態進行說明。以下所說明的實施形態為用以容易理解本發明者，並不對本發明作任何限定。
[半導體基板的洗淨裝置] 圖1為表示本發明的一實施形態的半導體基板的洗淨裝置10的說明圖。圖1所示的洗淨裝置10主要包括脫氣機構1、臭氧水生成機構2、冷卻機構3、洗淨機構4。脫氣機構1為用以對超純水W（18.2 MΩ＜）進行脫氣者，且具有脫氣膜模組11與真空泵12。臭氧水生成機構2為用以生成臭氧水W2者，且具有：臭氧產生裝置22，產生臭氧氣體；以及溶解膜模組21，使由臭氧產生裝置22產生的臭氧氣體溶解於進行了脫氣處理的超純水W1中。冷卻機構3為用以對臭氧水W2進行冷卻者，且具有可將臭氧水W2冷卻至0℃以上且未滿20℃的冷卻器31。洗淨機構4為用以洗淨半導體基板者，且具有用以將半導體基板浸漬於利用冷卻器31冷卻的臭氧水W3中來進行洗淨的洗淨槽41。
另外，半導體基板的洗淨裝置10中設有將超純水W自未圖示的原水槽供給至脫氣膜模組11的供給配管L1、將脫氣膜模組11與溶解膜模組21連接的供給配管L2、將溶解膜模組21與冷卻器31連接的供給配管L3、以及將冷卻器31與洗淨槽41連接的供給配管L4。於脫氣膜模組11上經由真空配管L5而連接有真空泵12。脫氣膜模組11及溶解膜模組21上分別連接有用以排出廢水（drain water）D1及D2的廢水配管L6及L7，廢水配管L6及L7連接於廢水槽5。溶解膜模組21上連接有供給由臭氧產生裝置22產生的臭氧氣體的臭氧氣體供給配管L9，臭氧產生裝置22上連接有供給氧氣的氧氣供給配管L8。
（脫氣機構） 脫氣機構1為用以去除超純水W中的溶存氧或溶存二氧化碳等者，且具有脫氣膜模組11與真空泵12。脫氣膜模組11內藉由脫氣膜而區分為液相室與氣相室，自液相室的導入口側導入超純水W，並自排出口側排出進行了脫氣處理的超純水W1。作為脫氣膜模組11的脫氣膜，只要為不使水透過且使溶解於水的氣體透過者，則並無特別限制，例如可應用：聚丙烯、聚二甲基矽氧烷、聚碳酸酯-聚二甲基矽氧烷嵌段共聚物、聚乙烯基苯酚-聚二甲基矽氧烷-聚碸嵌段共聚物、聚(4-甲基戊烯-1)、聚(2,6-二甲基苯醚)、聚四氟乙烯等的高分子膜等。真空泵12經由真空配管L5而連接於脫氣膜模組11的氣相室。真空泵12並無特別限制，例如可應用水封式真空泵或具備水蒸氣去除功能的渦旋泵（scroll pump）等可抽吸水蒸氣者。藉由使用真空泵12，對脫氣膜模組11的氣相室側進行減壓，藉此可將成為超純水的氧化或細菌的繁殖的原因的溶存氣體有效地排出至脫氣膜模組11的外部，故可有效地獲得進行了脫氣的超純水W1。
（臭氧水生成機構） 臭氧水生成機構2為用以藉由將臭氧氣體溶解於進行了脫氣處理的超純水W1中而生成臭氧水W2者，且具有：臭氧產生裝置22，基於氧氣而產生臭氧氣體；以及溶解膜模組21，將由臭氧產生裝置22產生的臭氧氣體溶解於進行了脫氣處理的超純水W1中。臭氧產生裝置22並無特別限制，可應用公知的無聲放電方式、紫外線燈方式、水電解方式等的臭氧產生裝置。於溶解膜模組21內藉由溶解膜而區分為液相室與氣相室，自液相室的導入口側導入進行了脫氣處理的超純水W1，並自排出口側排出所生成的臭氧水W2。作為溶解膜模組21的溶解膜，只要為不使水透過且使溶解於水的氣體透過者，則並無特別限制，例如可應用：聚丙烯、聚二甲基矽氧烷、聚碳酸酯-聚二甲基矽氧烷嵌段共聚物、聚乙烯基苯酚-聚二甲基矽氧烷-聚碸嵌段共聚物、聚(4-甲基戊烯-1)、聚(2,6-二甲基苯醚)、聚四氟乙烯等的高分子膜等。藉由使用溶解膜模組21，可將水中的溶解率較小的臭氧有效地溶解於進行了脫氣處理的超純水W1中，因此可生成高濃度的臭氧水W2。
再者，於高濃度的臭氧水的生成時，為了高濃度地溶解臭氧氣體，一般而言使用經加溫的超純水（溫超純水），故所述高濃度的臭氧水W2通常具有20℃以上的水溫。於半導體基板的洗淨裝置10中，亦可於供給配管L2設有用以控制供給至溶解膜模組21的進行了脫氣處理的超純水W1的溫度的加溫裝置（未圖示）。
（冷卻機構） 冷卻機構3為用以對臭氧水W2進行冷卻者，且具有可將臭氧水W2冷卻至0℃以上且未滿20℃的冷卻器31。作為冷卻器31，只要可將臭氧水W2冷卻至0℃以上且未滿20℃，則並無特別限制，可應用公知的冷卻裝置。將溫度控制為0℃以上且未滿20℃的臭氧水W3的溶存臭氧的活性降低，因此於後段的洗淨機構4中可抑制半導體基板表面的氧化膜的形成，並且可減少基板材料的損耗。
再者，冷卻機構3包括具有並列連結的多個冷卻器31的冷卻器單元，該冷卻器單元亦可構成為：可與各冷卻器31的冷卻功能的降低的程度相對應地切換多個冷卻器31的運轉狀態。藉由冷卻機構3為此種構成，切換多個冷卻器31的運轉狀態，藉此可選擇所使用的冷卻器31，故即便於存在例如產生微生物等而冷卻功能降低的冷卻器31的情況下，亦可不停止冷卻器單元整體的運轉而持續進行，從而提高經冷卻的臭氧水W3的製造效率。
（洗淨機構） 洗淨機構4為用以利用經冷卻的臭氧水W3來洗淨半導體基板者，且具有將半導體基板浸漬於冷卻至0℃以上且未滿20℃的臭氧水W3中來進行洗淨的洗淨槽41。作為洗淨槽41，只要可浸漬作為被洗淨物的半導體基板整體，則並無特別限制，可應用現有的洗淨槽。藉由使用洗淨槽41，可將基板整體浸漬於經冷卻的臭氧水W3中，故可於不產生發生靜電等問題的情況下有效地進行洗淨。另外，將溫度控制為0℃以上且未滿20℃的臭氧水W3的溶存臭氧的活性降低，因此可抑制半導體基板表面的氧化膜的形成，並且可減少半導體基板材料的損耗，從而可穩定地進行半導體基板的洗淨。
[半導體基板的洗淨方法] 其次，參照圖1並對使用所述般的本實施形態的半導體基板的洗淨裝置10的洗淨方法進行詳細說明。
（脫氣步驟） 於脫氣步驟中，首先，自供給配管L1向脫氣膜模組11的液相室導入超純水W（18.2 MΩ＜）。此時，利用真空泵12來對脫氣膜模組11的氣相室側進行減壓，藉此成為超純水W中的氧化或細菌的繁殖的原因的溶存氧或溶存二氧化碳被排出至脫氣膜模組11的外部。藉此可獲得進行了脫氣處理的超純水W1。進行了脫氣處理的超純水W1經過供給配管L2而被供給至後段的溶解膜模組21。再者，脫氣膜模組11的廢水D1經過廢水配管L6而貯存於廢水槽5。
（臭氧水生成步驟） 於臭氧水生成步驟中，首先，自氧氣供給配管L8向臭氧產生裝置22導入氧氣，並基於該氧氣而生成臭氧氣體。自臭氧氣體供給配管L9向溶解膜模組21的氣相室導入該生成的臭氧氣體，並自供給配管L2向液相室供給進行了脫氣處理的超純水W1。於溶解膜模組21內將臭氧氣體溶解於進行了脫氣處理的超純水W1中，藉此生成高濃度的臭氧水W2。所生成的臭氧水W2經過供給配管L3而被供給至後段的冷卻器31。再者，溶解膜模組21的廢水D2經過廢水配管L7而貯存於廢水槽5。
再者，於高濃度的臭氧水的生成時，為了高濃度地溶解臭氧氣體，一般而言使用經加溫的超純水（溫超純水），故所述高濃度的臭氧水W2通常具有20℃以上的水溫。於半導體基板的洗淨裝置10中，亦可於供給配管L2設有用以控制供給至溶解膜模組21的進行了脫氣處理的超純水W1的溫度的加溫裝置（未圖示），所述臭氧水生成步驟亦可具有對進行了脫氣處理的超純水W1進行加溫的步驟。
（冷卻步驟） 其次，於冷卻步驟中，將供給至冷卻器31的臭氧水W2冷卻至0℃以上且未滿20℃。冷卻至0℃以上且未滿20℃的臭氧水W3經過供給配管L4而被供給至後段的洗淨槽41。
再者，冷卻步驟亦可藉由使用具有並列連結的多個冷卻器31的冷卻器單元，並與各冷卻器31的冷卻功能的降低的程度相對應地切換多個冷卻器31的運轉狀態來進行。藉由切換多個冷卻器31的運轉狀態，可選擇所使用的冷卻器31，故即便於存在例如產生微生物等而冷卻功能降低的冷卻器31的情況下，亦可使冷卻器單元整體的運轉不停止而持續進行，從而提高經冷卻的臭氧水W3的製造效率。
（洗淨步驟） 於洗淨步驟中，首先，若向洗淨槽41中供給規定量的經冷卻的臭氧水W3，則半導體基板藉由未圖示的搬送機構而被搬入洗淨槽41。搬入至洗淨槽41中的半導體基板浸漬於經冷卻的臭氧水W3中並進行洗淨。若經過規定時間，則洗淨後的半導體基板藉由搬送機構而被搬出至洗淨槽41外。再者，搬送機構亦可為將多個半導體基板搬入及搬出洗淨槽41者。半導體基板的浸漬洗淨後的臭氧水W3經過未圖示的廢水配管而被排出至洗淨槽41外。而且，對接下來應洗淨的半導體基板重複進行洗淨步驟。
如以上般，根據本發明的洗淨方法，藉由於半導體基板的洗淨中使用冷卻至規定的溫度、特別是0℃以上且未滿20℃的溫度的低溫的臭氧水，溶存臭氧的活性降低，故可抑制基板表面的氧化膜的形成，而且可減少基板材料的損耗。
以上，參照圖式對本發明進行了說明，但本發明並不限定於所述實施形態，可實施各種變更。本實施形態中，於洗淨機構4中使用洗淨槽41並藉由浸漬式來進行半導體基板的洗淨，但若可利用冷卻至0℃以上且未滿20℃的臭氧水W3來洗淨半導體基板，則例如亦可以對半導體基板噴射臭氧水W3的單片式來進行洗淨。 [實施例]
以下，基於實施例來進一步對本發明進行詳細說明，但本發明並不限定於以下的實施例。
使用圖1所示的半導體基板的洗淨裝置10，進行半導體基板的洗淨處理。首先，使半導體基板於常溫的臭氧水（15 ppm）中浸漬5分鐘後，於0.5 wt%的稀氫氟酸中浸漬5分鐘，從而對表面進行清潔化。
＜實施例1＞ 使所述清潔化後的半導體基板於利用冷卻器31冷卻的臭氧水W3中浸漬5分鐘並洗淨後，利用橢偏儀測定氧化膜厚。
＜比較例1＞ 除未對浸漬洗淨半導體基板的臭氧水進行冷卻以外，與實施例1同樣地進行所述清潔化後的半導體基板的浸漬洗淨後，利用橢偏儀測定氧化膜厚。
關於實施例1及比較例1，將利用臭氧水的浸漬洗淨後的氧化膜厚的數值示於表1中。由本結果可知，藉由將使半導體基板浸漬的臭氧水的溫度冷卻至0℃以上且未滿20℃，可知臭氧水中的臭氧的活性減少，即便為同樣的浸漬時間亦可控制氧化膜厚。
[表1]
Figure 106131344-A0304-0001
如以上說明般，根據本發明的半導體基板的洗淨裝置及洗淨方法，可洗淨去除殘留於基板表面的抗蝕劑等有機物或金屬異物，並且可減少洗淨步驟中的基板材料的損耗。 [產業上之可利用性]
本發明於半導體元件的製造中作為製造過程中產生的抗蝕劑等有機物或金屬異物的污染物質的洗淨裝置及洗淨方法而有用。
1‧‧‧脫氣機構2‧‧‧臭氧水生成機構3‧‧‧冷卻機構4‧‧‧洗淨機構5‧‧‧廢水槽10‧‧‧半導體基板的洗淨裝置11‧‧‧脫氣膜模組12‧‧‧真空泵21‧‧‧溶解膜模組22‧‧‧臭氧產生裝置31‧‧‧冷卻器41‧‧‧洗淨槽D1、D2‧‧‧廢水L1、L2、L3、L4‧‧‧供給配管L5‧‧‧真空配管L6、L7‧‧‧廢水配管L8‧‧‧氧氣供給配管L9‧‧‧臭氧氣體供給配管W‧‧‧超純水W1‧‧‧進行了脫氣處理的超純水W2‧‧‧臭氧水W3‧‧‧經冷卻的臭氧水S‧‧‧半導體基板G、G’‧‧‧氣相室L、L’‧‧‧液相室
圖1為表示本發明的一實施形態的半導體基板的洗淨裝置的說明圖。
1‧‧‧脫氣機構
2‧‧‧臭氧水生成機構
3‧‧‧冷卻機構
4‧‧‧洗淨機構
5‧‧‧廢水槽
10‧‧‧半導體基板的洗淨裝置
11‧‧‧脫氣膜模組
12‧‧‧真空泵
21‧‧‧溶解膜模組
22‧‧‧臭氧產生裝置
31‧‧‧冷卻器
41‧‧‧洗淨槽
D1、D2‧‧‧廢水
L1、L2、L3、L4‧‧‧供給配管
L5‧‧‧真空配管
L6、L7‧‧‧廢水配管
L8‧‧‧氧氣供給配管
L9‧‧‧臭氧氣體供給配管
W‧‧‧超純水
W1‧‧‧進行了脫氣處理的超純水
W2‧‧‧臭氧水
W3‧‧‧經冷卻的臭氧水
S‧‧‧半導體基板
G、G’‧‧‧氣相室
L、L’‧‧‧液相室

Claims (5)

  1. 一種基板洗淨裝置，其是使用臭氧水來洗淨基板，所述基板洗淨裝置包括：冷卻機構，將20℃以上的臭氧水冷卻至規定的溫度；以及洗淨機構，利用經所述冷卻機構冷卻的臭氧水來洗淨基板，所述冷卻機構具有可將臭氧水冷卻至0℃以上且未滿20℃的冷卻器，經冷卻的所述臭氧水的溫度為0℃~12℃。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的基板洗淨裝置，其中所述洗淨機構具有將所述基板浸漬於利用所述冷卻機構冷卻的臭氧水中來進行洗淨的洗淨槽。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的基板洗淨裝置，其進而包括生成供給至所述冷卻機構的臭氧水的臭氧水生成機構，所述臭氧水生成機構具有：臭氧產生裝置，產生臭氧；以及溶解膜模組，將由所述臭氧產生裝置產生的臭氧溶解於超純水中。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的基板洗淨裝置，其進而包括對供給至所述溶解膜模組的超純水進行脫氣處理的脫氣機構，所述脫氣機構具有脫氣膜模組與真空泵。
  5. 一種基板洗淨方法，其使用臭氧水來洗淨基板，所述基板洗淨方法包括：冷卻步驟，將20℃以上的臭氧水冷卻至規定的溫度；以及洗淨步驟，利用經所述冷卻步驟冷卻的臭氧水來洗淨基板， 所述冷卻步驟將臭氧水冷卻至0℃以上且未滿20℃，經冷卻的所述臭氧水的溫度為0℃~12℃。
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