JPH06120187A

JPH06120187A - 光励起ドライ洗浄装置

Info

Publication number: JPH06120187A
Application number: JP26521892A
Authority: JP
Inventors: Michiya Kamiyama; 道也神山
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1992-10-05
Filing date: 1992-10-05
Publication date: 1994-04-28

Abstract

(57)【要約】【目的】紫外線のエネルギーによりガスを分解し、分解
され活性化したガスにより基板表面の汚染物質を除去し
ようとする光励起ドライ洗浄装置を、基板表面の洗浄均
一性, 洗浄速度等の洗浄性能を保持して複数枚の基板を
同時に洗浄可能な装置に構成する。【構成】基本構成として、基板１が置かれる反応処理室
１０を石英等の透明な材質で構成し、各基板１はこれを
斜めにセットしつつ基板列を形成可能な装置とする。こ
の基本構成において、反応処理室１０を整流板４で２分
し、ガスの分解は整流板４を通過して基板列へ向かうガ
ス流を直角方向から紫外線照射して行い、基板１の励起
はガス流上流側から紫外線照射して行う。基板１の均熱
加熱は基板列の両側からランプ加熱して行うようにす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、物体の表面に付着し
ている物質を、光エネルギーにより分解された活性なガ
スを用いて剥離しようとする洗浄装置の改善に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの製造におけるシリコン
(Si) ウエハ上の汚染物質あるいは不要物質の除去方法
として、薬液の化学反応を利用し分解除去するとか、界
面活性剤により付着物質の付着力を弱めて除去する、あ
るいは真空容器内に反応性ガスを導入し高周波等の電力
を印加してプラズマを発生させることによりガスを分解
し、分解されて活性化したガスとの表面反応により除去
させる等の方法が一般的である。しかし薬液を使用する
場合、薬液中に溶解した物質がウエハに再付着する、あ
るいは薬液自身をきれいに洗い流すことが容易ではな
く、大量の純水を必要とする等の問題がある。また高周
波等の電力によりプラズマを発生しガスを分解する方法
ではイオンの発生を伴い、このイオンが基板表面に衝突
し半導体デバイスにダメージを与えるという問題をもっ
ている。

【０００３】また最近のＬＳＩ製造における基礎である
パターニング技術はサブミクロンルールにまで対象領域
が進み、溝あるいは穴の側壁の高さと底面の長さとの比
(アスペクト比) が１以上の，ミクロ的に見ると凹凸の
激しい表面を残渣を残さずきれいに洗浄しなければなら
ず、薬液処理ではこの凹凸から残渣なく洗浄することは
かなりの困難さを伴う。

【０００４】これらに代わって最近光のエネルギーでガ
スを分解して活性なガスを発生させ、表面の物質を分解
除去する光励起ドライ洗浄方法が注目を集めている。こ
の光励起ドライ洗浄方法において、洗浄用ガスとしてオ
ゾン (Ｏ₃) を用い、このオゾンガスに紫外線を照射す
ることで活性な酸素を得、付着有機物を酸化し除去する
方法はすでに一般的になっているが、無機の付着汚染物
質の除去方法については、現在、量産設備としての研究
開発が盛んに進められている段階であり、図２に示す方
法が一般に提案されている。この図２を用いて有機物除
去の洗浄プロセスの説明を行う。

【０００５】反応処理室１１を0.13 Pa(１ｍTorr) 以下
の圧力にした所へオゾンのような酸性化ガスを圧力が1
3.3 Pa 〜667 Pa (0.１〜５Torr) になるようにガス導
入孔３より導入する。反応処理室１１の外部に設けられ
た紫外線源 (例えば低圧水銀灯等の紫外光を発生できる
光源) ５を点灯し、石英ガラス等でできている紫外線透
過窓１２を通して紫外線を照射する。低圧水銀灯を使用
した場合発生する紫外線は主に１８５ｎｍと２５４ｎｍ
の波長を有する紫外線である。これらの紫外線が有する
エネルギーは１８５ｎｍで１５５ｋcal/mol 、２５４ｎ
ｍでは１１３ｋcal/mol であり、有機系のＣ−Ｃ結合,
Ｃ−Ｈ結合等の結合、また無機系のＯ−Ｏ結合, Ｆ−Ｆ
結合, Cl−Cl結合等を容易に切断できる。

【０００６】有機物が除去される工程は次のようにして
起こる。基板表面に付着している有機物は紫外線により
有機化合物のラジカルや励起状態の分子となっている。
また気相中ではオゾンが紫外線を吸収し励起酸素原子を
生成している。この強力な酸化力をもつ励起酸素原子が
前述のフリーラジカルや励起状態分子と反応し、炭酸ガ
ス (ＣＯ₂) や水 (Ｈ₂Ｏ) のような揮発性物質あるい
はカルボニル基 (＝ＣＯ) やカルボキシル基 (−ＣＯＯ
Ｈ) 等の親水基を持つ低分子化合物が生成される。揮発
性物質は容易に基板表面から離れていく。また、親水基
を持った低分子化合物は水洗等の洗浄工程で容易に除去
可能である。基本的には上記方法にて物体の表面の有機
物は除去できる。また、無機物の除去についても反応性
ガスに弗素や塩素等のガスを使用することで除去が可能
である。しかし、光のエネルギーを利用するため、被洗
浄物体の表面にその光に対し影となる部分が発生する
と、その部分の洗浄効果は期待できなくなる。従って光
が被洗浄表面の全体にあたるように被洗浄基板を配置す
るため、図２に示すような、処理枚数に対してスペース
の大きな, 効率の悪い装置となってしまう。なお、図中
の符号１３は、洗浄速度を上げるための基板加熱用ヒー
タであり、この例では抵抗加熱線をアルミ等のインゴッ
ト中に埋め込んだ埋込みヒータとして形成され、基板の
加熱は平坦な伝熱面を介した熱伝導により行われる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】光励起ドライ洗浄装置
に必要不可欠な課題は、被洗浄表面に紫外線を当て表面の活性化をする必要が
あるので、光に対し影の部分ができないようにする。被洗浄表面における表面反応で洗浄が行われるので、
被洗浄表面の均一な洗浄のために被洗浄面の温度を均一
に保持する。

【０００８】発生した活性なガスの流れは、活性化空
間に流入するガスの流れにほぼ律速されるので、活性化
空間へ均一なガス流を供給する。生産性のある装置であること、である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明においては、まず、装置の基本構成を、被洗
浄基板が置かれる反応処理室を紫外線を透過する石英等
の材質で構成するとともに、複数の被洗浄基板を順に一
定の対向間隔を置いて前置基板に対向させつつ基板列を
形成した後、全基板を列方向に一斉に傾斜させた状態と
なるように被洗浄基板を支持する基板支持手段を反応処
理室内に設けたものとし、複数の被洗浄基板の洗浄を同
時に行えるようにする。

【００１０】そして、基本構成をこのようにした装置に
おいて、被洗浄基板が置かれる反応処理室を、紫外線を
透過させる透明な板からなり板面に多数の細孔もしくは
スリットが形成された整流板により、洗浄用ガスが導入
されるガス溜め室と被洗浄基板が位置する基板室とに、
かつ該整流板と基板との間隔が0.05〜0.１ｍとなるよう
に２分するとともに、ガス溜め室から整流板の細孔もし
くはスリットを通って被洗浄基板へ向かうガスの流れに
対し、この流れと直角の方向から紫外線を照射する紫外
線源を反応処理室の外部に設け、紫外線により励起され
たガスがガス溜め室から被洗浄基板方向へ向かう洗浄用
ガスの流れに載って被洗浄基板に到達するようにする。

【００１１】この場合、ガス溜め室から整流板を通過し
て被洗浄基板へ向かうガス流を照射する紫外線源は、反
応処理室の外部をガス流と直角の方向に走る１本または
複数本の直管型紫外線ランプとするのがよい。また、基
本構成を上記のようにした装置において、被洗浄基板の
表面を活性化するため、一斉に傾斜状態になるように支
持された被洗浄基板群を平行光線で照射したときに各被
洗浄基板がすべて全表面を照射されるとともに全表面が
照射された基板表面を平行光線の方向にみたときに全表
面の面積が最大となる方向に紫外線源を置くようにする
とともに紫外線源を面光源として形成する。

【００１２】この場合、面光源を形成する紫外線源は、
複数の直管型もしくはそれぞれ径の異なるリング状の紫
外線ランプを一平面内に配して形成するようにすれば好
適である。また、基本構成を上述のようにした装置にお
いて、被洗浄基板を均一に加熱するため、加熱用ランプ
を被洗浄基板の表面側と裏面側とに、一斉に傾斜状態と
なるように支持された被洗浄基板群を挟んで配するよう
にする。

【００１３】この場合、被洗浄基板を挟んで被洗浄基板
の表面側と裏面側とに配される加熱ランプは、反応処理
室の被洗浄基板表面側の外部と裏面側の外部とにそれぞ
れ複数本それぞれ一平面内に配されてそれぞれ面熱源を
形成する直管状もしくはリング状赤外線ランプとするの
がよい。

【００１４】

【作用】装置の基本構成をこのようにすれば、洗浄用ガ
スを基板表面に垂直方向の速度成分を持つように流すこ
とができ、また基板表面の紫外線照射による励起も容易
となり、洗浄性能を保持して複数枚の被洗浄基板の洗浄
を同時に行うことができる。従って、従来と比べ、洗浄
枚数に対する洗浄スペースを格段に小さくすることがで
き、同じ大きさの装置で生産性を飛躍的に向上させるこ
とができる。

【００１５】また、基本構成をこのようにした装置にお
いて、被処理基板が置かれる反応処理室を、紫外線を透
過させる透明な板からなり板面に多数の細孔もしくはス
リットが形成された整流板により、洗浄用ガスが導入さ
れるガス溜め室と被洗浄基板が位置する基板室とに、か
つ該整流板と基板との間隔が0.05〜0.１ｍとなるように
２分するとともに、ガス溜め室から整流板の細孔もしく
はスリットを通って被洗浄基板へ向かうガスの流れに対
し、この流れと直角の方向から紫外線を照射する紫外線
源を反応処理室の外部に設けると、ガス溜め室から基板
室へ流入するガス流が均一流となり、従ってこの均一流
を流れと直角の方向から紫外線照射して得られる励起ガ
スの流れも均一流となり、各被洗浄基板表面を一様に洗
浄するためのガス側の条件が充足される。また、紫外線
源を反応処理室の外部に設けることにより、紫外線源が
被洗浄基板表面の汚染物質による汚染を免れ、照射強度
を保持するとともに紫外線源交換時等のメンテナンス作
業が容易となる。

【００１６】この場合、紫外線源を、反応処理室の外部
をガス流と直角の方向に走る１本または複数本の直管型
紫外線ランプとすれば、基板列の形状に対応して方形に
形成される反応処理室の側壁に沿って直管型ランプが配
されることになるため、装置をコンパクトにまとめるこ
とができる。また、基本構成を上述のようにした装置に
おいて、被洗浄基板の表面を活性化するため、一斉に傾
斜状態になるように支持された被洗浄基板群を平行光線
で照射したときに各被洗浄基板がすべて全表面を照射さ
れるとともに全表面が照射された基板表面を平行光線の
方向にみたときに全表面の面積が最大となる方向に紫外
線源を置くようにするとともに紫外線源を面光源として
形成すれば、紫外線源による基板表面の活性化時に紫外
光に対して影の部分ができず、基板表面を一様に洗浄す
るための基板側の条件が充足される。

【００１７】ここで、面光源を形成する紫外線源を、複
数の直管型もしくはリング状紫外線ランプを一平面内に
配して構成するようにすれば、市販の紫外線ランプを用
いて容易に面光源を形成することができる。また、基本
構成を上述のようにした装置において、被洗浄基板を均
一に加熱するため、加熱用ランプを被洗浄基板の表面側
と裏面側とに、一斉に傾斜状態となるように支持された
被洗浄基板群を挟んで配するようにすることにより、各
基板が実質均一に加熱され、洗浄が表面反応によって行
われることから、基板表面の一様洗浄を、洗浄速度を維
持して行うことができる。

【００１８】ここで、被洗浄基板を表面側と裏面側とか
ら加熱する加熱ランプに直管型もしくはリング状赤外線
ランプを用いて面熱源を構成することにより、全洗浄基
板を一様に加熱することができ、また、面熱源であるの
で、装置の大型化を招くことがない。

【００１９】

【実施例】図１に本発明による光励起ドライ洗浄装置構
成の一実施例を示す。以下この装置の構成と、この装置
による無機汚染物の洗浄方法とにつき説明する。洗浄処
理すべき基板１を基板支持台２に載せる。支持台２は基
板１を垂直から１５〜３０°傾けて複数枚セットできる
ようになっている。そして基板１の上端から垂線をおろ
した所に次の基板１の下端が来るようにし、垂直入射光
に対し影の部分が発生しないようにする。無機汚染物質
例えば金属イオン等の汚染の洗浄の場合、反応性ガスに
は塩素 (Cl₂) ガスを使用するが、塩素ガスを反応性ガ
ス導入孔３から導入し、圧力を１3.３〜６６７ Pa の範
囲にコントロールする。ガスはまずガス溜め室１３に入
り、整流板４に形成された多数の細孔またはスリットを
通り、下方に流出する。紫外線を透過する整流板４と処
理基板１との間は５〜１０ｃｍの間隔がある。紫外線を
透過する石英等でできている方形の反応処理室１０の外
部に側壁に沿って設置されたガス励起用紫外線源５を構
成する直管型紫外線ランプから照射される紫外線によ
り、整流板４を通過したガスが処理基板１に到達する前
に励起塩素元素を発生させると、発生した励起塩素元素
はガスの流れに添ってそのまま処理基板１の方に飛んで
いく。なお、図中の符号６は紫外線源５からの紫外光を
ガス流へ向けて反射させる反射板である。ガス流の上流
側すなわち反応処理室１０の天井板の上部に基板１の表
面を活性化させるための基板表面活性化用紫外線源とし
て、基板１の配列方向に走る直管型紫外線ランプ７が複
数本 (ここでは３本) 平行に配されて平面光源が形成さ
れている。図の符号６は反射板であり、紫外線ランプ７
による平面光源と反射板６とで紫外光が平行光線状に複
数の基板１を照射する。基板１は、垂直光に対して表面
に影ができないような傾斜と間隔とをもって配列されて
いるので、基板１はすべて全表面が紫外光により活性化
され、表面から電子が飛び出し、励起塩素原子と結びつ
き、負の塩素イオンとなり、基板表面の電子のぬけた正
のイオンと結びついて塩化物となる。塩化物の蒸気圧は
比較的大きく、塩化物は容易に剥離されていく。特に塩
化シリコンは昇華しやすく、昇華時に、表面に付着して
いる金属イオンを根こそぎ剥離し、表面が洗浄される。
また、このとき、基板１の温度は高いほど洗浄反応が早
くすすむ。そこで、装置の生産性を上げるために基板１
を加熱することになるが、基板１が傾いた状態で配列さ
れているので、ガス流の上流だけからの加熱では基板の
上下方向に温度差が発生する。そこで、本装置では、反
応処理室１０の天井板上方に複数の直管型赤外線ランプ
８を平行に配して面熱源を構成するほか、基板１の下
方、すなわち反応処理室１０の底面下方にも直管型赤外
線ランプ８を複数平行に配して面熱源を形成させ、上下
の温度差を補正して均一な温度分布が得られるようにし
ている。これにより、表面の洗浄反応が均一な速度で進
行し、基板表面の均一な洗浄が可能になる。

【００２０】

【発明の効果】本発明においては、光励起ドライ洗浄装
置を以上のように構成したので、以下に記載する効果が
得られる。請求項１の構成では、洗浄用ガスを基板表面
に垂直方向の速度成分を持つように流すことができ、ま
た基板表面の紫外線照射による励起も容易となり、多数
枚にもかかわらず洗浄性能を保持して被洗浄基板の洗浄
を同時に行うことができる。従って、従来と比べ、基板
１枚当たりの洗浄スペースを格段に小さくすることがで
き、同じ大きさの装置で生産性を飛躍的に向上させるこ
とができる。

【００２１】請求項２の構成では、基板室に流入する洗
浄用ガスの流れが均一流となり、被洗浄基板表面の均一
な洗浄を可能にするガス側の条件が整流板を使用するこ
とにより容易に充足される。また、洗浄用ガスを励起す
る紫外線源が反応処理室の外部に配置されるので、紫外
線源が被洗浄基板表面の汚染物質で汚染されることなく
照射強度を保持することができ、装置の稼働率とメンテ
ナンス性とが向上する。

【００２２】請求項３の構成では、複数の被洗浄基板の
配列方法に対応して方形に形成される反応処理室の側壁
に沿って直管型紫外線ランプが配されることになるた
め、装置をコンパクトにまとめることができる。請求項
４の構成では、紫外線源による基板表面の活性化を、基
板表面に影の部分を生じることがないように行うことが
でき、洗浄速度を維持して基板表面の均一な洗浄を可能
にする基板側の条件を、基板枚数に応じた基板の傾斜角
と間隔とにより比較的自由度高く充足させることができ
る。

【００２３】請求項５の構成では、面光源を形成する紫
外線源を、直管型もしくはリング状紫外線ランプを用い
て構成するので、市販の紫外線ランプを使用して面光源
を容易に形成することができる。請求項６の構成では、
基板の傾斜配置にもかかわらず被洗浄基板が実質均一に
加熱され、基板表面の均一洗浄を洗浄速度を維持して行
うことができる。

【００２４】請求項７の構成では、被洗浄基板群を両側
から均一に加熱するための面熱源を、市販の赤外線ラン
プを使用して容易に形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光励起ドライ洗浄装置構成の一実
施例を示す図であって、同図(a) は側面図、同図(b) は
正面図

【図２】従来の光励起ドライ洗浄装置構成の一例を示す
側面図

【符号の説明】

１基板 (被洗浄基板) ２支持台（基板支持手段）４整流板５紫外線源７紫外線源８加熱用ランプ１０反応処理室

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】紫外線のエネルギーによりガスを分解し、
分解され活性化したガスにより基板表面の汚染物質を除
去しようとする光励起ドライ洗浄装置において、被洗浄
基板が置かれる反応処理室を紫外線を透過する石英等の
材質で構成するとともに、複数の被洗浄基板を順に一定
の対向間隔を置いて前置基板に対向させつつ基板列を形
成した後、全基板を列方向に一斉に傾斜させた状態とな
るように被洗浄基板を支持する基板支持手段を反応処理
室内に設け、複数の被洗浄基板の洗浄を同時に行えるよ
うにしたことを特徴とする光励起ドライ洗浄装置。
【請求項２】請求項第１項に記載の洗浄装置において、
被洗浄基板が置かれる反応処理室が、紫外線を透過させ
る透明な板からなり板面に多数の細孔もしくはスリット
が形成された整流板により、洗浄用ガスが導入されるガ
ス溜め室と被洗浄基板が位置する基板室とに、かつ該整
流板と基板との間隔が0.05〜0.１ｍとなるように２分さ
れるとともにガス溜め室から整流板の細孔もしくはスリ
ットを通って被洗浄基板へ向かうガスの流れに対し、こ
の流れと直角の方向から紫外線を照射する紫外線源が反
応処理室の外部に設けられ、紫外線により励起されたガ
スがガス溜め室から被洗浄基板方向へ向かう洗浄用ガス
の流れに載って被洗浄基板に到達するようにしたことを
特徴とする光励起ドライ洗浄装置。
【請求項３】請求項第２項に記載の洗浄装置において、
ガス溜め室から整流板を通過して被洗浄基板へ向かうガ
ス流を照射する紫外線源は、反応処理室の外部をガス流
と直角の方向に走る１本または複数本の直管型紫外線ラ
ンプであることを特徴とする光励起ドライ洗浄装置。
【請求項４】請求項第１項に記載の洗浄装置において、
被洗浄基板の表面を活性化するため、一斉に傾斜状態に
なるように支持された被洗浄基板群を平行光線で照射し
たときに各被洗浄基板がすべて全表面を照射されるとと
もに全表面が照射された基板表面を平行光線の方向にみ
たときに全表面の面積が最大となる方向に紫外線源を置
くようにするとともに紫外線源を面光源として形成する
ことを特徴とする光励起ドライ洗浄装置。
【請求項５】請求項第４項に記載の洗浄装置において、
面光源を形成する紫外線源は、複数の直管型もしくはそ
れぞれ径の異なるリング状の紫外線ランプを一平面内に
配してなることを特徴とする光励起ドライ洗浄装置。
【請求項６】請求項第１項に記載の洗浄装置において、
被洗浄基板を均一に加熱するため、加熱用ランプを被洗
浄基板の表面側と裏面側とに、一斉に傾斜状態となるよ
うに支持された被洗浄基板群を挟んで配することを特徴
とする光励起ドライ洗浄装置。
【請求項７】請求項第６項に記載の洗浄装置において、
被洗浄基板を挟んで被洗浄基板の表面側と裏面側とに配
される加熱ランプは、反応処理室の被洗浄基板表面側の
外部と裏面側の外部とにそれぞれ複数本それぞれ一平面
内に配されてそれぞれ面熱源を形成する直管状もしくは
リング状赤外線ランプであることを特徴とする光励起ド
ライ洗浄装置。