JPS6384119A - 基板の洗浄方法 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、半導体ウェハ等の基板表面の付着物を除去す
る基板の洗浄方法に関する。

（従来の技術） 例えば半導体ウェハ等の基板表面には、その製造工程等
において、人体等から発生する有機物からなる付着物、
機械等から発生する無機物からなる付着物等種々の付着
物が付着する。このような付着物を除去する基板の洗浄
方法には、従来洗浄液を用いて行なうウェット洗浄方法
と、プラズマ等を用いて洗浄を行なうドライ洗浄方法等
がある。

ドライ洗浄方法としては、酸素プラズマを用いたものが
一般的である。酸素プラズマによる洗浄方法は、半導体
ウェハを処理室に置き、処理室内に導入された酸素ガス
を高周波の電場によりプラズマ化し、酸素プラズマによ
り有機物からなる付着物を除去する。

また、ウェット洗浄方法では、半導体ウェハを処理室に
置き、この半導体ウェハにＨ２ＳＯ４、Ｈ２０２、Ｈ２
０，ＨＣＪ２、ＨＦ　、　ＮＨ４０Ｈ、オゾン水等の洗
浄液を１または複数鍾噴出させるか、または前記洗浄液
中に前記半導体ウェハを浸漬することによって洗浄を行
なう。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら上記説明の従来の洗浄方法のうち、ドライ
洗浄方法では、有機物からなる付着物しか除去すること
ができす、無機物からなる付着物の除去が困難であると
いう問題がある。

また、ウェット洗浄方法では、無機物からなる付着物の
除去は簡単に行なえるが、有機物からなる付着物の除去
に時間を要し、洗浄時間が長くなるという問題と、洗浄
液の消費量が増大し、洗浄コストの増大、廃液量の増大
等を招くという問題がある。

本発明はかかる従来の事情に対処してなされたもので、
有機物からなる付着物および無機物からなる付着物とも
に短時間で洗浄除去を行うことができ、洗浄コストの低
減、廃液量の低減を行なうことのできる基板の洗浄方法
を提供しようとするものである。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） すなわち本発明の基板の洗浄方法は、基板表面へ向けて
酸素原子ラジカルを含有する反応ガスと洗浄液とを噴出
させ、前記基板表面の付着物を除去することを特徴とす
る。

（作　用） 本発明の基板の洗浄方法では、基板表面へ向けて酸素原
子ラジカルを含有する反応ガスと洗浄液とを噴出させ、
基板表面の付着物を除去する。

例えば基板表面へ向けて酸素原子ラジカルを含有するガ
スと洗浄液とを同時に噴出させ、前記酸素原子ラジカル
を含有するガスと前記洗浄液との気液混相流により基板
表面の付着物を除去する。

したがって、酸素原子ラジカルと有機物との酸化化学反
応により、有機物からなる付着物を酸化して二酸化炭素
、−酸化炭素および水に分解して除去するとともに、洗
浄液による無機物からなる付着物の除去を同時に行なう
ことができ、短時間で、低コスト、少ない廃液量で洗浄
を行なうことができる。

（実施例） 以下、本発明の基板の洗浄方法を図面を参照して実施例
について説明する。

第１図は本発明の一実施例の方法に用いる洗浄装置を示
すもので、この実施例の洗浄装置では、処理室１内には
、半導体ウェハ２の周縁部を保持することにより半導体
ウェハ２を立設状態に保持する保持機構３が配置されて
いる。

この保持機構３の両側には、例えば洗浄液を噴出させる
開口４ａと、この開口４ａの周囲に近接して配置された
ガスを噴出させる開口４ｂとから構成される２流体ノズ
ル４が、配置されており、２流体ノズル４のガスを噴出
させる開口４ｂに接続された配管の周囲には、冷却装置
５に接続された冷却配管５ａが配置されている。

また、保持ａ楕３と２流体ノズル４との間には、温度制
御装置６によって制御され、第２図にも示すように円板
状に形成され、多数の透孔７ａを備えたヒータ７が配置
されている。

そして２流体ノズル４の開口４ｂは、気体流産調節器８
を介して酸素供給源９に接続されたオゾン発生器１０に
接続されており、開口４ａは、それぞれ洗浄液供給源１
１ａ、ｌｌｂに接続された洗浄液流量調節器１２ａ、１
２ｂとに接続されている。

処理室１の下部には、廃液排出口１３が設けられており
、廃液排出口１３は、廃液の処理を行なう廃液装置１４
に接続されている。また、処理室１の上部には気液分離
装置１５が配置されており、この気液分離装置１５は、
排気装置１６に接続されている。

そして上記構成の洗浄装置を用いて、次のようにして洗
浄を行なう。

すなわち、まず図示しないウェハ搬送装置等により保持
機構３に半導体ウェハ２を配置し、立設状態に保持する
。

次に、酸素供給源９から供給される酸素ガスを、気体流
量調節器８によって流量を調節し、オゾン発生器１０内
に送り、ここでオゾンを含む酸素ガスとして、冷却装置
５から冷却配管５ａ内を循環される冷却水等により例え
ば２５℃程度に冷却された配管を通して、２流体ノズル
４の開口４ｂから処理室１内の半導体ウェハ２へ向けて
噴出させる。

このとき、同時に洗浄液供給源１１ａ、ｌｌｂから供給
されるＨ２　ＳＯ４、Ｈ２０２、Ｈ２０、ＨＣＡ、ＨＰ
、ＮＨ４ＯＨ、オゾン水等の洗浄液を、洗浄液流量調節
器１２ａ、１２ｂにより流量調節して、２流体ノズル４
の開口４ａから半導体ウェハ２に向けて１または複数種
噴出させ、オゾンを含む酸素ガスと、洗浄液との気液混
相流を半導体ウェハ２に向けて噴出させる。

なお、洗浄液は、付着物の種類等により、従来のウェッ
ト洗浄装置等と同様に組み合わせて用いる。また、オゾ
ンを含む酸素ガスと洗浄液との流量は、例えば縦軸を流
量、横軸を時間とした第３図のグラフに曲線Ａで示すよ
うに、オゾンを含む酸素ガスの流量を１０ｊ２／１Ｍ１
ｎ程度から徐々に減少させ、曲線Ｂで示すように洗浄液
の流量を徐々に増大させて５０λ／ｎｉｎ程度にする等
洗浄中に気液流量比を任意に変化させることもでき、洗
浄初期はドライ洗浄のみ、また洗浄終了直前は、ウェッ
ト洗浄のみ等とすることもできる。　　　　′また、ヒ
ータ７は温度制御装置６によって例えば１５０℃乃至５
００°Ｃ程度の温度に制御され、２流体ノズル４から流
出される気液混相流を加熱し、排気装置１６は、気液分
離装置１５で分離された気体を排気して、例えば処理室
１内の気体圧力を７００へ２００　Ｔｏｒｒ程度とする
−すなわち、上記説明のこの実施例の基板の洗浄方法で
は、２流体ノズル４の近接して配置された開口４ａ、４
ｂから同時に洗浄液とオゾンを含む酸素ガスを噴出させ
、気液混相流を形成し、この気液混相流をヒータ７によ
って加熱して、オゾンから酸素原子ラジカルを発生させ
、酸素原子ラジカルによる酸化化学反応により半導体ウ
ェハ２の表面に付着した有機物からなる付着物を、二酸
化炭素、−酸化炭素および水に分解して除去するととも
に、洗浄液により無機物からなる付着物の洗浄を行なう
、したがって有機物および無機物からなる付着物ともに
短時間で除去することができ、低コスト、少ない廃液量
で洗浄を行なうことができる。

なお、オゾン発生器１０で生成されたオゾンの寿命は、
温度に依存し、縦軸をオゾン分解半減期、横軸をオゾン
を含有するガスの温度とした第４図のグラフに示すよう
に温度が高くなるとオゾンの分解は促進され、その寿命
は急激に短くなる。そこで、オゾンが分解して発生する
酸素原子ラジカルによる酸化反応を利用して行なう洗浄
処理中におけるヒータ７の温度は、１５０℃乃至５００
℃程度とし、冷却配管５ａによって冷却されるオゾンを
含む酸素ガスが流通される配管の温度は２５℃程度以下
とすることが好ましい。

また、半導体ウェハ２の乾燥は、ヒータ７による加熱に
よって行なうことができるが、例えば半導体ウェハ２を
回転させる、あるいは窒素ガス等を当てるよう構成して
もよい。

さらに、ヒータ７は、第５図に示すように複数の同心円
状のスリット２０ａを備えたヒータ２０、第６図に示す
ように直線状のスリット２１ａを備えたヒータ２１、第
７図に示すように大きさの異なる小孔２２ａを配置され
たし−タ２２、第８図に示すように渦巻状のスリット２
３ａｔ！−備えなヒータ２３、第９図に示すように放射
状のスリット２４ａを備えたヒータ２４、第１０図に示
すように多数の小孔２５ａを配置されたヒータ２５等ど
のような形状としてもよい。

第１１図は第２の実施例方法における洗浄装置を示すも
ので、処理室３１内には、半導体ウェハ３２を立設状態
に保持する保持機構３３が配置されている。

この保持１１１ｉ３３の両側には、第１２図にも示すよ
うに半導体ウェハ３２よりやや大径の円板状の平面内に
、互いに平行する多数の直線状のスリット３４ａを配置
された拡散板３４を備えたガス・洗浄液流出部３５か、
半導体ウェハ３２に例えば０．５〜２０Ｉｎ１程度の近
接間隔で対向配置されており、ガス・洗浄液流出部３５
内には、冷却装置３６に接続された冷却配管３６ａが配
置されている。

また、保持機ｔＲ３３とガス・洗浄液流出部３５との間
には、温度制御装置３７によって制御され、第１３図に
も示すように拡散板３４とほぼ同径の円板からなり多数
の透孔３８ａを備えたし−タ３８が配置されている。

そしてガス・洗浄液流出部３５は、ガス・洗浄液切り換
え弁３つを介して、気体流量調節器４０を介して酸素供
給源４１に接続されたオゾン発生器４２と、それぞれ洗
浄液供給源４４ａ、４４ｂに接続された洗浄液流量調節
器４３ａ、４３ｂとに接続されている。

処理室３１の下部には、廃液排出口４５が設けられてお
り、廃液排出口４５は、廃液の処理を行なう廃液装置４
６に接続されている。また、処理室３１の上部には気液
分離装置４７、ガス・洗浄液流出部３５の周囲には排気
口４８が配置されており、これらの気液分離装置４７、
排気口４８は、排気装置４９に接続されている。

、そして上記構成のこの実施例の洗浄装置では、次のよ
うにして洗浄を行なう。

すなわち、まず図示しないウェハ搬送装置等により保持
ｉ梢３３に半導体ウェハ３２が配置され、立役状態に保
持される。

次に、ガス・洗浄液切り換え弁３つがオゾン発生器４２
側に対して開とされ、酸素供給源４１から供給される酸
素ガスが、気体流量調節器４０によ１て流量が例えば被
処理面あたり３〜１５ぶ／１ｍ１ｎ程度となるよう調節
されて、オゾン発生器４２内に送られ、ここでオゾンを
含む酸素ガスとされて、冷却装ｒ！ｔ３６から冷却配管
３６ａ内を循環される冷却水等により例えば２５℃程度
に冷却されたガス・洗浄液流出部３５から処理室３１内
の半導体ウェハ３２に供給される。

ヒータ３８は温度制御装置３７によって例えば３００　
’Ｃ程度の温度に制御され、ガス・洗浄液流出部３５か
ら流出されるオゾンを含む′＃！ｉ累ガスを加熱し、排
気装置４９は、例えば処理室３１内の気体圧力が７００
〜２００Ｔｏｒｒ程度の範囲になるように排気を行なう
。

この時、ガス・洗浄液流出部３５の拡散板３４から流出
したオゾンを含む酸素ガスは、ヒータ３８によって加熱
され、ガス中のオゾンが急速に分解し、酸素原子ラジカ
ルが多量に発生する。この酸素原子ラジカルは、ガス・
洗浄液流出部３５と半導体ウェハ３２との間に形成され
る半導体ウェハ３２の中央部から周辺部へ向かうガスの
流れにより、半導体ウェハ３２の表面に供給され、半導
体ウェハ３２の表面に付着した有機物からなる付着物と
反応し、有機物からなる付着物を、二酸化炭素、−酸化
炭素および水に分解して除去する。

なお、オゾン発生器４２で生成されたオゾンの寿命は、
前述のように温度に依存するため、ヒータ３８の温度は
、１５０°Ｃ乃至５００℃程度に加熱することが好まし
く、ガス・洗浄液流出部３５の開口の温度は２５℃程度
以下とすることが好ましい。

上記説明の、オゾンを含む酸素ガスによるドライ洗浄は
、例えば３０秒程度行なわれ、次に洗浄液によるウェッ
ト洗浄が行なわれる。

洗浄液によるウェット洗浄は、ガス・洗浄液切り換え弁
３つが、洗浄液流量調節器４３ａ、４３ｂ側に対して開
とされ、洗浄液供給源４４ａ、４４ｂから供給されるＨ
２　ＳＯ４、Ｈ２０２、Ｈ２Ｏ、ＨＣｉ、、ＨＦ、ＮＨ
４０Ｈ、オゾン水等の洗浄液が、洗浄液流量調節器４３
ａ、４３ｂにより流量調節され、ガス・薬液流出部３５
から半導体ウェハ３２に向けて１または複数種噴出させ
ることにより行なわれる。また、乾燥は、ヒータ３８に
よって加熱する、半導体ウェハ３２を回転させる、ある
いは窒素ガス等を当てるよう構成してもよい、このとき
、被処理基板から蒸発した水分は、気液分離器４７を経
て、排気装置４９によって排気される。

上記説明のこの実施例の洗浄装置では、ガス・洗浄液流
出部３５から初めにオゾンを含有するガスを基板に向け
て流出させる、￥Ｔａ物からなる付着物の除去を行ない
、この後、ガス・洗浄液流出部３５から洗浄液を噴出さ
せウェット洗浄により無機物からなる付着物の除去を行
なうので、有機物および無機物からなる付着物ともに短
時間で除去することができ、低コスト、少ない廃液量で
洗浄を行なうことができる。

第１４図は第３の実施例方法における洗浄装置を示して
いる。同図に示す装置のように処理室３１をドライ洗浄
を行なう処理室３１ａとウェット洗浄を行なう処理室３
１ｂとに分割し、この間を搬送系５０により接続して半
導体ウェハ３２を移送するよう椙成し、まず処理室３１
ａ内でドライ洗浄を行ない、次に搬送系５０により半導
体ウェハ３２を処理室３１ｂへ移送し、処理室３１ｂ内
でウェット洗浄を行なうよう構成してもよい、また、こ
の例においては、不活性ガス供給源５１から供給される
窒素等の不活性ガスを気体流量調節器５２によって流量
調節して半導体ウェハ３２に向けて噴出させ、乾燥を行
なうよう構成され、洗浄液供給源４４および洗浄液流量
調節器４３は多数配置されている。なお同図において第
１１図に示す洗浄装置と同一部分には、同一符号を付し
である。

なお、拡散板３４は、第１５図に示すように複数の同心
円状のスリット６０ａを備えた拡散板６０としてもよく
、第１６図に示すように同心的に分割された複数の領域
６１ａからガスを流出させる金属あるいはセラミック等
の焼結体からなる拡散板６１、第１７図に示すように多
数の小孔６２ｂを配置され同心的に分割された複数の領
域６２ａからガスを流出させる拡散板６２等としてもよ
い。

さらに、オゾンを含有するガスは酸素に限らずオゾンと
反応しないようなガス、特にＮ２、Ａ「、Ｎｅ等のよう
な不活性なガスにオゾンを含有させて使用することがで
きる。

［発明の効果］ 上述のように本発明の基板の洗浄方法では、有機物から
なる付着物および無機物からなる付着物ともに短時間で
洗浄除去を行うことができ、従来に較べて洗浄コストの
低減、廃液量の低減を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例方法を説明するための洗浄装
置の構成図、第２図は第１図の要部を示す下面図、第３
図はガスおよび洗浄液の流量制御例を示すグラフ、第４
図はオゾンの半減期と温度の関係を示すグラフ、第５図
〜第１０図は第２図の変形例を示す下面図、第１１図は
第２の実施例方法を説明するための洗浄装置の構成図、
第１２図は第１１図の要部を示す下面図、第１３図は第
１１図の要部を示す下面図、第１４図は第３の実施例方
法を説明するための洗浄装置の構成図、第１５図〜第１
７図は第１２図の変形例を示す下面図である。 ２・・・・・・半導体ウェハ、４・・・・・・２流体ノ
ズル、１０・・・・・・オゾン発生器、ｌｌａ、ｌｌｂ
・・・・・・洗浄液供給源。 出願人　　　　東京エレクトロン株式会社代理人　弁理
士　　須　山　佐　− 第２図 戎浄吟闇（秒） 第３図 官４図 第５図 第６図 第７図 第８図 箱９図 第℃図 第１１図 第１２図 ・Ｍ７ 第１５図 第１６図 第１７図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板表面へ向けて酸素原子ラジカルを含有する反
   応ガスと洗浄液とを噴出させ、前記基板表面の付着物を
   除去することを特徴とする基板の洗浄方法。
2. （２）酸素原子ラジカルを含有する反応ガスと洗浄液と
   は、基板表面へ向けて同時に噴出させ、前記酸素原子ラ
   ジカルを含有する反応ガスと前記洗浄液との気液混相流
   により基板表面の付着物を除去することを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の基板の洗浄方法。
3. （３）気液混相流における気液流量比とともに前記気液
   混相流の温度を制御することを特徴とする特許請求の範
   囲第２項記載の基板の洗浄方法。
4. （４）酸素原子ラジカルを含有する反応ガスは、前記酸
   素原子ラジカルがオゾンを原料として生成することを特
   徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３項記載の基板の
   洗浄方法。