JPS587830A - 薄片状物品の洗浄方法及び装置 - 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】 本発明は物品、特に半導体ウエノ・を躯埃等の付着を防
ぎつつ洗浄する方法およびそのだめの装置に関する。

例えば半導体装置を製造する場合、出発材料である半導
体ウェハ（以下単にウェハ）の表面には製造工程に従っ
て一種々の熱処理が施される。代表的な処理を挙げれば
、熱酸化による酸化膜形成工程、不純物拡散工程、エピ
タキシャル成長層等の気相成長工程等がある。

これらの処理が施されるウェハ表面は十分に清浄である
ことが必要である。仮にウェハ表面に不純物や塵埃、あ
るいは汚れが付着していた場合、熱処理時にこれら不純
物や塵埃、あるいは汚れを構成する物質が半導体と不要
の反応をしたり、半導体中に拡散する恐れが生じる。そ
の結果、半導体中に結晶欠陥が導入されたり、半導体中
のキャリヤのライフタイムが低下したり、ウェハの主表
面と直角方向あるいは水平方向で異常拡散が生じる等の
悪影響が出る。

上述したような悪影響を避けるために熱処理に先立って
、従来からウェハを清浄雰囲気中で洗浄した後、乾燥さ
せる処理が行なわれている。この洗浄処理は例えば次の
工程により行なわれる。また ずウェハを希弗酸液に浸漬し、表面に形成され、自然酸
化膜をエツチングで除去すると共に付着したダスト等を
も除去する。次に水洗した後、濃硝酸液に浸漬し金属類
の汚染を溶解除去する。最後に水洗し、その後回転乾燥
法等で水切りし乾燥する。

以上の操作は通常第１図に示すように、ウェハ１を一定
数つエバカートリッジ２に収納した状態で各処理液槽１
１〜１４に順次浸す、いわゆるパッチ処理方式で行なわ
れている。すなわち、まず、ウェハをウェハカートリッ
ジ２に収納し、ウェハで水洗をする。その後ウェハ１は
カートリッジ２ｊ起 こと洗浄槽３から槽外へ引き上げ、第２図に示す＾ 回転乾燥装置に移され回転乾燥される。このような洗浄
、乾燥処理によれば、少なくとも・ウェハ表面の自然酸
化膜および金属類の汚染の大半は除去し得る。

ところが近年、半導体装置の精密化、微細化が進むに従
って、従来の洗浄法ではウエノ・表面の清浄化が未だ不
十分であることが明らかになった。

例えばＩＣ，ＬＳＩ等の製造工程に°ｂいてウニ・・表
面に描画される半導体素子のための各種ノ（ターンは１
μｍのオーク１−にもなって来ている。そのために、従
来問題視されなかった微細な塵埃（例えば直径が０．５
〜１μｍ程度のもの）であっても、半導体装置の特性に
多大な悪影響を及ぼすのである。この悪影響は上述した
ような高温処理のみならず、例えばホトリングラフィ処
理時、微細配線膜の蒸着時等、低温処理においても当然
中じるものである。その結果、ＩＣ１ＬＳＩ等の製造歩
留りが著しく低下していた。

同様の状況が、ゲートターンオフサイリスタ、静電誘導
型サイリスタ等、微細電極構造を有する個別半導体装置
においてもあてはまる。ゲートターンオフサイリスタ等
では、主としてターンオフ特性を向上させるために、カ
ソード領域およびその上に形成されるカソード電極を、
それぞれが反対導電型のゲート領域およびその上に形成
されるゲート電極に囲まれるように多数に分割して形成
される。そのために、同一主表面に露出するｐｎ接合部
の長さが長くなり、塵埃の数が少ないとしてもそれらが
ｐｎ接合部に存在する確率が高くな半 る。この種戸体装置では外部電極板等により分割された
全てのカソード電極を電気的に接続して使用されるので
、塵埃等により上述のｐｎ接合の１カ所でも不完全にな
れば、半導体装置全体が不良となる。したがって、この
種半導体装置においてもウェハを十分に清浄化する必要
性がある。特に半導体基体が大型化すればする程、わず
かな不完全部分による全体の犠牲が大きくなるので問題
が深刻になる。

本発明の目的は上述の問題点を解決し、塵埃、汚れ等の
付着の少ない物品の洗浄方法およびそのだめの好ましい
装置を提供するにある。

本発明方法の特徴は、例えば半導体ウェハ等の物品を２
種以上の洗浄液に順次浸漬して洗浄する際、物品を液外
に露出させることなく、すなわち全洗浄工程にわたって
物品を液中に浸しながら洗浄する点にある。

また、本発明方法では好ましくは、薄片状物品は一枚ず
つ、処理液中で液の噴流により液中に浮遊した状態で、
すなわち物品を保持するための治具を用いずに、処理さ
れる。

本発明装置の特徴は、２種の異なる処理液がそオ會 れぞれ収容された２つの処理−を少なくとも有し、それ
らの間に、上記２種の処理液が供給可能でありしかも上
記した２つの処理槽のそれぞれとの間が開閉可能なゲー
トで仕切られた中間槽を具備する点にある、。

また、本発明装置では好ましくは各槽底部に処理液の排
出口と、排出口をとり囲むように配置された処理液の噴
出口とを有し、噴出口から処理液を槽内に供給しつつ排
出口から処理液を排出させる機構を有する点にある。

以下、本発明について更に詳細に説明する。

本発明者らの実験的検討によれば、洗浄液に浸して洗浄
した物品であっても、その後物品を液外すなわち外気に
さらすと、表面に塵埃等が付着し易いことが明らかとな
った。また、塵埃等の付着の度合は洗浄後に物品を外気
にさらした時間が長ければ長い程、多いことも明らかと
なった。

−例として、直径７６簡のシリコンウェハをクラス１０
００の環境内で、第１図および第２図に示した従来の方
法で洗浄および乾燥させたときの各段階におけるウェハ
表面の異物数を計数した結果を第３図に示す。異物とし
ては大きさが直径約１μｍ以上のものを計数した。第３
図によれば、ウェハ表面の異物数は薬液による洗浄後に
必ず増加している。また、この実験により、−たん付着
した異物は次の薬液洗浄後も減少せず、逆に後の薬液に
よる洗浄で付着する数だけ増加することが分った。更に
、薬液から純水中に移送する時間を短くすればするほど
表面付着異物数は減少することが認められ、結局、従来
の洗浄法の最大の欠点は洗浄槽間移送時に物品を一度外
気にさらす点にあることがわかった。また、異物の付着
は物品の表面がぬれにくい場合（例えば表面の自然酸化
膜が弗酸等により除去されたシリコンウェハ・等）はど
顕著であることも確認した。

本発明はこのような知見に基づき、洗浄工程中、好まし
くは洗浄後乾燥するまで、物品を外気にさらさないよう
にすることを基本とするものである。

以下本発明を物品として半導体ウェハを例にとり、実施
例によって詳細に説明する。

第４図ないし第６図に本発明の一実施例を示す。

第４図に洗浄および乾燥装置の全体構成を示し、第５図
に洗浄装置の要部断面を、第６図にその俯敞図をそれぞ
れ示す。本実施例では、シリコンウェハ１に対し希弗酸
による洗浄と純水による洗浄を施した後、回転乾燥させ
るものである。

第４図において、洗浄槽３は全体として長い樋状であり
、その一端は回転乾燥装置の容器２０と連通している。

洗浄槽３は開閉可能なゲート７１゜７２および７３によ
って薬液槽３１、中間槽３１２および水洗槽３２の３区
画に分割されている。これら３区画の各底部には、第５
図に詳細を示すように、流の噴出口８と排出口９が設け
られている。

排出口９は区画された各種のほぼ中央に設けられ、噴出
口８は排出口９の周囲をとり囲むように分散配置されて
いる。薬液等の液体の槽内への供給は、第５図において
は配管１０１により行なわれる。

この場合、多数の噴出口８に対する液体の供給を簡単化
するため、配管１０１は各噴出口８に共通に連通された
空隙８１に接続されている。

液体の排出は、第５図においては配管１０３により行な
われる。また、各種の外部下側には、各種の上端よりあ
ふれ出る液体を集めて排出するだメツオーバーフロー用
受槽１８１，１８２および１８３がそれぞれ設置されて
いる。

洗浄槽３の各区画および乾燥装置の容器２０への配管に
ついて第４図により、説明する。薬液タンク１５からは
、ポンプ１７１、流量計１１１、ニードルパルプ１２１
を経て薬液槽３１の噴出口へ至る配管１０１と、ポンプ
１７１（配管１０１と共用）、バルブ１３１、流量計１
１２、ニードルパルプ１−２２を経て中間槽３１２の噴
出口へ至る配管１０２とが設置されている。また、純水
タンク１７２からは、ポンプ１７２を経た後、バルブ１
３２を通って上述ｐ中間槽３１２の配管１０２のバルブ
１３１と流量計１１２との間に連なる配管１０５と、流
量計１１５、二二′ドルパル→°１２５を経て水洗槽３
２の噴出口へ至る配管１０６と、バルブ２１１を経て回
転乾燥装置の容器２０の噴出口２１へ至る配管１０８と
がそれぞれ接続されている。

薬液槽３１の排出口からはニードルバルブ１２３、流量
計１１３を経て薬液タンク１５へ至る配管１０３が設置
されている。中間槽３１２の排出口からはニードルパル
プ１２４、流量計１１４、バルブ１４１を経て薬液タン
ク１５へ至る配管１０４が設置されている。この配管１
０４の流量計１１４とバルブ１４１の間からは、バルブ
１４２を介して外部排出口（図示せず）へ至る配管が付
加されている。水洗槽３２の排出口からはニードルパル
プ１２６、流量計１１６を経て外部排出口へ至る配管１
０７が設置されている。また、乾燥装置の容器２０の底
部の排出口２２からはバルブ２１２を介して外部排出口
へ至る配管が、容器２０の側面のオーバーフロー用排出
口２３からは直接外部排出口へ至る配管がそれぞれ設置
されている。なお、各受槽１８１．１８２および１８３
の各底部からは配管１０３，１０４および１０７の途中
に設けられた流量計１１３，１１４および１１６の直後
に連なる配管１０３１．１０４１および１０７１がそれ
ぞれ設けられている。

次に、本装置によってウェハを処理する手順を説明する
。まず、ウェハ１は搬送ベルト２４によって運ばれ、薬
液槽３１に投入される。薬液槽３１には予め配管１０１
および１０３によって、タンク１５の薬液が噴出孔８よ
り供給され排出口９、及びオーバーフロー用受槽１８１
を通し再びタンク１５に戻されて循環されている。ウェ
ハ１は薬液によって所定時間洗浄される。

このときの薬液槽３１内の薬液の流れについて第５図お
よび第６図により説明する。薬液は噴出口８より噴出さ
れると同時に排出口９より排出されるので、薬液槽３１
内ではウェハ１に対し第５図で示したように流れる。第
４図の二へドルバルブ１２１および１２３を操作し、噴
出量と排出量を調整することにより、ウェハ１パ薬液槽
３１内で液中に静止させることができた。液中の静止は
噴出口８から噴出される薬液の嘴、出力と、噴出口８か
ら排出口９への流れによってウェハに生じた向心力とに
より達成されたものと考えられる。このとき、条件によ
っては噴出量が排出口９からの排出量よりも大となるが
、余剰の薬液はオーバーフロー用受槽１８１により回収
されるので薬液の損失は防止できる。

薬液槽３１での所定の洗浄を終えた後、ウェハ１は中間
槽３１２へ移送される。このとき、中間槽３１２へは配
管１０２および１０４によセ、薬液槽３１と同じ条件で
薬液が循環されている。そのために、バルブ１３２およ
び１４２は閉じられ、パルプブ１３１および１４１は開
かれて１八る。この状態でゲート７１が開けられ、ウェ
ハ１はガイド棒６１（第６図）に沿って移動する移送Ｉ
ｑラッドにより軽く押されて薬液槽３１から中間槽３１
２へ移送される。なお、洗浄槽３の内側底部には移送ロ
ッド６を確実に移動させるだめの案内溝２６が形成され
ている。ウェハ１が中間槽３１２内で液中静止する点は
、薬液槽３１内におけると同様である。

ウェハ１の移送完了と同時にゲート７１を閉じる。以後
、バルブ１３１を閉じ、バルブ１３２を開け、バルブ１
４１を閉じ、バルブ１４２を開けることにより、中間槽
３１２内を循環していた薬液を、純水タンク１６から配
管１０５を経て供給される純水で置換する。

その後、ウェハ１は水洗槽３２へ移送される。

水洗槽３２内には、配管１０６および１０７により、予
め純水が循環されている。ウェハの種間移送は上述した
薬液槽３１および中間槽３１２間の移送に準じて行なわ
れる。また、ニードルパルプ１２５および１２６の操作
により純水の噴出量と排出口からの排出量が調節され、
ウニノン１は水洗槽３２内で液中に静止されつつ、水洗
される。なお、ウェハ１の水洗槽３２への移送が完了し
、ゲート７２が閉じられた後、中間槽３１２内め純水は
パルプ操作により再び薬液に置換され、後続ウェハの処
理に備える。

水洗槽３２での水洗を終えたウェハ１を水洗槽３２から
取り出し、乾燥させる方法は原則として任意である。本
実施例では完全液中処理の思想を生かし、ウェハ１の乾
燥装置へ、の移送をも、液中にて行っている。以下この
点について説明する。

第４図において、洗浄槽３の水洗槽３２側の端部はゲー
ト７３を介し、回転乾燥装置の容器２０と連通している
。容器２０内部には回転軸１９２に取り付けられた回転
板１９が収納されており、回転板１９にはウェハ１が収
容される凹部１９１が形成されている。

水洗槽３２での水洗が終った時点で、容器２０内には、
バルブ２１２を閉じパルプ２１１を開けることによって
、オーバーフロー用排出口２３の位置まで純水が供給さ
れている。排出口２３の位置は回転板１９が純水に浸さ
れ、かつ容器２０での水面が洗浄槽３での液面と略等し
くなるような位置にされている。この状態で凹部１９１
の開口を水洗槽３２側へ向け、ゲート７３を開き、移送
ロッド６により、水洗槽内のウェハ１を回転板１９の凹
部１９１内へ移送する。移送が完了したならばゲート７
３を閉じ、ウェハ１が回転板１９の回転により凹部１９
１から外部へ飛び出さないように凹部１９１の開口部に
ピン１９３を投入する等のウェハ係止手段を施す。同時
にバルブ２１１を閉じ、パルプ２１２を開いて容器２ｏ
内の純水を排出する。更に容器２０外部に置かれた回転
機構（図示せず）により、回転＠１９２を高速回転させ
てウェハ１を遠心脱水、乾燥させる。本乾燥装置によれ
ば、ウェハ１は凹部１９１内部に収容されるため、回転
乾燥中に水滴がウェハに再付着することによる再汚染の
恐れはない。

乾燥されたウェハは、例えば先端部に真空チャックが設
置されたアーム２５を有するウェハ取出手段により、回
転装置から外部へ取り出され、洗浄および乾燥処理を終
える。なお、以上説明した装置のうち第４図中破線１０
０で囲った部分は除塵された空気、または窒素等の不活
性ガス雰囲気内に隔離され、更に薬液から発生するガス
は専用ダクトによって排気されていることは言うまでも
ない。

本実施例によれば、ウェハ１を洗浄槽３へ投入してから
洗浄が終了するまでの全工程を通じてウェハを外気にさ
らさず、液中に浸した状態を保ったので、ウェハに付着
する異物数は従来の洗浄方法による場合と比較し、激減
した。

また、本実施例では従来のように多数のウェハを一度に
まとめて処理せずに、ウェハを１枚ずつ処理している（
枚葉処理）ので、各ウェハについて均一な洗浄効果が得
られた。更に枚葉処理としたことにより、洗浄時にウェ
ハを保持するホルダーあるいはカートリッジ等の治具が
不要となったので、ウェハを治具に着脱する際に生じて
いたウェハ周辺の欠けが皆無となった。このほか、枚葉
処理とすることにより、ウェハ処理工程の連続化が容易
となる、洗浄槽が小型化されるので薬液の使用量が低減
される等の効果がある。

更に１枚葉処理に加え、ウニ・・を洗浄槽内の液中に治
具を使用せずに静止させることができたので、ウニ・・
表面と他の固体部材との接触が最小限となり、他の固体
部材からウェハに移される異物が無くなった。

本実施例で用いられた洗浄装置によれば、種類の異なる
処理液槽間に、上述した中間槽および開閉可能のゲート
が設置されているため、物品の液中移送が容易に行える
。また、各種の底部の噴出口から処理液を供給しつつ、
排出口から処理液を排出する機構を備えているので、物
品の液中静止が容易に行える。

上述の実施例では、洗浄工程のみならず、洗浄後にウェ
ハを回転乾燥装置に収納するまで、ウェハを外気にさら
さないようにしているので、ウェハへの異物の付着は一
層少なくなった。

次に本発明の他の実施例について第７図により説明する
。本実施例では、ウェハは枚葉処理されず、多数のウェ
ハカートリッジに収納され、このカートリッジごと各液
槽間を液中移送される。第７図において、多数のウェハ
（図では１０枚）はカートリッジ２に互いに間隔をおい
て積層して収納され、カートリッジ２は先端にカートリ
ッジ係止部を有する移送用ロッド６により、支持されて
いる。また、回転乾燥装置の回転板１９の形状は、カー
トリッジ２を収納係止できるようにされている。その他
の部材は本質的に第４図に示すと同様であり、第４図に
おけると同等の部分は第４図におけると同じ符号を用い
て示し、詳細な説明は省略する。なお、本実施例ではウ
ェハ１を液中に浮かせて静止させる必要がないため、配
管系には第４図で示したニードルパルプおよび流量計は
省略されている。

本実施例における操作手順は、ニードルパルプの調整が
無い点を除き、第４図の実施例における操作と同じであ
る。すなわち、薬液槽３１で薬液による洗浄を行い、中
間槽３１２で薬液から純水への置換操作を受け、水洗槽
３２で水洗され、回転乾燥装置にて乾燥される。各検問
および水洗槽３２と乾燥装置の容器２０間のウェハ移送
は勿論、ウェハ１が液中に浸された状態で行なわれる。

したがって、本実施例においてもウェハに付着する異物
数が激減する効果が得られる。また、本実施例によれば
、多数のウェハを同時に処理できるので効率が良いとい
う効果を有する。

第８図に本発明の効果を具体的に例示する。第８図で（
ａ）は複数の洗浄検問および回転乾燥装置との間のウェ
ハの移動を外気（クラス１０００のクリーンルーム内）
中にて行なった場合の乾燥後のウェハ主表面での異物（
１μｍ以上のもの）分布例、（ｂ）は第２図ないし第４
図に示した本発明の実施例に従って処理されたウェハ主
表面での同様の分布例である。いずれもウェハの直径は
７６閣である。各分布は面板欠陥検査装置を用いて測定
された。第６図によれば、（ｂ）での異物数は（ａ）と
比較して激減していることがわかる。

本発明は上述の実施例に限定されず、種々の態様にて実
施できる。例えば第４図で回軟板１９に複数の間隙部１
９１を設け、１回に複数のウェハを回転乾燥させること
も可能である。

また、本発明は使用される薬液の種類と数によらず、適
用され得る。薬液の数が増加した場合には、各薬液槽の
間に中間槽を設置することにより、実施可能である。更
に、本発明の対象は半導体ウェハのみならず、同様の清
浄化が要求される任意の物品に対し適用し得る。特に、
表面が洗浄液に対してぬれにくい物品あるいは撥水性の
物品はそめ表面に異物が付着しやすいので、本発明の効
果が著しい。

以上説明したように、本発明によれば塵埃、汚れ等の付
着の少ない物品の洗浄方法およびそのだめの装置を得る
のに効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の洗浄方法および装置を示す断面図、第２
図は従来の回転乾燥方法および装置を示す断面図、第３
図は従来の洗浄および乾燥方法におけるウニ八表面の異
物数を処理工程ごとに示すグラフ、第４図は本発明の一
実施例を示す図、第５図は第４図の要部断面図、第６図
は第４図の要部俯敞図、第７図は本発明の他の実施例を
示す図、第８図は本発明の効果を従来例との比較におい
て示す図である。 １・・・ウェハ、２・・・カートリッジ、３・・・洗浄
槽、６・・・移送ロッド、８・・・噴出口、９・・・排
出口、１９・・・回転板、３１・・・薬液槽、３１２・
・・中間槽、３２・・・ｖＪ６ＣｉＪ 舅７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、物品を２種以上の処理液に順次浸す工程を有する物
   品の洗浄方法において、物品の上記処理液間の移動を、
   物品を液中に浸した状態で行うことを特徴とする物品の
   洗浄方法。 ２、特許請求の範囲第１項において、上記物品は一つず
   つ個別に上記処理液に浸されかつ上記処理液間を移動さ
   れることを特徴とする物品の洗浄方法。 ３、特許請求の範囲第１項において、上記物品は上記処
   理液にぬれ性を示さないものであることを特徴とする物
   品の洗浄方法。 ４、特許請求の範囲第２項において、上記物品は薄片状
   であり、上記処理液の噴流により上記処理液中に浮遊し
   た状態で洗浄されることを特徴とする物品の洗浄方法。 ５、特許請求の範囲第１項または第４項において、上記
   物品は半導体ウェハであることを特徴とする物品の洗浄
   方法。 ６、少なくとも２種の異なる処理液がそれぞれ収容され
   た少なくとも２つの処理槽と、上記２つの処理槽間にそ
   れぞれ開閉可能なゲートを介して隣接配置され上記２種
   の異なる処理液が供給され得る中間槽とを有し、被洗浄
   物品を上記２つの処理槽のうち一方の槽、上記中間槽、
   上記２つの処理槽のうち他方の槽の順に上記ゲートを順
   次間いて液中で移送する手段を有することを特徴とする
   物品の洗浄装置。 ７、特許請求の範囲第６項において、上記処理槽および
   中間槽はそれぞれの底部に少なくとも１の処理液排出口
   と、上記処理液排出口の周囲に配置された複数の処理液
   噴出口とを有し、上記噴出口から処理液を供給しつつ、
   上記排出口から処理液を排出する機構を有することを特
   徴とする物品の洗浄装置。