(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトマスク基板を同一スピンテーブルにて洗浄、乾燥するスピン式の洗浄装置を用いたフォトマスク基板の洗浄方法において、低速回転する前記基板の表面上に常温の洗浄液を、基板上部のノズルから基板中心位置に少量滴下し、前記基板表面に均一に広げ、かつ、洗浄液が基板上から飛散しないようにし、洗浄液を基板表面に盛った状態とする第一の工程と、前記洗浄液を前記基板表面に盛った状態にて低速回転する一方、前記基板裏面に高温の超純水を供給し、かつ、平坦な下面を持ち、該下面を高温に保持できる治具を前記基板上の前記洗浄液に近接させ、前記基板及び前記洗浄液を高温に加熱しながら一定時間保持して前記基板表面を洗浄処理する第二の工程と、一定時間の洗浄処理後、前記基板の上方から超純水を供給し、前記洗浄液を洗い流して洗浄液は使い捨てとし、除去する第三の工程とを有し、前記第一の工程から第三の工程までを、洗浄液を切り替えて繰り返すことを特徴とするフォトマスク基板の洗浄方法。
【請求項２】
前記切り替えて用いる洗浄液は、硫酸過水とアンモニア過水であることを特徴とする請求項１に記載のフォトマスク基板の洗浄方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトマスク基板を、回転させながら洗浄処理を行うスピン式洗浄方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体等の製造工程において、シリコンウエーハ、フォトマスクなどの半導体製造に使用される基板に付着した有機物、金属等の塵埃、異物は、製造歩留り低下の最大の原因となる。したがって、塵埃、異物等を取り除く洗浄工程は、半導体等の製造工程の中で最も重要な工程の一つであり、従来、浸漬式洗浄、スピン式洗浄、スクラブ式洗浄、ブラシ式洗浄等の種々の洗浄方法が行なわれている。それらの洗浄方法の中で、半導体製造に使用される基板表面に直接にブラシ等を接触させることがなく、基板を傷つけにくい方法である浸漬式洗浄（例えば、特許文献１参照。）、およびスピン式洗浄（例えば、特許文献２参照。）が最も一般的に行なわれている方法である。
【０００３】
従来の半導体基板の洗浄方法の一つである浸漬式洗浄について、図６に示す従来の浸漬式洗浄装置の構成図に基づいて説明する。洗浄処理は通常、硫酸と過酸化水素水の混合液（硫酸過水と称される）の高温溶液、あるいはアンモニア水溶液と過酸化水素水の混合液（アンモニア過水と称される）による洗浄液６１に満たされた洗浄処理槽６２に、被洗浄基板６３を一定時間浸漬することにより行なわれる。浸漬された基板６３の表面の塵埃等の異物は洗浄液６１に溶解し、除去される。洗浄液６１は、ポンプ６４により常時循環し、フィルター６５により濾過されて、一定の清浄度を保つようにしている。
しかしながら、循環濾過のみでは、被洗浄基板６３によって洗浄処理槽６２内に持ちこまれる汚染物質を完全に除去することが困難であり、浸漬式洗浄方法は基板６３洗浄後の再汚染の問題を原理上有している。
【０００４】
上記の基板再汚染の問題を改善するために、スピン式の洗浄方法が行なわれている。例えば、図７に従来のスピン式洗浄装置の断面図を示す。図７に示すスピン式の洗浄装置において、被洗浄基板７１は、装置の回転軸７２上に設置された基板保持冶具７３の上に、水平状態で保持される。基板７１は基板中央を軸として回転し、ノズル７４から吹き出した洗浄液７５は回転する基板７１上に吐出され、基板７１上の異物を溶解し、遠心力により、基板７１の外に排出される。この場合、基本的には、洗浄液７５は使い捨てにするため、基板７１の再汚染の問題はない。上記において、洗浄液７５は常温あるいは加温して基板７１上に吐出される。また、基板表面を洗浄中、必要に応じて、基板７１の裏面側を室温の超純水７６で洗浄する。
【特許文献１】特開平５−３４３３７９号公報
【特許文献２】特開２００２−１９８３４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の従来の浸漬式洗浄においては、高温、高濃度の強力な洗浄液による長時間処理が可能なため、洗浄能力が高いという利点がある。しかしながら、一方、被洗浄基板によって持ちこまれる汚染が洗浄処理槽内に蓄積され、清浄な基板を汚染するという、再付着の問題が発生する。また、洗浄処理槽及び洗浄液の循環系を洗浄液で満たすために、大量の洗浄液が必要であり、それゆえ、一定量の高温の洗浄液を数日間に渡って使用することとなる。このため、洗浄液の劣化が問題となる。
【０００６】
また、従来のスピン式洗浄においては、洗浄処理中は洗浄液を基板表面に供給しつづける必要がある。このため洗浄液を使い捨てにする場合、高温の洗浄液による長時間処理を行うことは実質的に不可能である。また、これを解決するために洗浄液を回収、再利用する方法も行なわれているが、この場合でも、洗浄液を回収時に、洗浄液に溶解したりあるいは洗浄液中に浮遊する塵埃等の異物を完全に洗浄液から分離することは構造的に困難なこともあり、スピン式洗浄の利点が失われ、浸漬式洗浄同様の洗浄液の劣化や、洗浄液の汚染による再付着の問題が発生する。
【０００７】
本発明は上記のような問題点を解決するためのものであり、シリコンウェーハやフォトマスク等の半導体製造に使用される基板を洗浄するに際し、少量の洗浄液で高い洗浄能力を持ち、異物等の基板への再付着が極めて少ない洗浄方法、およびスピン式洗浄装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の半導体用基板の洗浄方法は、フォトマスク基板を同一スピンテーブルにて洗浄、乾燥するスピン式の洗浄装置を用いたフォトマスク基板の洗浄方法において、低速回転する前記基板の表面上に常温の洗浄液を、基板上部のノズルから基板中心位置に少量滴下し、前記基板表面に均一に広げ、かつ、洗浄液が基板上から飛散しないようにし、洗浄液を基板表面に盛った状態とする第一の工程と、前記洗浄液を前記基板表面に盛った状態にて低速回転する一方、前記基板裏面に高温の超純水を供給し、かつ、平坦な下面を持ち、該下面を高温に保持できる治具を前記基板上の前記洗浄液に近接させ、前記基板及び前記洗浄液を高温に加熱しながら一定時間保持して前記基板表面を洗浄処理する第二の工程と、一定時間の洗浄処理後、前記基板の上方から超純水を供給し、前記洗浄液を洗い流して洗浄液は使い捨てとし、除去する第三の工程とを有し、前記第一の工程から第三の工程までを、洗浄液を切り替えて繰り返すようにしたものである。
また、本発明の半導体用基板の洗浄方法は、前記切り替えて用いる洗浄液は、硫酸過水とアンモニア過水であるとしたものである。
【０００９】
本発明に関わるスピン式洗浄装置は、半導体製造に使用される基板を保持し、前記基板の下方から超純水を供給するノズルと、前記基板の上方から洗浄液を供給するノズルとを有し、前記基板を洗浄、乾燥するスピン式の洗浄装置において、前記基板を上方から加熱する機構を有するようにしたものである。
また、本発明に関わるスピン式洗浄装置は、前記基板を上方から加熱する機構が、平坦な下面を持ち、該下面を高温に保持できる冶具であるようにしたものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の洗浄方法によれば、従来のスピン式洗浄方法のように、高温の洗浄液を基板洗浄処理中に常時供給しつづける必要は無く、熱源として供給しつづけるのは裏面より供給される高温の超純水のみで良い。したがって、洗浄液を大量に消費することなく長時間の処理が可能である。また、洗浄液は循環して使用するのではなく、基板1枚ごとに新しい液を使い捨てるため、洗浄液の劣化が無い。更に洗浄液は洗浄処理前に予め加熱せず、常温の不活性な状態にて保持されるため、洗浄液の経時劣化は最小限に抑えられる。以上により、安定して浸漬式洗浄方法以上の高い洗浄能力を持ちつつ、スピン式洗浄方法の利点である異物の再付着の極めて少ない洗浄方法を実現することができる。
また、本発明の洗浄装置の構成は、洗浄液の温調循環装置が不必要となり、装置の導入コスト及びメンテナンスが削減され、基板洗浄工程のコストが低減される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明において洗浄する基板としては、シリコン半導体基板、化合物半導体基板、フォトマスクブランクス基板、フォトマスク基板等の半導体に使用される基板に限られることなく、液晶表示基板、電子部品搭載基板等も用いることができる。
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面に基づいて説明する。
【００１２】
(第１の実施形態)
図1〜図４は、本発明における基板洗浄方法の処理工程を示す断面模式図である。図1〜図４において、同じ部位を示す場合には、同じ符号を用いている。
図１は洗浄処理前の状態を示す断面図である。スピン式洗浄装置１１に洗浄すべき基板１２を載置する。基板１２は、スピンテーブル１３上に設けたストッパー等による基板保持冶具１４により、回転中に動かないように水平状態で保持される。基板保持冶具１４は、基板１２中央を回転軸の中心とし、基板を水平に保持すると共に、基板裏面を超純水で洗浄できるように空間を設けてある。続いて、基板１２を低速回転させながら、スピン回転軸に設けた裏面用ノズル１５から室温の超純水１６を基板裏面に供給する。基板裏面に超純水１６を供給するのは、洗浄液の一部が基板表面側から裏面側に回り込み、裏面に汚れた洗浄液による跡が残ることがあり、この洗浄跡は微細な塵埃や異物等を含んでいるため、次工程での汚染源となるので、基板裏面側洗浄を行なうのが好ましいからである。
低速回転の回転数は、次に洗浄液を滴下する時に合わせて、数ｒｐｍ〜数１０ｒｐｍ程度とするのが好ましい。
図示はしてないが、スピン式洗浄装置１１は、通常、洗浄チャンバー内に設置するのが好ましい。
【００１３】
次に、図２に洗浄液滴下工程を示すように、スピンテーブル１３を低速回転させながら、低速回転する基板１２の表面上に、常温の洗浄液２１を基板１２の表面に盛り上がるように滴下し、基板表面に均一に広げる。低速回転の回転数は、洗浄液滴下時に、洗浄液を基板上に均一に広げ、かつ、洗浄液が基板上から飛散しないようにし、洗浄液を基板上に盛った状態とするために、数ｒｐｍ〜数１０ｒｐｍ程度とするが好ましい。
本発明で用いる洗浄液２１としては、基板洗浄に通常用いられる硫酸過水、アンモニア過水等の薬液が用いられる。硫酸過水としては、例えば、体積比で９６％硫酸１に対して３０％過酸化水素水を０．１〜０．２５程度含む洗浄液が用いられ、アンモニア過水としては、例えば、体積比で２８％アンモニア水溶液１に対して３０％過酸化水素水を１、さらに純水を５〜１０程度含む洗浄液が用いられる。
洗浄液２１の滴下量としては、洗浄液が基板上全面に均一に広がればよいので、洗浄すべき基板の大きさ、形状、洗浄液の表面張力等に依存するが、例えば、６インチ角のフォトマスク基板ならば数１０ｍｌで基板全面に均一に広げることができる。
洗浄液２１滴下時、基板１２裏面側には引き続いて室温の超純水１６が供給されており、基板１２裏面を清浄に保つようにしている。本発明では、この工程までを第一の工程とする。
【００１４】
次に、図３に洗浄処理工程を示すように、基板表面に洗浄液を盛った状態で基板を低速回転する一方で、基板裏面に高温の超純水３１を供給し、基板１２及び基板上に盛られた洗浄液３２を加熱しながら一定時間保持する。この段階で、基板表面に盛られた硫酸過水等の洗浄液３２は高温の活性状態となり、高温の洗浄液３２は基板１２上に付着している有機物、金属、異物等の汚染物質を効率良く溶解する。高温の超純水３１の温度としては、その温度が高いほど基板１２及び基板上の洗浄液３２を加熱する効果が高まり、６０℃〜９５℃程度の温度範囲が効果的であり、さらには８０℃〜９０℃がより好ましい。加熱された洗浄液３２の温度としては、４０℃〜９０℃程度が好ましい。高温の洗浄液３２を、基板１２上に一定時間保持する時間としては、洗浄液３２の温度、基板１２の汚染度合い、洗浄効果、生産効率等を考慮して決められるものであり、厳密に制御する必要はないが、例えば、８０℃の硫酸過水を用いた場合では、３〜１０分程度の時間範囲が適用し得る。本発明では、この工程を第二の工程とする。
【００１５】
次に、図４に洗浄処理後のリンス工程を示すように、一定時間の洗浄処理後、基板１２を低速回転させながら、基板１２の表面上に室温の超純水４１を供給し、基板上を超純水４１により十分にリンスし、基板表面から汚染物質を含んだ硫酸過水等の洗浄液を基板１２の外側に洗い流す。低速回転の回転数としては、数１０ｒｐｍ程度が好ましい。本発明では、この工程を第三の工程とする。
次に、例えば、高速回転によるスピン乾燥により、基板１２は乾燥され、基板洗浄工程が完了する。
本発明の洗浄能力の高い洗浄方法を用いることにより、異物の再付着のない高品質の半導体に使用される基板が得られ、また、洗浄液は常温で保持されるので、液の経時的劣化が少ない。
【００１６】
本発明においては、図４に示したリンス工程の後に、洗浄液を切り替えて、上記の第一の工程から第三の工程までを繰り返す。
例えば、最初の洗浄液が硫酸過水であれば、２番目の洗浄液をアンモニア過水等の別な洗浄液に切り替えて用い、一連の洗浄処理の後に、基板乾燥し、基板洗浄工程を完了させる方法も適用し得る。
この場合、基板表面洗浄用のノズルを１本で洗浄液を切り替えて使用してもよいし、２本以上の複数本のノズルを設けて、洗浄液ごとに切り替えて使用してもよい。
異なる洗浄液を切り替えて使用することにより、一種類の洗浄液のみでは洗浄しにくい汚れも除去することが可能となり、より高い洗浄効果が得られる。
【００１７】
本発明の第二の工程においては、図５に示すように、基板１２の表面側にも加熱機構を備えた本発明のスピン式洗浄装置５１を用い、基板１２上に盛られた洗浄液３２を上部からも加熱する。
基板表面側の加熱機構は、赤外線ランプ等の放射熱源による加熱方法、あるいは高温プレート等との近接接触による加熱方法により行ない得る。
後者の加熱方法について、図５を用いて更に説明する。
【００１８】
図５は、本発明に関わるスピン式洗浄装置５１において、高温超純水３１による基板１２の裏面側からの基板１２及び基板上の洗浄液３２の加熱に加えて、基板１２の表面側からも加熱を行っている状態を示す。洗浄液を基板表面に盛った後、石英等の対薬品性があり平坦な下面を持ち表面を加熱する機構５３を有するプレート５２を基板１２表面に近接して、例えば、約２ｍｍ程度離れた位置に、配置する。
基板上部にプレート５２を設置すると、洗浄液は上部のプレート５２と基板１２表面との隙間に広がり、基板裏面側からの加熱とプレート５２の熱により高温の洗浄液３２となり、更に強く活性化され、洗浄効果が高まるものである。
プレート５２は、その内部を８０℃程度の高温の温調水が流れるような構造にして加熱機構５３とすることで、洗浄液を４０℃以上の高温に保つことができる。
本形態では、基板裏面からの加熱のみの場合に比べ、基板表面からも加熱され、より高い洗浄効果が得られる。
【実施例】
【００１９】
（参考実施例１）
洗浄すべき６インチ角のフォトマスク基板を、スピン式洗浄装置に載置し、基板を３０ｒｐｍで低速回転させ、基板裏面に裏面用ノズルから常温の超純水を供給しながら、基板上部に設けたノズルから洗浄液として常温の硫酸過水（体積比で９６％硫酸：３０％過酸化水素水＝５：１）を基板表面に盛りあがるように約５０ｍｌ量を滴下し、基板表面に均一に広げた。
そのまま、洗浄液を基板表面に盛った状態にて１０ｒｐｍの低速回転にする一方、基板裏面に８０℃の超純水を供給し、基板及び洗浄液を加熱しながら１０分間保持した。
この段階で、表面に盛られた硫酸過水は活性状態となり、有機物、金属、異物等の基板上の汚染物質を溶解した。
次に基板上部より室温の超純水を供給し、５０ｒｐｍの低速回転で汚染物質を含んだ硫酸過水を基板の外側に洗い流した。
十分にリンスを行い、基板表面から硫酸を除去した後、高速スピン乾燥により、基板を乾燥し、洗浄工程を完了し、基板を洗浄装置から取り出した。
本参考実施例の洗浄方法により、異物の再付着のない高品質のフォトマスク基板が得られた。
【００２０】
（実施例１）
本実施例は、洗浄液を切り替えた場合の例である。
実施例１と同様の工程で、６インチ角のフォトマスク基板を硫酸過水（体積比で９６％硫酸：３０％過酸化水素水＝５：１）により洗浄し、超純水によるリンス工程を行なった後、２番目の洗浄液としてアンモニア過水（体積比で２８％アンモニア水溶液：３０％過酸化水素水：純水＝１：１：５）を用い、基板洗浄を行なった。
本実施例の場合、硫酸過水のみの洗浄では除去しきれなかった異物もアンモニア過水で洗浄除去され、高品質のフォトマスク基板が得られた。
【００２１】
( 参考実施例１) 
洗浄すべき８インチ径のシリコンウェーハ基板を、本発明に関わるスピン式洗浄装置に載置し、基板を２５ｒｐｍで低速回転させ、基板裏面に裏面用ノズルから常温の超純水を供給しながら、基板上部に設けたノズルから常温の硫酸過水を基板表面に盛りあがるように約６０ｍｌ量を滴下し、基板表面に均一に広げた。
次に、洗浄液を基板表面に盛った状態にて１０ｒｐｍの低速回転にし、基板裏面に８０℃の超純水を供給し、基板を下側から加熱し、一方、平坦な下面を有し、その内部を８０℃程度の高温の温調水が流れるような構造にした石英製のプレートを、基板表面に近接して、基板上の洗浄液から約２ｍｍの位置に配置し、基板及び洗浄液を上部からも加熱し、１０分間保持した。
この段階で、表面に盛られた硫酸過水は活性状態となり、有機物、金属、異物等の基板上の汚染物質を溶解した。
次に、プレートを除去し、基板上部より超純水を供給し、５０ｒｐｍの低速回転で汚染物質を含んだ硫酸過水を基板の外側に洗い流した。
超純水で十分にリンスを行い、基板表面から硫酸を除去した後、高速スピン乾燥により、基板を乾燥し、洗浄工程を完了し、基板を洗浄装置から取り出した。
本発明に関わるスピン式洗浄装置を用いた本実施例の洗浄方法において、異物の再付着のない高品質のシリコンウェーハ基板が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の洗浄方法の洗浄処理前を示す断面図
【図２】本発明の洗浄方法の洗浄液滴下工程を示す断面図
【図３】本発明の洗浄方法の洗浄処理工程を示す断面図
【図４】本発明の洗浄方法の洗浄処理後のリンス工程を示す断面図
【図５】本発明の洗浄方法の洗浄処理工程の別な形態と本発明のスピン式洗浄装置をを示す断面図
【図６】従来の浸漬式洗浄装置の構成図
【図７】従来のスピン式洗浄装置の断面図
【符号の説明】
【００２３】
１１  スピン式洗浄装置
１２  基板
１３  スピンテーブル
１４  基板保持冶具
１５  裏面用ノズル
１６  室温の超純水
１７  ノズル
２１  常温の洗浄液
３１  高温の超純水
３２  基板上に盛られた高温の洗浄液
４１  室温の超純水
５１  スピン式洗浄装置
５２  プレート
５３  加熱機構
６１  洗浄液
６２  洗浄処理槽
６３  被洗浄基板
６４  ポンプ
６５  フィルター
６６  ヒーター
７１  被洗浄基板
７２  回転軸
７３  基板保持治具
７４  ノズル
７５  洗浄液
７６  室温の超純水
【図１】
0004766836.tif 000002
【図２】
0004766836.tif 000003
【図３】
0004766836.tif 000004
【図４】
0004766836.tif 000005
【図５】
0004766836.tif 000006
【図６】
0004766836.tif 000007
【図７】
0004766836.tif 000008