(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒素ガス貯蔵槽、無水フルオル化水素貯蔵槽、アルコール蒸気及び／または水蒸気貯蔵槽、及び前記各貯蔵槽から供給されるガスを混合するガス混合器を含む乾式洗浄手段と、
無水及び／または液状フルオル化物を貯蔵する第１貯蔵槽、液状アルコールを貯蔵する第２貯蔵槽、及び前記第１及び第２貯蔵槽から各々溶液を供給され、これを混合して貯蔵する洗浄液貯蔵槽を含む湿式洗浄手段と、
前記乾式洗浄手段のガス混合器と前記湿式洗浄手段の洗浄液貯蔵槽との間に位置し、ガス供給ライン及び洗浄液供給ラインにより各々前記ガス混合器及び洗浄液貯蔵槽と連結する共通洗浄槽と、
前記洗浄液貯蔵槽が前記第１及び第２貯蔵槽から流入される溶液の速度を調節する洗浄液濃度調節センサと、
前記洗浄液貯蔵槽に連結され、前記洗浄液貯蔵槽を洗い落とす脱イオン水供給装置及び排出装置と、
前記洗浄液供給ラインに取り付けられ、洗浄液の温度低下を補償する熱交換機と、
を備えることを特徴とする半導体素子用インサイチュ洗浄装置。
【請求項２】
前記洗浄液貯蔵槽がポリテトラフルオロエチレンまたはセラミックで作られたことを特徴とする請求項１に記載の半導体素子用インサイチュ洗浄装置。
【請求項３】
前記洗浄液貯蔵槽の内部に洗浄液を所定の温度で保たせるための温度調節器をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子用インサイチュ洗浄装置。
【請求項４】
前記共通洗浄槽から洗浄液を回収して前記洗浄液貯蔵槽に供給するための洗浄液回収ラインをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体素子用インサイチュ洗浄装置。
【請求項５】
前記洗浄液回収ラインに各種汚染物質をろ過させて洗浄溶液を浄化させるためのフィルタが取付けられたことを特徴とする請求項４に記載の半導体素子用インサイチュ洗浄装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子用洗浄装置及びこれを利用した半導体素子の洗浄方法に関し、より詳細には乾式洗浄と湿式洗浄とからなる２段階洗浄を連続的に施し得るように作られた半導体素子用インサイチュ(in-situ) 洗浄装置及びこれを利用した洗浄方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェーハプロセスの中で洗浄工程が持つ意味は非常に重要である。シリコンウェーハ表面が汚れることは半導体ウェーハプロセス開始から完了まですべての工程にわたり起こっており、その種類も多様である。
特に半導体素子の集積度が飛躍的に増加するによって回路パターンが極端に微細になり、汚染物質の除去がより細心で緻密に進行すべきである。
【０００３】
このような汚染物質を洗浄する方法は、湿式洗浄法と乾式洗浄法とに大別される。
このうち、湿式洗浄法はシリコンウェーハを洗浄溶液の入った洗浄槽に浸して、ウェーハ表面上に存在する各種汚染物を除去する方法であって、例えばSC-1(RCA Standard Cleaning-1; アンモニア水、過酸化水素水及び脱イオン水を含む混合液) 洗浄法、SC-2(RCA Standard Cleaning-2; 塩酸、過酸化水素水及び脱イオン水を含む混合液) 洗浄法、SPM(硫酸及び過酸化水素水を含む混合液) 洗浄法、またはDHF(フッ酸及び脱イオン水を含む混合液) 洗浄法を挙げられる。
【０００４】
このうち、SC-1またはSPM 洗浄法はウェーハ表面に残留する各種有機物質及び粒子状汚染物質に対する除去力に優れる反面、SC-2洗浄法は金属性汚染物質に対する除去力が卓越である。しかし、これら３種類の洗浄法はすべて洗浄溶液中に含まれている過酸化水素水がシリコンウェーハ表面と反応して化学的酸化膜を形成するとか、洗浄溶液に含まれている金属成分または粒子状成分によりシリコンウェーハが逆汚染される問題点がある。したがって、このような化学的酸化膜または逆汚染物質を除去するために、例えばフルオル化水素酸希釈液を使用するDHF 湿式洗浄をさらに施すべき問題点がある。
【０００５】
しかし、このような追加の湿式洗浄は次のような問題点を誘発する。
（１）ウェーハの大口径化趨勢によって洗浄溶液及び脱イオン水が使われるために費用の増加と環境汚染の問題が発生する。
（２）洗浄工程中に脱イオン水で洗浄する中に、または後続の工程を施す前まで大気中に放置される中にウェーハ表面に自然酸化膜が発生する。
【０００６】
（３）最近には多様な種類の設備を集合(cluster) する趨勢であるが、湿式洗浄時使われる湿式洗浄装置は他の設備等と集合するのが難しい。
したがって、このような湿式洗浄法を代えるための方法として乾式洗浄法が提示されており、その一例が無水フルオル化水素及び水蒸気を利用した気相洗浄法であり、これをさらに改善した方法が無水フルオル化水素及びアルコール蒸気を利用する方法である。
【０００７】
このような乾式洗浄法は、前記湿式洗浄法に比べて有害物質を少なく排出し、環境側面で有用であり、この乾式洗浄に利用する洗浄装置は半導体工程で使われる他設備と集合することが容易でかつ洗浄したシリコンウェーハが大気中に露出され放置することのないため、自然酸化膜の発生が抑制されるなどの多様な利点がある。
【０００８】
【発明が解決しようする課題】
しかし、乾式洗浄法によれば前処理後表面上に存在する化学的酸化膜に対する除去率は優秀であるが、金属性汚染物質に対する除去力は不充分であった。前記の水蒸気ベース気相洗浄法をさらに改善した方法が無水フルオル化水素及びアルコール蒸気及び／または水蒸気を利用した気相洗浄法である。しかし、この方法においても金属性汚染物質除去効果は満足すべき水準でなかった。
【０００９】
乾式洗浄法を適用した、さらに他の例として、無水フルオル化水素ガスを利用して、シリコンウェーハ表面上に存在する酸化膜を除去する方法が開示されたことがある( 米国特許第4,749,440 号) 。しかし、この方法によれば、蝕刻均一性が不良であるだけでなく洗浄後にもシリコンウェーハ上に粒子状汚染物質、金属性汚染物質などを含む各種汚染物質が残留する問題点があった。
【００１０】
したがって、乾式洗浄後に残留しうる金属性汚染物質、粒子状汚染物質などを除去するための多様な研究が続いた。その一例がUV/Cl2洗浄法である。
この方法は基板の表面にUVを照射しながら塩素ガスを注入することによって表面上に励起された金属粒子をハロゲン化させて除去する方法である。しかし、この方法によれば鉄粒子を除外した他の金属、例えば蒸気圧の低いハロゲン化物を形成するアルミニウム、亜鉛のような金属粒子に対しては洗浄効果が微々たる。
【００１１】
また、他の例として、脱イオン水を利用して乾式洗浄した半導体素子を洗浄する方法及び洗浄装置が開示されたことがある( 米国特許第5,169,408 号) 。
本発明の目的は、乾式洗浄と湿式洗浄を連続的に施すことができるように作られた半導体素子用インサイチュ洗浄装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、ウェーハ表面上に残留する酸化膜、ポリマー、粒子状汚染物質及び金属性汚染物質などを効果的に除去できる半導体素子の洗浄方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記本発明の目的は窒素ガス貯蔵槽、無水フルオル化水素貯蔵槽、アルコール蒸気及び／または水蒸気貯蔵槽、及び前記各貯蔵槽から供給されるガスを混合するガス混合器を含む乾式洗浄手段と、無水及び／または液状フルオル化物を貯蔵する第１貯蔵槽、液状アルコールを貯蔵する第２貯蔵槽、及び前記第１及び第２貯蔵槽から各々溶液を供給され、これを混合して貯蔵する洗浄液貯蔵槽を含む湿式洗浄手段と、前記乾式洗浄手段のガス混合器と前記湿式洗浄手段の洗浄液貯蔵槽との間に位置し、ガス供給ライン及び洗浄液供給ラインにより各々前記ガス混合器及び洗浄液貯蔵槽と連結されている共通洗浄槽とを備える半導体素子用インサイチュ洗浄装置によって果たすことができる。
【００１３】
本発明の他目的は、シリコンウェーハを洗浄槽に搬入する段階と、前記洗浄槽に無水フルオル化水素−含有蒸気状混合物を注入して半導体素子を洗浄する乾式洗浄段階と、前記洗浄槽に無水フルオル化水素、アルコール及び脱イオン水を含む洗浄液を注入して半導体素子を洗浄する湿式洗浄段階とを含む半導体素子の洗浄方法により果たすことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照して本発明の望ましい実施例に対して詳細に説明する。
まず、本発明にともなう半導体素子用洗浄装置において、前記洗浄液貯蔵槽は第１及び第２貯蔵槽から各々無水及び／または液状フルオル化水素及び液状アルコールを供給され、これを混合して洗浄液を製造した後、前記貯蔵槽内に備わった温度調節器を利用して洗浄液の温度を所定範囲、例えば室温〜１００℃に保たせる。
【００１５】
前記貯蔵槽はポリテトラフルオロエチレン(polytetrafluoroethylene) またはセラミックで作られ、洗浄液の混合比が所定範囲内にあるのかをチェックして前記第１及び第２貯蔵槽からの溶液流入量を調節し得る洗浄液濃度感知センサをさらに含む事もできる。また、前記洗浄液貯蔵槽に脱イオン水を洗滌するための脱イオン水を供給してから排出する脱イオン水供給ライン及び排出ラインがさらに備わっていることもできる。
【００１６】
一方、前記共通洗浄槽は乾式洗浄用ガス混合器及び湿式洗浄用貯蔵槽と各々連結しており、一つの洗浄槽を利用して乾式及び湿式洗浄を順次に施すことができる。すなわち、乾式洗浄が完了した後湿式洗浄が施される前までの所定時間中にもシリコンウェーハが空気中に露出されないので自然酸化膜の発生などのような追加汚染現象が防止される。
【００１７】
また、湿式洗浄後汚染物質を含む洗浄液を共通洗浄槽から洗浄液貯蔵槽に回収するための洗浄溶液回収ラインが前記共通洗浄槽と前記洗浄液貯蔵槽間に備わっており、前記洗浄液回収ラインには汚染物質ろ過フィルタが取付けられており汚れた洗浄溶液中に含まれている各種汚染物質をろ過する。したがって、洗浄後金属性または粒子状汚染物質により汚染された洗浄溶液を回収し、フィルタを通じ汚染物質をろ過した次に、洗浄液貯蔵槽に循環させて再使用できる。すなわち、洗浄溶液を数回にわたり再使用するため工程単価も節減されるだけでなく洗浄溶液の乱用にともなう環境汚染問題も最大限防止できる利点がある。
【００１８】
図１は本発明の半導体素子用インサイチュ洗浄装置を概略的に示してある。
図１を参照すれば、本発明の半導体素子用インサイチュ洗浄装置は窒素ガス貯蔵槽６、無水フルオル化水素貯蔵槽７、アルコール蒸気及び／または水蒸気貯蔵槽８及び前記各貯蔵槽６、７及び８から流入されるガスを混合するガス混合器９を含む乾式洗浄手段と、例えば無水及び／または液状フルオル化水素及び液状アルコールが各々貯蔵された第１及び第２貯蔵槽１及び２、前記第１及び第２貯蔵槽から溶液の供給を受け、これを混合及び貯蔵する洗浄液貯蔵槽３を含む湿式洗浄手段が洗浄液供給ラインｄ及びガス供給ラインｅを通じて共通洗浄槽５に連結しており、シリコンウェーハは洗浄工程が進行される中に空気中に露出することなく、共通洗浄槽内で連続的に乾式及び湿式洗浄ができる。
【００１９】
図２は本発明にともなう半導体素子用インサイチュ洗浄装置中湿式洗浄手段だけを概略的に示してある。
図２を参照すれば、第１及び第２貯蔵槽１及び２に各々貯蔵されている無水または液状フルオル化物及び液状アルコールが洗浄液貯蔵槽３に供給された後に、混合されて貯蔵される。この時、前記洗浄液貯蔵槽３内に温度調節器４がさらに備わっており、前記洗浄液を湿式洗浄が望ましく施されうる所定の温度、例えば室温〜１００℃の温度に加熱する。また、前記洗浄液貯蔵槽３には洗浄液の混合比をチェックできる濃度感知センサｂがさらに備わっており、洗浄液の混合重量比が所定の範囲で維持されるように前記第１及び第２貯蔵槽１及び２からの洗浄液流入量を調節できる。また、前記洗浄液貯蔵槽３を洗浄できるように脱イオン水供給ラインａ及び排出ラインａ’をさらに備わることができる。
【００２０】
続いて、湿式洗浄が開始すれば前記洗浄液貯蔵槽３に貯蔵されている洗浄液は洗浄液供給ラインｄを通じ共通洗浄槽５に伝達される。前記洗浄液供給ラインには熱交換器(heat exchanger)ｃがさらに備わっており、前記洗浄液が共通洗浄槽５に供給される中に洗浄液の温度が所定範囲を保てるように温度を補償する。
このように伝達された洗浄液は図示しない噴射ノズルを通じて共通洗浄槽５内に噴射されて半導体素子を洗浄するようになる。
【００２１】
洗浄が終われば各種汚染物質により汚れた洗浄溶液は回収ラインｆを通じ、また洗浄液貯蔵槽３に回収されるが、この時前記回収ラインｆには湿式洗浄時除去できる各種汚染物質をろ過させて洗浄溶液を浄化させることができるフィルタｇをさらに備えることも可能である。
図１を参照しながら、本発明の洗浄方法を説明すれば、まず、ガス混合器９が窒素ガス貯蔵槽６、無水フルオル化水素貯蔵槽７、及びアルコール蒸気及び／または水蒸気貯蔵槽８から各々ガスの供給を受けてこれらを混合した後、ガス供給ラインｅを通じて、共通洗浄槽５に混合ガスを供給することによって共通洗浄槽５内に搬入された半導体素子を乾式洗浄する。前記窒素ガスは乾式洗浄雰囲気を造成するために提供される。
【００２２】
続いて、洗浄液貯蔵槽３は第１及び第２貯蔵槽１及び２から各々無水または状フルオル化物と液状アルコールを供給され、これを混合して洗浄溶液を形成した次に貯蔵する。貯蔵されていた洗浄溶液は乾式洗浄完了と同時に湿式洗浄が開始すれば、洗浄液供給ラインｄを通じて共通洗浄槽５内に噴射されて半導体素子を洗浄するようになる。
【００２３】
したがって、図１でわかるように、乾式洗浄手段と湿式洗浄手段が洗浄槽を共有することによって乾式洗浄と湿式洗浄が連続的に施されるので、乾式洗浄後に残留する金属性及び粒子状汚染物質等に対する除去効果も優れるだけでなく、半導体素子が大気中に露出し放置されることがないため、自然酸化膜が発生しない追加の利点もある。
【００２４】
一方、本発明にともなう洗浄装置を利用する半導体素子の洗浄方法において、前記無水フルオル化水素含有蒸気状混合物は無水フルオル化水素とアルコール蒸気及び／または水蒸気の混合物である場合もあり、前記アルコール蒸気はメタノール、エタノールまたはイソプロピルアルコールの蒸気であることもある。
また、前記洗浄液の温度は室温〜１００℃、前記洗浄液中の無水フルオル化物、アルコール及び脱イオン水の含量は洗浄液の総量を基準として各々０．０１〜２０重量％、６０〜９９．９９重量％及び０〜２０重量％のことが望ましい。この時、前記無水フルオル化物としてはフルオル化水素、フルオル化ホウ素またはアンモニウムフルオライドが、そして前記アルコールとしてはメタノール、エタノールまたはイソプロピルアルコールが望ましい。
【００２５】
図３は乾式洗浄前と後の金属性汚染物質除去率を比較するためのグラフであるが、乾式洗浄以後にもウェーハ表面上に存在する金属性汚染物質の残留濃度は減少せず、クロムの場合には乾式洗浄以後むしろ増加したことがわかる。
一方、図４は本発明にともなうインサイチュ洗浄以前と以後にウェーハ表面上に残留する幾つかの金属性汚染物質の除去率を従来のDHF 湿式洗浄以前と以後の金属性汚染物質除去率と比較するためのグラフである。
【００２６】
図４からわかるように、DHF 湿式洗浄の場合に、洗浄後金属性汚染物質の残留濃度が洗浄前に比べて非常に低く示しており、これでDHF 湿式洗浄も金属性汚染物質を除去するのにある程度効果のあることが認定される。
しかし、本発明にともなうインサイチュ洗浄以前と以後の金属性汚染物質残留濃度差をみれば従来のDHF 湿式法に比べてその差が顕著である。すなわち、本発明にともなうインサイチュ洗浄方法の金属性汚染物質除去効果が従来のDHF 湿式洗浄法に比べて卓越なことがわかる。
【００２７】
また、図５は本発明の洗浄方法にともなう粒子状汚染物質の除去力を従来のSC-1湿式洗浄法及びDHF 湿式洗浄法と比較するためのグラフである。
図５からわかるように、従来の２種の洗浄方法を利用する場合より本発明の洗浄方法を適用した場合に、さらに一層優秀な粒子状汚染物質除去力を示すことがわかる。すなわち、本発明の洗浄方法は金属性汚染物質だけでなく粒子状汚染物質に対しでもその除去効果が卓越なことがわかる。
【００２８】
前記本発明にともなう半導体洗浄方法は、まず乾式洗浄によりウェーハ表面上に存在する各種有機汚染物及び自然酸化膜を除去した後、後続の湿式洗浄を施し、残留する金属粒子を除去する２段階洗浄方法である。この方法によれば乾式洗浄により除去できない各種金属性汚染物質だけでなく粒子状汚染物質とポリマー等も追加で除去できて、ウェーハ表面の大気中露出がないので自然酸化膜が発生することを防止し得る。
【００２９】
【発明の効果】
本発明にともなう半導体素子用インサイチュ洗浄装置は、共通洗浄槽を通じて乾式洗浄手段と湿式洗浄手段を連結して一体化させたことで、一つの洗浄槽を利用して乾式洗浄と湿式洗浄を連続的に施し得る装置である。
したがって、本発明の洗浄装置を利用して半導体素子を洗浄すれば、乾式洗浄または湿式洗浄だけでは得られない卓越な洗浄効果、すなわち自然酸化膜、化学的酸化膜、ポリマー、粒子状汚染物質及び金属粒子等に対し優秀な洗浄効果を得ることができるだけでなく、乾式洗浄後に半導体素子が大気中に放置されることがなく、直ちに湿式洗浄になるため、自然酸化膜の発生のような二次汚染問題からも逃れることができる。すなわち、本発明の方法によれば卓越な洗浄効果と共に二次汚染を防止できる利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にともなう半導体素子用インサイチュ洗浄装置の概略図である。
【図２】図１に示した半導体素子用インサイチュ洗浄装置中湿式洗浄手段部分のみを示した概略図である。
【図３】乾式洗浄前と後の金属性汚染物質除去率を比較して示したデータ図である。
【図４】本発明にともなう洗浄方法(IPF洗浄法) 及びDHF(脱イオン水：フルオル化水素＝１００：１) を利用する従来の湿式洗浄方法(DHF洗浄法) で半導体素子を洗浄する前と後の金属性汚染物質除去率を比較して示したデータ図である。
【図５】本発明にともなう洗浄方法、従来のDHF 湿式洗浄法及び従来のSC-1( アンモニア水、過酸化水素水及び脱イオン水の混合液) 湿式洗浄法で半導体素子を洗浄する場合の粒子状汚染物質除去率を比較して示したデータ図である。
【符号の説明】
１    第１貯蔵槽
２    第２貯蔵槽
３    洗浄液貯蔵槽
４    温度調節器
５    共通洗浄槽
６    窒素ガス貯蔵槽
７    無水フルオル化水素貯蔵槽
８    アルコール蒸気及び／または水蒸気貯蔵槽
９    ガス混合器
【図１】
0003781890.tif 000002
【図２】
0003781890.tif 000003
【図３】
0003781890.tif 000004
【図４】
0003781890.tif 000005
【図５】
0003781890.tif 000006