(57)【要約】この発明は、半導体ウェーハ、半導体デバイスの製造で使用される各種装置やキャリアなどにおいて、除去が困難な油脂分や微細なシリコン片を洗浄除去できる洗浄方法、エッチング方法の提供を目的とし、真空雰囲気で被洗浄物に昇華させて得たＸｅＦ２ガスを接触作用させることで、前記油脂等を分解気化させることができ、シリコン片などもエッチング除去でき、また、洗浄に先駆けて、前記真空雰囲気でごく微量の残留水分を残すとＨ２ＯとＸｅＦ２が反応してＨＦが発生し、例えばシリコン片などの表面に生成している自然酸化膜ＳｉＯ２を除去でき、その後ＸｅＦ２がシリコンに直接作用してエッチング可能なため、洗浄、エッチング反応が極めて速くなる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微量の水分を含む真空雰囲気で被洗浄物にＸｅＦ２ガスを接触作用させる洗浄方法。
【請求項２】
微量の水分を含む真空雰囲気で被洗浄物にＸｅＦ２ガスを接触作用させ、その後水分を含まない真空雰囲気で被洗浄物にＸｅＦ２ガスを接触作用させる洗浄方法。
【請求項３】
被洗浄物が半導体ウェーハやデバイス製造装置の各種チャンバー内又はガス通路である請求項１又は請求項２に記載の洗浄方法。
【請求項４】
被洗浄物が半導体ウェーハ、半導体デバイス及びそのキャリアのいずれかである請求項１に記載の洗浄方法。
【請求項５】
微量の水分を含む真空雰囲気で被処理材にＸｅＦ２ガスを接触作用させるエッチング方法。
【請求項６】
微量の水分を含む真空雰囲気で被処理材にＸｅＦ２ガスを接触作用させ、その後水分を含まない真空雰囲気で被処理材にＸｅＦ２ガスを接触作用させるエッチング方法。
【請求項７】
被処理材がシリコンウェーハである請求項５又は請求項６に記載のエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
この発明は、ＸｅＦ２ガスによって、作業者から発生する皮脂やクリーンルーム中に設置された各製造装置のポンプ等から漏出した油分などによる油膜の洗浄除去、並びにキャリアに突き刺さっている著しく微細なシリコン片を洗浄除去するなど、ポリマー、油脂、金属や自然酸化膜ＳｉＯ２の除去を可能となしたドライ洗浄方法とエッチング方法に関する。
背景技術
半導体ウェーハ、半導体デバイスの製造において、製造装置は主に種々の汚れや付着物質を防ぐため、あるいは気相成長プロセスを伴うことから、密閉型のチャンバーを用いたりこれを接続した装置が多用されている。
また一方、半導体ウェーハ、半導体デバイスの製造において、当該ウェーハの搬送や装置間の移替えにウェーハキャリアと呼ばれる収納具が使用される。このウェーハキャリアは、内面に設けた多数の溝によって、多数枚の半導体ウェーハを整列保持させる。
半導体デバイスの集積度の向上の都度、半導体ウェーハへの付着物の低減が求められ、各種プロセス装置等においてクリーン度の要求が一段と高まる。従って、クリーンルーム内での作業者から発生する皮脂やクリーンルーム中に設置された各製造装置のポンプ等から漏出した油分などによる油膜等は、除去が困難で最も嫌われる汚染物質である。
一度設定した一連の装置を、界面活性剤を含む洗浄液で洗浄することは、新たな洗浄を必要として、汚染が連鎖的に行われるため、通常洗浄液には界面活性剤を含まないため、前記油膜などは除去が極めて困難である。
また、繰り返しの使用により内外面が汚れたキャリアは、半導体ウェーハの汚染の原因になるため洗浄が行われる。ウェーハキャリアの洗浄は、これまで、高圧ジェットやメカソニック等による自動洗浄、もしくは有機溶剤を併用したハンドブラシ洗浄により行われていた。しかし、キャリアに突き刺さっている著しく微細なシリコン片を除去することは容易ではなかった。
発明の開示
この発明は、半導体ウェーハ、半導体デバイスの製造で使用される各種装置やキャリアなどにおいて、除去が困難な油脂分や微細なシリコン片を洗浄除去できる洗浄方法の提供を目的としている。
発明者らは、除去が困難な油脂分、微細なシリコン片、シリコン酸化膜等を洗浄除去でき、例えば気密チャンバー内であっても前記物質を洗浄できる方法を目的に、前記油脂分などの分解物質について種々検討した結果、真空雰囲気で被洗浄物に昇華させて得たＸｅＦ２ガスを接触作用させることで、前記油脂等を分解気化させることができ、シリコン片などもエッチング除去できることを知見した。
また、発明者らは、前記真空雰囲気でごく微量の残留水分を残すとＨ２ＯとＸｅＦ２が反応してＨＦが発生し、例えばシリコン片などの表面に生成している自然酸化膜ＳｉＯ２を除去でき、その後ＸｅＦ２がシリコンに直接作用してエッチング可能なため、洗浄、エッチング反応が極めて速くなることを知見し、この発明を完成した。
すなわち、この発明は、減圧下又は真空雰囲気あるいは微量の水分を含む真空雰囲気で被洗浄物にＸｅＦ２ガスを接触作用させることを特徴とする洗浄方法並びにエッチング方法である。
また、この発明は、上記方法において、被洗浄物（被処理材）が半導体ウェーハやデバイス製造装置の各種チャンバー内又はガス通路、あるいは半導体ウェーハ、半導体デバイス、それらのキャリアのいずれかであることを特徴とする洗浄方法並びにエッチング方法を併せて提案する。
発明を実施するための最良の形態
この発明において、ＸｅＦ２は昇温又は減圧、真空雰囲気でガスとして利用するもので、従来、シリコンの等方性エッチングガスとして知られている。発明者らは、このＸｅＦ２ガスが油脂分に対して分解気化させる機能を有していることを知見し、これを有効利用するものである。
また、発明者らは、雰囲気中のごく微量の残留水分又は添加した水分と反応させてＨＦガスを生成させ、例えばシリコンウェーハの酸化膜ＳｉＯ２をＨＦガスで除去してからＸｅＦ２ガスでシリコンへのエッチングを行わせると、トータルの処理時間を短縮できることを知見し、これを有効利用するものである。
半導体ウェーハやデバイス製造装置の各種チャンバー内及び／又はガス通路内を洗浄する場合、被洗浄チャンバーや通路内を真空引きして、別途既存のガス通路を利用して例えば、低圧のエキスパンジョンチャンバーにてＸｅＦ２結晶を昇華させて得たＸｅＦ２ガスを同部内に導入して作用させ、被洗浄チャンバーや通路内に付着している油脂分に対して分解気化させ、その後真空引きを行って、ＸｅＦ２ガス排気を完了することで、当該チャンバーや通路内の洗浄を完了することができる。
キャリアの洗浄の場合、従来からのキャリア洗浄工程に乾燥を兼ねたＸｅＦ２処理工程を追加することにより、従来では除去できなかった極めて微細なシリコン片、油膜および自然酸化膜ＳｉＯ２を除去可能にする。
例えば、キャリアを収納した乾燥処理室内の真空引きを行い、ＸｅＦ２ガス供給ユニットからＸｅＦ２ガスを導入して、接触作用させてキャリアに付着した油脂分に対して分解気化させ、また、キャリアに付着したシリコン片へのエッチングを行わせる。また、この処理工程でガスを吹き付ける際、ＸｅＦ２ガスのみを吹き付ける。
前記の真空引きの際、ごく微量の残留水分を残すとＨ２ＯとＸｅＦ２が反応してＨＦが発生し、シリコン片の自然酸化膜が先に除去され、ＸｅＦ２ガスによるエッチングがより有効になる。
その後真空引きを行って、ＸｅＦ２ガス排気を完了し、さらにチャンバー内の圧力調整することで、当該キャリアの洗浄を完了し、従来の洗浄技術を上回る洗浄効果が得られる。
この発明によるＸｅＦ２ガス供給ユニットには、実施例に示すごとき構成からなるエキスパンジョンチャンバーを用いるとよい。すなわち、低圧のエキスパンジョンチャンバーにてＸｅＦ２結晶を昇華させてＸｅＦ２ガスを得、ＸｅＦ２処理によりエキスパンジョンチャンバーの内圧が下がると結晶が自然に昇華を再開するのでＸｅＦ２ガスの連続供給が可能となる。
また、従来公知のガスの供給と排気を交互に行うパルスプロセスは、処理時間が長くなる問題があるが、この発明に採用することも可能である。
この発明によるシリコンウェーハのエッチングに際して、表面に形成されている酸化膜を除去するため、雰囲気中のごく微量の残留水分又は添加した水分とＸｅＦ２ガスとを反応させてＨＦガスを生成させるが、このＨＦガス自体の濃度によって自然酸化膜と熱酸化膜へのエッチングレートが異なるため、ＸｅＦ２ガスと水分量などの諸条件を適宜選定する必要がある。
実　施　例
実施例１
公知のデバイス製造装置のチャンバーに、図１に示すごとくＸｅＦ２ガスの連続供給装置を接続した。すなわち、連続供給装置は、ＸｅＦ２結晶カートリッジ１がエキスパンジョンチャンバー２に接続され、さらにフローコントローラー３を介してプロセスチャンバー４への既存のガス供給管に接続した構成からなる。
プロセスチャンバー４には図示しないガス供給管の他、真空ポンプ装置５が接続され、チャンバー４内の雰囲気を任意に制御することができる。従って、プロセスチャンバー４に導入するＸｅＦ２ガスの正確な流量制御が可能になり、またガス流量とプロセスチャンバー４圧力の独立した制御が可能となる。
プロセスチャンバー４内の大気雰囲気から真空引きを行い、所要量の残留水分を残しておくか、別経路のガス配管を用いてＨ２Ｏガス供給装置６よりフローコントローラー３を介して水蒸気ガスの添加を行い、雰囲気の水分を所定量に制御しておく。ここではチャンバーを換えて両方法を実施した。
次いで、昇華点よりも低圧のエキスパンジョンチャンバー２にてＸｅＦ２結晶を昇華させてＸｅＦ２ガスを得て、ＸｅＦ２の圧力が昇華点（数Ｔｏｒｒ）に達すると、プロセスチャンバー４内へ導入する。
ここでプロセスチャンバー４内に水分が存在するガス導入初期段階でＸｅＦ２が反応してＨＦが発生し、チャンバー４内の熱酸化膜などが洗浄除去される。その後エキスパンジョンチャンバーの内圧が下がると結晶が自然に昇華を再開するのでＸｅＦ２ガスの連続供給され、続いてＸｅＦ２ガスによる洗浄が実施されて、チャンバー４内に付着の金属や絶縁物、ポリマーを洗浄除去することができた。
実施例２
この発明によるウェーハキャリアの自動洗浄装置は、図２に示すように、ローダー１０、ブラシ洗浄装置２０、超音波洗浄装置３０、仕上げ洗浄装置４０、乾燥洗浄装置５０およびアンローダー６０を縦列配置した構成からなる。
洗浄予定のウェーハキャリアは、ローダー１０により各洗浄装置に搬入される。搬入されたウェーハキャリアは、ロボットによりブラシ洗浄装置２０に運ばれる。ブラシ洗浄装置２０は、洗浄槽とこれに付設された洗浄ロボットを有する。洗浄槽には、底部から純水と中性洗剤の混合液等よりなる洗浄液が導入されオーバーフローして液面が一定に保たれる。洗浄槽の底部には、回転テーブルが設けられ、洗浄すべきキャリアはその開口部を上に向けて洗浄液に浸漬状態で槽内に支持されて、回転させる構成である。洗浄ロボットは、回転ブラシを有してキャリア内外面をブラッシングする。
キャリアのブラシ洗浄が終了すると、ロボットにてそのキャリアを超音波洗浄装置３０に搬送する。超音波洗浄装置３０は、４０〜６０℃に加熱された温純水中で発振された超音波によりキャリアを洗浄することができる。超音波洗浄を終えたキャリアは仕上げ洗浄装置４０に搬送され、洗浄装置４０はその洗浄槽底部から層流状態で常時供給されオーバーフローしている純水が蓄えられており、キャリアはこの純水に浸漬されて仕上げ洗浄される。超音波洗浄および仕上げ洗浄により、キャリアの表面に残存していた微細な異物、汚れが除去される。
乾燥洗浄装置５０には、実施例１で使用したＸｅＦ２ガス連続供給装置７０を接続配置してある。乾燥洗浄装置５０では、まず、キャリアを１，０００ｒｐｍ程度で回転させてスピン乾燥する。次に、室内の真空引きを行い（３０〜６０ｓｅｃ）、減圧及びキャリア表面の水分除去を行う。さらに１３３．３Ｐａ〜２６６．３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ〜２Ｔｏｒｒ）の雰囲気で、ＸｅＦ２ガス供給装置からＸｅＦ２ガスを導入することにより、洗浄処理を行う（６０ｓｅｃ）。
まず、室内の残留水分と導入されたＸｅＦ２が反応してＨＦが発生し、キャリア表面に突き刺さっている著しく微細なシリコン片の表面の酸化膜を洗浄除去する。さらに供給されるＸｅＦ２が直接キャリアに作用して、微細なシリコン片並びに付着の金属や絶縁物、ポリマーなどを洗浄除去することができた。
その後、真空引きを行って（３０〜６０ｓｅｃ）、ＸｅＦ２の排気を実施する。さらにＮ２ベントし（２０〜３０ｓｅｃ）、チャンバー内圧力調整を行ってから、別のロボットにより乾燥洗浄装置５０から取り出され、アンローダー６０に運ばれて収納される。
乾燥洗浄装置５０において、従来のブラシ洗浄で除去できなかったキャリア表面に突き刺さっている著しく微細なシリコン片並びに金属や絶縁物、ポリマーなどを除去することができた。
実施例３
実施例１で使用したＸｅＦ２ガスの連続供給装置を備えたプロセスチャンバーを用いて、デバイス用単結晶シリコンウェーハのエッチングを実施した。
ここでは、４インチウェーハの１００μｍ間隔で３μｍ深さのパターン形成を実施した。ＸｅＦ２によるエッチングプロセス条件は、ＸｅＦ２ガス、１５ｓｃｃｍ、圧力２０Ｐａ（１５０ｍＴｏｒｒ）であった。
真空引きを行って所定雰囲気となし、エッチング開始前に、排気をせずに異なるガス導入口からＨ２Ｏを５０ｓｃｃｍ流量で５秒間加えたることで、プロセスチャンバー内に水蒸気を導入した。次いで、排気しながらＸｅＦ２ガスを連続的に導入してエッチングを実施した。
また、比較のため、上述のエッチングプロセスを実施するに際し、エッチング開始前に水蒸気を導入しないで、ＸｅＦ２ガスを連続的に導入してエッチングを実施した。
エッチング開始前に水蒸気を導入したこの発明のエッチングプロセスの場合、その総プロセス時間は１５分であった。また、比較のための水蒸気を導入しないエッチングプロセスの場合、その総プロセス時間は１８分であった。
シリコンウェーハには５〜１０Å厚みの自然酸化膜が形成されていたが、この発明のエッチングプロセスの場合、エッチング開始前に水蒸気を導入してＸｅＦ２との反応にてＨＦが発生したため、ウェーハ表面の自然酸化膜がほぼ瞬時に除去されて、直ちにＸｅＦ２ガスによるエッチングが実施され、本来のシリコンに対するＸｅＦ２ガスのエッチングレート、０．２μｍ／ｍｉｎでエッチングが行われたと考えられる。
しかし、比較例のエッチングプロセスの場合、ＸｅＦ２ガスがまず自然酸化膜に対してエッチングを実行するため、ＸｅＦ２ガスのＳｉＯ２膜に対するエッチングレートが非常に遅いため、総プロセス時間に大きな差が生じたと言える。
産業上の利用可能性
この発明は、半導体ウェーハやデバイス製造装置の各種チャンバー内又はガス通路、あるいは半導体ウェーハ、半導体デバイス、それらのキャリアのいずれにおいても、除去が困難なポリマー、油脂分、金属、シリコン酸化膜、微細なシリコン片を洗浄除去できる。
この発明は、シリコンウェーハの酸化膜ＳｉＯ２をＨＦガスで除去してからＸｅＦ２ガスでシリコンへのエッチングを行わせることができ、エッチングプロセスのトータル処理時間を短縮できる。
【図面の簡単な説明】
図１は、デバイス製造装置のチャンバーにＸｅＦ２ガスの連続供給するための装置を接続した構成を示す説明図である。
図２は、キャリア洗浄工程を示す説明図である。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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