JPH10172947A - 単槽式洗浄方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】超純水置換を確実に行い、水洗時間を容易に短
縮する単槽式洗浄方法およびその装置を提供する。 【解決手段】洗浄槽１内に入れられた複数の基板３を一
括処理液によって洗浄処理する単槽式洗浄方法におい
て、前記洗浄処理後洗浄槽内から処理液を排出し、その
後超洗浄槽内に対して超純水を少なくとも一回給排液
し、その後洗浄槽内に超純水を供給して洗浄槽の頂部か
らオーバーフローさせて超純水で置換することを特徴と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は洗浄槽内に入れられ
た複数の基板を一括処理液によって洗浄処理し、特に洗
浄処理後の処理液から超純水への液置換効率を高めるよ
うにしたバッチ式の単槽式洗浄方法およびその装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】現在、バッチ式洗浄装置には多槽式洗浄
装置と単槽式洗浄装置とがある。バッチ式とは、複数枚
（例えば５０枚）の基板を処理することである。一般
に、半導体の製造工程においては、処理液を満たした洗
浄槽に半導体基板を浸漬させることによって、半導体基
板の表面に付着したパーティクル、有機汚染物、金属不
純物あるいは表面に形成された自然酸化膜等の除去を行
っている。処理方法としては、例えば、アルカリ系処
理、水洗処理、酸系処理、水洗処理等のように薬液処理
と水洗処理を交互に行い、その後、乾燥槽で乾燥を行
う。多槽式洗浄装置の長所は、バッチ式であるためスル
ープット（一日に洗浄できる半導体基板枚数、但し一日
の洗浄装置稼動時間は決められた一定時間とする）が高
いことである。一方、欠点は槽数が多いことによる設置
面積の増加あるいは装置が高価格になることである。

【０００３】そこで、この多槽式洗浄装置の長所を維持
しつつ、短所を低減する方式として単槽式洗浄装置があ
る。この単槽式洗浄装置は、洗浄槽と乾燥槽を二つに分
ける方式と洗浄槽と乾燥槽を合わせて一つの槽とする方
式とに分類され、少なくとも一つの洗浄槽（単槽）に薬
液と超純水を交互に送り込むことにより多槽式洗浄装置
と同様の洗浄処理が可能となる。洗浄槽を一つにするこ
とにより、槽数が低減され、さらに搬送ロボットの台数
も低減されるので結果的に装置の設置面積、装置価格を
低減することができる。上記単槽式洗浄装置の従来技術
としては、特開平７−１３０６９９号公報がある。この
従来技術は、一つの洗浄槽（単槽）に超純水を常に供給
しておき、用途に応じて処理液を供給管路に注入し混合
させ、所定の洗浄を行うというものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術において
は、半導体基板が常に処理液や超純水に浸漬しているた
め基板が大気に晒されることがなく、ウォーターマーク
が発生しない点では優れているが、常に超純水を供給し
ているため大量の超純水を使用することと薬液濃度を均
一にするため大量の薬液を使用することが必要である。
このように単槽式洗浄装置においては、少なくとも一つ
の洗浄槽（単槽）でアルカリ系薬液と酸系薬液と超純水
とを取り扱うため、例えばアンモニア処理後水洗処理を
行うが、この処理が不十分であった場合、次の塩酸処理
において塩化アンモニウム（塩）が発生し、異物の原因
となる可能性を有していた。また、処理液が半導体基板
にしか付着しない多槽式洗浄装置に比べて、単槽式洗浄
装置は洗浄槽内にあるものすべて、即ち、半導体基板、
ボート、整流板、槽内壁に処理液が付着するため超純水
への液置換時間が明らかに増加するという課題があっ
た。

【０００５】本発明の目的は、上記課題を解決すべく、
バッチ式の単槽式洗浄において、ウォーターマークが発
生しないように超純水置換を短時間で、且つ確実に行っ
て超純水による洗浄処理を十分にできるようにした単槽
式洗浄方法および洗浄装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、洗浄槽内に入れられた複数の基板を一括
処理液によって洗浄処理する単槽式洗浄方法において、
前記洗浄処理後洗浄槽内から処理液を排出し、その後洗
浄槽内に対して超純水を少なくとも一回給排液し、その
後洗浄槽内に超純水（リンス液）を供給して洗浄槽の頂
部からオーバーフローさせて超純水で置換することを特
徴とする。また本発明は、洗浄槽内に入れられた複数の
基板を一括処理液によって洗浄処理する単槽式洗浄方法
において、前記洗浄処理後洗浄槽内の底部から処理液を
排出し、その後洗浄槽内に対して超純水を少なくとも一
回洗浄槽の底部から給排液し、その後洗浄槽内に底部か
ら超純水（リンス液）を供給して洗浄槽の頂部からオー
バーフローさせて超純水で置換することを特徴とする。

【０００７】また本発明は、洗浄槽内に入れられた複数
の基板を一括処理液によって洗浄処理する単槽式洗浄方
法において、前記洗浄処理後洗浄槽内から処理液を排出
し、その後洗浄槽内に対して超純水を少なくとも一回給
排液し、その後洗浄槽内に超純水（リンス液）を供給し
て洗浄槽の頂部からオーバーフローさせて超純水で置換
し、該オーバーフローされた超純水による洗浄排水の比
抵抗を比抵抗センサで測定することを特徴とする。また
本発明は、前記単槽式洗浄方法において、超純水による
給排液を、ウォーターマークが発生しない２５秒以内の
短時間の間に行うことを特徴とする。

【０００８】また本発明は、洗浄槽内に入れられた複数
の基板を一括処理液によって洗浄処理する単槽式洗浄装
置において、前記洗浄処理後洗浄槽内の底部から処理液
を排出する処理液排出手段と、該処理液排出手段により
処理液を排出後洗浄槽内に対して超純水を少なくとも一
回洗浄槽の底部から給排液する超純水給排液手段と、該
超純水給排液手段によって超純水を給排液後洗浄槽内に
底部から超純水（リンス液）を供給する超純水供給手段
と、洗浄槽の頂部からオーバーフローした超純水（リン
ス液）による洗浄排水を一時溜める外槽と、該外槽に設
置され、洗浄排水の比抵抗を測定する比抵抗センサとを
備え、該比抵抗センサで測定された洗浄排水の比抵抗を
モニタできるように構成したことを特徴とする。

【０００９】また本発明は、洗浄槽内に入れられた複数
の基板を一括処理液によって洗浄処理する単槽式洗浄装
置において、前記洗浄処理後洗浄槽内の底部から処理液
を排出する処理液排出手段と、該処理液排出手段により
処理液を排出後洗浄槽内に対して超純水を少なくとも一
回洗浄槽の底部から給排液する超純水給排液手段と、該
超純水給排液手段によって超純水を給排液後洗浄槽内に
底部から超純水（リンス液）を供給する超純水供給手段
と、前記超純水給排液手段および超純水供給手段によっ
て底部に供給された超純水の上昇する流れを前記複数の
基板が置かれた領域とこの領域以外の領域とにおいて整
流させる整流手段とを備えたことを特徴とする。

【００１０】以上説明したように、前記構成によれば、
単槽式の洗浄において、処理液を排出した洗浄槽内部の
処理液の付着した半導体基板、ボート、整流板、槽内壁
を超純水によって洗浄するときに、洗浄槽に超純水を高
速に（２５秒以内）給排液すること（以下にすすぎとい
う）によって、洗浄処理の均一性とウォーターマークの
発生の防止とをはかって、処理液濃度を大幅に低下させ
ることができる。ウォーターマークとは、フッ酸処理
後、水洗し自然乾燥させると水滴のある部分に発生する
シミのことである。例えば、空気中に２５秒以上さらす
とウォーターマークが発生し、半導体素子特性を劣化さ
せる原因となっている。従って、処理液の給排液は高速
（２５秒以内）に行わなければならない。超純水による
高速給排液を洗浄槽内で行うと、まず処理液の濃度が超
純水により薄められ、それと同時に処理液は槽外に完全
に排出されるため、半導体基板、ボート、整流板、槽内
壁に付着した処理液濃度を大幅に低下することができ
る。即ち、超純水の高速給排液を行うことにより、超純
水の使用量を増やすことなく（従来技術の半分の使用量
で多槽式と同等）、超純水置換時間の短縮を実現するこ
とができる。

【００１１】また、前記構成によれば、最終リンス処理
時にオーバーフローした超純水（リンス液）による洗浄
排水の比抵抗を比抵抗センサで測定してモニタするよう
にしたので、高スループットを得るために必要なすすぎ
回数を自動的に決定し、制御することが可能となる。ま
た、前記構成によれば、単槽式洗浄であるため、今後ウ
ェハ等の基板が大口径化されたとしても、多槽式洗浄に
比べて、装置の設置面積や装置の価格を大幅に低減する
ことが可能となる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明に係る単槽式洗浄の実施の
形態について図を用いて説明する。図１は、本発明に係
る単槽式洗浄装置全体の一実施の形態を示す概略構成図
である。１は単槽からなる洗浄槽を示す。半導体等の基
板３を等ピッチに配列して搭載したボート２と一緒に複
数の基板３は、ロボット等の搬送手段によって洗浄槽１
内に入れられて、各種処理液によって洗浄処理される。
１１、１２、１３は、上記洗浄槽１において処理される
各種処理液（例えば、アンモニア、フッ酸、超純水等）
を貯める処理液タンクである。２１は乾燥槽で、ロボッ
ト等の搬送手段で洗浄槽１からボート２と共に搬入され
た洗浄された複数の基板３を乾燥させるためのものであ
る。この実施の形態では、乾燥槽２１を洗浄槽１と別に
設けたが、洗浄槽１において洗浄された複数の基板３を
乾燥させても良い。図２は、本発明に係る単槽式洗浄装
置における洗浄槽の部分の一実施の形態を示す概略構成
図である。図３は、図２の部分側面図である。図４は、
図２の部分裏面図である。図５は、洗浄槽内に設置され
た整流板を示す断面図である。

【００１３】洗浄槽１の上方には、各種処理液（例え
ば、アンモニア、フッ酸、超純水等）を貯める処理液タ
ンク１１、１２、１３を配置する。処理液タンク１１に
は、異物除去用のアルカリ系処理液（例えばアンモニア
＋過酸化水素水＋超純水を１：１：５〜１：２：７の割
合）が蓄えられる。処理液タンク１２には、金属イオン
除去用の酸系処理液（例えば塩酸＋過酸化水素水＋超純
水を１：１：６〜１：２：８の割合）が蓄えられる。処
理液タンク１３には、超純水のみが蓄えられる。

【００１４】まず、給液バルブ５を閉じた状態で、各種
処理液を一定量、処理液タンク１１、１２、１３に給液
する。所望の給液バルブ５を開くとこの給液バルブ５に
つながった処理液タンクから所望の処理液のみが重力落
下により、給液管６を通って洗浄槽１の底部に到達す
る。到達した処理液は、洗浄槽１の底部に設けた多数の
小さな孔を有する整流板１５を通り上昇する流れとな
る。

【００１５】この整流板１５により、重力落下によって
発生する処理液面の乱れ（波、気泡等）を大幅に抑制す
ることが可能になる。さらに、処理液は、ボート２上の
基板３を支持する棒状の支持部材２ａの間に形成された
間隙及び整流板１５の孔よりも小さな孔を多数有する整
流板１６を通り上昇し、基板３の最下部から最上部に向
かって順次接触することになる。ここで、ボート２の両
外側に設けられた支持部材２ａと洗浄槽１の内側壁との
間に整流板１６を設けたのは、それがなければ超純水に
よる水洗処理を行う際、基板３とボート２の支持部材２
ａが抵抗となって基板３間に超純水が供給されないため
である。また、整流板１６の孔を整流板１５の孔よりも
小さくしたのは、整流板１６の抵抗を、基板３とボート
２の支持部材２ａとによる抵抗と同程度にして、洗浄槽
内の超純水の流れを整流化するためである。ここでいう
整流とは、渦や淀みの発生しない速度分布が一様な流れ
のことである。基板３が処理液に十分浸漬したら、処理
液の供給を停止し（給液時間は１５秒以内）、その状態
で数分間の洗浄を行う。洗浄後、排液バルブ８を開い
て、洗浄処理液を重力落下により底部から排液用配管７
を通して高速で（７秒以内で）排液する。排液後、ただ
ちに超純水のみのタンク１３につながった給液バルブ５
を開いて重力落下により底部から上昇流により高速で
（１５秒以内で）給液する。この方法によって、基板３
を空気中にさらす時間が２２秒以内となり、ウォーター
マークの発生を防止することができる。超純水を給液
後、ただちに重力落下により底部から高速で（７秒以内
で）排液する。以下、この超純水の高速給排液をすすぎ
と略する。このすすぎは、薄められた処理液が上記高速
排液時に完全に槽外に排出されるため、槽内の処理液濃
度が大幅に低くなり、超純水置換時間が短縮すると考え
られる。最後に超純水を高速給液後、バルブ１０を開い
て超純水（リンス液）供給用配管９により底部より超純
水を供給し、図５に示すように洗浄槽１の頂部よりオー
バーフローさせ、処理液が超純水に置換されるまで超純
水を供給する。

【００１６】図６にシリコンウェハを使用した超純水の
液置換効率実験の結果を示す。５０枚のウェハ３をボー
ト２に設置し、塩酸：超純水＝１：５０容量比の水溶液
に５分間浸漬後、水溶液を上記の如く排液し、１０Ｌ／
ｍｉｎで超純水を洗浄槽１の底部より給液し、オーバー
フローした洗浄排水の比抵抗の回復時間を測定した。測
定は、超純水の比抵抗の理論値（１８ＭΩ・ｃｍ）に回
復するまで行い、また、すすぎの回数は４回まで行っ
た。超純水による水洗完了を示す例えば比抵抗値１６Ｍ
Ω・ｃｍに到達する時間は、すすぎをしない場合に比
べ、すすぎを４回した場合は１２％まで短縮することが
できる。一般に、バッチ式洗浄槽は、超純水の流量が１
０Ｌ／ｍｉｎで１５分間の給液により、比抵抗値１６Ｍ
Ω・ｃｍに到達する。単槽式洗浄装置を多槽式洗浄装置
と同じスループットとするためには、少なくともすすぎ
を２回行う必要がある。

【００１７】さらに、図２に示すように、洗浄槽１の上
部に水洗時の洗浄排水を貯める外槽４を設置し、その外
槽内の水面下に比抵抗センサ１７を設置する。

【００１８】洗浄槽１をオーバーフローした洗浄排水の
比抵抗を比抵抗センサ１７で測定して常時モニタし、こ
れにより制御装置１８において最適なすすぎ回数を決定
する。さらに、制御装置１８は給液バルブ５と排液バル
ブ８の開閉を制御して、すすぎを自動的に行う。なお、
以上説明した実施の形態では、単槽式において重力を動
力源とする重力落下により処理液及び超純水を供給し、
排出するものとしたが、重力以外の方法（例えば供給す
るときには圧送し、排出するときには減圧する方法）で
も差し支えないことは勿論である。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、バッチ式の単槽式洗浄
において、超純水の使用量を増やすことなく超純水置換
を確実に行って、水洗時間を大幅に短縮することがで
き、その結果洗浄の高スループットを維持することがで
きる効果を奏する。また本発明によれば、最終リンス処
理時にオーバーフローした超純水（リンス液）による洗
浄排水の比抵抗を比抵抗センサで測定してモニタするよ
うにしたので、高スループットを得るために必要なすす
ぎ回数を自動的に決定し、制御することが可能となる効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る単槽式洗浄装置全体の一実施の形
態を示す概略構成図である。

【図２】本発明に係る単槽式洗浄装置の洗浄槽の部分の
一実施の形態を示す概略構成図である。

【図３】図２の部分側面図である。

【図４】図２の部分裏面図である。

【図５】洗浄槽内に設置された整流板を示す断面図であ
る。

【図６】本発明に係る単槽式洗浄装置におけるすすぎに
よる水洗時の比抵抗値の変化を示すグラフである。

【符号の説明】

１…洗浄槽、 ２…ボート、 ２ａ…支持部材、 ３…
基板、 ４…外槽、５…給液バルブ、 ６…給液管、
７…排液用配管、 ８…排液バルブ、 ９…超純水（リ
ンス液）供給用配管、 １０…バルブ、 １１…アルカ
リ系処理液タンク、 １２…酸系処理液タンク、 １３
…超純水タンク、 １５、１６…整流板、 １７…比抵
抗センサ、 １８…比抵抗モニタ兼制御部、 ２１…乾
燥槽

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 倉橋 恭子 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 斉藤 昭男 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 伊藤 晴夫 東京都小平市上水本町五丁目20番１号株式 会社日立製作所半導体事業部内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】洗浄槽内に入れられた複数の基板を一括処
   理液によって洗浄処理する単槽式洗浄方法において、前
   記洗浄処理後洗浄槽内から処理液を排出し、その後洗浄
   槽内に対して超純水を少なくとも一回給排液し、その後
   洗浄槽内に超純水を供給して洗浄槽の頂部からオーバー
   フローさせて超純水で置換することを特徴とする単槽式
   洗浄方法。
2. 【請求項２】洗浄槽内に入れられた複数の基板を一括処
   理液によって洗浄処理する単槽式洗浄方法において、前
   記洗浄処理後洗浄槽内の底部から処理液を排出し、その
   後洗浄槽内に対して超純水を少なくとも一回洗浄槽の底
   部から給排液し、その後洗浄槽内に底部から超純水を供
   給して洗浄槽の頂部からオーバーフローさせて超純水で
   置換することを特徴とする単槽式洗浄方法。
3. 【請求項３】洗浄槽内に入れられた複数の基板を一括処
   理液によって洗浄処理する単槽式洗浄方法において、前
   記洗浄処理後洗浄槽内から処理液を排出し、その後洗浄
   槽内に対して超純水を少なくとも一回給排液し、その後
   洗浄槽内に超純水を供給して洗浄槽の頂部からオーバー
   フローさせて超純水で置換し、該オーバーフローされた
   超純水による洗浄排水の比抵抗を比抵抗センサで測定す
   ることを特徴とする単槽式洗浄方法。
4. 【請求項４】洗浄槽内に入れられた複数の基板を一括処
   理液によって洗浄処理する単槽式洗浄装置において、前
   記洗浄処理後洗浄槽内の底部から処理液を排出する処理
   液排出手段と、該処理液排出手段により処理液を排出後
   洗浄槽内に対して超純水を少なくとも一回洗浄槽の底部
   から給排液する超純水給排液手段と、該超純水給排液手
   段によって超純水を給排液後洗浄槽内に底部から超純水
   を供給する超純水供給手段と、洗浄槽の頂部からオーバ
   ーフローした超純水による洗浄排水を一時溜める外槽
   と、該外槽に設置され、洗浄排水の比抵抗を測定する比
   抵抗センサとを備え、該比抵抗センサで測定された洗浄
   排水の比抵抗をモニタできるように構成したことを特徴
   とする単槽式洗浄装置。
5. 【請求項５】洗浄槽内に入れられた複数の基板を一括処
   理液によって洗浄処理する単槽式洗浄装置において、前
   記洗浄処理後洗浄槽内の底部から処理液を排出する処理
   液排出手段と、該処理液排出手段により処理液を排出後
   洗浄槽内に対して超純水を少なくとも一回洗浄槽の底部
   から給排液する超純水給排液手段と、該超純水給排液手
   段によって超純水を給排液後洗浄槽内に底部から超純水
   を供給する超純水供給手段と、前記超純水給排液手段お
   よび超純水供給手段によって底部に供給された超純水の
   上昇する流れを前記複数の基板が置かれた領域とこの領
   域以外の領域とにおいて整流させる整流手段とを備えた
   ことを特徴とする単槽式洗浄装置。