JP2000040684A

JP2000040684A - 洗浄装置

Info

Publication number: JP2000040684A
Application number: JP10223588A
Authority: JP
Inventors: Toshiro Maekawa; 敏郎前川; Hideo Aizawa; 英夫相澤; Kenya Ito; 賢也伊藤; Tetsuo Otsuka; 哲夫大塚
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1998-07-23
Filing date: 1998-07-23
Publication date: 2000-02-08

Abstract

(57)【要約】【課題】比較的簡略なスクラビング洗浄を主体とし
て、ウエハ等の被洗浄材を、例えば検出限度（５×１０
⁹〜¹⁰atom／cm²）以下の十分な洗浄度に洗浄できるよう
にする。【解決手段】被洗浄物にアンモニア過酸化水素加熱溶
液を供給しながら行う第１のスクラビング洗浄装置と、
被洗浄物に希ふっ酸溶液を供給しながら行う第２のスク
ラビング洗浄装置とを含むことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ等の
被洗浄物を清浄にする洗浄装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの高集積化が進むにつれ
て回路の配線が微細化し、配線間距離もより狭くなりつ
つある。このように半導体デバイスの高集積化が進むな
かで半導体基板上に配線間距離より大きなダストが存在
すると、配線がショートする等の不具合が生じるため、
半導体ウエハ上に許容される残留ダストの大きさも配線
間距離に比べて十分小さいものでなければならない。

【０００３】ポリッシングの終了した半導体ウエハを洗
浄する方法としては、ナイロン、モヘア等のブラシやＰ
ＶＡ（ポリビニルアルコール）よりなるスポンジで半導
体ウエハの表面を擦って行ういわゆるスクラビング洗浄
や、超音波の振動エネルギーを与えた純水をウエハ表面
に噴射したり、キャビテーションを有する高圧水をウエ
ハに噴射して洗浄する液噴射洗浄方法等による複数段の
洗浄工程を用いる方法が知られている。

【０００４】また、半導体ウエハ上のダストを含む汚れ
物質にこの付着力以上の物理力を作用させて該汚れ物質
をウエハ表面から除去するようにした上記の洗浄方法の
他に、汚れ物質を洗浄媒体（洗浄液）の作用によって変
化させてウエハ表面から消失させたり（例えば、シリコ
ン酸化膜をふっ酸で珪ふっ化物に変えて溶液に溶解させ
る）、汚れ物質を変化させずに、ウエハ側に洗浄媒体を
作用させ該ウエハをエッチングして、汚れ物質をウエハ
表面から分離させる（例えば、ウエハをアンモニア過酸
化水素加熱溶液でエッチングして、不溶性付着粒子をウ
エハ表面から除去する）ようにした洗浄方法も広く知ら
れている。

【０００５】ここに、前記スクラビング洗浄にあって
は、ウエハの洗浄面に向けて純水からなる洗浄水を噴射
しつつ、ウエハ及びブラシ等を同時に回転させウエハの
洗浄面をブラシ等により擦るようにしていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記ス
クラビング洗浄等の物理的剥離力による洗浄方法は、サ
ブミクロン台の微粒子の除去性が良くないばかりでな
く、一般に、多量のウエハを効率良く洗浄したり、複雑
な形状のウエハを隈なく洗浄するのに適していない。一
方、汚れに有効に作用する洗浄剤を使用すると、ウエハ
の表面に何らかの影響を及ぼすことが少なくなく、また
ウエハにエッチングを施すと、不純物が介在するところ
で選択的に溶解が進行して表面状態が悪くなってしまう
といった問題があった。

【０００７】本発明は上述した事情に鑑み、比較的簡略
なスクラビング洗浄を主体として、ウエハ等の被洗浄材
を、例えば検出限度（５×１０⁹〜¹⁰atom／cm²）以下の
十分な洗浄度に洗浄できるようにした洗浄方法を提供す
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明では、被洗浄物にアンモニア過酸化水素加熱溶液
を供給しながら行う第１のスクラビング洗浄装置と、被
洗浄物に希ふっ酸溶液を供給しながら行う第２のスクラ
ビング洗浄装置とを含むことを特徴とする。

【０００９】このように、アンモニア過酸化水素加熱溶
液による粒子除去及び金属汚染除去効果とスクラビング
洗浄、及び希ふっ酸溶液による自然酸化膜除去及び金属
汚染除去効果とスクラビング洗浄とを組み合わせること
により、スクラビング洗浄を補完して被洗浄材を十分な
洗浄度に洗浄することができる。

【００１０】ここに、第１、第２のスクラビング洗浄装
置の後段に、超音波の振動エネルギーを与えた純水をウ
エハ表面に噴射したり、キャビテーションを有する高圧
水をウエハに噴射して洗浄する液噴射による洗浄装置を
設けることが好ましく、これにより、例えば希ふっ酸溶
液によって生じた活性表面による二次汚染を防止するこ
とができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は、本発明の洗浄方法を適用
したポリッシング装置を示すもので、この装置は、全体
が長方形をなす床上のスペースの一端の一側に２基の研
磨装置１０ａ，１０ｂが配置され、他端にはウエハ収納
用カセット１２ａ，１２ｂを載置する一対のロード・ア
ンドードユニット１４が配置されて構成されている。ロ
ード・アンロードユニット１４から研磨装置１０ａ，１
０ｂ側に延びて２軌の走行レール１６ａ，１６ｂが間に
搬送ゲート（仮置室）１８を挟んで敷設され、それぞれ
のレール１６ａ，１６ｂ上には搬送ロボット２０ａ，２
０ｂが配置されている。走行レール１６ａ，１６ｂの先
端側にはバフ研磨装置２２とバフ研磨工具のドレッシン
グを行う工具の洗浄槽２３が設けられ、走行レール１６
ａ，１６ｂの脇には、２台の反転機２４ａ，２４ｂと３
台の洗浄機２６ａ，２６ｂ，２６ｃが配置されている。

【００１２】前記２基の研磨装置１０ａ，１０ｂは、上
面に研磨布を貼付したターンテーブル２８と、ウエハを
真空吸引により保持してターンテーブル２８に押し付け
るトップリング３０と、研磨布の目立てを行うドレッシ
ング装置３２と、これらのターンテーブル２８やドレッ
シング装置３２に水や砥粒を含む研磨液などを供給する
手段とを備えており、それぞれの搬送ラインに面する位
置には、ウエハをトップリング３０との間に授受するプ
ッシャ３４が配置されている。トップリング３０は水平
面内で旋回可能とされ、プッシャ３４は上下動可能とな
っている。

【００１３】バフ研磨装置２２は、研磨装置１０ａ，１
０ｂで研磨されたウエハをさらに仕上げ研磨あるいは洗
浄研磨するもので、このバフ研磨装置２２の搬送ライン
に面する位置には、搬送ロボット２０ｂとウエハの授受
の仲介をするプッシャ３６が配置されている。

【００１４】このような構成のポリッシング装置でウエ
ハの研磨を行う場合のウエハの流れを説明する。ロード
・アンロードユニット１４に載置された複数枚数のウエ
ハを収容するカセット１２ａ，１２ｂから、第１の搬送
ロボット２０ａでウエハを取出し、第１の反転機２４ａ
で反転させた後、搬送ゲート１８内に載置する。次に、
第２の搬送ロボット２０ｂで搬送ゲート１８からウエハ
を取出して、このウエハを研磨装置１０ａまたは１０ｂ
のプッシャ３４上に載置する。

【００１５】そして、このプッシャ３４上に置かれたウ
エハを研磨装置１０ａまたは１０ｂのトップリング３０
で吸着保持しつつ、回転中のターンテーブル２８に押付
けてウエハを研磨し、この研磨後のウエハをプッシャ３
４に戻した後、第２の搬送ロボット２０ｂによってバフ
研磨装置２２のプッシャ３６上に載置する。このプッシ
ャ３６上に載置されたウエハをバフ研磨装置２２に搬送
し、このバフ研磨装置２２で研磨装置１０ａ，１０ｂで
研磨されたウエハを更に仕上げ研磨あるいは洗浄研磨し
た後、これをプッシャ３６に戻す。

【００１６】次に、このプッシャ３６上に載置されたウ
エハを第２の搬送ロボット２０ｂで第２の反転機２４ｂ
に搬送し、ここで反転させた後、第１の洗浄機２６ａに
搬送してウエハの洗浄を行う。そして、更に搬送ゲート
１８から第２の洗浄機２６ｂ、第３の洗浄機２６ｃと順
に送って洗浄と乾燥を行った後、第３の洗浄機２６ｃで
乾燥が済んだウエハを第１の搬送ロボット２０ａで取り
出して、ロード・アンロードユニット１４のカセット１
２ａ，１２ｂに戻す。ウエハを先に第２の洗浄機の薬液
で洗浄し、そののち第１の洗浄機の薬液で洗浄したいと
きは、第２の反転機２４ｂから第１の洗浄機を経ずに搬
送ゲート１８から第２の洗浄機２６ｂによりウエハの洗
浄を行い、搬送ゲート１８から第１の洗浄機２６ａへウ
エハを搬送し、第１の洗浄機２６ａによりウエハの洗浄
を行い、搬送ゲート１８から第３の洗浄機２６ｃで洗浄
・乾燥を行ってもよい。

【００１７】ここに、前記第１の洗浄機２６ａは、例え
ば図２及び図３に示すように構成されて、アンモニア過
酸化水素加熱溶液を供給しながらスクラビング洗浄が行
われ、第２の洗浄機２６ｂも同様に、例えば図２及び図
３に示すように構成されて、希ふっ酸溶液を供給しなが
らスクラビング洗浄が行われる。また、第３の洗浄機２
６ｃは、例えば図４及び図５に示すように構成されて、
ここで液噴射による洗浄が行われるようになっている。
ここに、アンモニア過酸化水素加熱溶液とは、ＮＨ₄Ｏ
ＨとＨ₂Ｏ₂とＨ₂Ｏの混合溶液を所定温度に加熱したも
のである。

【００１８】即ち、第１及び第２の洗浄機２６ａ，２６
ｂは、図２及び図３に示すように、ウエハＷの周縁部を
支持し回転させる６本のスピンドル４０、ＰＶＡ等から
なり、ウエハＷの下方で一方向に延伸して設けられたロ
ールブラシを構成するブラシアーム４１、該ブラシアー
ム４１を矢印Ｇ１に示すように上下動させ、かつ矢印Ｆ
１に示すように回転させるブラシ駆動機構４２、ウエハ
Ｗの上下面にリンス液（超純水）を供給するリンスノズ
ル４３、同じく、洗浄液を供給する洗浄液ノズル４４を
具備している。ここに、ブラシアーム４１でウエハＷの
全面を摺接させる必要があるため、ブラシアーム４１の
全長はウエハＷの最大寸法を超えるものとなっている。
また、スピンドル４０の上部に備えられたコマ４０ａの
外周面をウエハＷの周縁部に押し付けつつ該コマ４０ａ
を回転させることにより、ウエハＷを回転させるよう構
成されている。

【００１９】更に、スポンジによる洗浄部５０が備えら
れ、この洗浄部５０は、軸５１の上端に連結されたアー
ム５２と、このアーム５２の先端に設けられたスポンジ
装着部５３とを具備している。軸５１は上下に昇降で
き、この軸５１に支持されるアーム５２はこの昇降によ
り上昇すると同時に軸５１の回動により矢印Ｂに示す方
向に回動できるようになっている。そして、スポンジ装
着部５３にはこの自転によって矢印Ｄ方向に自転するス
ポンジ５４が装着されている。

【００２０】ここに、スピンドル４０の上部は、有底の
円筒容器６０によって一体に包囲され、更にこの円筒容
器６０の底板には、各スピンドル４０挿通用の通孔が設
けられているとともに、この通孔とスピンドル４０の上
部フランジ６１との間に伸縮自在な蛇腹６２が水密的に
配置され、これによって、この円筒容器６０内が水密的
で、かつスピンドル４０の上下動が阻害されないように
なっている。

【００２１】そして、第１の洗浄機２６ａにあっては、
例えば２９％ＮＨ₄ＯＨ：３０％Ｈ₂Ｏ₂：Ｈ₂Ｏを１：
１：５で混合して７５〜８０℃に加熱したアンモニア過
酸化水素加熱溶液を洗浄液ノズル４４からウエハＷに向
けて供給しつつ該ウエハＷを回転させ、同時に軸５１を
下降させてスポンジ５４を半導体ウエハＷの上面に押し
付け、更にブラシ駆動機構４２により、ウエハＷに対し
てブラシアーム４１を上昇させてウエハＷの下面に当接
させ、ブラシアーム４１を回転させることにより、ウエ
ハＷの両面を洗浄する。この際、アーム５２も軸５１を
中心に図２のＢ方向に揺動させ、スポンジ５４によって
半導体ウエハＷの上面を擦る。スポンジ５４を半導体ウ
エハＷの中心から外縁まで擦ることにより、半導体ウエ
ハＷの全面を洗浄することができる。

【００２２】これにより、アンモニア過酸化水素加熱溶
液でウエハＷの表面をエッチングして該表面に付着した
粒子を剥離除去し、同時にブラシアーム４１とスポンジ
５４によるスクラビング洗浄でウエハＷの表面に付着し
た汚れを物理的剥離力で除去して、スクラビング洗浄を
補完したウエハＷの均一な洗浄を行うことができる。つ
まり、スクラビング洗浄のみでは、どうしてもサブミク
ロン台の微粒子の除去性が悪くなってしまうが、これを
アンモニア過酸化水素加熱溶液によるエッチング効果で
除去し、またアンモニア過酸化水素加熱溶液によるエッ
チングのみでは、不純物が存在するところで選択的に溶
解が進行してしまうが、スクラビング洗浄で不純物を除
去することにより、このような溶解の偏った進行を防止
することができる。

【００２３】なお、アンモニア過酸化水素加熱溶液は、
その過酸化水素でウエハ表面を酸化させてここに酸化膜
（自然酸化膜）を形成し、アルカリであるアンモニアを
加熱状態とすることで、このアンモニアでこの酸化膜を
溶解させるようにしたものであり、これにより汚染有機
物と付着粒子の両方の汚れを一度に除去することができ
る。また、アンモニア過酸化水素加熱溶液は常温ではウ
エハ表面を殆ど溶解せず、この温度が高くなるほどエッ
チング速度が速くなり、その組成比を変えることによっ
て、エッチング速度を変えることができる。

【００２４】そして、このアンモニア過酸化水素加熱溶
液を供給しながらスクラビング洗浄をした後に、必要に
応じて、前記リンスノズル４３から純水を噴射しつつ、
前述の同様なブラシアーム４１とスポンジ５４によるス
クラビング洗浄を行い、この洗浄後に次工程に搬出す
る。

【００２５】また、第２の洗浄機２６ｂにあっては、洗
浄液ノズル４４から、例えば２％ＨＦ溶液等の希ふっ酸
溶液を洗浄液ノズル４４からウエハＷに向けて供給しつ
つ該ウエハＷを回転させ、同時に軸５１を下降させてス
ポンジ５４を半導体ウエハＷの上面に押し付け、更にブ
ラシ駆動機構４２により、ウエハＷに対してブラシアー
ム４１を上昇させてウエハＷの下面に当接させ、ブラシ
アーム４１を回転させることにより、ウエハＷの両面を
洗浄する。この際、アーム５２も軸５１を中心に図２の
Ｂ方向に揺動させ、スポンジ５４によって半導体ウエハ
Ｗの上面を擦る。スポンジ５４を半導体ウエハＷの中心
から外縁まで擦ることにより、半導体ウエハＷの全面を
洗浄可能である。

【００２６】これにより、希ふっ酸溶液で主に自然酸化
膜除去を行い、同時にブラシアーム４１とスポンジ５４
によるスクラビング洗浄でウエハＷの表面に付着した汚
れを物理的剥離力で除去して、スクラビング洗浄を補完
したウエハＷの均一な洗浄を行うことができる。つま
り、表層エッチング機能を持つアンモニア過酸化水素加
熱溶液を作用させることによって、金属汚れ等を一旦自
然酸化膜中に取込み、しかる後、希ふっ酸溶液とスクラ
ビング洗浄でこの酸化膜を汚れと一緒に除去することに
より、金属汚れも除去することができる。

【００２７】この希ふっ酸溶液を供給しながら行うスク
ラビング洗浄終了後に、必要に応じて、前記リンスノズ
ル４３から純水を噴射しつつ、前述の同様なブラシアー
ム４１とスポンジ５４によるスクラビング洗浄を行うこ
とは前記と同様である。第１、第２の洗浄機で用いる洗
浄液は上記実施形態と逆にしてもよい。

【００２８】第２の洗浄機２６ｂは、図６および図７に
示すように、回転チャックを用いウエハ下面に対向する
ブラシアームを省いた装置を用いてもよい。即ち、第２
の洗浄機２６ｂは、外周にチャック爪７０ａを有し回転
軸７１と一体に回転する回転チャック７０と、スポンジ
による洗浄部５０と、ウエハＷの上下面にリンス液（超
純水）を供給するリンスノズル４３と、洗浄液を供給す
る洗浄液ノズル４４とを備えている。回転チャック７０
に隣接してアーム５２の揺動範囲にスポンジ５４を自己
洗浄するための自己洗浄部７５が設置されている。図６
および図７に示す第２の洗浄機２６ｂにおいては、ウエ
ハ下面に対向するブラシアームは設けられていない。ス
ポンジによる洗浄部５０は、図２および図３に示す例と
同様の構成である。図６および図７に示す第２の洗浄機
２６ｂにおいては、ウエハ下面のスクラビング洗浄をし
ない点を除いて図２および図３に示す例と同様に作動可
能である。

【００２９】第３の洗浄機２６ｃは、図４及び図５に示
すように、外周にチャック爪７０ａを有し回転軸７１と
一体に回転する回転チャック７０、超音波の振動エネル
ギを与えた純水、またはキャビテーションを有する高圧
水をウエハＷに向けて噴射する液噴射ノズル７２を備え
た液噴射装置７３及びリンスノズル７４を具備してい
る。前記液噴射ノズル７２は、昇降自在な軸７５の先端
に連結したアーム７６の先端に取付けられ、軸７５の回
転に伴って、図４の矢印Ｃ方向に回動するようになって
いる。

【００３０】そして、第３の洗浄機２６ｃにあっては、
回転チャック７０のチャック爪７０ａでウエハＷを保持
した状態で、回転チャック７０を介してウエハＷを回転
させながら、液噴射ノズル７２からウエハＷの上面に超
音波の振動エネルギを与えた水またはキャビテーション
を有する高圧水を噴射し、同時にアーム７６を介して液
噴射ノズル７２を、例えばウエハＷ上を１回横切るよう
にＣ方向に回動させる。このように、液噴射による洗浄
を施すことにより、例えば希ふっ酸溶液によって生じた
活性表面による二次汚染を防止することができる。

【００３１】このように、アンモニア過酸化水素加熱溶
液を供給しながら行うスクラビング洗浄工程、希ふっ酸
溶液を供給しながら行うスクラビング洗浄工程、液噴射
による洗浄工程の３段階の工程でウエハＷを洗浄するこ
とにより、ウエハをこれに要求される検出限度（５×１
０⁹〜¹⁰atom／cm²）以下の十分な洗浄度に洗浄すること
ができる。

【００３２】前記第３の洗浄機２６ｃによる洗浄終了
後、回転チャック７０のチャック爪７０ａでウエハＷを
保持したまま、これを高速回転させてスピン乾燥させ、
乾燥後のウエハを次工程に搬送するのであり、これによ
り、ウエハの一連の処理を連続的に行うことができる。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、アンモニア過酸化水素
加熱溶液による粒子除去及び金属汚染除去効果とスクラ
ビング洗浄、及び希ふっ酸溶液による自然酸化膜除去及
び金属汚染除去効果とスクラビング洗浄とを組み合わせ
ることにより、スクラビング洗浄を補完して半導体ウエ
ハ等の被洗浄材を十分な洗浄度に洗浄することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用されるポリッシング装置を示す全
体平面図である。

【図２】図１に示すポリッシング装置に採用され、アン
モニア過酸化水素加熱溶液中でのスクラビング洗浄、及
び希ふっ酸溶液中でのスクラビング洗浄に供される洗浄
機の１例の要部を示す斜視図である。

【図３】図２の洗浄機の縦断正面図である。

【図４】図１に示すポリッシング装置に採用され、液噴
射による洗浄に供される洗浄機の要部を示す斜視図であ
る。

【図５】図４の洗浄機の縦断正面図である。

【図６】図１に示すポリッシング装置に採用され、アン
モニア過酸化水素加熱溶液中でのスクラビング洗浄、及
び希ふっ酸溶液中でのスクラビング洗浄に供される洗浄
機の他の例の要部を示す斜視図である。

【図７】図６の洗浄機の縦断正面図である。

【符号の説明】

２６ａ，２６ｂ，２６ｃ洗浄機４０スピンドル４１ブラシアーム４４洗浄液ノズル５４スポンジ６０円筒容器７０回転チャック７２液噴射ノズル７３液噴射装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者伊藤賢也東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原製作所内 (72)発明者大塚哲夫東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原製作所内Ｆターム(参考） 3B201 AA03 AB34 AB42 BA02 BA08 BA13 BA14 BB22 BB82 BB93 BB95 BB96 CC01 4H003 BA12 DA15 DB01 DC01 EA05 EA23 EE04 EE05 FA15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被洗浄物にアンモニア過酸化水素加熱溶
液を供給しながら行う第１のスクラビング洗浄装置と、
前記被洗浄物に希ふっ酸溶液を供給しながら行う第２の
スクラビング洗浄装置とを含むことを特徴とする洗浄装
置。
【請求項２】前記被洗浄物を前記第１、第２のスクラ
ビング洗浄装置により洗浄する順序を、搬送手段により
前記被洗浄物を第１、第２のスクラビング洗浄装置間で
任意に搬送することにより適宜選択可能なことを特徴と
する請求項１に記載の洗浄装置。
【請求項３】前記第１、第２のスクラビング洗浄装置
の後段に、液噴射による洗浄装置を設けたことを特徴と
する請求項１または２に記載の洗浄装置。
【請求項４】被研磨物を研磨する研磨手段と、請求項
１乃至３のいずれかに記載の洗浄装置とを有し、研磨後
の被洗浄物を前記洗浄装置で洗浄することを特徴とする
研磨装置。