JP2003264164A

JP2003264164A - 洗浄装置

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Publication number: JP2003264164A
Application number: JP2002063649A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Kume; 聡久米
Original assignee: Semiconductor Leading Edge Technologies Inc
Current assignee: Semiconductor Leading Edge Technologies Inc
Priority date: 2002-03-08
Filing date: 2002-03-08
Publication date: 2003-09-19
Anticipated expiration: 2022-03-08
Also published as: JP3798712B2

Abstract

(57)【要約】【課題】被洗浄物の状態に応じた最適な条件で洗浄を
行う洗浄装置を提供する。【解決手段】処理チャンバ５で洗浄を行う前に、膜厚
測定部４又は残膜量測定部８において半導体ウェハ２上
の被洗浄物の状態を測定する。この測定された被洗浄物
の状態に応じた最適な薬液成分の調合比および最適な洗
浄時間を制御部２０により決定する。この決定された調
合比となるように薬液調合部３０により薬液を調合し
て、その調合された薬液を用いて処理チャンバ５におい
て半導体ウェハ２の洗浄を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、半導体製造装置に
係り、特に半導体ウェハを洗浄液（薬液）を用いて洗浄
する洗浄装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体ウェハ上に形成された
例えばシリコン酸化膜やシリコン窒化膜等の薄膜を除去
するため、或いはドライエッチング後に半導体ウェハ上
に残存するデポ物（反応副生成物）を除去（ウェットエ
ッチング）するために、洗浄装置が用いられている。上
記デポ物の除去性は、前工程であるドライエッチングの
プロセス条件や、例えばレジスト材料のようなデバイス
材料によって大きく変動する。この除去性の変動に対応
するため、従来の洗浄装置では、プロセス条件やデバイ
ス材料ごとに調合比をそれぞれ最適に調整した複数の薬
液を予め用意していた。すなわち、薬液の成分が概略同
じであっても、調合比の異なる複数の薬液の何れかを用
いて洗浄を行っていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような最適な調合比の薬液を用いて洗浄を行っても、
洗浄後の半導体ウェハ上にデポ物が残存する場合があ
る。このため、洗浄工程の後に、オペレータによってデ
ポ物が残存するか否かを外観検査する必要があった。そ
して、この外観検査によりデポ物が発見された場合に
は、洗浄装置において再洗浄が行われた。従って、従来
は、洗浄工程後に人手による外観検査を行い、そこでデ
ポ物の洗浄残りが発見された場合には洗浄装置で再洗浄
を行っていた。このため、次の工程へのロットの仕掛か
りが遅くなってしまうため、工程間での時間のロスが大
きくなってしまうという問題があった。

【０００４】また、上記外観検査では、デポ物が残って
いるかを簡易的に判断するだけであり、その残存量を測
定していなかった。さらに、再洗浄を行う際には、初回
の洗浄で用いた薬液と同じ組成の薬液を用いていた。

【０００５】しかし、初回の洗浄と再洗浄とでは被洗浄
物であるデポ物の状態（量、分布）が異なるため、初回
の洗浄と同じ組成の薬液を用いて再洗浄を行った場合、
その再洗浄を最適な条件で精度良く洗浄できないという
問題があった。例えば、再洗浄において薬液の除去性が
高くなってしまい、下地との選択比がとれない等の問題
があった。この下地との選択比の問題は、洗浄装置にお
いて上記薄膜を除去する場合に、特に重要である。

【０００６】本発明は、上記従来の課題を解決するため
になされたもので、被洗浄物の状態に応じた最適な条件
で洗浄を行う洗浄装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決する為の手段】請求項１の発明に係る洗浄
装置は、基板上に形成された薄膜を除去する洗浄装置で
あって、前記薄膜の膜厚を測定する膜厚測定部と、前記
膜厚測定部により測定された膜厚に基づいて、薬液を調
合する調合部と、前記調合部により調合された前記薬液
を用いて前記基板を洗浄する洗浄部と、を備えたことを
特徴とするものである。

【０００８】請求項２の発明に係る洗浄装置は、請求項
１に記載の洗浄装置において、前記膜厚測定部は、前記
洗浄部により前記基板を洗浄した後、前記薄膜の膜厚を
更に測定することを特徴とするものである。

【０００９】請求項３の発明に係る洗浄装置は、請求項
１又は２に記載の洗浄装置において、前記調合部は、前
記薄膜の除去に要する時間が所定の範囲内となるよう
に、前記薬液を調合することを特徴とするものである。

【００１０】請求項４の発明に係る洗浄装置は、請求項
１から３の何れかに記載の洗浄装置において、前記調合
部は、前記薬液を調合するとともに、前記薬液の温度を
調整することを特徴とするものである。

【００１１】請求項５の発明に係る洗浄装置は、請求項
１から４の何れかに記載の洗浄装置において、前記調合
部は、薬液の各成分をそれぞれ蓄える複数のタンクと、
前記複数のタンクから各成分を所望の比率で調合する調
合バルブと、を有することを特徴とするものである。

【００１２】請求項６の発明に係る洗浄装置は、基板上
に残存する反応副生成物を除去する洗浄装置であって、
前記反応副生成物の残存量を測定する残存量測定部と、
前記残存量測定部により測定された残存量に基づいて、
薬液を調合する調合部と、前記調合部により調整された
前記薬液を用いて前記基板を洗浄する洗浄部と、を備え
たことを特徴とするものである。

【００１３】請求項７の発明に係る洗浄装置は、請求項
６に記載の洗浄装置において、前記残存量測定部は、前
記基板の所定の領域において前記反応副生成物が残存す
る面積を測定することを特徴とするものである。

【００１４】請求項８の発明に係る洗浄装置は、請求項
６又は７に記載の洗浄装置において、前記残存量測定部
は、前記洗浄部により前記基板を洗浄した後、前記反応
副生成物の残存量を更に測定することを特徴とするもの
である。

【００１５】請求項９の発明に係る洗浄装置は、請求項
６から８の何れかに記載の洗浄装置において、前記調合
部は、前記反応副生成物の除去に要する時間が所定の範
囲内となるように、前記薬液を調合することを特徴とす
るものである。

【００１６】請求項１０の発明に係る洗浄装置は、請求
項６から９の何れかに記載の洗浄装置において、前記調
合部は、前記薬液を調合するとともに、前記薬液の温度
を調整することを特徴とするものである。

【００１７】請求項１１の発明に係る洗浄装置は、請求
項６から１０の何れかに記載の洗浄装置において、前記
調合部は、薬液の各成分をそれぞれ蓄える複数のタンク
と、前記複数のタンクから各成分を所望の比率で調合す
る調合バルブと、を有することを特徴とするものであ
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。図中、同一または相当する
部分には同一の符号を付してその説明を簡略化ないし省
略することがある。

【００１９】実施の形態１．図１は、本発明の実施の形
態１による洗浄装置を説明するための概略平面図であ
る。図１において、参照符号１は基板を収納するための
キャリア、２は基板としての半導体ウェハ、１０は半導
体ウェハ２のロード及びアンロードを行うロード／アン
ロード部、３は半導体ウェハ２を搬送するための搬送ア
ームを示している。参照符号４は膜厚測定プローブ４１
を用いて、半導体ウェハ２上に形成された薄膜（例え
ば、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜）の膜厚を測定す
るための膜厚測定部を示している。参照符号５はその内
部で半導体ウェハ２を薬液洗浄（枚葉式スピン洗浄）す
るための処理チャンバ、６は処理チャンバ５内に設けら
れ、半導体ウェハ２をクランプ又は真空吸着により保持
するとともに、回転軸（後述）を中心にして水平方向に
回転する回転ステージ、７は薬液調合部３０（詳細は後
述）によって所望の調合比で調合された薬液を半導体ウ
ェハ２上に噴射するための薬液ノズルを示している。参
照符号８は残存量測定プローブ８１としての画像認識プ
ローブを用いて、半導体ウェハ２上に残存する反応副生
成物（デポ物）の残存量を測定するための残存量測定部
を示している。

【００２０】ここで、膜厚測定部４は、例えば光学式膜
厚計であり、予め定められた半導体ウェハ２上の少なく
とも１点における薄膜の膜厚を測定するものである。ま
た、残存量測定部８は、例えば画像認識装置であり、半
導体ウェハ上の単位面積当たりのデポ物が残存する面積
を測定するものである。残存量測定部８は、光学的なデ
ポ物と下地膜との差異により、デポ物の有無を判断す
る。

【００２１】また、本実施の形態１による洗浄装置は、
膜厚測定部４による測定結果（膜厚）又は残存量測定部
８による測定結果（残存量）に基づいて、被洗浄物の状
態を把握し、その状態に応じた薬液成分の調合比及び最
適な洗浄時間を決定する制御部２０を備えている。

【００２２】図２は、図１に示す洗浄装置において、薬
液を調合する薬液調合部３０を説明するための概略図で
ある。図２において、参照符号１１ａ，１１ｂ，１１ｃ
は各薬液成分を蓄えるタンク、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ
はタンク１１ａ，１１ｂ，１１ｃにそれぞれ蓄えられた
薬液成分を供給するための配管、１３は調合バルブ（ミ
キシングバルブ）、１４は配管を示している。

【００２３】図２に示すように、本実施の形態１による
洗浄装置において、薬液調合部３０は、薬液成分ごとに
タンク１１ａ，１１ｂ，１１ｃを有している。タンク１
１ａには薬液成分Ａが、タンク１１ｂには薬液成分Ｂ
が、タンク１１ｃには薬液成分Ｃがそれぞれ蓄えられて
いる。なお、本実施の形態１では、薬液成分を蓄えるた
めのタンクを３個備えているが、調合する薬液成分の種
類に応じてタンクの数を適宜変更してもよい。例えば、
薬液としてフッ化アンモン系剥離液が用いられる場合に
は、タンク１１ａには除去性に寄与するフッ化アンモン
が、タンク１１ｂ，１１ｃ及び図示しないタンクには解
離性を調整する有機溶剤、水、ｐＨ調整剤、界面活性剤
等が蓄えられる。また、調合バルブ１３は、上述した制
御部２０によって決定された調合比となるように、各薬
液成分から薬液を調合し、その調合した薬液を配管１４
を介して薬液ノズル７に供給する。

【００２４】図３は、図１に示す洗浄装置において、薬
液ノズルの近傍を説明するための概略図である。図３に
おいて、参照符号６１は、回転ステージ６を構成する回
転軸を示している。また、薬液ノズル７の先端（噴射
口）は、半導体ウェハ２の近傍に配置される。図３に示
すように、半導体ウェハ２が回転ステージ６上に保持さ
れ、この半導体ウェハ２は回転軸６１を中心にして回転
ステージ６とともに回転している。また、上記調合バル
ブ１３により調合された薬液が、薬液ノズル７から半導
体ウェハ２上に噴射される。

【００２５】次に、上記洗浄装置の動作について説明す
る。先ず、第１の動作について説明する。ここで、第１
の動作とは、被洗浄物が薄膜である場合における洗浄装
置の動作である。キャリア１をロード／アンロード部１
０に載置する。次に、搬送アーム３により半導体ウェハ
２をキャリア１から取り出し、膜厚測定部４に移載す
る。そして、膜厚測定部４において、膜厚測定プローブ
４１を用いて、半導体ウェハ２上に形成された薄膜の膜
厚を測定する。

【００２６】薄膜の膜厚を測定した後、搬送アーム３に
より半導体ウェハ２を処理チャンバ５内の回転ステージ
６上に移載する。そして、回転ステージ６とともに半導
体ウェハ２を回転させながら、最適の成分比率で調合さ
れた薬液を薬液ノズル７から半導体ウェハ２上に噴射し
て、薄膜の除去を行う。ここで、薬液調合部３０におけ
る薬液の調合について説明する。制御部２０は、膜厚測
定部４によって測定された膜厚に応じて、すなわち被洗
浄物である薄膜の膜厚に応じて、各薬液成分の調合比を
決定する。この決定は、例えば、１〜１０ｎｍ、１０〜
１００ｎｍのように膜厚の範囲を設け、これに対応する
調合比を割り出すことにより行う。調合バルブ１３は、
制御部２０によって決定された調合比となるように、各
薬液成分から薬液を調合する。そして、この調合された
薬液は、配管１４を介して薬液ノズル７に供給される。
また、制御部２０は、上記調合比を決定するとともに、
最適な洗浄時間を決定する。

【００２７】制御部２０により決定された時間だけ洗浄
を行った後、搬送アーム３により半導体ウェハ２を膜厚
測定部４に移載し、膜厚測定部４において、薄膜の膜厚
を再度測定する。ここで、薄膜の膜厚が所望の膜厚以下
の場合には、搬送アーム３により半導体ウェハ２をキャ
リア１に戻し、当該半導体ウェハ２の洗浄処理を終了す
る。

【００２８】一方、薄膜の膜厚が、所望の膜厚を超えて
いる場合には、搬送アーム３により半導体ウェハ２を処
理チャンバ５内の回転ステージ６上に移載し、再洗浄を
行う。この時、制御部２０は、薄膜の膜厚に応じて、各
薬液成分の調合比を改めて決定するとともに、最適な洗
浄時間を改めて決定する。そして、調合バルブ１３は、
この決定された調合比となるように、再度薬液の調合を
行う。再洗浄後、膜厚測定部４において薄膜の膜厚を再
び測定し、以後は同様の動作を行う。

【００２９】次に、第２の動作について説明する。ここ
で、第２の動作とは、被洗浄物がデポ物である場合にお
ける洗浄装置の動作である。先ず、第１の動作と同様
に、キャリア１をロード／アンロード部１０に載置す
る。次に、搬送アーム３により半導体ウェハ２をキャリ
ア１から取り出し、残存量測定部８に移載する。そし
て、残存量測定部８において、画像認識プローブ８１を
用いて、半導体ウェハ２上に残存するデポ物の残存量を
測定する。

【００３０】デポ物の残存量を測定した後、搬送アーム
３により半導体ウェハ２を処理チャンバ５内の回転ステ
ージ６上に移載する。そして、回転ステージ６とともに
半導体ウェハ２を回転させながら、最適の成分比率で調
合された薬液を薬液ノズル７から半導体ウェハ２上に噴
出して、薄膜の除去を行う。ここで、薬液調合部３０に
おける薬液の調合について説明する。制御部２０は、残
存量測定部８によって測定された残存量に応じて、すな
わち被洗浄物であるデポ物の残存量に応じて、各薬液成
分の調合比を決定する。調合バルブ１３は、制御部２０
によって決定された調合比となるように、各薬液成分か
ら薬液を調合する。そして、この調合された薬液は、配
管１４を介して薬液ノズル７に供給される。また、制御
部２０は、上記調合比を決定するとともに、最適な洗浄
時間を決定する。

【００３１】制御部２０により決定された時間だけ洗浄
を行った後、搬送アーム３により半導体ウェハ２を残存
量測定部８に移載する。そして、残存量測定部８におい
て、残存量測定プローブ８１を用いて、デポ物の残存量
を再度測定する。ここで、デポ物が残存していない場合
には、搬送アーム３により半導体ウェハ２をキャリア１
に戻し、当該半導体ウェハ２の洗浄処理を終了する。

【００３２】一方、デポ物が残存している場合には、搬
送アーム３により半導体ウェハ２を処理チャンバ５内の
回転ステージ６上に移載し、再洗浄を行う。この時、制
御部２０は、デポ物の残存量に応じて、各薬液成分の調
合比を改めて決定するとともに、最適な洗浄時間を改め
て決定する。そして、調合バルブ１３は、この決定され
た調合比となるように、再度薬液の調合を行う。再洗浄
後、残存量測定部８においてデポ物の残存量を再び測定
し、以後は同様の動作を行う。

【００３３】以上説明したように、本実施の形態１で
は、洗浄を行う前に、膜厚測定部４又は残存量測定部８
により被洗浄物の状態を測定して、その状態に最適な薬
液成分の調合比および洗浄時間を決定することとした。
従って、被洗浄物の状態に応じた最適な洗浄を行うこと
ができる。

【００３４】また、洗浄後に再度被洗浄物の状態を測定
して、再洗浄が必要か否かを判断することとした。従っ
て、従来洗浄工程後に人手により行われていた外観検査
工程が不要となる。このため、半導体製造コストを抑え
ることができる。また、次工程にロットを早く仕掛ける
ことが可能となるため、工程間の時間のロスを大幅に減
らすことができる。さらに、再洗浄が必要な場合に、再
度測定された被洗浄物の状態に最適な薬液成分の調合比
および洗浄時間を改めて決定することとした。従って、
再洗浄を精度良く行うことができる。これは、下地との
選択比が問題となる薄膜除去の場合に、特に好適であ
る。

【００３５】なお、本実施の形態１による洗浄装置で
は、膜厚測定部４と残存量測定部８の両方を備えている
が必ずしもこの構成に限られず、薄膜の除去のみを行う
場合には膜厚測定部４のみを、デポ物の除去のみを行う
場合には残存量測定部８のみを備えていればよい。

【００３６】また、複数の処理チャンバ５を備えていて
もよい。さらに、処理チャンバ５の数に応じて、膜厚測
定部４及び残存量測定部８を複数備えていてもよい。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、被洗浄物の状態に応じ
た最適な条件で洗浄を行う洗浄装置を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１による洗浄装置を説明
するための概略平面図である。

【図２】図１に示す洗浄装置において、薬液を調合す
る薬液調合部を説明するための概略図である。

【図３】図１に示す洗浄装置において、薬液ノズルの
近傍を説明するための概略図である。

【符号の説明】

１キャリア２基板（半導体ウェハ）３搬送アーム４膜厚測定部（光学式膜厚計）５処理チャンバ６回転ステージ７薬液ノズル８残存量測定部（画像認識装置）１０ロード／アンロード部１１ａ，１１ｂ，１１ｃタンク１２ａ，１２ｂ，１２ｃ配管１３ミキシングバルブ１４配管２０制御部３０薬液調合部４１膜厚測定プローブ６１回転軸８１残存量測定プローブ（画像認識プローブ）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に形成された薄膜を除去する洗浄
装置であって、前記薄膜の膜厚を測定する膜厚測定部と、前記膜厚測定部により測定された膜厚に基づいて、薬液
を調合する調合部と、前記調合部により調合された前記薬液を用いて前記基板
を洗浄する洗浄部と、を備えたことを特徴とする洗浄装置。
【請求項２】請求項１に記載の洗浄装置において、前記膜厚測定部は、前記洗浄部により前記基板を洗浄し
た後、前記薄膜の膜厚を更に測定することを特徴とする
洗浄装置。
【請求項３】請求項１又は２に記載の洗浄装置におい
て、前記調合部は、前記薄膜の除去に要する時間が所定の範
囲内となるように、前記薬液を調合することを特徴とす
る洗浄装置。
【請求項４】請求項１から３の何れかに記載の洗浄装
置において、前記調合部は、前記薬液を調合するとともに、前記薬液
の温度を調整することを特徴とする洗浄装置。
【請求項５】請求項１から４の何れかに記載の洗浄装
置において、前記調合部は、薬液の各成分をそれぞれ蓄える複数のタンクと、前記複数のタンクから各成分を所望の比率で調合する調
合バルブと、を有することを特徴とする洗浄装置。
【請求項６】基板上に残存する反応副生成物を除去す
る洗浄装置であって、前記反応副生成物の残存量を測定する残存量測定部と、前記残存量測定部により測定された残存量に基づいて、
薬液を調合する調合部と、前記調合部により調整された前記薬液を用いて前記基板
を洗浄する洗浄部と、を備えたことを特徴とする洗浄装置。
【請求項７】請求項６に記載の洗浄装置において、前記残存量測定部は、前記基板の所定の領域において前
記反応副生成物が残存する面積を測定することを特徴と
する洗浄装置。
【請求項８】請求項６又は７に記載の洗浄装置におい
て、前記残存量測定部は、前記洗浄部により前記基板を洗浄
した後、前記反応副生成物の残存量を更に測定すること
を特徴とする洗浄装置。
【請求項９】請求項６から８の何れかに記載の洗浄装
置において、前記調合部は、前記反応副生成物の除去に要する時間が
所定の範囲内となるように、前記薬液を調合することを
特徴とする洗浄装置。
【請求項１０】請求項６から９の何れかに記載の洗浄
装置において、前記調合部は、前記薬液を調合するとともに、前記薬液
の温度を調整することを特徴とする洗浄装置。
【請求項１１】請求項６から１０の何れかに記載の洗
浄装置において、前記調合部は、薬液の各成分をそれぞれ蓄える複数のタンクと、前記複数のタンクから各成分を所望の比率で調合する調
合バルブと、を有することを特徴とする洗浄装置。