JP2003320238A - 洗浄液供給方法、洗浄液供給装置、洗浄装置及び化学機械研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 混合タンクが不要であり且つ高精度に濃度調
整された洗浄液を供給することのできる洗浄液供給装置
及び方法を提供すること。 【解決手段】 本発明は、薬液と純水とを混合し洗浄液
として供給先１００に供給する洗浄液供給装置１０にお
いて、薬液を供給する薬液供給管１４と、純水を供給す
る純水供給管１８と、これらの供給管が接続され供給先
に延びる洗浄液供給管２０と、薬液供給管に設けられた
第１流量計２２及び流量調整弁２６と、純水供給管に設
けられた第２流量計２８と、第１及び第２の流量計から
の流量に相当する検出信号に応じて流量調整弁を制御す
る制御装置２４とを備えることを特徴とする。かかる構
成においては、流量調整弁の制御を流量計と制御装置を
介して行うので、精度が向上し、濃度が安定した洗浄液
が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイス等
の製造における洗浄プロセスで用いられる洗浄液供給方
法、洗浄液供給装置及び洗浄装置に関し、また、洗浄プ
ロセスに関連する化学機械研磨（Chemical Mechanical
Polishing：以下「ＣＭＰ」という）装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造の分野においては、近年の半
導体デバイスの微細化や多層化、或いは銅を配線材料と
して用いた半導体デバイスの実用化等に伴い、半導体ウ
ェハ表面の凹凸を平坦化する技術として化学機械研磨
（Chemical Mechanical Polishing：以下「ＣＭＰ」と
いう）プロセスの重要性が著しく増大している。ここ
で、ＣＭＰプロセスとは、特殊な研磨液を用いてウェハ
の表面を化学的に且つ機械的に研磨するプロセスをい
う。

【０００３】また、ＣＭＰプロセスの終了後、半導体ウ
ェハの表面から研磨液を洗浄液にて洗い落とす洗浄プロ
セスを実施する。洗浄液は、一般に、ＨＦ等の薬液を純
水により所定の濃度に希釈したものを用いる。従来にお
いては、比較的容量の大きな混合タンクに薬液と純水と
を導入して多量の洗浄液を作って貯蔵しておき、必要に
応じて混合タンクから洗浄液を取り出すこととしている
が、近年、薬液と純水とを所定流量で１本の配管に導入
してそこで混合し、そのまま供給先に供給する洗浄液供
給装置が開発されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の洗浄液
供給装置は、混合タンクが不要となることから省スペー
スの面で優れている。しかしながら、従来の洗浄液供給
装置は、フロート式の流量計とニードルバルブとの組合
せにより薬液の流量と純水の流量とをそれぞれ制御する
方式を採っているため、濃度コントロール性能にやや問
題を有している。すなわち、流量計のフロートによりニ
ードルバルブの開度を調整するという機械的な流量調整
を行うため、得られる流量に誤差が生じやすいという問
題がある。

【０００５】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
であり、その主目的は、混合タンクが不要であり且つ高
精度に濃度調整された洗浄液を供給することのできる洗
浄液供給方法及び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、請求項１に係る発明は、第１液体供給管を流通する
第１液体と、第２液体供給管を流通する第２液体とを洗
浄液供給管にて合流させて洗浄液として供給先に供給す
る洗浄液供給方法において、第２液体供給管に第２液体
を流通させ、第２液体供給管を流通する第２液体の流量
を検出し、前記検出した第２液体の流量から、洗浄液に
おける第２液体に対する第１液体の目標濃度となる第１
液体の流量を算出し、前記算出した流量の所定範囲内で
第１液体供給管に第１液体を流通させることを特徴とし
ている。

【０００７】この方法では、２液を洗浄液供給管にて直
接混合するので、混合タンクは不要である。また、一方
の液体（第２液体）の流量を基準とし、他方の液体（第
１液体）の流量調整を行うだけでよいので、流量制御が
容易となり、濃度調整を高精度に行うことができる。

【０００８】また、洗浄液の供給開始時には、第１液体
供給管を流通する第１液体の流量を最小として、第１液
体の流量を前記算出した流量の所定範囲内となるまで漸
次増加させることが好ましい。例えば、供給先がＣＭＰ
プロセスの終了後の洗浄装置である場合、第１液体とし
てはフッ化水素酸（ＨＦ）、第２液体としては純水が用
いられるが、この方法を採用すれば、ＨＦが高濃度の状
態で洗浄装置に供給されることがない。

【０００９】請求項４に記載の発明は、上記方法に適し
た洗浄液供給装置に係るものである。すなわち、この洗
浄液供給装置は、第１液体と第２液体とを混合し洗浄液
として供給先に供給する洗浄液供給装置であって、第１
液体を供給する第１液体供給管と、第２液体を供給する
第２液体供給管と、第１液体供給管及び第２液体供給管
が接続され供給先に延びる洗浄液供給管と、第１液体供
給管に設けられた第１流量計と、第２液体供給管に設け
られた第２流量計と、第１液体供給管に設けられた流量
調整弁と、第１流量計及び前記第２流量計からの流量に
相当する検出信号に応じて流量調整弁を制御する制御装
置と、を備えることを特徴としている。

【００１０】かかる構成においては、流量調整弁の制御
を流量計と制御装置を介して行うので、精度が向上し、
濃度が安定した洗浄液が得られる。

【００１１】制御装置としては、第２流量計からの検出
信号から、洗浄液における第２液体に対する第１液体の
目標濃度となる第１液体の流量を算出する第１手段と、
第１流量計からの検出信号に対応する第１液体の流量が
第１手段による算出値の所定範囲内にあるか否かを判定
する第２手段と、第２手段により第１流量計からの検出
信号に対応する第１液体の流量が前記算出値の所定範囲
内にないと判定された場合に、第１液体の流量が前記所
定範囲内となるよう流量調整弁の開度を調整し、第２手
段により第１流量計からの検出信号に対応する第１液体
の流量が前記算出値の所定範囲内にあると判定された場
合に、流量調整弁の開度を維持する第３手段と、を備え
るものが考えられる。

【００１２】また、制御装置は、洗浄液の供給開始時に
流量調整弁の開度を最小として、第１液体の流量が前記
算出値の所定範囲内となるまで流量調整弁の開度を漸次
大きくしていくよう構成されたものであることが有効で
ある。

【００１３】更に、請求項７に係る発明は、上記洗浄液
供給装置を有する洗浄装置に関するものである。この洗
浄装置は、洗浄液供給装置から供給される洗浄液が高精
度に濃度調整されたものであるので、水槽等に溜めた洗
浄液に洗浄対象を沈めて洗浄するタイプのものよりも、
洗浄対象にノズル等から直接洗浄液を掛けるタイプのも
のであることが、洗浄液供給装置の性能を有効に引き出
すことができるという観点から好適である。ここで、
「洗浄液を掛ける」とは、洗浄液を洗浄対象に吹き付
け、噴射し、滴下し又は吐出する等の態様を意味するも
のである。

【００１４】また、請求項１０に係る発明は、かかる洗
浄装置を備えるＣＭＰ装置に関する。このＣＭＰ装置
は、ＣＭＰプロセスから洗浄プロセスまでを一貫して行
うことができ、半導体ウェハ等のドライイン・ドライア
ウトという要請に応えることが可能となる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照に本発明の好適
な実施形態について詳細に説明する。

【００１６】図１は、本発明による洗浄液供給装置を示
す概略図である。この洗浄液供給装置１０は種々の洗浄
装置に適用可能であるが、本実施形態では、半導体製造
におけるＣＭＰプロセスの終了後に行う洗浄プロセスで
用いられる洗浄装置１００に供給するためのものとす
る。この洗浄装置１００は、ＣＭＰプロセスから洗浄プ
ロセス、そして乾燥プロセスまでの一連のプロセスにつ
いて、いわゆるドライイン・ドライアウトを実現するた
めに、乾燥装置２００と共にＣＭＰ装置３００と一体化
されている。また、洗浄装置１００は、詳細には図示し
ていないが、洗浄ノズルから洗浄液を半導体ウェハに噴
射してブラシにより半導体ウェハの表面を洗浄するタイ
プのものとする。洗浄液は洗浄対象にもよるが、一般に
ＣＭＰプロセス後においてはＳｉＯ₂パーティクルを除
去する必要があるため、本実施形態ではフッ化水素酸
（ＨＦ）を洗浄液として用いる。

【００１７】図１に示すように、洗浄液供給装置１０
は、希釈されて洗浄液となる薬液、すなわち高濃度のＨ
Ｆ（第１液体）を供給する薬液供給源１２から延びる薬
液供給管（第１液体供給管）１４を備えている。また、
洗浄液供給装置１０は、薬液を希釈する純水（第２液
体）を供給する純水供給源１６から延びる純水供給管
（第２液体供給管）１８を備えている。薬液供給管１４
及び純水供給管１８は洗浄液供給管２０に接続し、この
洗浄液供給管２０は洗浄装置の洗浄ノズルに接続されて
いる。従来の一般的な洗浄液供給装置では、薬液供給管
及び純水供給管は大容量の混合タンクに接続されている
が、本実施形態の洗浄液供給装置１０は混合タンクが省
かれているので、非常にコンパクトであり、省スペース
に大いに寄与し、洗浄装置１００に内蔵することも可能
となる。

【００１８】薬液供給管１４には第１流量計２２が取り
付けられている。この第１流量計２２は、薬液供給管１
４内を流れる薬液の流量を検出し、その検出流量に相当
する検出信号を出力することができるものである。出力
信号はアナログ信号でもデジタル信号でもよく、第１流
量計２２としては例えば超音波式流量計やフロート式流
量計を用いることができる。第１流量計２２からの検出
信号は、洗浄液供給装置１０全体の制御を担うマイクロ
コンピュータ等から構成される制御装置２４に入力され
る。また、薬液供給管１４には、第１流量計２２よりも
下流側の部分に、流量調整弁２６が介設されている。流
量調整弁２６は制御装置２４からの制御信号により遠隔
的に制御されるタイプのものであり、例えばステッピン
グモータによって開度を段階的に調整できるものが好適
である。

【００１９】一方、純水供給管１８にも、前記の第１流
量計２２と同様な、例えば超音波式流量計やフロート式
流量計のような第２流量計２８が設けられている。この
第２流量計２８からの検出信号も制御装置２４に送られ
る。

【００２０】なお、符号３０，３２，３４はそれぞれ開
閉弁であり、これらもまた制御装置２４により遠隔的に
開閉が制御される。

【００２１】次に、上述したような洗浄液供給装置１０
を用いての洗浄液供給方法について、制御装置２４の流
量調整手順を示す図２のフローチャートに沿って説明す
る。なお、制御装置２４には、予め、薬液の濃度と、目
標となる洗浄液の濃度（希釈濃度）とが記憶されてい
る。

【００２２】半導体ウェハがＣＭＰ装置３００でのＣＭ
Ｐプロセスを終了し、洗浄装置１００内に搬送され、洗
浄プロセスの開始状態となったならば、洗浄液供給装置
１０が起動され洗浄液の供給を開始する。起動前にあっ
ては、流量調整弁２６は最小の開度（開度がゼロの場合
も含む）とされており、且つ、開閉弁３０，３２，３４
は全て閉じられており、洗浄液供給装置１０が起動され
ると、制御装置２４からの制御信号により開閉弁３２，
３４が開放される（Ｓ１００）。これにより、純水が純
水供給源１６から供給され、純水供給管１８から洗浄液
供給管２０へと流れる。この際、何らかの異常が発生し
ていない限り、純水の流量は開閉弁３２，３４の全開状
態で定まる流量範囲内となる。制御装置２４は、第２流
量計２８からの検出信号から純水が正常に流れているこ
とを認識したならば、制御信号を開閉弁３０に発し開閉
弁３０を開く（Ｓ１０２，Ｓ１０４，Ｓ１０６）。その
結果、薬液が薬液供給源１２から薬液供給管１４を通っ
て流れ、洗浄液供給管２０にて純水と合流、混合し、洗
浄液として洗浄装置１００の洗浄ノズルに送られる。

【００２３】この初期段階においては、流量調整弁２６
が開度が最小となっているため、洗浄液供給管１４を流
れる洗浄液のＨＦ濃度は所望の希釈濃度よりも相当に低
くなる。ＨＦは高濃度では半導体ウェハ、特にＳｉＯ₂
膜に対して大きな影響を与えるため、洗浄液のＨＦ濃度
には上限値が定められているが、本実施形態では初期段
階で流量調整弁２６が最小開度とされるので、ＨＦ濃度
が上限値を越える心配はない。また、洗浄液の溶媒は純
水であるので、この初期段階に生成される純水に近い洗
浄液が、半導体ウェハに対して悪影響を与えることも当
然ない。

【００２４】洗浄液供給装置１０の開閉弁３０，３２，
３４の全てが開放されたならば、制御装置２４は、第２
流量計２８から純水の流量に相当する検出信号を受け、
純水の流量から目標の希釈濃度に要する薬液の目標流量
を算出する（Ｓ１０８，Ｓ１１０）。制御装置２４は、
この薬液の目標流量が得られるよう、流量調整弁２６に
制御信号を送ってその開度を漸次大きくしていく。この
流量調整工程を実行している間、制御装置２４は、第１
流量計２２からの検出信号により薬液の実際の流量を監
視しており、薬液の実際の流量が目標流量の一定範囲内
に達したと判定した時点で、流量調整工程を終了する
（Ｓ１１２，Ｓ１１４、Ｓ１１６）。

【００２５】なお、流量調整弁２６の開度を急激に大き
くした場合には、薬液の流れに脈動等が生じ、所望の流
量を超えるおそれもある。その一方で、目標の希釈濃度
に達していない洗浄液では洗浄効果が十分に発揮されな
いので、目標の希釈濃度に達するまでの時間は可能な限
り短い方が好ましい。このため、制御装置２４は、流量
調整弁２６の性能に適合した最高の速度で流量調整弁２
６を徐々に開いていくよう、制御信号を流量調整弁２６
に発することが好ましい。

【００２６】薬液の流量が目標の流量範囲内に達した後
は、制御装置２４は、第２流量計２８からの信号により
純水の流量の監視を続け、純水の流量に変化が生じた場
合には、その都度、目標の希釈濃度となる薬液の流量を
算出し、薬液がその目標の算出流量となるように流量調
整弁を制御する（Ｓ１１８〜Ｓ１３２）。すなわち、第
２流量計２８からの信号により、目標の希釈濃度となる
薬液の流量を算出し（Ｓ１２８：第１手段）、第１流量
計２２からの検出信号に対応する薬液の流量が、算出さ
れた目標値の所定範囲内にあるか否かを判定する（Ｓ１
３０：第２手段）。そして、薬液の流量が算出流量の所
定範囲内にないと判定した場合に、薬液の流量が所定範
囲内となるよう流量調整弁２６の開度を調整し（Ｓ１２
６）、一方、薬液の流量が所定範囲内にあると判定した
場合には、流量調整弁２６の開度を維持するのである
（第３手段）。

【００２７】また、何らかの原因により純水の供給が停
止する等、純水の流量が所定範囲を超えて低減した場合
には、制御装置２４は開閉弁３０，３２，３４に緊急遮
断信号を発し、開閉弁３０，３２，３４を閉じて洗浄液
の供給を停止し、洗浄装置での洗浄液のＨＦ濃度が所定
の上限値を越えないようにする（Ｓ１２２，Ｓ１３
４）。

【００２８】このようにして、洗浄液の希釈濃度はほぼ
一定に維持され、半導体ウェハの洗浄効果は安定したも
のとなる。また、洗浄液のＨＦ濃度が上限値を超えるこ
とがないので、半導体ウェハに対するＨＦによる悪影響
を防止することができる。

【００２９】そして、洗浄装置１００での洗浄プロセス
が終了し、洗浄液の供給が不要となり洗浄液供給装置１
０のスイッチがオフとされると、開閉弁３０，３２，３
４が閉じられると共に、流量調整弁２６の開度が最小に
戻される（Ｓ１３２，Ｓ１３６）。なお、洗浄装置１０
０内の洗浄済み半導体ウェハは乾燥装置２００に送ら
れ、乾燥された後、次工程に搬送される。

【００３０】以上、本発明の好適な実施形態について詳
細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない
ことは云うまでもない。

【００３１】例えば、上記実施形態では、洗浄液は薬液
（ＨＦ）と純水とから構成されるものとしているが、他
の液体の組合せでもよい。

【００３２】また、濃度調整の方法についても上記実施
形態のものに限られない。例えば、上記実施形態では、
純水が洗浄対象である半導体ウェハに何らの影響も与え
ないものであるので、純水を基準として薬液の流量を調
整することとしているが、純水以外の液体を溶媒とした
場合には、薬液の流量を基準として溶媒の流量を調整す
るようにしてもよい。

【００３３】本発明による洗浄液供給装置は、洗浄液を
一旦貯留する混合タンク等を必要とせずに略一定の濃度
の洗浄液を供給することができるので、供給先の洗浄装
置については、水槽に溜めた洗浄液に半導体ウェハを浸
漬させて洗浄するタイプ（例えば超音波洗浄）のものよ
りも、洗浄液供給装置から供給された洗浄液をウェハに
噴射、滴下、又は吐出するタイプのものの方が、洗浄液
中の薬液濃度の変化が処理に影響を与えやすいため、よ
り有効である。従って、上記実施形態では洗浄装置はブ
ラシ式としているが、洗浄ノズルから洗浄液をウェハに
ジェット噴射させて洗浄するジェット洗浄式や、回転す
るウェハ上に洗浄液を噴射、滴下、又は吐出して遠心力
による作用も利用して洗浄するスピン洗浄式等の洗浄装
置に対しても本発明による洗浄液供給装置は有効に適用
が可能である。

【００３４】更に、上記実施形態では、ＣＭＰプロセス
後の洗浄プロセスとなっているが、洗浄はＣＭＰプロセ
ス以外のプロセス、例えば電解メッキプロセスの後に行
うものであってもよい。

【００３５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明による洗浄液
供給方法及び装置は、濃度がほぼ一定の洗浄液を洗浄装
置に供給することができる。従って、この洗浄液供給方
法・装置が適用された洗浄装置では安定した洗浄プロセ
スを実施することが可能となり、完成品である半導体デ
バイスの歩留まり向上にも寄与する。また、混合タンク
が不要となるので、ＣＭＰプロセスから洗浄プロセス、
そして乾燥プロセスまでを１つのチャンバ内で一貫して
行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を概略的に示す説明図であ
る。

【図２】図１の洗浄液供給装置における制御装置が実行
する手順を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１０…洗浄液供給装置、１２…薬液供給源、１４…薬液
供給管（第１液体供給管）、１６…純水供給源、１８…
純水供給管（第２液体供給管）、２０…洗浄液供給管、
２２…第１流量計、２４…制御装置、２６…流量調整
弁、２８…第２流量計、３０．３２，３４…開閉弁、１
００…洗浄装置、２００…乾燥装置、３００…ＣＭＰ装
置（化学機械研磨装置）。

フロントページの続き (72)発明者 冨田 敏一 千葉県成田市新泉14ー３野毛平工業団地内 アプライド マテリアルズ ジャパン株 式会社内 Ｆターム(参考） 3B201 AA03 BA02 BB22 BB38 BB90 BB93 BB95 CD41 CD43 4G037 BC02 BD04 BD10

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１液体供給管を流通する第１液体と、
   第２液体供給管を流通する第２液体とを洗浄液供給管に
   て合流させて洗浄液として供給先に供給する洗浄液供給
   方法において、 前記第２液体供給管に第２液体を流通させ、 前記第２液体供給管を流通する第２液体の流量を検出
   し、 前記検出した第２液体の流量から、洗浄液における第２
   液体に対する第１液体の目標濃度となる第１液体の流量
   を算出し、 前記算出した流量の所定範囲内で前記第１液体供給管に
   第１液体を流通させる、洗浄液供給方法。
2. 【請求項２】 洗浄液の供給開始時に前記第１液体供給
   管を流通する第１液体の流量を最小として、第１液体の
   流量を前記流量の前記所定範囲内となるまで漸次増加さ
   せる請求項１に記載の洗浄液供給方法。
3. 【請求項３】 前記供給先は、化学機械研磨プロセスの
   終了後に行う洗浄プロセスに用いられる洗浄装置であ
   り、第１液体はフッ化水素酸であり、第２液体は純水で
   ある請求項１又は２に記載の洗浄液供給方法。
4. 【請求項４】 第１液体と第２液体とを混合し洗浄液と
   して供給先に供給する洗浄液供給装置において、 第１液体を供給する第１液体供給管と、 第２液体を供給する第２液体供給管と、 前記第１液体供給管及び前記第２液体供給管が接続され
   前記供給先に延びる洗浄液供給管と、 前記第１液体供給管に設けられた第１流量計と、 前記第２液体供給管に設けられた第２流量計と、 前記第１液体供給管に設けられた流量調整弁と、 前記第１流量計及び前記第２流量計からの流量に相当す
   る検出信号に応じて前記流量調整弁を制御する制御装置
   と、を備える洗浄液供給装置。
5. 【請求項５】 前記制御装置は、 前記第２流量計からの検出信号から、洗浄液における第
   ２液体に対する第１液体の目標濃度となる第１液体の流
   量を算出する第１手段と、 前記第１流量計からの検出信号に対応する第１液体の流
   量が前記第１手段による算出値の所定範囲内にあるか否
   かを判定する第２手段と、 前記第２手段により前記第１流量計からの検出信号に対
   応する第１液体の流量が前記算出値の前記所定範囲内に
   ないと判定された場合に、第１液体の流量が前記所定範
   囲内となるよう前記流量調整弁の開度を調整し、前記第
   ２手段により前記第１流量計からの検出信号に対応する
   第１液体の流量が前記算出値の前記所定範囲内にあると
   判定された場合に、前記流量調整弁の開度を維持する第
   ３手段と、を備える請求項４に記載の洗浄液供給装置。
6. 【請求項６】 前記制御装置は、洗浄液の供給開始時に
   前記流量調整弁の開度を最小として、第１液体の流量が
   前記算出値の前記所定範囲内となるまで前記流量調整弁
   の開度を漸次大きくしていくようになっている請求項５
   に記載の洗浄液供給装置。
7. 【請求項７】 請求項４〜６のいずれか１項に記載の洗
   浄液供給装置により洗浄液が供給される洗浄装置。
8. 【請求項８】 前記洗浄液供給装置により供給された洗
   浄液を洗浄対象に掛けるよう構成されている請求項７に
   記載の洗浄装置。
9. 【請求項９】 前記洗浄装置が、化学機械研磨プロセス
   の終了後に行う洗浄プロセスに用いられるものである請
   求項７又は８に記載の洗浄装置。
10. 【請求項１０】 前記請求項９に記載の洗浄装置を備え
    る化学機械研磨装置。