JP2004055722A - 洗浄装置、基板の洗浄方法および半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】液種及び温度設定の自由度が高く、適用範囲の広い洗浄装置を得る。
【解決手段】ウェハ１の側縁部を複数のチャックピン１１で保持する。表面１４ａがウェハ１の一面１ａと対向し、且つ、表面１４ａと一面１ａとの間に隙間Ａを設けるように加熱冷却部１４を配置する。液体充填部１２によって隙間Ａに液体１３を充填する。そして、加熱冷却部１４により表面１４ａを加熱あるいは冷却すると、充填された液体１３を介してウェハ１の一面１ａが加熱あるいは冷却される。
【選択図】 図１
【解決手段】ウェハ１の側縁部を複数のチャックピン１１で保持する。表面１４ａがウェハ１の一面１ａと対向し、且つ、表面１４ａと一面１ａとの間に隙間Ａを設けるように加熱冷却部１４を配置する。液体充填部１２によって隙間Ａに液体１３を充填する。そして、加熱冷却部１４により表面１４ａを加熱あるいは冷却すると、充填された液体１３を介してウェハ１の一面１ａが加熱あるいは冷却される。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造技術に係り、特に半導体基板の洗浄装置および洗浄方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７を参照して、従来の洗浄装置について説明する。
図７は、従来の洗浄装置を説明するための断面図である。
図７において、参照符号１は半導体基板としてのウェハ、５１はウェハ保持部５０に設けられたチャックピン、５２は液体供給部、５３は液体供給部５２から供給される液体、５４はウェハ保持部５０の中央に設けられた貫通穴５０ａから供給される気体を示している。
【０００３】
次に、上記洗浄装置の動作について説明する。
先ず、ウェハ保持部５０のチャックピン５１によってウェハ１を保持する。
次に、ウェハ保持部５０を回転動作させて、ウェハ１を所定の速度で回転させる。
そして、ウェハ１を回転させた状態で、ウェハ保持部５０の中央に設けられた貫通穴５０ａからウェハ１の一面１ａに対して気体５４を供給しながら、液体供給部からウェハ１の他面１ｂに対して液体５３を供給することにより、ウェハ１の洗浄処理を実行する。ここで、液体５３とは、ウェハ１を洗浄するために使用されるあらゆる薬品、あらゆる溶剤及び純水の総称である。また、気体５４とは、例えば、窒素ガスのような不活性ガスや、乾燥空気（ドライエア）である。
【０００４】
上記洗浄装置において、洗浄処理時に、液体５３と接するウェハ他面１ｂの温度（以下「接液表面温度」という）を常温（例えば２５℃程度）ではなく例えば８０℃程度の高温で維持する場合、予め８０℃以上に加熱した液体５３をウェハ１の他面１ｂに対して連続的に供給する方法が一般的に用いられている。
その際、液体５３の消費量を抑え且つ熱効率を高めるために、洗浄処理に使用した液体５３を回収し、その回収した液体を再加熱して繰り返し使用する循環回路（図示せず）を構成していた。
【０００５】
ちなみに、高温の気体でウェハ１を加熱する方法も考えられるが、気体は熱伝導率が低く、８０℃を遥かに超える高温の気体を大流量で且つ連続的に供給する機能が必要となる。さらに、気体は、液体の揮発成分を取り込んでしまうので、循環回路によって再利用することができない。よって、ウェハ１を気体で加熱する方法は用いられていない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の洗浄装置では、常温と異なる温度（例えば、高温）で洗浄処理を行う場合、循環回路を構成して、液体を循環させながら再利用していた。
【０００７】
しかしながら、洗浄処理に使用する液体には、揮発や分解等による成分組成の変動で洗浄効果が敏感に変化するものが多く、累積使用回数や累積使用時間の僅かな違いで洗浄不良を発生させてしまうという問題があった。
この洗浄不良の発生を回避するためには、それぞれの洗浄工程に対して、液体の使用限界を見極めた上で余裕を持った寿命を設定するという手間のかかる作業が必要であった。
【０００８】
また、従来の洗浄装置では、回収タンク、ポンプ、ヒータ（冷熱器）、フィルタを使用した大掛かりな循環回路を構成する必要があった。この循環回路はサイズが大きいため１台の洗浄装置に設置できる循環回路の数には設置スペースの制約が伴い、さらに、１つの循環回路につき選択できる液種及び温度条件はそれぞれ１つであるため選択できる液種及び設定温度の自由度が低いため、適用範囲の狭い洗浄装置となってしまうという問題があった。
【０００９】
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、液体の寿命設定作業をすることなく、高い洗浄性能を維持し安定させることを目的とする。また、本発明は、液種及び温度設定の自由度が高く、適用範囲の広い洗浄装置を得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係る洗浄装置は、基板の側縁部を保持する基板保持部と、
表面が前記基板の一面と対向し、且つ、該表面と該一面との間に所定の第１の隙間を設けるように配置された第１の加熱冷却部であって、該表面を加熱あるいは冷却する第１の加熱冷却部と、
前記第１の隙間に第１の洗浄液を充填する第１の洗浄液充填部と、
を備えたことを特徴とするものである。
【００１１】
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、
表面が前記基板の他面と対向し、且つ、該表面と該他面との間に所定の第２の隙間を設けるように配置された第２の加熱冷却部であって、該表面を加熱あるいは冷却する第２の加熱冷却部と、
前記第２の隙間に第２の洗浄液を充填する第２の洗浄液充填部と、
をさらに備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
請求項３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、
前記基板の他面上に第２の洗浄液を供給する洗浄液供給部をさらに備えたことを特徴とするものである。
【００１３】
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、
前記基板保持部は、前記基板の中心部を中心にして回転するとともに、前記基板を回転させることを特徴とするものである。
【００１４】
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、
前記第１又は第２の加熱冷却部は、表面に複数の凹部を有することを特徴とするものである。
【００１５】
請求項６の発明に係る洗浄装置は、請求項１から５の何れかに記載の洗浄装置において、
前記第１又は第２の加熱冷却部の表面を振動させる機構をさらに備えたことを特徴とするものである。
【００１６】
請求項７の発明に係る洗浄装置は、請求項１から６の何れかに記載の洗浄装置において、
前記基板保持部は、熱伝導率が低い複数のチャックピンであり、
前記基板は、熱容量を有する部材と接していないことを特徴とするものである。
【００１７】
請求項８の発明に係る基板の洗浄方法は、基板を洗浄液で洗浄する方法であって、
基板の一面および他面を、独立した温度条件あるいは分離された洗浄液でそれぞれ同時に洗浄する工程を含むことを特徴とするものである。
【００１８】
請求項９の発明に係る半導体装置の製造方法は、請求項１に記載の洗浄装置を用いて基板を洗浄する工程を含むことを特徴とするものである。
【００１９】
【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、同一又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。
【００２０】
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断面図である。図４は、加熱冷却部の平面に設けられたパターンの第１の例を示す図である。図５は、加熱冷却部の平面に設けられたパターンの第２の例を示す図である。
【００２１】
図１において、１は半導体基板としてのウェハ、１０はウェハ保持部、１１はチャックピン、１２は液体充填部、１３は液体、１４は加熱冷却部を示している。
【００２２】
ここで、チャックピン１１は、ウェハ保持部１０の上端に配置され、熱伝導率が低い材質で形成されたものである。よって、チャックピン１１は、ウェハ１の温度分布に影響しない。すなわち、チャックピン１１は、熱容量を有していない。よって、ウェハ１は、熱容量を有する部材と接していない。また、チャックピン１１は、ウェハ１を側縁方向から保持するものである。
ウェハ保持部１０は、ウェハ１の中心部を中心として回転する機構を有しており、この回転動作によりウェハ１を所定の速度で回転させるものである。ここで、ウェハ保持部１０と、液体充填部１２及び加熱冷却部１４とは分離されているため、ウェハ１が加熱冷却部１４に対して相対的に回転する。
【００２３】
液体充填部１２は、加熱冷却部１４の平面１４ａと、ウェハ１の一面１ａとの間の隙間Ａ（後述）に、液体１３を充填するためのものである。ここで、液体１３とは、ウェハ１を洗浄するために使用されるあらゆる薬品、あらゆる溶剤及び純水の総称である（後述する実施の形態２，３における液体１６，１９についても同様とする）。
【００２４】
加熱冷却部１４は、少なくとも１つの平面１４ａを有し、この平面１４ａを加熱あるいは冷却する機能を有するものである。加熱冷却部１４は、該平面１４ａとウェハ１の一面１ａとが対向するように、且つ、該平面１４ａとウェハ１の一面１ａとの間に所定の隙間Ａを設けて配置されている。この隙間Ａの長さは、０．２ｍｍ〜３ｍｍの範囲で設定されている。また、加熱冷却部１４の中央には、垂直方向に貫通する貫通穴１４ｂが設けられ、この貫通穴１４ｂに上記液体充填部１２が配置されている。また、加熱冷却部１４は、ウェハ１のウェハ保持部１０側に配置されている。すなわち、ウェハ保持部１０側にあるウェハ一面１ａに対して温度制御された液体１３が供給される。
【００２５】
図４に示すように、加熱冷却部１４の平面１４ａには、中心部から外周部に向かって放射状に延びる複数の凹部（溝部）からなるパターン１４ｃが形成されている。このパターン１４ｃにより同心円状での温度の均一性を向上させることができる。
また、上記パターン１４ｃの代わりに、図５に示すように、斑点状の凹部からなるパターン１４ｄであってもよい。このパターン１４ｃにより液体の攪拌を促進して、温度の均一性を向上させることができる。
【００２６】
次に、上記洗浄装置の動作、すなわちウェハの洗浄方法について説明する。
先ず、ウェハ保持部１０に設けられたチャックピン１１によって、ウェハ１を保持する。
次に、ウェハ保持部１０を回転動作させることによって、ウェハ１を所定の速度で回転させる。
【００２７】
そして、液体充填部１２から液体１３を供給して、加熱冷却部１４の平面１４ａとウェハ１の一面１ａとの間の隙間Ａに液体１３を必要量充填する。ここで、必要量とは、この隙間Ａを埋め尽くし、且つこの隙間Ａからこぼれない適量を意味する。
【００２８】
次に、加熱冷却部１４の加熱（あるいは冷却）により、隙間Ａに充填された液体１３を介して、液体１３と接するウェハ一面１ａの温度（以下「接液表面温度」という。）を所定の温度に加熱（あるいは冷却）する。ここで、加熱冷却部１４とウェハ１との隙間Ａは上述のように微小の長さであり、この隙間Ａに充填された液体１３は熱伝導率が高いため、液体１３は加熱冷却部１４にて瞬時に加熱（あるいは冷却）され、ウェハ１の接液表面温度はすぐに所定の温度（例えば、８０℃）に到達する。
そして、所定の接液表面温度でウェハ１（一面１ａ）の洗浄処理を実行する。
【００２９】
ウェハ１の洗浄処理終了後、液体１３を廃棄する。すなわち、液体１３は使い捨てとし、洗浄処理ごとに新しい液体１３を充填する。これは、本実施の形態１では隙間Ａに僅かな量の液体１３を充填するだけであり、従来の液体５３を連続的に大量に供給する場合に比べて液体使用量が少ないためである。
【００３０】
以上説明したように、本実施の形態１では、ウェハ１の一面１ａと加熱冷却部１４の平面１４ａとの間に隙間Ａを設けるように、ウェハ１と加熱冷却部１４とを対向させて配置した。そして、この隙間Ａに液体充填部１２を用いて液体１３を充填し、この充填した液体１３を加熱冷却部１４によって加熱もしくは冷却することにより、所定の接液表面温度でウェハ１を洗浄するようにした。また、洗浄処理後の液体１３を廃棄するようにした。
【００３１】
本実施の形態１によれば、洗浄処理ごとに新しい液体１３を充填して、加熱冷却部１４により洗浄処理時に加熱冷却を行うため、常に安定した洗浄処理を行うことができる。つまり、それぞれの洗浄工程に対して、液体の使用限界を見極めた上で余裕を持った寿命を設定するという手間のかかる作業をすることなく、高い洗浄性能を維持し安定させることができる。
また、液体１３を使い捨てにすることによって、回収タンク、ポンプ、ヒータ（冷熱器）、フィルタを使用した大掛かりな循環回路（図示せず）を構成する必要がなくなる。新液供給回路（図示せず）の大きさは循環回路に比べて非常に小さい為、従来循環回路を設置していたスペースに複数の新液供給回路を設置することができる。すなわち、多数種の新液（新しい液体）の中から所望の液体を選択可能となる。また、加熱冷却部１４によって所望の温度に加熱あるいは冷却可能である。従って、液種及び温度設定の自由度が高くなり、適用範囲の広い洗浄装置を実現することができる。
【００３２】
また、ウェハ１と接するチャックピン１１は熱伝導率が低く、ウェハ１とチャックピン１１との接触面積も小さい。そして、ウェハ１の温度分布を悪くするような部材、すなわち温度容量を有する部材が、ウェハ１と接していない。よって、隙間Ａに充填された液体１３を加熱冷却部１４により瞬時に加熱もしくは冷却して、短時間で所望の接液表面温度に到達することができる。従って、洗浄プロセスを安定させることができ、スループットを向上させることができる。
【００３３】
実施の形態２．
図２は、本発明の実施の形態２による洗浄装置を説明するための断面図である。
図２において、参照符号１はウェハ、１０はウェハ保持機構、１１はチャックピン、１２は第１の液体充填部、１３は第１の液体、１４は第１の加熱冷却部、１５は第２の液体充填部、１６は第２の液体、１７は第２の加熱冷却部を示している。
前述した実施の形態１による洗浄装置は、液体充填部１２と加熱冷却部１４とをそれぞれ１つずつ備えていた。図２に示す本実施の形態２による洗浄装置は、２つの液体充填部１２，１５と２つの加熱冷却部１４，１７とを備えている。
【００３４】
以下、前述した実施の形態１で説明した部位については、同一の符号を付してその説明を省略する。
図２において、第２の液体充填部１５は、第２の加熱冷却部１７の平面１７ａと、ウェハ１の他面１ｂとの間の隙間Ｂ（後述）に、第１の液体１３とは異なる種類の第２の液体１６を充填するためのものである。
【００３５】
第２の加熱冷却部１７は、少なくとも１つの平面１７ａを有し、この平面１７ａを加熱あるいは冷却する機能を有するものである。第２の加熱冷却部１７は、該平面１７ａとウェハ１の他面１ｂとが対向するように、且つ該平面１７ａとウェハ１の他面１ｂとの間に所定の隙間Ｂを設けて対向配置されている。この隙間Ｂの長さは、隙間Ａと同様に、０．２ｍｍ〜３ｍｍの範囲で設定されている。また、第２の加熱冷却部１７の中央には、垂直方向に貫通する貫通穴１７ｂが設けられ、この貫通穴１７ｂに上記第２の液体充填部１５が配置されている。また、第２の加熱冷却部１７の平面１７ａにも、前述したパターン１４ｂ，１４ｃ（図４，５参照）が形成されている。
【００３６】
次に、上記洗浄装置の動作について説明する。
先ず、前述した実施の形態１と同様に、ウェハ１をチャックピン１１で保持して、ウェハ１を所定の速度で回転させる。
【００３７】
次に、第１の液体充填部１２から第１の液体１３を供給して、第１の加熱冷却部１４の平面１４ａとウェハ１の一面１ａとの間の隙間Ａに第１の液体１３を必要量充填する。
これと同時に、第２の液体充填部１５から第２の液体１６を供給して、第２の加熱冷却部１７の平面１７ａとウェハ１の他面１ｂとの間の隙間Ｂに第２の液体１６を必要量充填する。
【００３８】
次に、第１の加熱冷却部１４の加熱（あるいは冷却）により、隙間Ａに充填された第１の液体１３を介して、第１の液体１３と接するウェハ１の一面１ａの温度を所定の温度（第１の接液表面温度）に加熱（あるいは冷却）する。そして、第１の接液表面温度でウェハ１の一面１ａの洗浄処理を実行する。
これと同時に、第２の加熱冷却部１７の加熱（あるいは冷却）により、隙間Ｂに充填された第２の液体１６を介して、第２の液体１６と接するウェハ１の他面１ｂの温度を所定の温度（第２の接液表面温度）に加熱（あるいは冷却）する。そして、第２の接液表面温度でウェハ１の他面１ｂの洗浄処理を実行する。この時、第２の接液表面温度は、すぐに設定温度に到達する。
【００３９】
ウェハ１（一面１ａおよび他面１ｂ）の洗浄処理終了後、第１の液体１３および第２の液体１６を廃棄する。
【００４０】
以上説明したように、本実施の形態２では、実施の形態１による洗浄装置において、ウェハ１の他面１ｂ側に液体充填部１５と加熱冷却部１７とをさらに設けた。ここで、第１の液体１３と、第２の液体１６とは、ウェハ１により完全に分離されているため混合されない。
これにより、実施の形態１による効果に加えて、ウェハ１の一面１ａと他面１ｂのそれぞれで、独立した温度条件ならびに液体で異なる洗浄処理を同時に行うことができる。よって、洗浄処理能力を大幅に向上させることができる。
【００４１】
なお、本実施の形態２では、第１の液体１３と第２の液体１７とは異なる種類の液体としたが、同じ種類の液体を用いてもよい。また、第１の接液表面温度と第２の接液表面温度とが同じ温度でもよい。
また、本実施の形態２では、隙間Ａと隙間Ｂとを同じ長さとしたが、それぞれ異なる長さとしてもよい。
【００４２】
実施の形態３．
図３は、本発明の実施の形態３による洗浄装置を説明するための断面図である。
前述した実施の形態２では、ウェハ１の一面１ａと他面１ｂそれぞれで、独立した温度条件あるいは分離された液体により異なる洗浄処理を同時に施すために、液体充填部及び加熱冷却部をそれぞれ２組設けた。本実施の形態３では、ウェハ１の熱伝導率の高さを利用して、一面１ａと他面１ｂの温度条件が近い洗浄処理に限定した上で、分離された液体により異なる洗浄処理を同時に施すことができるように、図２に示した実施の形態２による洗浄装置の構造を簡素化したものである。具体的には、図３に示す本実施の形態３による洗浄装置は、実施の形態２による洗浄装置から第２の液体充填部１５と第２の加熱冷却部１７を除き、第２の液体１９を供給する液体供給部１８を設けたものである。
【００４３】
次に、本実施の形態３による洗浄装置の動作について説明する。
隙間Ａに第１の液体１３を充填するまでは、実施の形態２の動作と同じである。
次に、図３に示すように、液体供給部１８から、ウェハ１の他面１ｂに第２の液体１９を均一に供給する。
次に、実施の形態２と同様にして、第１の加熱冷却部１４の加熱（あるいは冷却）により、隙間Ａに充填された液体１３を介して、ウェハ１の一面１ａを第１の接液表面温度に加熱する。ここで、ウェハ１は熱伝導率が高いため、液体１９と接するウェハ１の他面１ｂの第２の接液表面温度は、上記第１の接液表面温度に近い温度まですぐに到達する。
そして、ウェハ１（一面１ａおよび他面１ｂ）の洗浄処理終了後、第１の液体１３および第２の液体１９を廃棄する。
【００４４】
以上説明したように、本実施の形態３では、前述した実施の形態１の効果に加えて、ウェハ一面１ａの接液表面温度とウェハ他面１ｂの接液表面温度との温度差が小さい場合に、実施の形態２よりも簡単な構造で実施の形態２と同様の効果が得られる。
【００４５】
実施の形態４．
図６は、本発明の実施の形態４による洗浄装置を説明するための断面図である。
本実施の形態４では、前述した実施の形態１による洗浄装置に、加熱冷却部１４の平面１４ａを振動させる振動機構を設けた。
【００４６】
図６において、参照符号２０ａは外部から所定の電圧が印加されると振動する振動子、２０ｂは振動子２０ａの振動を振動板（後述）に伝達する振動伝達液、２０ｃは振動子２０ａから振動伝達液２０ｂを介して伝達された振動により加熱冷却部１４の平面１４ａを振動させる振動板を示している。また、振動子２０ａ、振動伝達液２０ｂおよび振動板２０ｃからなる振動機構は、加熱冷却部１４内に設けられている。
ウェハ１が加熱冷却部１４に対して相対的に回転することにより、隙間Ａに充填された液体１３をウェハ１の一面１ａ上で攪拌している状態で、外部から振動子２０ａに所定の電圧を印加する。この電圧印加により振動子２０ａが振動を発生し、その振動が振動伝達液２０ｂを介して振動板２０ｃに伝わり、振動子２０ｃが加熱冷却部１４の平面１４ａを振動させる。
【００４７】
以上説明した実施の形態４によれば、実施の形態１の効果に加えて、ウェハ１の一面１ａにおける液体１３の攪拌を促進して、液体１３の温度の均一性を向上させることができる。従って、さらに洗浄性能を安定させることができる。
【００４８】
なお、本実施の形態４による振動機構は、前述した実施の形態２，３の加熱冷却部１４，１７に対しても適用可能である。
【００４９】
【発明の効果】
本発明によれば、液体の寿命設定作業をすることなく、高い洗浄性能を維持し安定させることができる。また、本発明によれば、液種及び温度設定の自由度が高く、適用範囲の広い洗浄装置を得ることができる。
【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断面図である。
【図２】本発明の実施の形態２による洗浄装置を説明するための断面図である。
【図３】本発明の実施の形態３による洗浄装置を説明するための断面図である。
【図４】加熱冷却部の平面に設けられたパターンの第１の例を示す平面図である。
【図５】加熱冷却部の平面に設けられたパターンの第２の例を示す平面図である。
【図６】本発明の実施の形態４による洗浄装置を説明するための断面図である。
【図７】従来の洗浄装置を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１ 基板（ウェハ）、 １０ ウェハ保持部、 １１ チャックピン、 １２第１の液体充填部、 １３ 第１の液体、 １４ 第１の加熱冷却部、 １４ｂ 貫通穴、 １４ｃ，１４ｄ パターン、 １５ 第２の液体充填部、 １６第２の液体、 １７ 第２の加熱冷却部、 １７ｂ 貫通穴、 １８ 液体供給部、 １９ 第２の液体、 ２０ａ 振動子、 ２０ｂ 振動伝達液、 ２０ｃ 振動板。
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造技術に係り、特に半導体基板の洗浄装置および洗浄方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７を参照して、従来の洗浄装置について説明する。
図７は、従来の洗浄装置を説明するための断面図である。
図７において、参照符号１は半導体基板としてのウェハ、５１はウェハ保持部５０に設けられたチャックピン、５２は液体供給部、５３は液体供給部５２から供給される液体、５４はウェハ保持部５０の中央に設けられた貫通穴５０ａから供給される気体を示している。
【０００３】
次に、上記洗浄装置の動作について説明する。
先ず、ウェハ保持部５０のチャックピン５１によってウェハ１を保持する。
次に、ウェハ保持部５０を回転動作させて、ウェハ１を所定の速度で回転させる。
そして、ウェハ１を回転させた状態で、ウェハ保持部５０の中央に設けられた貫通穴５０ａからウェハ１の一面１ａに対して気体５４を供給しながら、液体供給部からウェハ１の他面１ｂに対して液体５３を供給することにより、ウェハ１の洗浄処理を実行する。ここで、液体５３とは、ウェハ１を洗浄するために使用されるあらゆる薬品、あらゆる溶剤及び純水の総称である。また、気体５４とは、例えば、窒素ガスのような不活性ガスや、乾燥空気（ドライエア）である。
【０００４】
上記洗浄装置において、洗浄処理時に、液体５３と接するウェハ他面１ｂの温度（以下「接液表面温度」という）を常温（例えば２５℃程度）ではなく例えば８０℃程度の高温で維持する場合、予め８０℃以上に加熱した液体５３をウェハ１の他面１ｂに対して連続的に供給する方法が一般的に用いられている。
その際、液体５３の消費量を抑え且つ熱効率を高めるために、洗浄処理に使用した液体５３を回収し、その回収した液体を再加熱して繰り返し使用する循環回路（図示せず）を構成していた。
【０００５】
ちなみに、高温の気体でウェハ１を加熱する方法も考えられるが、気体は熱伝導率が低く、８０℃を遥かに超える高温の気体を大流量で且つ連続的に供給する機能が必要となる。さらに、気体は、液体の揮発成分を取り込んでしまうので、循環回路によって再利用することができない。よって、ウェハ１を気体で加熱する方法は用いられていない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の洗浄装置では、常温と異なる温度（例えば、高温）で洗浄処理を行う場合、循環回路を構成して、液体を循環させながら再利用していた。
【０００７】
しかしながら、洗浄処理に使用する液体には、揮発や分解等による成分組成の変動で洗浄効果が敏感に変化するものが多く、累積使用回数や累積使用時間の僅かな違いで洗浄不良を発生させてしまうという問題があった。
この洗浄不良の発生を回避するためには、それぞれの洗浄工程に対して、液体の使用限界を見極めた上で余裕を持った寿命を設定するという手間のかかる作業が必要であった。
【０００８】
また、従来の洗浄装置では、回収タンク、ポンプ、ヒータ（冷熱器）、フィルタを使用した大掛かりな循環回路を構成する必要があった。この循環回路はサイズが大きいため１台の洗浄装置に設置できる循環回路の数には設置スペースの制約が伴い、さらに、１つの循環回路につき選択できる液種及び温度条件はそれぞれ１つであるため選択できる液種及び設定温度の自由度が低いため、適用範囲の狭い洗浄装置となってしまうという問題があった。
【０００９】
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、液体の寿命設定作業をすることなく、高い洗浄性能を維持し安定させることを目的とする。また、本発明は、液種及び温度設定の自由度が高く、適用範囲の広い洗浄装置を得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係る洗浄装置は、基板の側縁部を保持する基板保持部と、
表面が前記基板の一面と対向し、且つ、該表面と該一面との間に所定の第１の隙間を設けるように配置された第１の加熱冷却部であって、該表面を加熱あるいは冷却する第１の加熱冷却部と、
前記第１の隙間に第１の洗浄液を充填する第１の洗浄液充填部と、
を備えたことを特徴とするものである。
【００１１】
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、
表面が前記基板の他面と対向し、且つ、該表面と該他面との間に所定の第２の隙間を設けるように配置された第２の加熱冷却部であって、該表面を加熱あるいは冷却する第２の加熱冷却部と、
前記第２の隙間に第２の洗浄液を充填する第２の洗浄液充填部と、
をさらに備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
請求項３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、
前記基板の他面上に第２の洗浄液を供給する洗浄液供給部をさらに備えたことを特徴とするものである。
【００１３】
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、
前記基板保持部は、前記基板の中心部を中心にして回転するとともに、前記基板を回転させることを特徴とするものである。
【００１４】
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、
前記第１又は第２の加熱冷却部は、表面に複数の凹部を有することを特徴とするものである。
【００１５】
請求項６の発明に係る洗浄装置は、請求項１から５の何れかに記載の洗浄装置において、
前記第１又は第２の加熱冷却部の表面を振動させる機構をさらに備えたことを特徴とするものである。
【００１６】
請求項７の発明に係る洗浄装置は、請求項１から６の何れかに記載の洗浄装置において、
前記基板保持部は、熱伝導率が低い複数のチャックピンであり、
前記基板は、熱容量を有する部材と接していないことを特徴とするものである。
【００１７】
請求項８の発明に係る基板の洗浄方法は、基板を洗浄液で洗浄する方法であって、
基板の一面および他面を、独立した温度条件あるいは分離された洗浄液でそれぞれ同時に洗浄する工程を含むことを特徴とするものである。
【００１８】
請求項９の発明に係る半導体装置の製造方法は、請求項１に記載の洗浄装置を用いて基板を洗浄する工程を含むことを特徴とするものである。
【００１９】
【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、同一又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。
【００２０】
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断面図である。図４は、加熱冷却部の平面に設けられたパターンの第１の例を示す図である。図５は、加熱冷却部の平面に設けられたパターンの第２の例を示す図である。
【００２１】
図１において、１は半導体基板としてのウェハ、１０はウェハ保持部、１１はチャックピン、１２は液体充填部、１３は液体、１４は加熱冷却部を示している。
【００２２】
ここで、チャックピン１１は、ウェハ保持部１０の上端に配置され、熱伝導率が低い材質で形成されたものである。よって、チャックピン１１は、ウェハ１の温度分布に影響しない。すなわち、チャックピン１１は、熱容量を有していない。よって、ウェハ１は、熱容量を有する部材と接していない。また、チャックピン１１は、ウェハ１を側縁方向から保持するものである。
ウェハ保持部１０は、ウェハ１の中心部を中心として回転する機構を有しており、この回転動作によりウェハ１を所定の速度で回転させるものである。ここで、ウェハ保持部１０と、液体充填部１２及び加熱冷却部１４とは分離されているため、ウェハ１が加熱冷却部１４に対して相対的に回転する。
【００２３】
液体充填部１２は、加熱冷却部１４の平面１４ａと、ウェハ１の一面１ａとの間の隙間Ａ（後述）に、液体１３を充填するためのものである。ここで、液体１３とは、ウェハ１を洗浄するために使用されるあらゆる薬品、あらゆる溶剤及び純水の総称である（後述する実施の形態２，３における液体１６，１９についても同様とする）。
【００２４】
加熱冷却部１４は、少なくとも１つの平面１４ａを有し、この平面１４ａを加熱あるいは冷却する機能を有するものである。加熱冷却部１４は、該平面１４ａとウェハ１の一面１ａとが対向するように、且つ、該平面１４ａとウェハ１の一面１ａとの間に所定の隙間Ａを設けて配置されている。この隙間Ａの長さは、０．２ｍｍ〜３ｍｍの範囲で設定されている。また、加熱冷却部１４の中央には、垂直方向に貫通する貫通穴１４ｂが設けられ、この貫通穴１４ｂに上記液体充填部１２が配置されている。また、加熱冷却部１４は、ウェハ１のウェハ保持部１０側に配置されている。すなわち、ウェハ保持部１０側にあるウェハ一面１ａに対して温度制御された液体１３が供給される。
【００２５】
図４に示すように、加熱冷却部１４の平面１４ａには、中心部から外周部に向かって放射状に延びる複数の凹部（溝部）からなるパターン１４ｃが形成されている。このパターン１４ｃにより同心円状での温度の均一性を向上させることができる。
また、上記パターン１４ｃの代わりに、図５に示すように、斑点状の凹部からなるパターン１４ｄであってもよい。このパターン１４ｃにより液体の攪拌を促進して、温度の均一性を向上させることができる。
【００２６】
次に、上記洗浄装置の動作、すなわちウェハの洗浄方法について説明する。
先ず、ウェハ保持部１０に設けられたチャックピン１１によって、ウェハ１を保持する。
次に、ウェハ保持部１０を回転動作させることによって、ウェハ１を所定の速度で回転させる。
【００２７】
そして、液体充填部１２から液体１３を供給して、加熱冷却部１４の平面１４ａとウェハ１の一面１ａとの間の隙間Ａに液体１３を必要量充填する。ここで、必要量とは、この隙間Ａを埋め尽くし、且つこの隙間Ａからこぼれない適量を意味する。
【００２８】
次に、加熱冷却部１４の加熱（あるいは冷却）により、隙間Ａに充填された液体１３を介して、液体１３と接するウェハ一面１ａの温度（以下「接液表面温度」という。）を所定の温度に加熱（あるいは冷却）する。ここで、加熱冷却部１４とウェハ１との隙間Ａは上述のように微小の長さであり、この隙間Ａに充填された液体１３は熱伝導率が高いため、液体１３は加熱冷却部１４にて瞬時に加熱（あるいは冷却）され、ウェハ１の接液表面温度はすぐに所定の温度（例えば、８０℃）に到達する。
そして、所定の接液表面温度でウェハ１（一面１ａ）の洗浄処理を実行する。
【００２９】
ウェハ１の洗浄処理終了後、液体１３を廃棄する。すなわち、液体１３は使い捨てとし、洗浄処理ごとに新しい液体１３を充填する。これは、本実施の形態１では隙間Ａに僅かな量の液体１３を充填するだけであり、従来の液体５３を連続的に大量に供給する場合に比べて液体使用量が少ないためである。
【００３０】
以上説明したように、本実施の形態１では、ウェハ１の一面１ａと加熱冷却部１４の平面１４ａとの間に隙間Ａを設けるように、ウェハ１と加熱冷却部１４とを対向させて配置した。そして、この隙間Ａに液体充填部１２を用いて液体１３を充填し、この充填した液体１３を加熱冷却部１４によって加熱もしくは冷却することにより、所定の接液表面温度でウェハ１を洗浄するようにした。また、洗浄処理後の液体１３を廃棄するようにした。
【００３１】
本実施の形態１によれば、洗浄処理ごとに新しい液体１３を充填して、加熱冷却部１４により洗浄処理時に加熱冷却を行うため、常に安定した洗浄処理を行うことができる。つまり、それぞれの洗浄工程に対して、液体の使用限界を見極めた上で余裕を持った寿命を設定するという手間のかかる作業をすることなく、高い洗浄性能を維持し安定させることができる。
また、液体１３を使い捨てにすることによって、回収タンク、ポンプ、ヒータ（冷熱器）、フィルタを使用した大掛かりな循環回路（図示せず）を構成する必要がなくなる。新液供給回路（図示せず）の大きさは循環回路に比べて非常に小さい為、従来循環回路を設置していたスペースに複数の新液供給回路を設置することができる。すなわち、多数種の新液（新しい液体）の中から所望の液体を選択可能となる。また、加熱冷却部１４によって所望の温度に加熱あるいは冷却可能である。従って、液種及び温度設定の自由度が高くなり、適用範囲の広い洗浄装置を実現することができる。
【００３２】
また、ウェハ１と接するチャックピン１１は熱伝導率が低く、ウェハ１とチャックピン１１との接触面積も小さい。そして、ウェハ１の温度分布を悪くするような部材、すなわち温度容量を有する部材が、ウェハ１と接していない。よって、隙間Ａに充填された液体１３を加熱冷却部１４により瞬時に加熱もしくは冷却して、短時間で所望の接液表面温度に到達することができる。従って、洗浄プロセスを安定させることができ、スループットを向上させることができる。
【００３３】
実施の形態２．
図２は、本発明の実施の形態２による洗浄装置を説明するための断面図である。
図２において、参照符号１はウェハ、１０はウェハ保持機構、１１はチャックピン、１２は第１の液体充填部、１３は第１の液体、１４は第１の加熱冷却部、１５は第２の液体充填部、１６は第２の液体、１７は第２の加熱冷却部を示している。
前述した実施の形態１による洗浄装置は、液体充填部１２と加熱冷却部１４とをそれぞれ１つずつ備えていた。図２に示す本実施の形態２による洗浄装置は、２つの液体充填部１２，１５と２つの加熱冷却部１４，１７とを備えている。
【００３４】
以下、前述した実施の形態１で説明した部位については、同一の符号を付してその説明を省略する。
図２において、第２の液体充填部１５は、第２の加熱冷却部１７の平面１７ａと、ウェハ１の他面１ｂとの間の隙間Ｂ（後述）に、第１の液体１３とは異なる種類の第２の液体１６を充填するためのものである。
【００３５】
第２の加熱冷却部１７は、少なくとも１つの平面１７ａを有し、この平面１７ａを加熱あるいは冷却する機能を有するものである。第２の加熱冷却部１７は、該平面１７ａとウェハ１の他面１ｂとが対向するように、且つ該平面１７ａとウェハ１の他面１ｂとの間に所定の隙間Ｂを設けて対向配置されている。この隙間Ｂの長さは、隙間Ａと同様に、０．２ｍｍ〜３ｍｍの範囲で設定されている。また、第２の加熱冷却部１７の中央には、垂直方向に貫通する貫通穴１７ｂが設けられ、この貫通穴１７ｂに上記第２の液体充填部１５が配置されている。また、第２の加熱冷却部１７の平面１７ａにも、前述したパターン１４ｂ，１４ｃ（図４，５参照）が形成されている。
【００３６】
次に、上記洗浄装置の動作について説明する。
先ず、前述した実施の形態１と同様に、ウェハ１をチャックピン１１で保持して、ウェハ１を所定の速度で回転させる。
【００３７】
次に、第１の液体充填部１２から第１の液体１３を供給して、第１の加熱冷却部１４の平面１４ａとウェハ１の一面１ａとの間の隙間Ａに第１の液体１３を必要量充填する。
これと同時に、第２の液体充填部１５から第２の液体１６を供給して、第２の加熱冷却部１７の平面１７ａとウェハ１の他面１ｂとの間の隙間Ｂに第２の液体１６を必要量充填する。
【００３８】
次に、第１の加熱冷却部１４の加熱（あるいは冷却）により、隙間Ａに充填された第１の液体１３を介して、第１の液体１３と接するウェハ１の一面１ａの温度を所定の温度（第１の接液表面温度）に加熱（あるいは冷却）する。そして、第１の接液表面温度でウェハ１の一面１ａの洗浄処理を実行する。
これと同時に、第２の加熱冷却部１７の加熱（あるいは冷却）により、隙間Ｂに充填された第２の液体１６を介して、第２の液体１６と接するウェハ１の他面１ｂの温度を所定の温度（第２の接液表面温度）に加熱（あるいは冷却）する。そして、第２の接液表面温度でウェハ１の他面１ｂの洗浄処理を実行する。この時、第２の接液表面温度は、すぐに設定温度に到達する。
【００３９】
ウェハ１（一面１ａおよび他面１ｂ）の洗浄処理終了後、第１の液体１３および第２の液体１６を廃棄する。
【００４０】
以上説明したように、本実施の形態２では、実施の形態１による洗浄装置において、ウェハ１の他面１ｂ側に液体充填部１５と加熱冷却部１７とをさらに設けた。ここで、第１の液体１３と、第２の液体１６とは、ウェハ１により完全に分離されているため混合されない。
これにより、実施の形態１による効果に加えて、ウェハ１の一面１ａと他面１ｂのそれぞれで、独立した温度条件ならびに液体で異なる洗浄処理を同時に行うことができる。よって、洗浄処理能力を大幅に向上させることができる。
【００４１】
なお、本実施の形態２では、第１の液体１３と第２の液体１７とは異なる種類の液体としたが、同じ種類の液体を用いてもよい。また、第１の接液表面温度と第２の接液表面温度とが同じ温度でもよい。
また、本実施の形態２では、隙間Ａと隙間Ｂとを同じ長さとしたが、それぞれ異なる長さとしてもよい。
【００４２】
実施の形態３．
図３は、本発明の実施の形態３による洗浄装置を説明するための断面図である。
前述した実施の形態２では、ウェハ１の一面１ａと他面１ｂそれぞれで、独立した温度条件あるいは分離された液体により異なる洗浄処理を同時に施すために、液体充填部及び加熱冷却部をそれぞれ２組設けた。本実施の形態３では、ウェハ１の熱伝導率の高さを利用して、一面１ａと他面１ｂの温度条件が近い洗浄処理に限定した上で、分離された液体により異なる洗浄処理を同時に施すことができるように、図２に示した実施の形態２による洗浄装置の構造を簡素化したものである。具体的には、図３に示す本実施の形態３による洗浄装置は、実施の形態２による洗浄装置から第２の液体充填部１５と第２の加熱冷却部１７を除き、第２の液体１９を供給する液体供給部１８を設けたものである。
【００４３】
次に、本実施の形態３による洗浄装置の動作について説明する。
隙間Ａに第１の液体１３を充填するまでは、実施の形態２の動作と同じである。
次に、図３に示すように、液体供給部１８から、ウェハ１の他面１ｂに第２の液体１９を均一に供給する。
次に、実施の形態２と同様にして、第１の加熱冷却部１４の加熱（あるいは冷却）により、隙間Ａに充填された液体１３を介して、ウェハ１の一面１ａを第１の接液表面温度に加熱する。ここで、ウェハ１は熱伝導率が高いため、液体１９と接するウェハ１の他面１ｂの第２の接液表面温度は、上記第１の接液表面温度に近い温度まですぐに到達する。
そして、ウェハ１（一面１ａおよび他面１ｂ）の洗浄処理終了後、第１の液体１３および第２の液体１９を廃棄する。
【００４４】
以上説明したように、本実施の形態３では、前述した実施の形態１の効果に加えて、ウェハ一面１ａの接液表面温度とウェハ他面１ｂの接液表面温度との温度差が小さい場合に、実施の形態２よりも簡単な構造で実施の形態２と同様の効果が得られる。
【００４５】
実施の形態４．
図６は、本発明の実施の形態４による洗浄装置を説明するための断面図である。
本実施の形態４では、前述した実施の形態１による洗浄装置に、加熱冷却部１４の平面１４ａを振動させる振動機構を設けた。
【００４６】
図６において、参照符号２０ａは外部から所定の電圧が印加されると振動する振動子、２０ｂは振動子２０ａの振動を振動板（後述）に伝達する振動伝達液、２０ｃは振動子２０ａから振動伝達液２０ｂを介して伝達された振動により加熱冷却部１４の平面１４ａを振動させる振動板を示している。また、振動子２０ａ、振動伝達液２０ｂおよび振動板２０ｃからなる振動機構は、加熱冷却部１４内に設けられている。
ウェハ１が加熱冷却部１４に対して相対的に回転することにより、隙間Ａに充填された液体１３をウェハ１の一面１ａ上で攪拌している状態で、外部から振動子２０ａに所定の電圧を印加する。この電圧印加により振動子２０ａが振動を発生し、その振動が振動伝達液２０ｂを介して振動板２０ｃに伝わり、振動子２０ｃが加熱冷却部１４の平面１４ａを振動させる。
【００４７】
以上説明した実施の形態４によれば、実施の形態１の効果に加えて、ウェハ１の一面１ａにおける液体１３の攪拌を促進して、液体１３の温度の均一性を向上させることができる。従って、さらに洗浄性能を安定させることができる。
【００４８】
なお、本実施の形態４による振動機構は、前述した実施の形態２，３の加熱冷却部１４，１７に対しても適用可能である。
【００４９】
【発明の効果】
本発明によれば、液体の寿命設定作業をすることなく、高い洗浄性能を維持し安定させることができる。また、本発明によれば、液種及び温度設定の自由度が高く、適用範囲の広い洗浄装置を得ることができる。
【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断面図である。
【図２】本発明の実施の形態２による洗浄装置を説明するための断面図である。
【図３】本発明の実施の形態３による洗浄装置を説明するための断面図である。
【図４】加熱冷却部の平面に設けられたパターンの第１の例を示す平面図である。
【図５】加熱冷却部の平面に設けられたパターンの第２の例を示す平面図である。
【図６】本発明の実施の形態４による洗浄装置を説明するための断面図である。
【図７】従来の洗浄装置を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１ 基板（ウェハ）、 １０ ウェハ保持部、 １１ チャックピン、 １２第１の液体充填部、 １３ 第１の液体、 １４ 第１の加熱冷却部、 １４ｂ 貫通穴、 １４ｃ，１４ｄ パターン、 １５ 第２の液体充填部、 １６第２の液体、 １７ 第２の加熱冷却部、 １７ｂ 貫通穴、 １８ 液体供給部、 １９ 第２の液体、 ２０ａ 振動子、 ２０ｂ 振動伝達液、 ２０ｃ 振動板。
Claims (9)
- 基板の側縁部を保持する基板保持部と、
表面が前記基板の一面と対向し、且つ、該表面と該一面との間に所定の第１の隙間を設けるように配置された第１の加熱冷却部であって、該表面を加熱あるいは冷却する第１の加熱冷却部と、
前記第１の隙間に第１の洗浄液を充填する第１の洗浄液充填部と、
を備えたことを特徴とする洗浄装置。 - 請求項１に記載の洗浄装置において、
表面が前記基板の他面と対向し、且つ、該表面と該他面との間に所定の第２の隙間を設けるように配置された第２の加熱冷却部であって、該表面を加熱あるいは冷却する第２の加熱冷却部と、
前記第２の隙間に第２の洗浄液を充填する第２の洗浄液充填部と、
をさらに備えたことを特徴とする洗浄装置。 - 請求項１に記載の洗浄装置において、
前記基板の他面上に第２の洗浄液を供給する洗浄液供給部をさらに備えたことを特徴とする洗浄装置。 - 請求項１から３の何れかに記載の洗浄装置において、
前記基板保持部は、前記基板の中心部を中心にして回転するとともに、前記基板を回転させることを特徴とする洗浄装置。 - 請求項１から４の何れかに記載の洗浄装置において、
前記第１又は第２の加熱冷却部は、表面に複数の凹部を有することを特徴とする洗浄装置。 - 請求項１から５の何れかに記載の洗浄装置において、
前記第１又は第２の加熱冷却部の表面を振動させる機構をさらに備えたことを特徴とする洗浄装置。 - 請求項１から６の何れかに記載の洗浄装置において、
前記基板保持部は、熱伝導率が低い複数のチャックピンであり、
前記基板は、熱容量を有する部材と接していないことを特徴とする洗浄装置。 - 基板を洗浄液で洗浄する方法であって、
基板の一面および他面を、独立した温度条件あるいは分離された洗浄液でそれぞれ同時に洗浄する工程を含むことを特徴とする基板の洗浄方法。 - 請求項１に記載の洗浄装置を用いて基板を洗浄する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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