JP2004200419A - ウエハ清浄装置および清浄機能を有する塗布装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウエハ表面の有機汚染物質を効率よく除去する清浄装置を提供する。
【解決手段】ウエハ清浄装置は、ウエハを保持する保持部と、ウエハ上にオゾンガスを供給するオゾン発生器と、オゾンガスによるウエハ洗浄中に、ウエハを室温以下に冷却する冷却手段と、オゾンガスによる洗浄後に、ウエハを室温に戻す温度回復部とを備える。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、広くは半導体製造装置に関し、特に、ウエハ表面を清浄化する清浄装置と、このような清浄装置を一体的に組み込んだ塗布装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子の高集積化にともなってパターンの微細化が進むにつれ、ウエハ上に塗布されたレジスト膜の欠陥に起因する歩留まりの低下が問題となっている。レジスト膜の欠陥には、たとえば、塗布ムラやレジストパターンの剥がれ等があり、これらの欠陥を防止するために、レジスト膜の密着性の向上と、レジスト処理に先立つウエハ表面の洗浄が重要な課題になってきている。
【０００３】
ウエハ上に有機系の汚染物質が存在する状態でレジスト膜を塗布すると、有機物質がレジストをはじいて濡れ性を低下させ、レジスト剥離の原因となる。このため、レジスト膜の塗布に先立って、効率よくウエハ表面の有機汚染物質を除去して表面を清浄化する必要がある。
【０００４】
ウエハ表面の有機物の汚染除去には、従来アッシャや薬液による洗浄が行われていた。しかし、アッシャによる洗浄は、高エネルギーのイオンをウエハ表面に衝突させるため、基板へのダメージが大きい。一方、薬液による洗浄は、ウエハ上に金属配線パターンがある場合、薬液により金属そのものが溶融してしまうので、適用範囲が極めて限定される。また、酸、アルカリなどの溶液への浸漬とすすぎを繰り返すので処理時間が長い。さらに、廃液処理や環境汚染の面から、使用後の薬液処理の負荷が高い。
【０００５】
一方、ウエハをオゾン雰囲気にさらすとともに、３００℃程度の高温処理を行うことにより、ウエハ表面の有機系の汚染を除去する方法が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平５−２２６４８２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ウエハへのダメージと処理の負荷を最小限に抑制し、効率よくウエハ表面の有機系汚染物質を除去することのできる清浄装置を提供することを目的とする。
【０００８】
また、このような清浄装置を一体的に組み込んだ塗布装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、基本的に、オゾンガスを用いたドライ処理による清浄方法を採用する。オゾン水では乾燥やさびの問題が生じ、塗布装置に組み込みにくいが、ドライ処理では、洗浄に引き続く成膜、エッチング工程との整合性に優れ、塗布装置への組み込みが容易である。
【００１０】
オゾンガスによる有機物質除去の効率を高めるために、本発明の清浄装置は冷却機構を導入する。オゾンガスによる有機物除去中に、ウエハを室温以下に冷却することにより、ウエハ表面近傍でオゾン含有雰囲気の気体密度が増大し、反応性が高まる。また、低温であるほどオゾンが活性である時間は長いため、ウエハ等の洗浄対象物の表面に付着した有機物との反応機会が増大し、洗浄効率が高まる。したがって、オゾンの安定化を防止して活性状態を維持するという観点からも低温処理が望ましい。なお、オゾンは本来反応性が高く、低温で十分に有機物と反応する。
【００１１】
反応した有機物は、二酸化炭素（ＣＯ₂ ）などの気体となって、ウエハ表面から除去される。このような洗浄技術は、ウエハの洗浄に限定されず、任意の洗浄対象物の洗浄に適用することができる。ただし、塗布膜形成など、次工程での処理が予定されている対象物（たとえばウエハ）を洗浄する場合は、洗浄された対象物表面での結露等を防止するために、洗浄後に室温に回復する手段を設ける。
【００１２】
具体的には、本発明の第１の側面では、任意の洗浄対象物の表面を清浄化する清浄装置を提供する。この清浄装置は、洗浄対象物を保持する保持部と、洗浄対象物上にオゾンガスを供給するオゾン発生器と、オゾンガスによる洗浄対象物の洗浄中に、この洗浄対象物を室温以下に冷却する冷却手段とを備える。
【００１３】
このような清浄装置によれば、洗浄対象物表面でのオゾン密度を増大させるとともに、オゾンを活性状態に維持し、効率よく洗浄することができる。
【００１４】
本発明の第２の側面では、ウエハ清浄装置を提供する。ウエハ清浄装置は、ウエハを保持する保持部と、ウエハ上にオゾンガスを供給するオゾン発生器と、オゾンガスによるウエハ洗浄中にウエハを室温以下に冷却する冷却手段と、オゾンガスによる洗浄後にウエハを室温に戻すための温度回復部とを備える。
【００１５】
このウエハ清浄装置は、ウエハ表面に付着した有機汚染物質を効率的に除去できるとともに、洗浄後の結露を防止し、ウエハ表面の濡れ性を高めることができる。
【００１６】
本発明の第３の側面では、ウエハ清浄装置は、ウエハ表面を室温以下で清浄化する洗浄室と、洗浄室にオゾンガスを供給するオゾン発生部と、洗浄室で清浄化されたウエハを室温に回復する温度回復室とを備え、洗浄室は、オゾンガスによるウエハ洗浄中にウエハを室温以下に冷却する冷却手段を有し、温度回復室は乾燥雰囲気にあることを特徴とする。
【００１７】
このウエハ清浄装置は、洗浄室と温度回復室を個別に設け、乾燥雰囲気中でウエハを室温に回復する。この構成により、室温への回復を速やかに行い、ウエハ表面での結露を防止する。
【００１８】
本発明の第４の側面では、上述した清浄装置を一体的に組み込んだ塗布装置を提供する。塗布装置は、基板上に塗布膜を形成する塗布ユニットと、塗布膜の形成に先立ち基板表面を清浄化する前処理ユニットとを備え、前処理ユニットは、基板を保持する保持部と、基板上にオゾンガスを供給するオゾン発生器と、オゾンガスによる基板洗浄中に基板を室温以下に冷却する冷却手段と、オゾンガスによる洗浄後に基板を室温に戻す温度回復器とを備える。
【００１９】
塗布ユニットは、レジスト膜、層間絶縁膜（有機ＳＯＧ）などの塗布膜を基板上に形成する。前処理ユニットは、塗布膜の形成に先立って、基板を室温以下に冷却しつつ、オゾンガスにより基板表面の有機汚染物質を効率的に除去する。洗浄後に基板を室温に回復することにより、基板表面のぬれ性を高め、すみやかに塗布ユニットでの塗布膜形成処理に移行することができる。
【００２０】
好ましくは、前処理ユニットは、ウエハ洗浄後にウエハ上に乾燥空気または窒素ガスを供給する乾燥手段を有する。温度回復器の乾燥手段を組み合わせることにより、より効果的にウエハ上の結露を防止しつつ、ウエハを室温に回復することができる。
【００２１】
本発明のその他の構成、特徴については、以下で図面を参照して述べる詳細な説明によりいっそう明確になる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態に係るウエハ清浄装置１０の上面図である。ウエハ清浄装置１０は、ウエハ２５の表面を室温以下で清浄化する洗浄室１１と、洗浄室１１にオゾンガスを供給するオゾン発生器１５と、洗浄室で低温洗浄されたウエハ２５を室温に回復する温度回復室１２とを備える。
【００２３】
洗浄室１１は、ウエハ２５を保持するプレート１３と、ウエハ２を室温以下に冷却する冷却装置（図１では不図示）を有する。図１の例では、プレート１３は金属などの導電性の高い素材で形成され、冷却装置に接続されて直接ウエハを冷却する冷却プレート１３として機能する。
【００２４】
温度回復室１２は、室温以下で洗浄されたウエハ２５を室温に回復するための温度回復プレート１４を有する。温度回復プレート１４は、図１では図示しないが、加熱器あるいは温度調整器に接続されてもよい。
【００２５】
洗浄室１１と温度回復室１２とは、第１シャッター２１により仕切られ、第１ロボットアーム１７が、洗浄室１１と温度回復室１２の間でウエハ２５を搬送する。洗浄室１１および温度回復室１２は、それぞれガス導入口１８、１９を有する。
【００２６】
オゾン発生器１５は洗浄室１１にオゾンガスを供給し、オゾンガスによりウエハ２５の表面に付着した有機汚染物質を除去する。オゾンによる有機物除去が行われる間、ウエハ２５は冷却プレート１３により室温以下に冷却されている。
【００２７】
オゾン発生器１５としては、任意の装置を用いることができるが、たとえば図３に示す構成を採用する。図３のオゾン発生器１５は、原料ガスである酸素の導入量を調整する流量計４２と、放電によりオゾンを生成する放電プレート４３と、排気を調整するバルブ４１と、発生したオゾンおよび酸素を洗浄室１１へ供給する供給ポート４５を有する。
【００２８】
ウエハ２５が冷却プレート１３上に配置されている状態では、オゾンガス（実際にはオゾンと酸素の混合気体）は洗浄室１１へ流れ続けるが、その前後のウエハ搬送中には、必ずしもオゾンガスを供給し続ける必要はない。ウエハ洗浄の前後でオゾンガスの供給を一時中断する場合は、図１に示すガス導入ポート１８から洗浄室１１内に乾燥空気あるいは窒素ガスを供給して、冷却プレート１３への結露を防止する構成とするのが望ましい。同様に、温度回復室１２のガス導入ポート１９からも、乾燥空気あるいは窒素ガスを供給して、温度回復室１２を乾燥雰囲気に維持する構成としてもよい。また、洗浄室１１は、ウエハ洗浄中は第１シャッター２１により密閉されており、洗浄中は減圧雰囲気としてもよい。
【００２９】
図２は、図１に示すウエハ清浄装置１０を用いたウエハの洗浄動作を説明するための図である。図２（ａ）は上面図、図２（ｂ）は側面図である。なお、図示の便宜上、ハウジングは透明であると仮定する。
【００３０】
まず、ウエハ清浄装置１０をカセット置き場３０に隣接して設置する。カセット置き場３０のウエハカセット３１には、洗浄対象物であるウエハがセットされている。図２（ｂ）に示すように、ウエハカセット３１は上下駆動機構（不図示）により上下可能である。
【００３１】
第２シャッター２２が開いて、第２ロボットアーム３２が処理対象であるウエハ２５を温度回復プレート１４上に搬送する。第２シャッターが閉まり、第１シャッター２１が開いて、第１ロボットアーム１７がウエハ２５を冷却プレート１３上に搬送する。第１シャッター２１が閉まり、たとえば数分〜５分程度、５℃に冷却された状態でウエハ２５をオゾン雰囲気にさらす。
【００３２】
図２（ｂ）の例では、冷却装置としてチラー２０が冷却プレート１３に接続され、チラー２０とプレート３０とで冷却手段を構成している。チラー２０を用いた場合、冷水などの冷媒が、冷却プレート１３の溝あるいはパイプ（不図示）内を循環して冷却プレート１３を冷却する。この間、洗浄室１１内にはオゾン発生器１５からオゾンガス（正確にはオゾンと酸素の混合気体）が供給されている。
【００３３】
洗浄が終了すると、第１シャッター２１が開き、第１ロボットアーム１７が処理済みのウエハ２５を、温度回復プレート１４上に搬送する。第１シャッター２１が閉まり、温度回復プレート１４上にウエハ２５を約３０秒搭載して、ウエハ２５を室温に戻す。図２（ｂ）の例では、温度回復プレート１４に温度調整器２６が接続されており、温度回復プレート１４を適正な温度に維持している。その後、第２シャッター２２が開き、第２ロボットアーム３２がウエハ２５をウエハカセット３１に戻す。
【００３４】
２枚目以降のウエハの処理では、ウエハカセット３１がウエハ１枚分ずつ下降し、上述した動作を繰り返す。
【００３５】
ウエハ清浄装置１０を用いると、ウエハ２５の表面近傍でのオゾン密度が増大し、かつオゾンが活性状態に維持される。オゾンと有機汚染物質との反応頻度が高まり、洗浄時間はウエハの汚れにもよるが、数分〜５分程度で済む。結露防止のための温度回復も数十秒程度であり、洗浄処理の効率が向上する。
【００３６】
なお、図２の例では、カセット置き場３０をウエハ清浄装置１０の室温回復室１２に隣接して配置したが、カセット置き場の位置は任意であり、ウエハを冷却プレート上に搬送できる位置であればよい。
【００３７】
図４は、冷却手段としてペルチェ素子を用いた構成例を示す図である。図４（ａ）の例では、冷却プレート１３にペルチェ素子５１が一体的に組み込まれ、ペルチェ素子５１の底面に放熱板５２が取り付けられる。ペルチェ素子５１は電源５３に接続され、電源５３から、ペルチェ素子５１が吸熱反応を起こす方向に電流が供給される。ウエハ２５から吸収した熱は、放熱板５２を介して洗浄室１１の外部へ放熱される。
【００３８】
ペルチェ素子５１を用いた場合は、チラー２０よりも冷却効果が高く、ウエハ温度を２〜５℃程度に冷却することができる。逆に言えば、チラー２０を用いたときよりも、乾燥雰囲気での温度回復処理の必要性が高い。ペルチェ素子５１で冷却した場合は、ガス導入口１９から温度回復室１２内へ乾燥空気あるいは窒素ガスを導入しつつ、温度調整器２６で温度回復プレート１４の温度調節を行うことによって、結露を防止しつつ、すみやかに室温に回復する。
【００３９】
また、図示はしないが、液化ガスによる冷却を行ってもよい。この場合、冷却手段として、図２（ｂ）のチラー２０に代えて、液化ガス供給タンクを設置し、冷却プレート１３内部に設けたパイプあるいは溝に液化ガスを供給する。液化ガスを用いる場合も、チラー２０に比較して冷却効果が高く、温度回復室１２において、乾燥雰囲気中での温度回復が望ましい。
【００４０】
このような洗浄処理はウエハの洗浄に限定されず、有機汚染物質が付着する任意の物体の洗浄に適用することができる。
【００４１】
図５は、上述したウエハ清浄装置を一体的に組み込んだレジスト塗布装置６０の構成図である。レジスト塗布装置６０は、ウエハ２５上にレジスト膜を形成する塗布ユニット８０と、レジスト膜の形成に先立ってウエハ２５の表面を清浄化する前処理ユニット７０とを備える。前処理ユニット７０は、ウエハ２５を保持するプレート１３と、ウエハ２５上にオゾンガスを供給するオゾン発生器１５と、オゾンガスによるウエハ洗浄中にウエハを室温以下に冷却する冷却手段（たとえばチラー２０、ペルチェ素子５１、液化ガスなど）と、オゾンガスによる洗浄後にウエハを室温に戻す温度回復プレート１４とを備える。図５の例では、導電性の高い（たとえば銅製の）プレート１３に冷却装置を接続して、冷却プレート１３として用いている。
【００４２】
塗布ユニット８０は、レジスト塗布スピンナー８１と、表面活性処理室８３と、ホットプレート８５と、第２ロボットアーム９１を有する。ロボットアーム９１は、図５において両方向矢印で示すようにスライド移動可能であり、前処理ユニット７０、ウエハカセット３１、塗布ユニット８０の間でウエハ２５を搬送する。
【００４３】
レジスト塗布装置６９の動作は以下のとおりである。前処理ユニット７０の第２シャッター２２が開き、第２ロボットアーム９１がカセット置き場３０のウエハカセット３１から処理対象のウエハ２５を取り出し、室温回復プレート１４上に搬送する。第２シャッター２２が閉まり、第１シャッター２１が開いて、第１ロボットアーム１７がウエハ２５を冷却プレート１３上に搬送する。第１シャッター２１が閉まり、ウエハ２５を５℃程度に冷却した状態で、オゾン発生器１５からウエハ２５上にオゾンガスを供給し、ウエハ２５を約５分間オゾン雰囲気にさらして表面洗浄する。
【００４４】
洗浄が済むと、第１シャッター２１が開き、第１ロボットアーム１７がウエハ２５を温度回復プレート１４上に搬送する。第１シャッター２１が閉まり、ウエハ２５を３０秒程度、温度回復プレート１４に保持して、室温に戻す。温度回復プレートは温度調整器２６（図２参照）などにより多少加熱しておいてもよい。また、温度回復中は、ウエハ２５上に乾燥空気または窒素ガスを供給するのが望ましい。
【００４５】
室温に回復後、第２シャッター２２が開き、第２ロボットアーム９１により、ウエハ２５を塗布ユニット８０の表面活性処理室８３に搬送する。この時点で、ウエハ２５上に水分はほとんど付着していない。搬送後、第２シャッター２２は閉じられる。
【００４６】
塗布ユニット８０の表面活性処理室８３において、ウエハ２５の密着性を高めるために、ウエハ２５の表面に表面活性剤であるＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラン）を通常の方法で噴霧する。第２ロボットアーム９１で、ＨＭＤＳが噴霧されたウエハ２５をレジスト塗布スピンナー８１上に搬送する。ウエハ２５を回転（スピン）させ、図示しないノズルから滴下されるレジストをウエハ２５全面に拡げて塗布する。
【００４７】
レジスト塗布後、ウエハ２５を第２ロボットアーム９１によりホットプレート８５に搬送し、約１分程度ベークしてレジストを固化する。
【００４８】
その後、図示はしないが、フォトリソグラフィーによりレジストを露光、現像してマスクパターンを形成し、このレジストマスクを用いて、下層をパターニングする。
【００４９】
前処理ユニット７０は、ドライ処理によりウエハ２５の表面に付着した有機汚染物質を除去するので、塗布ユニット８０との一体組み込みが容易である。また、オゾンガスの供給とウエハの冷却を組み合わせることにより、ウエハ表面近傍でのオゾン密度を高め、かつオゾンを活性状態に維持するので、有機物除去効率が向上する。洗浄後、ウエハ２５を乾燥雰囲気中で室温に回復するので、そのまま、塗布ユニット８０における密着性強化処理（表面活性処理）に移行することができる。
【００５０】
図５では、レジスト塗布を一例にとって説明したが、これに限定されず、有機ＳＯＧ膜、無機ＳＯＧ膜など、任意の塗布膜の形成に先立つ前処理（洗浄処理）に適用できる。
【００５１】
最後に、以上の説明に関して、以下の付記を開示する。
（付記１） 洗浄対象物を保持する保持部と、洗浄対象物上にオゾンガスを供給するオゾン発生器と、オゾンガスによる洗浄対象物の洗浄中に、洗浄対象物を室温以下に冷却する冷却手段とを備える清浄装置。
（付記２） ウエハを保持する保持部と、ウエハ上にオゾンガスを供給するオゾン発生器と、オゾンガスによるウエハ洗浄中にウエハを室温以下に冷却する冷却手段と、オゾンガスによる洗浄後にウエハを室温に戻す温度回復部とを備えるウエハ清浄装置。
（付記３） ウエハ表面を室温以下で清浄化する洗浄室と、洗浄室にオゾンガスを供給するオゾン発生部と、洗浄室で清浄化されたウエハを室温に回復する温度回復室とを備え、洗浄室は、オゾンガスによるウエハ洗浄中にウエハを室温以下に冷却する冷却手段を有し、温度回復室は、乾燥雰囲気にあることを特徴とするウエハ清浄装置。
（付記４) 温度回復室は、乾燥空気または窒素ガスを導入するガス導入口を有することを特徴とする付記３に記載のウエハ洗浄装置。
（付記５） 冷却手段は、チラー、ペルチェ素子、液化ガスのいずれかを用いることを特徴とする付記３に記載のウエハ清浄装置。
（付記６） 前記洗浄室と温度回復室との間に、密閉シャッターをさらに備えることを特徴とする付記３に記載のウエハ洗浄装置。
（付記７） 前記洗浄室と温度回復室の間でウエハを搬送する搬送手段をさらに備えることを特徴とする付記３に記載のウエハ洗浄装置。
（付記８） 基板上に塗布膜を形成する塗布ユニットと、塗布膜の形成に先立って基板表面を清浄化する前処理ユニットとを備え、前処理ユニットは、基板を保持する保持部と、基板上にオゾンガスを供給するオゾン発生器と、オゾンガスによる基板洗浄中に基板を室温以下に冷却する冷却器と、オゾンガスによる洗浄後に基板を室温に戻す温度回復器とを備えることを特徴とする塗布装置。
（付記９） 前処理ユニットは、基板の洗浄後に、基板上に乾燥空気または窒素ガスを供給する乾燥手段をさらに有することを特徴とする付記８に記載の塗布装置。
（付記１０）室温に回復された基板を、塗布ユニットに搬送する搬送手段をさらに備えることを特徴とする付記８に記載の塗布装置。
【００５２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、ウエハ表面で単位面積あたりのオゾン密度を上げ、ウエハ表面の有機物の除去効率を高めることができる。
【００５３】
また、効率よく有機汚染物を除去するとともに、表面結露を防止することによって、ウエハ表面の濡れ性、密着性を向上させ、塗布ムラや塗布膜の剥がれを防止することができる。
【００５４】
さらに、ひとつの装置内で、洗浄と塗布膜の形成を一連の流れとして行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る清浄装置の上面図である。
【図２】図１に示す清浄装置を用いたウエハ清浄動作を説明するための図である。
【図３】図１の清浄装置で用いるオゾン発生器の一例を示す図である。
【図４】冷却器としてペルチェ素子を用いた構成例を示す図である。
【図５】図１の清浄装置を前処理ユニットとして組み込んだレジスト塗布装置の上面図である。
【符号の説明】
１０ 清浄装置
１１ 洗浄室
１２ 温度回復室
１３ 冷却プレート（保持プレート）
１４ 温度回復プレート
１５ オゾン発生器
１７ 第１ロボットアーム
１８、１９ ガス導入口
２０ チラー（冷却器）
２１ 第１シャッター
２２ 第２シャッター
２５ ウエハ
２６ 温度調整器
３０ ウエハ置き場
３１ ウエハカセット
３２、９１ 第２ロボットアーム
５１ ペルチェ素子（冷却器）
５２ 放熱板
６０ レジスト塗布装置
７０ 洗浄ユニット
８０ 塗布ユニット

Claims (5)

1. 洗浄対象物を保持する保持部と、
   前記洗浄対象物上にオゾンガスを供給するオゾン発生器と、
   前記オゾンガスによる洗浄対象物の洗浄中に、当該洗浄対象物を室温以下に冷却する冷却手段と、
   を備える清浄装置。
2. ウエハを保持する保持部と、
   前記ウエハ上にオゾンガスを供給するオゾン発生器と、
   前記オゾンガスによるウエハ洗浄中に、当該ウエハを室温以下に冷却する冷却手段と、
   前記オゾンガスによる洗浄後に、前記ウエハを室温に戻す温度回復部と
   を備えるウエハ清浄装置。
3. ウエハ表面を室温以下で清浄化する洗浄室と、
   前記洗浄室にオゾンガスを供給するオゾン発生部と、
   前記洗浄室で清浄化されたウエハを、室温に回復する温度回復室と
   を備え、前記洗浄室は、
   前記オゾンガスによるウエハ洗浄中に、前記ウエハを室温以下に冷却する冷却手段を有し、
   前記温度回復室は乾燥雰囲気にあることを特徴とするウエハ清浄装置。
4. 基板上に塗布膜を形成する塗布ユニットと、
   前記塗布膜の形成に先立ち、前記基板表面を清浄化する前処理ユニットと、
   を備え、前記前処理ユニットは、
   前記基板を保持する保持部と、
   前記基板上にオゾンガスを供給するオゾン発生器と、
   前記オゾンガスによる基板洗浄中に、基板を室温以下に冷却する冷却手段と、
   前記オゾンガスによる洗浄後に、基板を室温に戻す温度回復器と
   を備えることを特徴とする塗布装置。
5. 前記前処理ユニットは、前記基板の洗浄後に、基板上に乾燥空気または窒素ガスを供給する乾燥手段をさらに有することを特徴とする請求項４に記載の塗布装置。

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