JP2004273530A - 洗浄装置およびその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェハ１に付着する微小なパ−ティクルを含むパ−ティクルを除去する洗浄装置および洗浄方法において、微小なパ−ティクルを含むパ−ティクルをウェハ外への排出能力を含む洗浄能力を洗浄面に一様にもたせ、ばらつきのない洗浄ができるようにする。
【解決手段】ポリウレタンより硬度の低いＰＶＡを主成分とする洗浄部材５の洗浄面に平均的直径が所定寸法の細孔を散在させ、洗浄液を供給しながらウェハ面に前記洗浄部材５の洗浄面を摺接し一様にスクラブ洗浄することによって、ウェハ面をキズを付けることやパ−ティクルを再付着させることなく、ウェハ面に付着する微小なパ−ティクルを含むパ−ティクル除去する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板や液晶パネルのガラス基板などの基板面に付着する微小なパ−ティクルを洗浄除去する洗浄装置およびその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、半導体基板であるウェハを洗浄する洗浄装置は、薬液浸漬式洗浄装置など種々提案されているが、半導体デバイスの高集積化に伴いウェハ表面に付着する微小なパ−ティクルの除去が重要な課題となった。このような微小なパ−ティクルを除去するには、ウェハ表面にブラシやスポンジなどを摺接させ物理的に除去するスクラブ洗浄方法が適用することが推奨されている。
【０００３】
しかしながら、サブミクロン以下、例えば１ミクロン以下のパ−ティクルを除去するとなると、ウェハ面から遊離することができても、再付着させることなくウェハ面外にパ−ティクルに取り出すことが非常に困難である。
【０００４】
図７は従来の一例である洗浄装置の概要を示す図である。上述した課題を解消する洗浄装置は、例えば、図７に示すように、ウェハ２１を保持し水平回転するスピンチャック２２と、表面に微細な孔が形成された発泡ポリウレタンからなる洗浄部材２５を貼付けた回転可能な洗浄具２６と、先端に洗浄具２６を有する昇降可能な揺動ア−ム２７と、ウェハ２１の被洗浄面に洗浄液を噴射する洗浄液ノズル２３と、非洗浄時に洗浄具２６を収納し洗浄具を収納する洗浄カップ２９とから構成されている。そして、比較的大きなパ−ティクルは一次洗浄装置で除去してから、この洗浄装置により０．１μｍ以下の微小なパ−ティクルを除去することを特徴としている。
【０００５】
図８は図７の洗浄装置による洗浄方法のメカニズムを説明するための図である。図７の洗浄部材２５は、研磨布として発泡ポリウレタンが用いられている。そして、ウェハ２１と接触する研磨布の接触面には発泡気泡による微細な孔ｈが形成されている。この細孔ｈのサイズは１０から２００μｍの範囲で研磨布に散在している。この研磨布ＣＬにウェハ２１を圧接させ、相対運動させると、ウェハ２１上のパ−ティクルＰは、研磨布の細孔ｈのエッジ部ｅにより掻き取られ、しかる後、細孔ｈの中に捕捉される。さらに、相対運動と洗浄水の侵入に伴ってパ−ティクルはウェハ２１外に押し出される。
【０００６】
また、この研磨布ＣＬの硬度は、従来のポリビニルアルコ−ル（以下ＰＶＡと記す）より硬度が高く、パ−ティクルＰを掻き取る力が大きくかつウェハ２１の面を損傷させることはない。このような洗浄方法でウェハ２１に付着するサブミクロンレベルのパ−ティクルに対して除去する（特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特許第３１１４１５６号公報（５−７頁、図１，図３）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述した洗浄方法では、比較的大きなパ−ティクルを除去する一次洗浄装置を必要とする欠点がある。また、研磨布に細孔が１０から２００μｍの範囲で洗浄面に散在している。そして、細孔が形成される洗浄面を、ＰＶＡより硬度の高いポリウレタン樹脂で製作している。このことは、パ−ティクルを掻き取る能力はあるものの、パ−ティクルをウェハ外に排出できるか否かに疑問が残る。
【０００９】
具体的に述べると、例えば、細孔が大きい場合は、パ−ティクルは掻き取られ細孔に捕捉されやすく洗浄水も供給されやすい。そして、供給された洗浄水の流れに乗ってウェハ外に排出されると言えるが、細孔が小さい場合は、剥離されたパ−ティクルが細孔に捕捉される確率が小さく、洗浄面とウェハ間に挟まれた状態になる。この場合、ポリウレタンのような硬度の高い研磨布ではウェハへの負荷は吸収されず、パ−ティクルはウェハ面に残り再付着する問題が生ずる。さらに、細孔に侵入する洗浄水量が少なく、ウェハ外にパ−ティクルを排出することが困難である。このことは、大きい細孔と小さい細孔とが散在する洗浄面をもつ洗浄部材においては、排出作用を含む洗浄能力にばらつきが生ずるという問題がある。
【００１０】
従って、本発明の目的は、微小なパ−ティクルを含むパ−ティクルをウェハ外への排出能力を含む洗浄能力を洗浄面に一様にもたせ、ばらつきのない洗浄ができる洗浄装置およびその方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の特徴は、半導体ウェハを保持し水平回転するスピンチャックと、回転可能な洗浄具と、先端に前記洗浄具を取付け昇降可能な揺動ア−ムと、前記半導体ウェハの被洗浄面に洗浄液を噴射する洗浄液ノズルと、前記洗浄具が非洗浄時に前記洗浄具を洗浄する洗浄カップとを備える洗浄装置において、前記洗浄具に取付けられ前記半導体ウェハの被洗浄面に当接する洗浄面をもつとともに該洗浄面に散在する複数の細孔を有しかつ該細孔の平均的直径の寸法が所定の寸法が所定の寸法に製作されているポリビニルアルコ−ルを主成分とする洗浄部材を備える洗浄装置である。
【００１２】
また、前記所定の直径の寸法は、８０μｍであることが望ましい。さらに、前記洗浄部材に中心から外縁に向け伸びる半径方向の複数の溝が形成されているか、または、前記洗浄部材に中心から外縁に向け伸びるスパイラル状の溝が形成されていることが望ましい。そして、好ましくは、前記溝底部に埋設され前記溝より突出する毛ブラシを備えることである。
【００１３】
本発明の第２の特徴は、半導体ウェハを保持し水平回転するスピンチャックと、回転可能な洗浄具と、先端に前記洗浄具を取付け昇降可能な揺動ア−ムと、前記半導体ウェハの被洗浄面に洗浄液を噴射する洗浄液ノズルと、前記洗浄具が非洗浄時に前記洗浄具を洗浄する洗浄カップと、前記洗浄具に取付けられ前記半導体ウェハの被洗浄面に当接する洗浄面をもつとともに該洗浄面に散在する複数の細孔を有しかつ該細孔の平均的直径の寸法が所定の寸法が所定の寸法に製作されているポリビニルアルコ−ルを主成分とする洗浄部材とを備える洗浄装置において、前記洗浄ノズルより前記洗浄液を回転する前記半導体ウェハに噴射しながら前記半導体ウェハの中心から外周縁に向け前記洗浄部材を摺接させスクラブ洗浄工程と、少なくとも一回の前記スクラブ洗浄工程を行った後、前記洗浄部材を伴って前記洗浄具を前記洗浄カップに収納する工程を含む洗浄方法である。前記洗浄液および前記洗浄カップに使用される洗浄液はともに純水であることが望ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明について図面を参照して説明する。
【００１５】
図１（ａ）および（ｂ）は本発明の一実施の形態における洗浄装置を示す斜視図および洗浄部材の洗浄面を示す斜視図である。こ洗浄装置は、図１（ａ）に示すように、ウェハ１を保持し水平回転するスピンチャック２と、表面に散在させ平均的直径寸法の細孔が所定の寸法に制御して形成されるＰＶＡ製のスポンジブラシを貼り付けてなる洗浄部材５と、この洗浄部材５を取付る回転可能な洗浄具６と、洗浄具６を先端に取付ける回転軸４と、この回転軸４を取付け昇降可能な揺動ア−ム７と、ウェハ１の被洗浄面に洗浄液を噴射する洗浄液ノズル３と、洗浄具６が非洗浄時に洗浄具６を洗浄する洗浄カップ８とを備えている。
【００１６】
また、洗浄部材５は、図１（ｂ）に示すように、洗浄具６のベ−ス１０に貼り付けられるＰＶＡを主成分とするスポンジブラシ１０を有している。また、このスポンジブラシ１０は、洗浄部材５の中心から外周縁に伸びる溝１２によって４つに分割されている。この溝１２は、パ−ティクルを含む洗浄液がウェハ外に排出され易い作用を促進させる。
【００１７】
図１（ｂ）に示す洗浄部材５を構成するＰＶＡを主成分とするスポンジブラシ１０は、後述するように、洗浄面に形成される細孔の平均的直径はある一定の直径寸法になるように制御する必要がある。すなわち、ＰＶＡ樹脂を形成時に樹脂母材に含ませる発泡剤と成形時の圧力を成形時にコントロ−ルし、樹脂体内に発生する気泡１４の直径がほぼ８０〜１００μｍ程度にする。
【００１８】
そして、樹脂成形で得られた板状のスポンジブラシ１０を洗浄具６のベ−ス１１に貼り付けた後、ＣＭＰ研磨装置のドレッシング装置でスポンジブラシ１０の表面を薄く削り平坦にし、スポンジブラシ１０の表面に気泡１４が切断されて露呈する細孔１３を得る。表面研磨で得られた細孔１３は、楕円状の細孔やほぼ円に近い細孔などがあるが、これら細孔１３を円に疑似させる。例えば、細孔が楕円であれば、長軸の寸法と短軸の寸法との平均にする。このように得られた細孔１３の平均的直径の大きさは、ほぼ８０μｍにすることができた。
【００１９】
次に、この洗浄装置によるウェハの洗浄方法を説明する。まず、ウェハ１の被洗浄面を上向きにしスピンチャック２によりウェハ１を保持する。そして、スピンチャック２が水平回転すると同時に洗浄液ノズル３から洗浄液である純水がウェハ１の中心に向け噴射される。一方、洗浄具６は、スポンジブラシ１０が乾燥しなうように、揺動ア−ム７により洗浄カップ８内に洗浄具６は収納され、純水ノズル９により純水がスポンジブラシ１０に噴射される。
【００２０】
次に、揺動ア−ム７が上昇し、洗浄具６を洗浄カップ８より離脱させ、そして、揺動ア−ム７が旋回し、洗浄具６をウェハ１の中心位置に位置させ、揺動ア−ム７が下降させ、洗浄具６の洗浄部材５をウェハ１の被洗浄面に押し付け回転しながら、揺動ア−ム７を旋回させスクラブ洗浄する。すなわち、回転軸４によって回転されている洗浄具６が揺動ア−ム７の旋回によりウェハ１の中心からウェハ１の外周辺部に移動させる。
【００２１】
ウェハ１の外周辺部に洗浄具６が到達したら、揺動ア−ム７を上昇させ洗浄具６をウェハ１から引き離す。そして、揺動ア−ム７を旋回させウェハ１の中心からウェハ１の外周辺部までのスクラブ洗浄の動作をさせ１サイクル動作を完了させる。そして、再び、揺動ア−ム７を旋回させ洗浄具６をウェハ１の中心部に位置決めし、揺動ア−ム７により回転する洗浄具６を下降させ洗浄部材５をウェハ１の被洗浄面に押しつけスクラブ洗浄を行う。このサイクル動作を少なくとも１サイクルを行った後、洗浄液ノズル３の洗浄液の噴射を停止させ、揺動ア−ム７を移動させ洗浄具６を洗浄カップ８に収納させ洗浄部材５に純水を噴射させる。この動作で洗浄動作を終了する。しかる後、スピンチャック２を高速回転させウェハ１の表面の水分を除去し乾燥させる。
【００２２】
図２は図１の洗浄装置の洗浄作用を説明するための模式図である。スポンジブラシである細孔１３をもつ洗浄面をウェハ１の被洗浄面に摺接しスクライブ洗浄すると、ウェハ１に付着する比較的大きなパ−ティクル１５および微小なパ−ティクルは、細孔１３のエッジ部で掻き取られ細孔１３の大きな気泡１４内に蓄積される。この細孔１３を包む気泡１４内は洗浄水（ここでは純水であることが望ましい）が満たされているので、パ−ティクル１５は気泡１４内を浮遊する。
【００２３】
そして、洗浄面とウェハ１の被洗浄面との相対移動および洗浄液（純水）の供給に伴って、気泡１４内に蓄積されたパ−ティクルを含む純水は、侵入してくる純水に押し出され、隣接する細孔１３の気泡１４内に移るか、または、順次押し出されウェハ１外に排出される。ＰＶＡは硬度が低くクッション性に優れており、挟まれたパ−ティクルはウェハ１の被洗浄面にキズを発生させることがない。
【００２４】
図３（ａ）および（ｂ）はスポンジブラシの細孔のサイズによる洗浄効果の相関を説明するためのグラフである。スポンジブラシの洗浄面に平均８０μｍの細孔をもつ洗浄具と比較するために、他の洗浄具６のスポンジブラシ１０の表面の細孔が１８０μｍになるように制御しＰＶＡのスポンジブラシ１０を製作した。このように得られた二種類の洗浄具６を用いてウェハ１を洗浄したところ、ウェハ１面に付着したパ−ティクル（ゴミ）付着数を計測したところ、図３（ａ）に示すように、平均的直径が８０μｍの細孔をもつスポンジブラシの方が少なかった。
【００２５】
また、ＰＶＡ成形時に発泡剤や圧力制御しないまま成形されたスポンジブラシ１０を表面をドレッシングしてなる洗浄具６と、スポンジブラシ１０の細孔が平均８０μｍである洗浄具６とを比較するために、ウェハ１を２５枚をそれぞれの洗浄具６により洗浄したところ、図３（ｂ）に示すように、気泡が制御されていないスポンジブラシに比べ気泡制御されたスポンジブラシの方が遙かに優れていた。
【００２６】
図４は図１の洗浄部材の一変形例を示す平面図である。この洗浄具６の洗浄部材５を構成するスポンジブラシ１０は、図４に示すように、スポンジブラシの中心から外周縁に螺旋状に伸びるスパイラル溝１６ａ，１６ｂが形成されている。また、洗浄液が円滑に排出されるように、スパイラル溝１６ａおよび１６ｂの外周縁の出口は、洗浄具６の回転方向に対して斜めになるように形成されている。さらに、図面では、二つの溝を示しているが、３本または４本でも良い。
【００２７】
図５（ａ）および（ｂ）は図１の洗浄部材の他の変形例を示す平面図およびＡＡ断面矢視図である。この洗浄具６の洗浄部材５を構成するスポンジブラシ１０に形成される溝１２の溝底部に、図５に示すように、ベ−ス１１に埋設される毛ブラシ１７を設けている。毛ブラシ１７の高さは、スポンジブラシ１０の洗浄面と同じか０．１ｍｍ程度高いことが望ましい。また、材質はナイロン製が望ましい。この毛ブラシ１７を設けることによって、洗浄液を伴って溝１２に落ち込むパ−ティクルがウェハ面に再付着させない作用をもたせている。また、この毛ブラシは、図４に示したスパイラル溝１６ａ，１６ｂに適用すれば、同じ効果が期待できる。
【００２８】
図６は毛ブラシを設けた場合のパ−ティクル除去率を示すグラフである。この毛ブラシを設けた効果を調べるために、スポンジブラシが無く全面に毛ブラシのみ埋設したものと、平均８０μｍの細孔をもつスポンジブラシと、平均１８０μｍの細孔をもつスポンジブラシを準備し、複数のウェハを洗浄してみたところ、図６に示すように、毛ブラシのみの洗浄部材よりスポンジブラシの溝に毛ブラシを設けた方がゴミの除去に対し優位であることが判明した。特に、平均８０μｍの細孔をもつスポンジブラシは、最もゴミの除去が高かった。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、比較的大きなパ−ティクルを除去する一次洗浄装置が必要がなくなるという設備コストが低減できるという効果がある。
【００３０】
また、本発明の洗浄具において、ポリウレタンより硬度の低いＰＶＡを主成分とする洗浄部材の洗浄面に平均的直径が所定寸法の細孔を散在させ、洗浄液を供給しながらウェハ面に前記洗浄部材の洗浄面を摺接し一様にスクラブ洗浄することによって、ウェハ面をキズを付けることやパ−ティクルを再付着させることなく、ウェハ面に付着する微小なパ−ティクルを含むパ−ティクル除去でき、ウェハの洗浄品質を向上させるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における洗浄装置を示す斜視図および洗浄部材の洗浄面を示す斜視図である。
【図２】図１の洗浄装置の洗浄作用を説明するための模式図である。
【図３】スポンジブラシの細孔のサイズによる洗浄効果の相関を説明するためのグラフである。
【図４】図１の洗浄部材の一変形例を示す平面図である。
【図５】図１の洗浄部材の他の変形例を示す平面図およびＡＡ断面矢視図である。
【図６】溝に毛ブラシを設けた場合のパ−ティクル除去率を示すグラフである。
【図７】従来の一例である洗浄装置の概要を示す図である。
【図８】図７の洗浄装置による洗浄方法のメカニズムを説明するための図である。
【符号の説明】
１ ウェハ
２ スピンチャック
３ 洗浄液ノズル
４ 回転軸
５ 洗浄部材
６ 洗浄具
７ 揺動ア−ム
８ 洗浄カップ
１０ スポンジブラシ
１１ ベ−ス
１２ 溝
１３ 細孔
１４ 気泡
１７ 毛ブラシ

Claims (7)

1. 半導体ウェハを保持し水平回転するスピンチャックと、回転可能な洗浄具と、先端に前記洗浄具を取付け昇降可能な揺動ア−ムと、前記半導体ウェハの被洗浄面に洗浄液を噴射する洗浄液ノズルと、前記洗浄具が非洗浄時に前記洗浄具を洗浄する洗浄カップとを備える洗浄装置において、前記洗浄具に取付けられ前記半導体ウェハの被洗浄面に当接する洗浄面をもつとともに該洗浄面に散在する複数の細孔を有しかつ該細孔の平均的直径の寸法が所定の寸法が所定の寸法に製作されているポリビニルアルコ−ルを主成分とする洗浄部材を備えることを特徴とする洗浄装置。
2. 前記所定の直径の寸法は、８０μｍであることを特徴とする請求項１記載の洗浄装置。
3. 前記洗浄部材に中心から外縁に向け伸びる半径方向の複数の溝が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の洗浄装置。
4. 前記洗浄部材に中心から外縁に向け伸びるスパイラル状の溝が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の洗浄装置。
5. 前記溝底部に埋設され前記溝より突出する複数の毛ブラシを備えることを特徴とする請求項３または請求項４記載の洗浄装置。
6. 半導体ウェハを保持し水平回転するスピンチャックと、回転可能な洗浄具と、先端に前記洗浄具を取付け昇降可能な揺動ア−ムと、前記半導体ウェハの被洗浄面に洗浄液を噴射する洗浄液ノズルと、前記洗浄具が非洗浄時に前記洗浄具を洗浄する洗浄カップと、前記洗浄具に取付けられ前記半導体ウェハの被洗浄面に当接する洗浄面をもつとともに該洗浄面に散在する複数の細孔を有しかつ該細孔の平均的直径の寸法が所定の寸法に製作されているポリビニルアルコ−ルを主成分とする洗浄部材とを備える洗浄装置において、前記洗浄ノズルより前記洗浄液を回転する前記半導体ウェハに噴射しながら前記半導体ウェハの中心から外周縁に向け前記洗浄部材を摺接させスクラブ洗浄工程と、少なくとも一回の前記スクラブ洗浄工程を行った後、前記洗浄部材を伴って前記洗浄具を前記洗浄カップに収納する工程を含むことを特徴とする洗浄方法。
7. 前記洗浄液および前記洗浄カップに使用される洗浄液はともに純水であることを特徴とする請求項６記載の洗浄方法。

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