JP2004335671A

JP2004335671A - 枚葉式２流体洗浄装置及び半導体装置の洗浄方法

Info

Publication number: JP2004335671A
Application number: JP2003128515A
Authority: JP
Inventors: Yusaku Hirota; 祐作廣田; Itaru Sugano; 至菅野
Original assignee: Renesas Technology Corp
Current assignee: Renesas Technology Corp
Priority date: 2003-05-07
Filing date: 2003-05-07
Publication date: 2004-11-25

Abstract

【課題】半導体ウエハを洗浄する２流体ジェットノズルを有し、充分な汚染物の除去性能が得られる枚葉式２流体洗浄装置を得る。
【解決手段】乾燥空気または窒素の気体及び純水などの液体を混合してミスト化された微小な水滴をウエハ表面に高速に噴射する２流体ジェットノズル１を使用し、この２流体ジェットノズル１に対向するように保持部によりウエハ２を保持して回転させ、このウエハ２の回転中にウエハ２の中心部から外周部の方向に２流体ジェットノズル１を複数回スキャンし、２回目以降のスキャン時は１回目のスキャン時よりも２流体を低速に噴射するようにして、ウエハ２上の汚染物を除去して洗浄するものである。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体ウエハ表面に付着している汚染物を除去する２流体ジェットノズルを備えた枚葉式２流体洗浄装置及び２流体ジェットノズルを用いた半導体装置の洗浄方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスは、シリコン基板上への薄膜の積層構造により形成される。半導体デバイスの高性能化、高品質化のためには、基板と薄膜、及び薄膜と薄膜の界面は、理想的に清浄であることが要求されるが、半導体ウエハプロセスにおいて、種々の汚染物が付着する。これらの汚染物を除去する方法として、特許文献１のように、洗浄用２流体ジェットノズルを用いた水滴噴射の洗浄が提案されている。
【０００３】
この特許文献１の２流体ジェットノズルを備えた枚葉式洗浄装置は、気体（乾燥空気または窒素）と液体（純水）を混合してミスト化された微小な水滴を、一つのジェットノズルからウエハ上に高速に噴射し、ウエハ上の汚染物（特に異物）を除去して洗浄を行う。この洗浄中、ウエハは高速回転されており、またジェットノズルは、ウエハ中央部から外周部へとスキャンされている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１５６０３２号公報（段落番号００４９〜００９４、図３）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の１回スキャンによる洗浄では、異物除去効果が充分ではない。また、洗浄力を支配しているのは、水滴の運動方向の垂直成分であるので、ウエハ上から異物を引き離す場合、水滴の噴射角度は、ウエハに対し垂直が最も効果的であるが、この場合、一旦ウエハ上から離れた異物が、ウエハ外周部へ除去される前に再付着してしまう可能性がある。
また、水滴による洗浄のみだと、洗浄中、ウエハ上に乾いた部分が存在し、異物が再付着しやすくなる。ウエハ上に存在する汚染物はデバイスの歩留まり低下や、絶縁膜の耐圧不良を引き起こす。
また、水滴の噴射速度を高めて除去効果を高めようとすると、ウエハ上に形成された微細なパターンがダメージを受けてしまうという問題がある。
さらに、生産性の向上のため、なるべく洗浄時間の短いプロセスが要求されている。
このように、従来の２流体ジェットノズルを備えた枚葉式洗浄装置による洗浄方法では、充分な除去性能が得られないという問題があった。
【０００６】
この発明は、上述のような問題点を解決するためになされたものであり、半導体ウエハを洗浄する２流体ジェットノズルを有し、充分な汚染物の除去性能が得られる枚葉式２流体洗浄装置を得ることを第一の目的にしている。
また、２流体ジェットノズルを用い、充分な汚染物の除去性能が得られる半導体装置の洗浄方法を得ることを第二の目的にしている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わる枚葉式２流体洗浄装置においては、気体及び液体の２流体を混合してウエハ表面に噴射する２流体ジェットノズル、及びこの２流体ジェットノズルに対向するようにウエハを保持して回転させる保持部を備え、２流体ジェットノズルは、保持部によるウエハの回転中にウエハの中心部から外周部の方向に複数回スキャンされ、２回目以降のスキャン時は１回目のスキャン時よりも２流体を低速に噴射するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による２流体ジェットノズルを備えた枚葉式洗浄装置を示す概略図である。
図１において、２流体ジェットノズル１には、気体（乾燥空気または窒素）と液体（純水）を混合してミスト化された微小な水滴を、ウエハ２上に高速に噴射し、ウエハ２上の汚染物（特に異物）を除去して洗浄を行う。洗浄中、ウエハ２は高速回転されており、また２流体ジェットノズル１は、ウエハ２中央部から外周部へとスキャンされている。
図２は、この発明の実施の形態１による２流体ジェットノズルを備えた枚葉式半導体ウエハ洗浄装置の洗浄方法を示す概略図である。
図２において、２流体ジェットノズル１によりウエハ２上の汚染物を洗浄する。
【０００９】
図２に示されるものは、２流体ジェットノズル１のスキャン回数を複数回とし、水滴の噴射速度を、１回目のスキャン時よりも２回目以降のスキャン時を低速にすることを特徴とする。１回目のスキャン（高速噴射）で除去できずにウエハ２上に残留した異物は、ウエハ２表面との吸着力が低下しており、２回目以降のスキャン（低速噴射）で、充分除去することができる。これにより、パターンにダメージを与えることなく、１回のスキャンによる洗浄よりも、より異物除去効果を高めることができる。
ノズルスキャン回数は、洗浄時間の短縮のため、２〜３回とする。また、水滴の噴射速度は、９０ｎｍノードの半導体デバイスにおいては、１回目スキャン時は、５０〜６０ｍ／ｓｅｃ（６０ｍ／ｓｅｃ以上は、パターンダメージが発生）、２回目以降のスキャン時は、３０〜５０ｍ／ｓｅｃ（３０ｍ／ｓｅｃ以下は、異物除去効果小）とする。
【００１０】
図３は、この発明の実施の形態１による２流体ジェットノズルを備えた枚葉式半導体ウエハ洗浄装置の別の洗浄方法を示す概略図である。
実施の形態１は、さらに、図３に示すように、２流体ジェットノズル１の傾斜角度を、１回目は、ウエハ２に対して垂直に、２回目以降は、２流体ジェットノズル１の中心線とウエハ２の表面とが鋭角θをなすように、ノズル先端をウエハ２の外周部に向けて傾ける（ウエハ面方向に近づける）ことを特徴とする。これにより、１回目のスキャンの水滴により、ウエハ２上から一旦離れたものの、ウエハ２上に再付着してしまった異物は、傾斜角を傾けた２回目以降のスキャンの水滴により、ウエハ外周部へ押し出される。
なお、このとき、１回目のスキャン時及び２回目以降のスキャン時の水滴噴射速度を同じにすれば、充分な異物除去効果が得られ、また、１回目のスキャン時の水滴噴射速度を高速にし、２回目以降のスキャン時の水滴噴射速度を低速にすれば、異物除去効果と共にパターンに与えるダメージを低減することができる。
【００１１】
実施の形態１によれば、１回目よりも２回目以降を低速噴射するようにした複数回のノズルスキャンを行うことにより、異物除去効果を高めることができる。
【００１２】
実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２による２流体ジェットノズルを複数個備えた枚葉式半導体ウエハ洗浄装置を示す概略図である。
図４においては、２流体ジェットノズル１ａ、１ｂの複数が設けられている。
【００１３】
実施の形態２は、複数個のジェットノズルを同時にスキャンさせて水滴を噴射させることにより、洗浄時間を短縮するようにした。また、水滴の噴射速度を、ウエハ２中心部から外周部の方向にスキャンされる先頭の２流体ジェットノズル１ａに追従して、ウエハ２中心部から外周部の方向に他の２流体ジェットノズル１ｂをスキャンさせることを特徴とする。この場合に、先頭の２流体ジェットノズル１ａでは、水滴の噴射速度を高速に、他の２流体ジェットノズル１ｂの水滴の噴射速度を低速にしてもよい。
先頭の２流体ジェットノズル１ａからの水滴（高速噴射）で除去できずにウエハ２上に残留した異物は、ウエハ２表面との吸着力が低下しており、他の２流体ジェットノズル１ｂ以降からの水滴（低速噴射）で充分除去することができる。
これにより、パターンにダメージを与えることなく、１つの２流体ジェットノズルによる洗浄よりも、異物除去効果を高めることができる。
また、水滴の噴射速度は、９０ｎｍノードの半導体デバイスにおいては、先頭の２流体ジェットノズル１ａの高速噴射では、５０〜６０ｍ／ｓｅｃ（６０ｍ／ｓｅｃ以上は、パターンダメージが発生）、他の２流体ジェットノズル１ｂ以降の低速噴射では、３０〜５０ｍ／ｓｅｃ（３０ｍ／ｓｅｃ以下では、異物除去効果小）とする。
【００１４】
図５は、この発明の実施の形態２による２流体ジェットノズルを複数個備えた別の枚葉式半導体ウエハ洗浄装置を示す概略図である。
図５においては、２流体ジェットノズル１ａ、１ｂ、１ｃの複数が設けられている。
実施の形態２は、さらに、図５に示すように、それぞれの２流体ジェットノズル１ａ、１ｂ、１ｃは、２流体ジェットノズル１ａから後方に離れるにしたがって、ウエハ２に対して平行な角度にする（ウエハ面方向に近づける）ことを特徴とする。これにより、先頭の２流体ジェットノズル１ａからの水滴によりウエハ２上から一旦離れ、ウエハ２上に再付着した異物は、傾斜角を傾けた他の２流体ジェットノズル１ｂ、１ｃからの水滴により、ウエハ２外周部へ押し出される。
この場合に、先頭の２流体ジェットノズル１ａでは、水滴の噴射速度を高速に、他の２流体ジェットノズル１ｂ、１ｃの水滴の噴射速度を低速にしてもよい。
先頭の２流体ジェットノズル１ａからの水滴（高速噴射）で除去できずにウエハ２上に残留した異物は、ウエハ２表面との吸着力が低下しており、他の２流体ジェットノズル１ｂ、１ｃからの水滴（低速噴射）で充分除去することができる。
他の２流体ジェットノズル１ｂ、１ｃを複数にしたことにより、パターンにダメージを与えることなく、より異物除去効果を高めることができる。
【００１５】
実施の形態２によれば、複数個の２流体ジェットノズルを同時にスキャンさせて水滴を噴射させることにより、異物除去効果を高めると共に、洗浄時間を短縮することができる。
【００１６】
実施の形態３．
図６は、この発明の実施の形態３による２流体ジェットノズル及び別ノズルを備えた枚葉式半導体ウエハ洗浄装置を示す概略図である。
図６において、２流体ジェットノズル１から水滴をウエハ２に噴射させ、別ノズル３から純水によるリンスを行う。
【００１７】
実施の形態３では、２流体ジェットノズル１から水滴を噴射させてウエハ２を洗浄中、別ノズル３から純水リンスを行う。水滴による洗浄中、ウエハ２が常に濡れている状態になり、水滴により一旦ウエハ２から離された異物を再付着させることなく、ウエハ外周部へ除去することができる。
さらに、リンスを行う別ノズル３を、ウエハ中心部から外周部へスキャンされる２流体ジェットノズル１に追従させることにより、より効果的に異物をウエハ外周部へ押し出すことができる。なお別ノズル３から行うリンスは、純水ではなく、酸（フッ酸、塩酸など）、及びアルカリ（ＡＰＭ：アンモニアと過酸化水素と水の混合液など）などの薬液でもよい。
【００１８】
実施の形態３によれば、リンスを行うことにより、異物の再付着を防ぐことができる。
【００１９】
実施の形態４．
図７は、この発明の実施の形態４による２流体ジェットノズル及び気体噴出ノズルを備えた枚葉式半導体ウエハ洗浄装置を示す概略図である。
図７において、２流体ジェットノズル１から水滴をウエハ２に噴射させて洗浄中に、気体噴出ノズル４から気体を噴射する。
【００２０】
実施の形態４は、２流体ジェットノズル１から水滴を噴射させてウエハ２を洗浄中、気体噴出ノズル４から、水滴が衝突するウエハ表面上に向けて、気体を噴射させる。気体の噴射を行う気体噴出ノズル４は、ウエハ２中心部から外周部へスキャンされる２流体ジェットノズル１に追従することを特徴とする。
２流体ジェットノズル１からの水滴の噴射により、ウエハ２上から一旦離れ、ウエハ外周部に除去されずにウエハ２上に再付着した異物は、ウエハ表面との吸着力が低下しており、後に続く気体噴射により、効率よく除去することができる。噴射させる気体は、水滴を噴射させるために使用する乾燥空気、もしくは窒素を用いる。圧力は、気体によるパターダメージを抑制するため、９０ｎｍノードの半導体デバイスにおいては、６０ｍ／ｓｅｃ以下とすることが好ましい。
【００２１】
実施の形態４によれば、ジェットノズルから水滴をウエハに噴射させて洗浄中に、気体噴出ノズルから気体を噴射するので、ウエハに再付着した異物を効率よく除去することができる。
【００２２】
実施の形態５．
図８は、この発明の実施の形態５による２流体ジェットノズルを備えた枚葉式半導体ウエハ洗浄装置を示す概略図である。
図８において、ウエハ２の下方に配置された２流体ジェットノズル１により、表面が下方に向けられたウエハ２上の汚染物を洗浄する。
実施の形態５は、回転されるウエハ２の表面を下に向け、ウエハ２下方に配置した２流体ジェットノズル１から水滴を噴射させることを特徴とする。ウエハ中心部から外周部の方向にスキャンされる２流体ジェットノズル１から噴射された水滴は、ウエハ２に衝突後、重力によりウエハ２下方に落ちる。水滴により一旦ウエハ２上から離れた異物は、そのまま水滴と共にウエハ２から除去されるため、再付着が抑制できる。
【００２３】
実施の形態５によれば、ウエハの表面を下に向け、ウエハ下方に配置したジェットノズルから水滴を噴射させることにより、ウエハから除去された異物の再付着を抑制することができる。
【００２４】
なお、上述の実施の形態１〜実施の形態５では、２流体ジェットノズルによって噴射される液体として純水、気体として乾燥空気または窒素を用いたが、これらに限られるものではなく、液体としては半導体装置の洗浄に使用される薬液などでもかまわない。この薬液としては、フッ酸、塩酸などの酸、及びＡＰＭなどのアルカリなどがある。
【００２５】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように、気体及び液体の２流体を混合してウエハ表面に噴射する２流体ジェットノズル、及びこの２流体ジェットノズルに対向するようにウエハを保持して回転させる保持部を備え、２流体ジェットノズルは、保持部によるウエハの回転中にウエハの中心部から外周部の方向に複数回スキャンされ、２回目以降のスキャン時は１回目のスキャン時よりも２流体を低速に噴射するので、１回目よりも２回目以降を低速噴射するようにした複数回のノズルスキャンを行うことにより、異物除去効果を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による２流体ジェットノズルを備えた枚葉式半導体ウエハ洗浄装置を示す概略図である。
【図２】この発明の実施の形態１による２流体ジェットノズルを備えた枚葉式半導体ウエハ洗浄装置の洗浄方法を示す概略図である。
【図３】この発明の実施の形態１による２流体ジェットノズルを備えた枚葉式半導体ウエハ洗浄装置の別の洗浄方法を示す概略図である。
【図４】この発明の実施の形態２による２流体ジェットノズルを複数個備えた枚葉式半導体ウエハ洗浄装置を示す概略図である。
【図５】この発明の実施の形態２による２流体ジェットノズルを複数個備えた別の枚葉式半導体ウエハ洗浄装置を示す概略図である。
【図６】この発明の実施の形態３による２流体ジェットノズル及び別ノズルを備えた枚葉式半導体ウエハ洗浄装置を示す概略図である。
【図７】この発明の実施の形態４による２流体ジェットノズル及び気体噴出ノズルを備えた枚葉式半導体ウエハ洗浄装置を示す概略図である。
【図８】この発明の実施の形態５による２流体ジェットノズルを備えた枚葉式半導体ウエハ洗浄装置を示す概略図である。
【符号の説明】
１２流体ジェットノズル、２ウエハ、３別ノズル、
４気体噴出ノズル。

Claims

気体及び液体の２流体を混合してウエハ表面に噴射する２流体ジェットノズル、及びこの２流体ジェットノズルに対向するように上記ウエハを保持して回転させる保持部を備え、上記２流体ジェットノズルは、上記保持部による上記ウエハの回転中に上記ウエハの中心部から外周部の方向に複数回スキャンされ、２回目以降のスキャン時は１回目のスキャン時よりも上記２流体を低速に噴射することを特徴とする枚葉式２流体洗浄装置。
上記１回目のスキャン時は、上記２流体ジェットノズルを上記ウエハ表面に垂直になるように配置し、上記２回目以降のスキャン時は、上記２流体ジェットノズルの先端が上記ウエハの外周部に向くように、上記２流体ジェットノズルを上記ウエハ表面に平行な方向に傾けることを特徴とする請求項１記載の枚葉式２流体洗浄装置。
気体及び液体の２流体を混合してウエハ表面に噴射する複数の２流体ジェットノズル、及びこの２流体ジェットノズルに対向するように上記ウエハを保持して回転させる保持部を備え、上記複数の２流体ジェットノズルの一つである先頭の２流体ジェットノズルは、上記保持部による上記ウエハの回転中に上記ウエハの中心部から外周部の方向にスキャンされ、上記複数の２流体ジェットノズルの他の一つである他の２流体ジェットノズルは、上記先頭の２流体ジェットノズルの軌跡を追従するようにスキャンされることを特徴とする枚葉式２流体洗浄装置。
上記先頭の２流体ジェットノズルに追従する他の２流体ジェットノズルは、上記先頭の２流体ジェットノズルより低速で２流体を噴射することを特徴とする請求項３記載の枚葉式２流体洗浄装置。
上記先頭の２流体ジェットノズルに追従する他の２流体ジェットノズルは、上記ウエハ表面に平行な方向に傾けられていることを特徴とする請求項３または請求項４記載の枚葉式２流体洗浄装置。
気体及び液体の２流体を混合してウエハ表面に噴射する２流体ジェットノズル、この２流体ジェットノズルに対向するように上記ウエハを保持して回転させる保持部、及び上記２流体ジェットノズルによる洗浄中に上記ウエハを液体でリンスする別ノズルを備えたことを特徴とする枚葉式２流体洗浄装置。
上記２流体ジェットノズルは、上記保持部による上記ウエハの回転中に上記ウエハの中心部から外周部の方向にスキャンされ、上記別ノズルは、上記２流体ジェットノズルの軌跡を追従するようにスキャンされることを特徴とする請求項６記載の枚葉式２流体洗浄装置。
気体及び液体の２流体を混合してウエハ表面に噴射する２流体ジェットノズル、この２流体ジェットノズルに対向するように上記ウエハを保持して回転させる保持部、及び上記２流体ジェットノズルによる洗浄中に上記ウエハに気体を噴射する気体噴出ノズルを備えたことを特徴とする枚葉式２流体洗浄装置。
上記２流体ジェットノズルは、上記保持部による上記ウエハの回転中に上記ウエハの中心部から外周部の方向にスキャンされ、上記気体噴出ノズルは、上記２流体ジェットノズルの軌跡を追従するようにスキャンされることを特徴とする請求項８記載の枚葉式２流体洗浄装置。
気体及び液体の２流体を混合してウエハ表面に噴射する２流体ジェットノズル、及び上記ウエハ表面を下方に向けて保持して回転させる保持部を備え、上記２流体ジェットノズルは、上記ウエハ表面に対向するように上記ウエハの下方に配置され、上記保持部による上記ウエハの回転中に上記ウエハの中心部から外周部の方向にスキャンされることを特徴とする枚葉式２流体洗浄装置。
気体及び液体の２流体を混合してウエハ表面に噴射する２流体ジェットノズル、及びこの２流体ジェットノズルに対向するように上記ウエハを保持して回転させる保持部を備え、上記２流体ジェットノズルは、上記保持部による上記ウエハの回転中に上記ウエハの中心部から外周部の方向に複数回スキャンされ、１回目のスキャン時は、上記２流体ジェットノズルを上記ウエハ表面に垂直になるように配置し、２回目以降のスキャン時は、上記２流体ジェットノズルの先端が上記ウエハの外周部に向くように、上記２流体ジェットノズルを上記ウエハ表面に平行な方向に傾けることを特徴とする枚葉式２流体洗浄装置。
気体及び液体の２流体を混合して噴射する２流体ジェットノズルから上記２流体を噴射することにより、上記２流体ジェットノズルに対向するように保持部により保持され、回転されるウエハの洗浄を行う半導体装置の洗浄方法において、上記２流体ジェットノズルから上記２流体を噴射して回転中の上記ウエハの中心部から外周部の方向に上記２流体ジェットノズルの１回目のスキャンを行う工程、及び上記２流体ジェットノズルから上記１回目のスキャン時よりも上記２流体を低速に噴射して回転中の上記ウエハの中心部から外周部の方向に上記２流体ジェットノズルの２回目以降のスキャンを行う工程を含むことを特徴とする半導体装置の洗浄方法。
上記１回目のスキャンを行う工程では、上記２流体ジェットノズルを上記ウエハ表面に垂直になるように配置し、上記２回目以降のスキャンを行う工程では、上記２流体ジェットノズルの先端が上記ウエハの外周部に向くように、上記２流体ジェットノズルを上記ウエハ表面に平行な方向に傾けることを特徴とする請求項１２記載の半導体装置の洗浄方法。
気体及び液体の２流体を混合して噴射する２流体ジェットノズルから上記２流体を噴射することにより、上記２流体ジェットノズルに対向するように保持部により保持され、回転されるウエハの洗浄を行う半導体装置の洗浄方法において、上記２流体ジェットノズルから上記２流体を噴射して回転中の上記ウエハの中心部から外周部の方向に上記２流体ジェットノズルのスキャンを行い、上記２流体ジェットノズルによる洗浄中に上記２流体ジェットノズルの軌跡を追従するようにスキャンされる別ノズルにより上記ウエハをリンスすることを特徴とする半導体装置の洗浄方法。
気体及び液体の２流体を混合して噴射する２流体ジェットノズルから上記２流体を噴射することにより、上記２流体ジェットノズルに対向するように保持部により保持され、回転されるウエハの洗浄を行う半導体装置の洗浄方法において、上記２流体ジェットノズルから上記２流体を噴射して回転中の上記ウエハの中心部から外周部の方向に上記２流体ジェットノズルのスキャンを行い、上記２流体ジェットノズルによる洗浄中に上記２流体ジェットノズルの軌跡を追従するようにスキャンされる気体噴出ノズルにより上記ウエハに気体を噴射することを特徴とする半導体装置の洗浄方法。
気体及び液体の２流体を混合して噴射する２流体ジェットノズルから上記２流体を噴射することにより、上記２流体ジェットノズルに対向するように保持部により保持され、回転されるウエハの洗浄を行う半導体装置の洗浄方法において、上記ウエハは、保持部によりウエハ表面を下方に向けて保持され、回転されると共に、上記２流体ジェットノズルは、上記ウエハ表面に対向するように上記ウエハの下方に配置され、上記保持部による上記ウエハの回転中に上記ウエハの中心部から外周部の方向にスキャンされることを特徴とする半導体装置の洗浄方法。
気体及び液体の２流体を混合して噴射する２流体ジェットノズルから２流体を噴射することにより、上記２流体ジェットノズルに対向するように保持部により保持され、回転されるウエハの洗浄を行う半導体装置の洗浄方法において、上記２流体ジェットノズルを上記ウエハ表面に垂直になるように配置すると共に上記２流体ジェットノズルから上記２流体を噴射して、回転中の上記ウエハの中心部から外周部の方向に上記２流体ジェットノズルの１回目のスキャンを行う工程、及び上記２流体ジェットノズルの先端が上記ウエハの外周部に向くように上記２流体ジェットノズルを上記ウエハ表面に平行な方向に傾けると共に上記２流体ジェットノズルから上記２流体を噴射して、回転中の上記ウエハの中心部から外周部の方向に上記２流体ジェットノズルの２回目以降のスキャンを行う工程を含むことを特徴とする半導体装置の洗浄方法。