JP2005101037A

JP2005101037A - 洗浄装置

Info

Publication number: JP2005101037A
Application number: JP2003329517A
Authority: JP
Inventors: Munenori Tsuji; 宗則辻
Original assignee: Renesas Semiconductor Manufacturing Co Ltd; Kansai Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: Renesas Semiconductor Manufacturing Co Ltd; Kansai Nippon Electric Co Ltd
Priority date: 2003-09-22
Filing date: 2003-09-22
Publication date: 2005-04-14

Abstract

【課題】搬送系の装置トラブル等によりウェーハの洗浄液への浸漬時間が所定時間を超えた場合でも、配線膜の膜減りを防止できる機能を備えた洗浄装置を提供する。
【解決手段】本発明の洗浄装置１は、洗浄が正常に実施されたかどうかを監視するために、ウェーハ２の浸漬時間を監視する監視部１１と、監視部１１から出力される異常検知信号に応じて制御信号を出力する制御部１２と、制御部１２の制御信号に応じて、洗浄槽４から洗浄液５を排出する排出バルブ１３と、洗浄槽４内に過酸化水素水と純水を供給するための過酸化水素水槽１４、過酸化水素水供給バルブ１５、純水槽１６、純水供給バルブ１７を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウェーハの洗浄装置に関するものであり、特に、半導体ウェーハに生成したエッチング反応生成物やレジスト残渣等からなる堆積物を、配線膜を損傷させることなく完全に除去できる機能を有した洗浄装置に関する。

半導体製造工程では、半導体素子の生産歩留りを向上させるために、半導体ウェーハ（以下、ウェーハと言う）の表面を十分清浄に保つ必要がある。そのため、ウェーハを洗浄液の収容された洗浄槽内に浸漬し、加熱して異物を洗浄除去する洗浄装置がある。このような洗浄装置は、例えば、特開平１０−２１４８１３号公報に開示されている。

図３は、従来の洗浄装置４１の要部断面図である。図３において、４２はウェーハ、４３はウェーハキャリア、４４は内槽と外槽とで構成される洗浄槽であり、４５は洗浄槽４４内に収容される洗浄液である。また、４６は洗浄液４５を循環する循環ポンプ、４７はフィルタ、４８はインラインヒータであり、洗浄槽４４内の洗浄液４５を循環しフィルタ４７でパーティクルを濾過する。４９は超音波振動子、５０は超音波振動子４９に信号を供給する超音波発振器である。

また、図４（ａ）〜（ｄ）は、洗浄前のウェーハ４２に形成される半導体素子５１の製造工程を示す要部断面図である。先ず、図４（ａ）に示すように、能動素子を形成した半導体基板５２上に、熱酸化法により酸化シリコン膜５３を形成した後、ＣＶＤ法によりポリシリコン膜５４とＷＳｉ膜（タングステンシリサイド）５５からなる配線膜を積層形成する。次に、図４（ｂ）に示すように、ＷＳｉ膜５５の上にフォトレジストを塗布し、露光現像してレジストパターン５６を形成する。次に、図４（ｃ）に示すように、レジストパターン５６をマスクとして、ＷＳｉ膜５５とポリシリコン膜５４をＲＩＥ法によりドライエッチングする。最後に、図４（ｄ）に示すように、不要になったレジストパターン５６を、酸素を含むガスのプラズマ処理により除去する。このとき、シリコン酸化膜５３、ポリシリコン膜５４及びＷＳｉ膜５５上に、エッチング反応生成物やレジスト残渣等の堆積物５７が付着する。この堆積物５７は有機成分からなり、後工程における汚染や膜剥離の原因となって素子特性に悪影響を及ぼすので、図３に示す洗浄装置４１を使用して、洗浄除去を行なう。

次に、洗浄装置４１によるウェーハ４２の洗浄方法を説明する。先ず、所定の洗浄液４５として、例えば、水酸化アンモニウム（２９％）と過酸化水素（３１％）と純水との容量比が１：１：８のアンモニア過水を洗浄槽４４に収容する。そして、循環ポンプ４６とインラインヒータ４８を動作させ、洗浄液４５を循環し、所定の温度、例えば５０〜７０℃に安定させる。その後、ウェーハ４２を洗浄槽４４に入れ、超音波発振器５０を動作させて超音波振動子４９より超音波をウェーハ４２に照射し、ウェーハ４２を洗浄して、エッチング反応生成物やレジスト残渣等の堆積物５７を除去する。このとき、洗浄液４５をフィルタ４７を通して循環するので、ウェーハ４２を洗浄する毎に洗浄槽４４内に導入される異物は、このフィルタ４７で除去される。また、洗浄液４５は洗浄中に蒸発したり、ウェーハ４２取り出しの際に減少するため、定期的に追加供給する。
特開平１０−２１４８１３号公報（第２頁、０００２段落〜０００５段落、図４）

しかし、従来の洗浄装置４１には、以下のような問題があった。洗浄装置４１の洗浄管理は、半導体素子５１に形成された堆積物５７を完全に除去できる時間を予め調べておき、これを所定の浸漬時間として管理している。所定の浸漬時間に達したら、ウェーハ４２を洗浄液４５から引き上げ、次のリンス工程に搬送している。しかし、搬送系の装置トラブル等の発生により、所定の浸漬時間を過ぎてもウェーハ４２が洗浄槽４４内に残されたままの状態になると、堆積物５７が除去された後に露出した下地がエッチングされ始め、多数の半導体素子５１が不良になる。これを防止するために、浸漬時間が所定時間を超えると、直ちに洗浄液４５を洗浄槽４４から排出し、その後、純水を洗浄槽４４内に供給して洗浄をストップさせる保護機能が設けられている。

しかし、洗浄液４５を洗浄槽４４から排出した状態でも、ウェーハ４２、ウェーハキャリア４３、洗浄槽４４の内壁、循環ポンプ４６、フィルタ４７及び各配管内には洗浄液４５が残存している。そのため、洗浄槽４４内を完全に純水に置換するには時間がかかり、その間に残存する洗浄液４５により下地へのエッチングが進行する。具体的には、図５に示すように、半導体素子５１の配線膜であるＷＳｉ膜５５がエッチングされて膜減りを起こす。これは、洗浄液４５の成分であるアンモニアに対するＷＳｉ膜５５のエッチングレートが、酸化シリコン膜５３やポリシリコン膜５４よりも高いためである。ＷＳｉ膜５５が膜減りすると、配線寸法や抵抗値の規格外れ等の問題が発生し、ロットアウトになって多大な損失を与える。

本発明は、上記問題点を解決するために考えられたもので、搬送系の装置トラブル等によりウェーハの洗浄液への浸漬時間が所定時間を超えた場合でも、配線膜の膜減りを防止できる機能を備えた洗浄装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１記載の洗浄装置は、アンモニア過水からなる洗浄液を収容する洗浄槽と、前記洗浄槽への半導体ウェーハの浸漬時間を監視する監視部と、前記監視部の出力に応じてバルブの開閉操作を行なう制御部と、前記制御部の出力に応じて過酸化水素水と純水を前記洗浄槽内に供給する過酸化水素水槽と純水槽を備え、前記監視部の異常検知信号を受けて出力される制御部の制御信号により、直ちに前記洗浄槽から洗浄液を排出した後、前記過酸化水素水と純水を前記洗浄槽内に供給することを特徴とする。この構成によれば、搬送系の装置トラブル等が発生した際、洗浄液排出後の洗浄槽に過酸化水素水と純水を供給するので、配線膜表面に薄い自然酸化被膜を形成できる。この薄い自然酸化被膜が配線膜の保護膜として作用するので、残存する洗浄液による配線膜の膜減りを防止でき、配線膜の寸法精度や抵抗値が安定化する。

また、請求項２記載の洗浄装置は、請求項１記載の洗浄装置であって、前記洗浄槽の上部に、多数の噴射孔を設けた噴射ノズルを備え、前記監視部の異常検知信号を受けて出力される制御部の制御信号により、直ちに前記洗浄槽から洗浄液を排出した後、前記過酸化水素水と純水を前記洗浄槽の上部から噴霧状にして吐出することを特徴とする。この構成によれば、搬送系の装置トラブル等が発生した際、洗浄液排出後の洗浄槽の上部から半導体ウェーハに向けて過酸化水素水と純水を噴霧状にして吐出するので、少量の過酸化水素水で、効率よく配線膜表面に薄い自然酸化被膜を形成できる。これにより、過酸化水素水と純水の使用量が少なくてすみ、製造コストを低減できる。また、本構成は、多数枚の大型ウェーハ洗浄する大容量の洗浄槽を有する洗浄装置に好適する。

以上説明したように、本発明の洗浄装置によれば、搬送系の装置トラブル等が発生した際、洗浄液排出後に純水置換していたものを、洗浄液排出後に過酸化水素水と純水により置換するようにしたので、配線膜表面に薄い自然酸化被膜を形成できる。この薄い自然酸化膜が配線膜の保護膜として作用するので、洗浄装置内に残存する洗浄液による配線膜の膜減りを防止できる。これにより、配線膜の寸法や抵抗値の規格外れを防止でき、高歩留り、高信頼性の半導体素子が得られる。

また、過酸化水素水と純水を、洗浄槽の上部からウェーハに向けて噴霧状に吐出するようにしたので、少量の過酸化水素水で効率よく配線膜表面に薄い自然酸化被膜を形成できる。これにより、過酸化水素水と純水の使用量が少なくてすみ、製造コストを低減できる。また、本構成は、多数枚の大型ウェーハ洗浄する大容量の洗浄槽を有する洗浄装置に好適する。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。図１（ａ）は本発明の洗浄装置１の要部断面図、図１（ｂ）は本発明の洗浄装置１により洗浄した半導体素子２１の要部断面図である。

図１（ａ）に示す本発明の洗浄装置１において、２はウェーハ、３はウェーハキャリア、４は内槽と外槽とで構成される洗浄槽であり、５は洗浄槽４内に収容されるアンモニア過水からなる洗浄液である。また、６は洗浄液５を循環する循環ポンプ、７はフィルタ、８はインラインヒータであり、洗浄槽３内の洗浄液５を循環し、フィルタ７で異物を濾過する。１０は超音波振動子、１１は超音波振動子１０に信号を供給する超音波発振器である。

さらに、本発明の洗浄装置１では、洗浄が正常に実施されたかどうかを監視するために、ウェーハ２の浸漬時間を監視する監視部１１と、監視部１１から出力される異常検知信号に応じて制御信号を出力する制御部１２と、制御部１２の制御信号に応じて、洗浄槽４から洗浄液５を排出する排出バルブ１３と、洗浄槽４に過酸化水素水と純水を供給するための過酸化水素水槽１４、過酸化水素水供給バルブ１５、純水槽１６、純水供給バルブ１７を備えている。

次に、本発明の洗浄装置１によるウェーハ２の洗浄方法を説明する。先ず、所定の洗浄液５、例えば、水酸化アンモニウム（２９％）と過酸化水素（３１％）と純水との容量比が１：１：８のアンモニア過水を洗浄槽４に収容する。そして、循環ポンプ６とインラインヒータ８を動作させ、洗浄液５を循環し、所定の温度、例えば５０〜７０℃に安定させる。その後、ウェーハ２を洗浄槽３に入れ、超音波発振器１０を動作させて超音波振動子９より超音波をウェーハ２に照射し、ウェーハ２を洗浄して、エッチング反応生成物やレジスト残渣等の堆積物を除去する。この時、フィルタ７を通して洗浄液５を循環するため、ウェーハ２を処理する毎に洗浄槽４内に導入される異物は、このフィルタ７で除去される。

また、ウェーハ２の洗浄液５への浸漬時間は、絶えず監視部１１で監視されている。そして、ウェーハ２の洗浄中に、搬送系の装置トラブル等によりウェーハ２が洗浄槽３内に残されたままの状態になると、監視部１１が実時間を所定の浸漬時間と比較し、所定の浸漬時間よりも長いと判断した場合は、直ちに異常検知信号を制御部１２に出力する。制御部１２では、監視部１１からの異常検知信号を受け、各バルブ１３、１５、１７を操作する制御信号を出力する。

次に、各バルブ１３、１５、１７の操作を説明する。先ず、制御部１２が異常検知信号を受けると、直ちに排出バルブ１３を開にして洗浄槽４から洗浄液５を排出した後、再び排出バルブ１３を閉に戻す。続いて、過酸化水素水供給バルブ１５を開にして、過酸化水素水槽１４から過酸化水素水を、循環ポンプ６とフィルタ７を介して洗浄槽４へ供給する。

図１（ｂ）は、過酸化水素水を供給した後の状態を示す半導体素子２１の要部断面図である。同図において、２２は半導体基板、２３は酸化シリコン膜、２４はポリシリコン膜、２５はＷＳｉ膜、２６はポリシリコン膜２４とＷＳｉ膜２５の表面に形成された薄い自然酸化被膜である。同図に示すように、供給された過酸化水素水の酸化作用により、ポリシリコン膜２４とＷＳｉ膜２５の表面に薄い自然酸化膜２６が形成され、この薄い自然酸化被膜２６がＷＳｉ膜２５の保護膜として作用するので、ウェーハ２、ウェーハキャリア３、洗浄槽４の内壁、循環ポンプ６、フィルタ７及び各配管内に洗浄液５が残存していても、ＷＳｉ膜２５がエッチングされることがなくなる。

そして、ＷＳｉ膜２５の表面に薄い自然酸化被膜２６を形成させた後は、排出バルブ１３を開にして過酸化水素水を排出した後、再び排出バルブ１３を閉にする。続いて、純水供給バルブ１７を開いて、純水槽１６から純水を洗浄槽４へ供給し、過酸化水素水を純水に置換する。この後、オペレータがウェーハ２を洗浄槽４から取り出す。

このように、本発明の洗浄装置１では、洗浄槽４の外部に過酸化水素水槽１４と純水槽１６を設け、洗浄液５を洗浄槽４から排出した後、過酸化水素水と純水を洗浄槽４内に供給するようにした。これにより、ＷＳｉ膜２５と過酸化水素水が反応してＷＳｉ膜２５の表面に薄い自然酸化被膜２６が形成され、この薄い自然酸化被膜２６が保護膜として作用するので、搬送系の装置トラブル等により所定の浸漬時間を超えて、ウェーハ２が洗浄槽４内に残された場合でも、ＷＳｉ膜２５を洗浄液５から保護することができる。その結果、ＷＳｉ膜２５が過度にエッチングされて膜減りを起こすことがなくなり、配線膜の寸法や抵抗値の規格外れの発生を防止でき、製品歩留りの向上に寄与する。加えて、共通の循環ポンプ６、フィルタ７を使用するので、配管系統が簡略化できる。また、この薄い自然酸化被膜２６は、フッ化水素等を使用した湿式または乾式洗浄により容易に除去できる。

次に、他の好ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。図２は本発明の第２実施例の洗浄装置の要部断面図である。本実施例において前述した第１実施例と相違するところは、洗浄槽の上部に過酸化水素水と純水の噴射ノズルを設け、

ウェーハに向けて噴霧状にして吐出するようにしたことである。その他の構成は、第１実施例と同様であるので、同一符号を付して説明を省略する。

図２に示すように、本実施例の洗浄装置３１は、過酸化水素水と純水を洗浄槽４の上部へ供給するための第１切換えバルブ３２、第２切換えバルブ３３と、過酸化水素水と純水をウェーハ２に噴霧状にして吐出するための多数の噴射孔３４を設けた噴射ノズル３５を備えている。

本実施例の洗浄装置３１では、ウェーハ２の洗浄中に、搬送系の装置トラブル等によりウェーハ２が洗浄槽３内に残されたままの状態になると、監視部１１が実時間を所定の浸漬時間と比較し、所定の浸漬時間よりも長いと判断した場合は、直ちに異常検知信号を制御部１２に出力する。制御部１２では、監視部１１からの異常検知信号を受け、各バルブ１３、１５、１７、３２、３３を操作する制御信号を出力する。

次に、各バルブ１３、１５、１７、３２、３３の操作を説明する。制御部１２が異常検知信号を受けると、直ちに排出バルブ１３を開にして洗浄槽４から洗浄液５を排出する。続いて、第１切換えバルブ３２を開から閉に、第２切換えバルブを閉から開にした後、過酸化水素水供給バルブ１５を開にして、過酸化水素水槽１４から過酸化水素水を、循環ポンプ６、フィルタ７、噴射ノズル３５を介して洗浄槽４へ供給する。このとき、噴射ノズル３５に設けた多数の噴射孔３４から、過酸化水素水がウェーハ２に向け、噴霧状に吐出される。

そして、ＷＳｉ膜２５の表面に薄い自然酸化被膜２６を形成させた後は、純水供給バルブ１７を開き、純水槽１６の純水を、噴射ノズル３５からウェーハ２に向けて噴霧状に吐出させる。その後、オペレータがウェーハ２を洗浄槽４から取り出す。

本実施例によれば、洗浄液５を排出した後、洗浄槽４の上部からウェーハ２に向けて過酸化水素水を噴霧状にして吐出するので、ウェーハ２全体に均一に過酸化水素水を供給でき、少量の過酸化水素水で効率よくＷＳｉ膜２５表面に薄い自然酸化被膜２６を形成できる。これにより、過酸化水素水と純水の使用量を低減でき、コスト面で有利となる。

なお、上述した各実施例では、配線膜としてＷＳｉ膜を使用して説明したが、ＭｏＳｉ膜（モリブデンシリサイド）、ＴｉＳｉ膜（チタンシリサイド）でも、同様の効果を得ることができる。

搬送系の装置トラブル等が発生した際、洗浄液排出後に純水置換していたものを、洗浄液排出後に過酸化水素水と純水により置換することによって、配線膜表面に薄い自然酸化被膜を形成でき、この薄い自然酸化膜が配線膜の保護膜として作用するので、洗浄装置内に残存する洗浄液による配線膜の膜減りを防止できる。これにより、配線膜の寸法や抵抗値の規格外れを防止でき、高歩留り、高信頼性の半導体素子が得られる。

本発明の第１実施例の洗浄装置の要部断面図及び過酸化水素水供給後の半導体素子の要部断面図本発明の第２実施例の洗浄装置の要部断面図従来の洗浄装置の要部断面図洗浄前の半導体素子の製造工程を説明する要部断面図従来の洗浄装置の問題点を説明する半導体素子の要部断面図

符号の説明

１本発明の第１実施例の洗浄装置
２ウェーハ
３ウェーハキャリア
４洗浄槽
５洗浄液
６循環ポンプ
７フィルタ
８インラインヒータ
９超音波振動子
１０超音波発振器
１１監視部
１２制御部
１３排出バルブ
１４過酸化水素水槽
１５過酸化水素水供給バルブ
１６純水槽
１７純水供給バルブ
２１半導体素子
２２半導体基板
２３酸化シリコン膜
２４ポリシリコン膜
２５ＷＳｉ膜
２６薄い酸化シリコン被膜
３１本発明の第２実施例の洗浄装置
３２第１切換えバルブ
３３第２切換えバルブ
３４噴射ノズル
３５噴射孔
４１従来の洗浄装置
４２ウェーハ
４３ウェーハキャリア
４４洗浄槽
４５洗浄液
４６循環ポンプ
４７フィルタ
４８インラインヒータ
４９超音波振動子
５０超音波発振器
５１半導体素子
５２半導体基板
５３酸化シリコン膜
５４ポリシリコン膜
５５ＷＳｉ膜
５６レジストパターン
５７堆積物

Claims

アンモニア過水からなる洗浄液を収容する洗浄槽と、前記洗浄槽への半導体ウェーハの浸漬時間を監視する監視部と、前記監視部の出力に応じてバルブの開閉操作を行なう制御部と、前記制御部の出力に応じて過酸化水素水と純水を前記洗浄槽内に供給する過酸化水素水槽と純水槽を備え、前記監視部の異常検知信号を受けて出力される制御部の制御信号により、直ちに前記洗浄槽から洗浄液を排出した後、前記過酸化水素水と純水を前記洗浄槽内に供給することを特徴とする洗浄装置。
前記洗浄槽の上部に、多数の噴射孔を設けた噴射ノズルを備え、前記監視部の異常検知信号を受けて出力される制御部の制御信号により、直ちに前記洗浄槽から洗浄液を排出した後、前記過酸化水素水と純水を前記洗浄槽の上部から噴霧状にして吐出することを特徴とする請求項１記載の洗浄装置。