JP2005228918A - 洗浄装置および洗浄方法 - Google Patents

Abstract

【課題】突発的に発生する比較的サイズの大きいパーティクルであっても確実に洗浄し、その再付着を防止および除去することができる洗浄装置および洗浄方法を提供する。
【解決手段】本発明の洗浄装置は、それぞれの中心を回転軸と略一致させて互いに平行に配置された複数の被洗浄基板を保持し、回転するロータと、回転軸に平行に配置され、複数の被洗浄基板のそれぞれに洗浄液を供給する複数のノズルを備える洗浄液供給管と、ロータおよび洗浄液供給管を収納するチャンバーと、チャンバーの、回転軸に平行な方向の一端に設けられ、ノズルから供給された洗浄液を排出する廃液口とを備える。ここで、複数のノズルの内の、廃液口側の端部に設けられた少なくとも１つのノズルの開口寸法が、他のノズルの開口寸法よりも大きいことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置の製造工程でウェハ基板（半導体ウェハ）の洗浄を行う洗浄装置および洗浄方法に関するものである。

半導体デバイスの製造工程において、レジスト残渣やパーティクル等の除去を目的とする洗浄装置の１つとして、一度に複数枚のウェハ基板をバッチ式に洗浄処理する、バッチ式スプレー洗浄装置がある。

バッチ式スプレー洗浄装置は、例えば特許文献１および２に開示されているように、複数のウェハ基板を洗浄用ＰＦＡカセットに装填し、この洗浄用カセットをロータ内に挿入固定してロータごと回転する。そして、この回転する複数のウェハ基板に対し、チャンバー上部に配置される一本もしくは複数の洗浄液供給管のそれぞれ設けられた複数の吐出ノズルから、所定の薬液およびリンス液などの洗浄液をスプレー状に吐出し、ウェハ基板表面のレジスト残渣およびパーティクル等の除去を行う。

ここで、複数のウェハ基板は、洗浄用カセット内において、それぞれの中心をほぼ一致させて所定の間隔で互いに平行に装填される。また、それぞれのノズルからは、所定の吐出角度でスプレー状に洗浄液が吐出され、各々対応するウェハ基板に対して供給される。

洗浄装置では、複数のウェハ基板に対し、ノズルから洗浄液を均一に吐出する必要がある。従来は、各ノズルを同一形状（同一開口径）に統一することにより、チャンバー内の全ウェハ基板に対しほぼ同一流量の洗浄液を供給することができ、効果的に洗浄できると考えられていた。

また、同一開口径のノズルを複数個並べた機構を持つ洗浄装置において、チャンバー奥手側で突発的に比較的サイズの大きいパーティクルの発生が見られることが分かった。この突発的なパーティクルは、洗浄装置がロータを回転させながら処理を行うため、ウェハ基板が装填された洗浄用カセットや、回転時のウェハ基板飛び出しを抑えるリテナーバー等が、ウェハ基板のエッジ部との摩擦により削り取られて、ロータ回転軸および廃液口のあるチャンバー奥手側に蓄積し、突発的にウェハ基板に付着するものである。

通常、洗浄装置は、レジスト残渣などの、ウェハ基板に付着している比較的小さいサイズのパーティクルを除去する目的で使用されている。従って、この比較的小さいサイズのパーティクルに対しては十分除去効果のある洗浄液流量が設定される。ところが、この洗浄液流量では、比較的大きいサイズの上記の突発的なパーティクル除去のためには不十分となる。しかし、全てのノズルが同一系統の供給管から洗浄液の供給を受けているため、各ノズル毎に個別にリンス液流量を調整することができない。

上記問題の解決策として、例えば洗浄液の供給源において、洗浄液の吐出圧力を増加させることにより、全ウェハ基板に対して均等に洗浄液流量を増加させる方法や、特許文献３に開示されているように、ウェハ基板の洗浄処理とは別に、チャンバーを洗浄する装置構造やシーケンスを備えることにより対処することなどが考えられる。

しかし、全ウェハ基板に対して均等にリンス液流量を等しく増加させると、必要以上に洗浄液を大量消費するため、資源、コストの無駄が大きいという問題がある。また、特許文献３に開示の手法では、複雑な装置構造や大がかりな改造が必要であるし、処理時間の長時間化にもつながるなど、デメリットが非常に大きいという問題がある。

特公平３−１８３３２号公報 特許第２５７５１７６号公報 特開平２００２−１８４７４６号公報

本発明の目的は、前記従来技術に基づく問題点を解消し、突発的に発生する比較的サイズの大きいパーティクルであっても確実に洗浄し、その再付着を防止および除去することができる洗浄装置および洗浄方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、それぞれの中心を回転軸と略一致させて互いに平行に配置された複数の被洗浄基板を保持し、回転するロータと、
前記回転軸に平行に配置され、前記複数の被洗浄基板のそれぞれに洗浄液を供給する複数のノズルを備える洗浄液供給管と、
前記ロータおよび洗浄液供給管を収納するチャンバーと、
前記チャンバーの、前記回転軸に平行な方向の一端に設けられ、前記ノズルから供給された洗浄液を排出する廃液口とを備えた洗浄装置であって、
前記複数のノズルの内の、前記廃液口側の端部に設けられた少なくとも１つのノズルの開口寸法が、他のノズルの開口寸法よりも大きいことを特徴とする洗浄装置を提供するものである。

ここで、前記端部に配置されたノズルの開口寸法が、他のノズルの開口寸法の２倍以上であるのが好ましい。

また、本発明は、ロータに、複数の被洗浄基板を、それぞれの中心を前記ロータの回転軸と略一致させて平行に保持し、
前記ロータを回転させながら、前記ロータの回転軸に平行に配置された洗浄液供給管に設けられた複数のノズルから、前記複数の被洗浄基板のそれぞれに洗浄液を供給し、
かつ、前記ロータおよび洗浄液供給管を収納するチャンバーの、前記回転軸に平行な方向の一端に設けられた廃液口から、前記ノズルから供給された洗浄液を排出しながら前記被洗浄基板の洗浄を行う方法であって、
前記複数のノズルの内の、前記廃液口側の端部に設けられた少なくとも１つのノズルから、他のノズルからよりも大きな流量で前記洗浄液を供給することを特徴とする洗浄方法を提供する。

本発明によれば、洗浄液供給管の、廃液口側の端部に設けられた少なくとも１つのノズルの開口径が他の箇所のノズルの開口径よりも大きくするなどして、他の箇所のノズルよりも大きな流量で洗浄液が吐出される。このため、従来洗浄が困難であった、回転軸近傍や廃液口近傍に突発的に発生する、比較的サイズの大きいパーティクルであっても確実に洗浄し、その再付着を防止および除去することができる。

以下に、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、本発明の洗浄装置および洗浄方法を詳細に説明する。

図１は、本発明の洗浄装置の内部構成を表す一実施形態の部分概略図である。同図に示す本実施形態の洗浄装置１０は、一度に複数枚のウェハ基板３２を洗浄処理するバッチ式スプレー洗浄装置であり、チャンバー１２、洗浄液供給管１４、ロータ１６などの各部位を備えている。

チャンバー１２は内部が中空円筒形状のものであり、その内部には、洗浄液供給管１４およびロータ１６などが収納されている。図１中、チャンバー１２の左端部には、洗浄用ＰＦＡカセット３６の入出を行うための蓋体１８が開閉自在に設けられている。また、チャンバー１２内の右下部には、使用済みの洗浄液（廃液）を排出するための廃液口２０が設けられている。

洗浄液供給管１４は、それぞれのウェハ基板３２に洗浄液を供給するためのもので、外部からチャンバー１２内の上部に挿入され、ロータ１６の回転軸２２に対して平行に配置されている。また、洗浄液供給管１４は、洗浄液を各々所定の吐出角度でスプレー状に吐出する複数のノズル２４を備えており、その複数のノズル２４のうち、廃液口２０側の端部に設けられた１つのノズル２４の開口径が、他の箇所のノズル２４の開口径よりも大きくされている。

なお、洗浄液供給管１４は、１本でもよいし、複数本備えられていても良い。また、ノズル２４の個数は複数であればよく、廃液口２０側端部の開口径の大きいノズル２４の個数も１つでも複数でもよい。廃液口２０側端部の開口径の大きいノズル２４は、他の箇所のノズル２４よりも開口径が大きければ何ら制限されるものではないが、後述する実施例の結果から分かるように、例えば２倍以上の開口径とすることにより、高い洗浄効果を得ることができる。

ロータ１６は、複数のウェハ基板３２を保持して回転させるためのもので、外部からチャンバー１２内の中央部に挿入された回転軸２２に固定されている。ロータ１６の両端部には円盤状の基板２６，２８が設けられており、両基板２６，２８間は、その外周部に沿って、複数の棒状固定部材３０およびリテナーバー３４が取り付けられることによって固定されている。図１中、右部の基板２６は回転軸２２に固定されている。また、左部の基板２８はドーナツ形状のものであり、洗浄の際には、基板２８の開口部を介してロータ１６の内部に洗浄用カセット３６が挿入固定される。そして、複数のウェハ基板３２を納めた洗浄用カセット３６が棒状固定部材３０に保持されることによって、複数のウェハ基板３２がロータ１６に保持される。また、リテナーバー３４によってロータ１６回転時のウェハ飛び出しが防止される。

なお、上記以外の洗浄装置１０の構成は、従来公知のものと同様であるから、ここでは上記以外の構成の詳細な説明は省略する。以下、本発明の洗浄方法とともに、図１に示す洗浄装置１０の動作を説明する。

まず、複数のウェハ基板３２を洗浄用カセット３６に装填する。洗浄用カセット３６には、ウェハ基板３２を装填するための複数の溝が所定の間隔で平行に形成されている。従って、複数のウェハ基板３２は、それぞれの中心を一致させて互いに平行に洗浄用カセット３６内のそれぞれの溝に装填される。続いて、蓋体１８を開けて、複数のウェハ基板３２が装填された洗浄用カセット３６をチャンバー１２内のロータ１６内部に挿入し、所定位置に固定する。

洗浄用カセット３６をロータ１６内に挿入固定した後、蓋体１８を閉じて洗浄処理を開始する。洗浄の際には、図示していないモータにより回転軸２２が回転駆動される。すなわち、回転軸２２が回転されることでロータ１６が回転され、ロータ１６内に挿入固定された洗浄用カセット３６、すなわちウェハ基板３２が回転される。また、外部から洗浄液供給管１４を介して供給された洗浄液が、各々のノズル２４から所定の吐出角度でスプレー状に吐出され、各々対応する複数のウェハ基板３２に対して供給される。

ウェハ基板３２、洗浄用カセット３６、チャンバー１２内壁などは、洗浄液供給管１４のそれぞれのノズル２４から吐出される洗浄液によって洗浄される。本実施形態の洗浄装置１０では、洗浄液供給管１４の、廃液口２０側の端部の１つのノズル２４の開口径が他の箇所のノズル２４の開口径よりも大きいため、この端部のノズル２４から、他の箇所のノズル２４よりも大きな流量で洗浄液が吐出される。このため、従来洗浄が困難であった、回転軸２２近傍や廃液口２０近傍に突発的に発生する、比較的サイズの大きいパーティクルであっても確実に洗浄し、その再付着を防止および除去することができる。

本発明の洗浄方法を適用して、図１に示す形態の洗浄装置１０を用いて洗浄処理を行った。すなわち、洗浄液供給管１４の複数のノズル２４のうち、廃液口２０側の端部に設けられた１つのノズル２４の開口径を、他の箇所のノズル２４の開口径よりも大きくし、その洗浄液の流量を増加させた洗浄装置を用いて洗浄処理を行った。なお、洗浄用カセット３６として比較的老朽化し、大きいサイズのパーティクルが発生しやすいものを用いて実験を行った。

図２は、ノズル開口径と洗浄液流量およびパーティクル個数との間の関係を表すグラフである。このグラフにおいて、横軸は、洗浄液供給管１４の廃液口２０側の端部に設けられた１つのノズル２４の開口径（ｍｍ）を表す。また、左側の縦軸は、この端部のノズル２４から吐出される洗浄液の流量（Ｌ／ｍｉｎ）を表し、右側の縦軸は、発生したパーティクルの個数を表す。なお、端部の１つのノズル２４以外の他の箇所のノズル２４の開口径は約１ｍｍであり、その洗浄液流量は約０．６Ｌ／ｍｉｎ（１×１０^-5ｍ³／ｓ）である。

このグラフに示すように、端部の１つのノズル２４の開口径を大きくするにつれて、洗浄液の流量も増加し、ノズル開口径を１ｍｍから２ｍｍの２倍にすると、これに比例して洗浄液の流量も約２倍程度に増加することが分かった。また、パーティクル個数も、端部の１つのノズル２４の開口径を大きくするにつれて減少し、その開口径を２倍にすると、突発的に発生する洗浄用カセット３６の削れカスなどの比較的サイズの大きいパーティクル（５〜５０μｍ）を、約７０％以上も除去できることを確認した。

本発明の洗浄装置および洗浄方法では、洗浄液の吐出圧力は１．５〜３．０ｋｇ／ｃｍ²程度で十分対応が可能であり、他の箇所のノズルの流量にもほとんど影響を与えないので、洗浄液を必要以上に消費することがなく、また、高出力な洗浄液の供給ポンプも不要である。すなわち、大がかりな装置改造や変更、付帯装置の変更を行うことなく、簡便な装置および方法で問題箇所の洗浄液流量を増加させて洗浄処理を行うことができ、資源、コスト面でもメリットがある。

なお、本発明は、ウェハ基板のバッチ式スプレー洗浄装置に限定されるわけではなく、複数のノズルから洗浄液を吐出して被洗浄基板の洗浄を行う、従来公知のどのような構成の洗浄装置にも適用可能である。

本発明は、基本的に以上のようなものである。
以上、本発明の洗浄装置および洗浄方法について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。例えば、上記実施例では複数のウェハ基板を納めた洗浄用カセットをロータ内に保持して洗浄を行ったが、前記特許文献３に示されるように、ロータの棒状固定部材に設けた複数の溝にウェハ基板を直接保持して、洗浄を行うようにすることも可能である。

本発明の洗浄装置の内部構成を表す一実施形態の部分概略図である。 ノズル口径と流量およびパーティクル個数との間の関係を表すグラフである。

符号の説明

１０ 洗浄装置
１２ チャンバー
１４ 洗浄液供給管
１６ ロータ
１８ 蓋体
２０ 廃液口
２２ 回転軸
２４ ノズル
２６，２８ 基板
３０ 棒状固定部材
３２ ウェハ基板
３４ リテナーバー
３６ 洗浄用カセット

Claims (3)

1. それぞれの中心を回転軸と略一致させて互いに平行に配置された複数の被洗浄基板を保持し、回転するロータと、
   前記回転軸に平行に配置され、前記複数の被洗浄基板のそれぞれに洗浄液を供給する複数のノズルを備える洗浄液供給管と、
   前記ロータおよび洗浄液供給管を収納するチャンバーと、
   前記チャンバーの、前記回転軸に平行な方向の一端に設けられ、前記ノズルから供給された洗浄液を排出する廃液口とを備えた洗浄装置であって、
   前記複数のノズルの内の、前記廃液口側の端部に設けられた少なくとも１つのノズルの開口寸法が、他のノズルの開口寸法よりも大きいことを特徴とする洗浄装置。
2. 前記端部に配置されたノズルの開口寸法が、他のノズルの開口寸法の２倍以上であることを特徴とする請求項１記載の洗浄装置。
3. ロータに、複数の被洗浄基板を、それぞれの中心を前記ロータの回転軸と略一致させて平行に保持し、
   前記ロータを回転させながら、前記ロータの回転軸に平行に配置された洗浄液供給管に設けられた複数のノズルから、前記複数の被洗浄基板のそれぞれに洗浄液を供給し、
   かつ、前記ロータおよび洗浄液供給管を収納するチャンバーの、前記回転軸に平行な方向の一端に設けられた廃液口から、前記ノズルから供給された洗浄液を排出しながら前記被洗浄基板の洗浄を行う方法であって、
   前記複数のノズルの内の、前記廃液口側の端部に設けられた少なくとも１つのノズルから、他のノズルからよりも大きな流量で前記洗浄液を供給することを特徴とする洗浄方法。

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