JP2005235897A - Apparatus and method for substrate cleaning - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、主に半導体装置製造における洗浄、特にドライエッチング工程で発生する反応生成物をパターンダメージレスにて除去する事ができる基板洗浄装置及び基板洗浄方法に関するものである。 The present invention relates to a substrate cleaning apparatus and a substrate cleaning method that can remove reaction products generated in a semiconductor device manufacturing process, particularly a dry etching process, without pattern damage.
半導体装置の製造工程において、半導体基板の表面上に種々の反応生成物、パーティクル、汚染物が付着することが知られている。例えば、半導体基板の上にCVD(化学気相成長:Chemical Vapor Deposition)法またはスパッタ法により絶縁膜や金属膜を形成すると、形成した膜の表面にはパーティクル状の汚染物が付着する。また、ドライエッチングによるパターン形成後にはエッチング残渣(レジスト残渣)、反応生成物、パーティクル等が付着する。これらの反応生成物、パーティクル、汚染物を除去する方法として、高速回転している半導体基板面に超音波を付与した超純水を半導体基板面に供給することにより、パーティクル除去をおこなう基板洗浄装置及び基板洗浄方法がある。 In the manufacturing process of a semiconductor device, it is known that various reaction products, particles, and contaminants adhere to the surface of a semiconductor substrate. For example, when an insulating film or a metal film is formed on a semiconductor substrate by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method or a sputtering method, particulate contaminants adhere to the surface of the formed film. Further, after forming a pattern by dry etching, etching residues (resist residues), reaction products, particles, and the like adhere. As a method for removing these reaction products, particles, and contaminants, a substrate cleaning apparatus that removes particles by supplying ultrapure water with ultrasonic waves applied to the semiconductor substrate surface rotating at high speed to the semiconductor substrate surface. And a substrate cleaning method.
以下、図面を参照しながら、従来の基板洗浄装置及び基板洗浄方法の一例について説明する。 Hereinafter, an example of a conventional substrate cleaning apparatus and substrate cleaning method will be described with reference to the drawings.
図3は従来の基板洗浄装置の要部を示す図である。 FIG. 3 is a view showing a main part of a conventional substrate cleaning apparatus.
19は洗浄に使用する洗浄液、20は超音波振動子、21は洗浄液吐出口、22は半導体基板、23は半導体基板を回転させるチャックベース、24は洗浄液をリンスする為のサイドノズル、 25は洗浄液吐出ノズル、26は液の飛び散りを防ぐ表面カップ、27は超音波素子20を組み込んだ超音波移動ノズルである。
19 is a cleaning liquid used for cleaning, 20 is an ultrasonic vibrator, 21 is a cleaning liquid discharge port, 22 is a semiconductor substrate, 23 is a chuck base for rotating the semiconductor substrate, 24 is a side nozzle for rinsing the cleaning liquid, and 25 is a cleaning liquid. The
半導体基板22をチャックベース23により保持し、毎分2000回転から3000回転までの間で回転させる。次に半導体基板22の表面へ表面カップ26に装着したサイドノズル24よりDIW(超純水)を吐出し、半導体基板22の全面が濡れるようにリンスする。次に、サイドノズル24からのリンス水吐出を止め、洗浄液吐出ノズル25から洗浄液を吐出する。次に超音波移動ノズル27より洗浄水を吐出しながら、半導体基板22のエッジからセンターに向け超音波移動ノズル27をスキャンする。超音波振動子20は洗浄液吐出口21の上部に位置し、超音波振動子20で発生した超音波振動が洗浄液吐出口21から半導体基板22方向へ伝達するよう設定している。この時の超音波周波数は1.5MHz、出力は10Wから15Wの間に設定している。前記超音波は素子の振動方向と同方向に伝播する為、洗浄液19を介して直接半導体基板22へ超音波が伝播する。この時、半導体基板22表面において、超音波振動伝播による洗浄液中でのキャビテーションにより局所的な圧力変動が起こる。
The
その後、サイドノズル24から洗浄水を吐出し半導体基板22をリンスした後、高速回転にすることにより半導体基板22を乾燥させる。
しかしながら上記のような構成では 半導体基板に流れる洗浄液を介して超音波が伝播し、超音波によるキャビテーションが半導体基板上で発生する。この作用により微細パターンでは亀裂や基板からの剥離が発生しパターンダメージが発生する。また、キャビテーションによる衝撃力を弱める為に超音波の出力を低くするとパーティクル除去性能が低下する。つまり、微細パターンのパターンダメージを発生することなく、洗浄性能を確保する事ができないという問題点を有している。 However, in the configuration as described above, ultrasonic waves propagate through the cleaning liquid flowing in the semiconductor substrate, and cavitation due to the ultrasonic waves occurs on the semiconductor substrate. Due to this action, cracks and peeling from the substrate occur in the fine pattern, resulting in pattern damage. Further, if the output of the ultrasonic wave is lowered in order to weaken the impact force due to cavitation, the particle removal performance is lowered. That is, there is a problem that the cleaning performance cannot be secured without causing pattern damage of the fine pattern.
上記問題点を解決するために本発明の基板洗浄装置及び基板洗浄方法は、超音波を液体の流れと垂直方向に発振させる手段を有し、半導体基板表面に超音波を伝播することなく洗浄液中に気泡を発生させる手段を有する構成を備えたものである。 In order to solve the above problems, the substrate cleaning apparatus and the substrate cleaning method of the present invention have means for oscillating ultrasonic waves in a direction perpendicular to the flow of the liquid, and in the cleaning liquid without propagating the ultrasonic waves to the semiconductor substrate surface. It has a configuration having means for generating bubbles.
本発明は、半導体基板上でのキャビテーションが起こらないことによりパターンダメージがない。また、超音波移動ノズルの超音波振動部分においてキャビテーションによる気泡発生及び崩壊による洗浄液の高速流により、従来の超音波洗浄では難しい半導体基板上のパーティクル除去とパターンダメージレスを維持した状態で洗浄することが可能であるので、半導体基板表面に超音波を伝播することなく、半導体装置の微細パターンに超音波
によるダメージを発生することなく、高いパーティクル除去性能を持つことにより、半導体製造における歩留まり向上、品質向上を実現することができる。
In the present invention, there is no pattern damage because cavitation does not occur on the semiconductor substrate. Also, cleaning is performed while maintaining particle removal and pattern damage-less, which is difficult with conventional ultrasonic cleaning, due to high-speed flow of cleaning liquid due to bubble generation and collapse due to cavitation in the ultrasonic vibration part of the ultrasonic moving nozzle. It is possible to improve the yield and quality in semiconductor manufacturing by having high particle removal performance without propagating ultrasonic waves to the surface of the semiconductor substrate and without causing ultrasonic damage to the fine pattern of the semiconductor device. Improvements can be realized.
以下に本発明の実施形態の一例について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, an exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施形態1)
図1は、本発明の基板洗浄装置に使用する超音波移動ノズルを示す概略図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic view showing an ultrasonic moving nozzle used in the substrate cleaning apparatus of the present invention.
1aは洗浄液、1bは洗浄液がノズル内を流れ超音波振動子によりキャビテーションを起こした洗浄液、2は洗浄液の流量調整機構付き調圧バルブ、3は薬液流量計、4は洗浄ノズル本体、5は洗浄液にキャビテーションを起こす為の超音波振動子、6は半導体基板である。
1a is a cleaning liquid, 1b is a cleaning liquid flowing through the nozzle and cavitation is caused by an ultrasonic vibrator, 2 is a pressure adjusting valve with a flow rate adjusting mechanism of the cleaning liquid, 3 is a chemical flow meter, 4 is a main body of the cleaning nozzle, and 5 is a cleaning liquid An
以上のように構成された薬液洗浄装置について、以下図1を用いてその動作を説明する。 About the chemical | medical solution washing | cleaning apparatus comprised as mentioned above, the operation | movement is demonstrated using FIG. 1 below.
まず、洗浄液1aはポンプ等により洗浄ノズル本体4に供給される。洗浄液1aの流量は薬液流量計3の値を流量調圧バルブ2にフィードバックする事によりコントロールしながら吐出させることが出来る。洗浄ノズル先端には超音波振動子5が埋め込まれており、超音波振動子5の振動により洗浄液1bに超音波振動を与えることによりキャビテーションが起こる。この現象は洗浄液1b中に含まれる溶存ガス及び超音波振動周波数に依存する。キャビテーションが発生した洗浄液1b中における気泡の崩壊時に起こる高速流により半導体基板6の表面のパーティクル及び残渣を除去する。
First, the cleaning liquid 1a is supplied to the cleaning
本実施の形態の超音波印加方法は超音波振動子が洗浄液の流れに対して90度(垂直)方向に設置している為、超音波振動が水平方向に伝播する。これにより従来超音波洗浄後に見られた超音波振動が半導体基板上に伝播することによるパターンダメージが起こらない。 In the ultrasonic wave application method according to the present embodiment, since the ultrasonic vibrator is installed in the 90 degree (vertical) direction with respect to the flow of the cleaning liquid, the ultrasonic vibration propagates in the horizontal direction. As a result, pattern damage due to propagation of ultrasonic vibrations conventionally observed after ultrasonic cleaning on the semiconductor substrate does not occur.
本実施の形態では超音波洗浄ノズルの超音波出力を30Wから100Wまで変化させる事により洗浄ノズル内で発生する気泡発生状態を変化させる事ができる。 In the present embodiment, it is possible to change the bubble generation state generated in the cleaning nozzle by changing the ultrasonic output of the ultrasonic cleaning nozzle from 30 W to 100 W.
また、本実施の形態の超音波洗浄ノズルでは超音波周波数は、キャビテーションが比較的起り易い100キロヘルツ以下の低周波を使用する。 In the ultrasonic cleaning nozzle of the present embodiment, the ultrasonic frequency is a low frequency of 100 kilohertz or less where cavitation is relatively likely to occur.
使用した洗浄液はDIW(超純水)の他に、オゾン水、水素水、CO2水(炭酸水)等の機能水及び洗浄薬液(APM:アンモニア過水)を被洗浄基板や被除去異物の用途に応じて使用している。機能水とは、超純水にオゾン、水素、塩素等のガスを溶解して酸化性/還元性を持たせ、或いはこのガス溶解水に微量の酸・アルカリを添加してpH調整した洗浄能力の高い水である。 The cleaning liquid used is DIW (ultra pure water), functional water such as ozone water, hydrogen water, CO 2 water (carbonated water) and cleaning chemical liquid (APM: ammonia water). It is used according to the purpose. Functional water is a cleaning ability that adjusts pH by dissolving gases such as ozone, hydrogen, and chlorine in ultrapure water to make it oxidizing / reducing, or adding a small amount of acid / alkali to this gas-dissolved water. High water.
尚、本実施の形態では超音波振動子の超音波印加方向を洗浄液の流れ方向に対し、超音波振動が水平方向に伝播するよう設置しているが、超音波伝播が直接ウエハ上に到達しないような範囲、(例えば洗浄液の流れ方向に対して45度)に設置しても本発明の効果を達成することができる。また、超音波伝播方向が可変であってもよい。 In this embodiment, the ultrasonic wave application direction of the ultrasonic vibrator is set so that the ultrasonic vibration propagates in the horizontal direction with respect to the flow direction of the cleaning liquid, but the ultrasonic wave propagation does not reach the wafer directly. Even if it is installed in such a range (for example, 45 degrees with respect to the flow direction of the cleaning liquid), the effect of the present invention can be achieved. Moreover, the ultrasonic wave propagation direction may be variable.
(実施形態2)
以下、本発明の基板洗浄装置及び基板洗浄方法の第二の実施の形態について説明する。
(Embodiment 2)
Hereinafter, a second embodiment of the substrate cleaning apparatus and the substrate cleaning method of the present invention will be described.
図2は、本発明の基板洗浄方法の要部を示す図である。 FIG. 2 is a diagram showing a main part of the substrate cleaning method of the present invention.
11は洗浄液吐出用ノズル、12は超音波移動ノズルで第一の実施の形態で説明したように超音波振動子が液流に対し垂直方向に取り付けられ、ウエハに超音波を伝播することなく洗浄液にキャビテーションを発生させる。13は洗浄液をリンスするサイドノズル、14は半導体基板、15は半導体基板を回転させる為のチャックベース、16は本発明の超音波移動ノズルによりキャビテーションを起こした洗浄液、17は液の飛び散りを防ぐ表面カップである。
Reference numeral 11 denotes a cleaning liquid discharge nozzle, and
以上のように構成された薬液洗浄装置について、以下図2を用いてその動作を説明する。 About the chemical | medical solution washing | cleaning apparatus comprised as mentioned above, the operation | movement is demonstrated below using FIG.
半導体基板14をチャックベース15により高速(2000〜3000rpm)に回転させる。しかる後に半導体基板14を表面カップ回りに装着したサイドノズル13より半導体基板14全面が濡れるようにリンスする。サイドノズル13より吐出したリンスにより半導体基板14全面が濡れた後、サイドノズル13によるリンスを止める。サイドノズル13からのリンス水を止め、洗浄液吐出ノズル11から洗浄液を吐出する。しかる後、本発明の超音波移動ノズル12より洗浄水16を半導体基板14エッジからセンターに向けノズルをスキャンする。超音波移動ノズル12内のキャビテーションによって起こる高速流による半導体基板14へのパターンダメージを考慮してノズル高さを10mmにてスイングする。超音波移動ノズル12を使用時は、洗浄液ノズル周辺より発生する気泡崩壊による高速流とチャックベース15の回転により半導体基板14に生ずる放射流によりパーティクルを除去する。その後、サイドノズル13によるリンス後、高速回転にすることにより半導体基板14を乾燥させる。
The
本実施の形態では、ドライエッチ後の残渣物等のパーティクル除去用途として、オゾン水、水素水等第一の実施の形態で説明した機能水のもつ、有機物や金属除去能力の有る洗浄液に超音波振動を加える事により、洗浄液中にラジカルを発生させる事により洗浄液のパーティクルの除去機能性能をさらに向上させることができる。 In this embodiment, ultrasonic cleaning is applied to the cleaning liquid having the ability to remove organic substances and metals with functional water described in the first embodiment such as ozone water and hydrogen water as a particle removal application such as residues after dry etching. By applying vibration, radicals are generated in the cleaning liquid, so that the function of removing particles of the cleaning liquid can be further improved.
本発明は、半導体基板洗浄に関するものでありパターンダメージの少ない洗浄方法として有用である。また液晶等の製品製造にも応用できる。 The present invention relates to semiconductor substrate cleaning, and is useful as a cleaning method with little pattern damage. It can also be applied to the manufacture of products such as liquid crystals.
1a 洗浄液
1b 超音波振動子によりキャビテーションを起こした洗浄液
2 洗浄液の流量調整機構付き調圧バルブ
3 薬液流量計
4 ノズル本体
5 超音波振動子
6 半導体基板
11 洗浄液吐出ノズル
12 超音波移動ノズル
13 サイドノズル
14 半導体基板
15 チャックベース
16 キャビテーションを起こした洗浄液
17 表面カップ
19 洗浄液
20 超音波振動子
21 洗浄液吐出口
22 半導体基板
23 チャックベース
24 サイドノズル
25 洗浄液吐出ノズル(位置移動無)
26 表面カップ
27 超音波移動ノズル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a Cleaning liquid 1b Cleaning liquid which caused cavitation by ultrasonic vibrator 2 Pressure regulating valve with flow adjustment mechanism of cleaning liquid 3 Chemical
26
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Cited By (2)
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JP2010212690A (en) * | 2009-03-06 | 2010-09-24 | Imec | Method for physical force assisted cleaning with reduced damage |
JP2013154315A (en) * | 2012-01-31 | 2013-08-15 | Ricoh Co Ltd | Thin film forming apparatus, thin film forming method, electro-mechanical transducer element, liquid ejecting head, and inkjet recording apparatus |
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