JP2005521234A - 枚葉式ウエハ洗浄システムにおける電解腐食の影響を抑制するための装置および方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】
【解決手段】 枚葉式ウエハ洗浄システムにおける電解腐食の影響を抑制するための方法および装置が提供される。一実施形態では、枚葉式ウエハ洗浄システムにおける電解腐食の影響を最小限に抑えるための方法が提供される。方法は、腐食防止剤を含む洗浄剤をウエハの表面に供給する工程に始まる。次に、ウエハの表面は、一定期間、洗浄剤に曝される。次に、洗浄剤とウエハの表面との界面における濃度勾配が回復される。次に、洗浄剤を除去するために、リンス剤と乾燥剤とが同時に供給される。なお、乾燥剤は、腐食防止剤の濃度が、腐食の防止に不充分なレベルに希釈される前に、ウエハの表面を乾燥させる。
【解決手段】 枚葉式ウエハ洗浄システムにおける電解腐食の影響を抑制するための方法および装置が提供される。一実施形態では、枚葉式ウエハ洗浄システムにおける電解腐食の影響を最小限に抑えるための方法が提供される。方法は、腐食防止剤を含む洗浄剤をウエハの表面に供給する工程に始まる。次に、ウエハの表面は、一定期間、洗浄剤に曝される。次に、洗浄剤とウエハの表面との界面における濃度勾配が回復される。次に、洗浄剤を除去するために、リンス剤と乾燥剤とが同時に供給される。なお、乾燥剤は、腐食防止剤の濃度が、腐食の防止に不充分なレベルに希釈される前に、ウエハの表面を乾燥させる。
Description
本発明は、一般に、半導体の製造に関し、特に、電解腐食を最小限に抑える枚葉式ウエハ洗浄システムのための洗浄方法および装置に関する。
電解腐食は、２つの異なる金属が電解液を介して接続される状況で生じる。ガルバニ電池内の一方の金属は、アノードとなるため通常よりも速く腐食し、他方の金属は、カソードとなるため通常よりも遅く腐食する。図１は、基本的なガルバニ電池の従来技術のダイアグラム１００である。２つの異なる金属１０４，１０６は、電解液１０２を介して接続されている。アノード１０６は、電子を提供して、その腐食速度を増すが、カソード１０４は、その腐食速度を減じる。
半導体で用いられる金属相互接続は、銅／タンタル（Ｃｕ／Ｔａ）または銅／窒化タンタル（Ｃｕ／ＴａＮ）のような異なる金属から構成されることが多い。エッチングや化学機械平坦化（ＣＭＰ）などの処理工程の後の洗浄工程中に、異なる金属は、水系の洗浄剤または準水系の洗浄剤などの電解液を介して、電気的に接触する。その結果、一方の金属の腐食が加速され、デバイスが故障する可能性が生じる。図２は、異なる金属がガルバニ電池を形成する一例を示す従来技術のダイアグラム１１０である。ダイアグラム１１０は、デュアルダマシン構造を示しており、該構造では、トレンチ１２０が、銅メタライゼーション配線１１２に至るビア１２２を備える。ライナ１１４は、銅メタライゼーション配線１１２を３つの面で収納し、銅拡散障壁として機能する。誘電体層１１８は、通常、隔膜１１６上に配置された低誘電率の誘電体である。ダイアグラム１１０から分かるように、ビア１２２は、銅メタライゼーション配線１１２と少しずれて配置される。デュアルダマシンのライナ１１４は、通常、タンタルまたは窒化タンタルであるため、２つの異なる金属が、すなわち銅メタライゼーション配線１１２の銅とライナ１１４とが、接触する。第２の金属配線（図示せず）上の別のずれたビアはメタライゼーション配線１１２と接触しないが、離れた配線間で露出する異なる金属が電解液を介して接触すると、ガルバニ電池を形成し得る。銅は基板１２４の他の領域で露出する第２の金属と接触し得るため、ビアをずらす必要はない。完全に整列された構造内の異なる金属であっても、洗浄およびリンス工程の際に電解液を介して接触し得る。ダイアグラム１１０ではデュアルダマシン構造が示されているが、アルミニウムを用いた従来のメタライゼーション処理もガルバニ電池を形成し得る。
洗浄工程中に、基板は、洗浄剤に曝される。枚葉式ウエハ洗浄工程の場合には、洗浄剤は速効性となるよう構成され、成分の化学量論が洗浄剤の性能に重要となる。例えば、枚葉式ウエハ洗浄工程のための準水系の洗浄剤は、通常、有機物質を除去するための溶剤と、エッチング処理のスパッタリングに曝された表面からの金属汚染物質の除去を促進するキレート剤と、反応しやすい表面、特に、腐食に弱い表面を不動態化するための界面活性剤と、を含む。ビアエッチング後に用いられる市販の枚葉式ウエハ洗浄剤の例は、オハイオ州ダブリンのＡｓｈｌａｎｄ Ｉｎｃ．のＮＥ−８９と、カリフォルニア州ヘーワードのＥＫＣ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｉｎｃ．のＥＫＣ ６４０である。
枚葉式ウエハ洗浄工程のための洗浄剤の界面活性剤は、ビアやコンタクトのようなアクセスし難い形状への浸潤の向上させると共に、必要であれば電解腐食の影響を抑制するように構成される。しかしながら、界面活性剤が希釈されると、その不動態化の能力が低減もしくは抑制されるため、基板は、電解腐食の影響を比較的受け易い。例えば、洗浄剤が、基板に滴下（puddle）され、脱イオン（ＤＩ）水でリンスされる場合には、その水が、電解腐食のメカニズムを誘起する電解液として働く。洗浄剤のリンス工程で洗浄剤と界面活性剤とが希釈されると、電解腐食は、リンス工程の開始から数秒以内に起こり得る。洗浄剤の希釈により、基板の表面を腐食から保護するために確立された化学平衡が崩れる。界面活性剤の濃度は、リンス工程中の希釈によって変化するため、希釈された界面活性剤の濃度が腐食の防止に不充分になると、半導体基板は腐食を受け易くなる。
図３は、リンス工程中に形成される様々な濃度勾配の領域を示す、基板１２６上方から見た従来技術の図である。基板１２６は、矢印１３４の方向に回転している。領域１２８は、ノズルなどの供給機構（図示せず）によって基板１２６上に滴下された洗浄剤を含む領域である。基板１２６から洗浄剤をリンス除去するために、基板の回転中に、ＤＩ水が、基板１２６の外縁に向かって方向付けられたノズル（図示せず）を介して、基板１２６上に噴霧される。ＤＩ水が基板１２６に噴霧されると、異なる勾配の領域が基板１２６上に形成される。領域１３０は、洗浄剤とＤＩ水との混合液を含む。その混合液は、ＤＩ水が最初に基板１２６上に噴霧される際に形成される。特定の期間の後に、充分なＤＩ水が基板１２６上に噴霧されると、洗浄剤が排除され、ＤＩ水のみを含む領域１３２が形成される。図３は、リンス処理中の一場面のみを示しているが、領域１３２，１３０の縁部は、矢印１３６で示すように、基板１２６の縁部に向かって移動する。ＤＩ水によるリンス工程は、基板１２６からすべての洗浄剤が排除されるまで続けられる。
上述のように、領域１３０は、洗浄剤とＤＩ水との混合液を含む。したがって、洗浄剤が作用するよう設計された化学平衡から逸脱している。ＤＩ水による界面活性剤の希釈の結果、界面活性剤による腐食防止が妨げられ、基板１２６は、電解腐食の影響に曝される。上述のように、腐食、特に、電解腐食の影響は、数秒以内に起こり得る。
上記の点から、基板の露出金属を電解腐食から保護しつつ、基板から洗浄剤をリンス除去する装置および方法を提供することが求められている。
概して、本発明は、これらの要求を満たすために、半導体基板の表面から洗浄剤を迅速に除去する装置および方法を提供する。本発明は、装置、システム、デバイス、または方法を含む種々の形態で実施できる。以下では、本発明の実施形態をいくつか説明する。
一実施形態では、枚葉式ウエハ洗浄システムにおける電解腐食の影響を最小限に抑えるための方法が提供される。方法は、腐食防止剤を含む洗浄剤をウエハの表面に供給する工程に始まる。次に、ウエハの表面は、特定の期間、洗浄剤に曝される。次に、洗浄剤とウエハの表面との界面における濃度勾配が回復（refresh ）される。次に、洗浄剤を除去するために、リンス剤と乾燥剤とが同時に供給される。なお、乾燥剤は、腐食防止剤の濃度が腐食の防止に不充分なレベルに希釈される前に、ウエハの表面を乾燥させる。
別の実施形態では、半導体基板の表面を迅速に乾燥させるための方法が提供される。方法は、界面活性剤を含む洗浄剤を、半導体基板の表面に供給する工程に始まる。次に、半導体基板の表面は、規定された期間、洗浄剤に曝される。次に、洗浄剤を除去するために、リンス剤と乾燥剤とが、半導体基板の表面に同時に供給される。なお、乾燥剤は、リンス剤が、基板の腐食が生じるのに充分な期間、半導体基板の表面に留まって洗浄剤の希釈領域を形成することを、防止する。
さらに別の実施形態では、半導体基板の表面における残留物の枚葉式ウエハ洗浄のための化学的シーケンス方法が提供される。化学的シーケンス方法は、半導体基板上の洗浄剤と残留物との界面における濃度勾配を維持するよう構成されている。方法は、洗浄剤を半導体基板の表面に供給する工程に始まる。次に、洗浄剤を残留物と反応させる。次に、洗浄剤は、半導体基板が腐食されるのを低減するために、除去される。次に、濃度勾配が回復されて、半導体基板の表面の残留物がより効果的に除去されるように、供給工程と反応工程と除去工程とが繰り返される。
さらに別の実施形態では、ウエハ上の洗浄剤と残留物との界面における濃度勾配を維持しつつ、枚葉式ウエハ洗浄システムにおける電解腐食の影響を最小限に抑えるための方法が提供される。方法は、腐食防止剤を含む洗浄剤をウエハの表面に供給する工程に始まる。次に、ウエハの表面は、特定の期間、洗浄剤に曝される。次に、洗浄剤とウエハの表面との界面における濃度勾配が回復される。次に、洗浄剤を除去してウエハを乾燥させるために、ウエハは、洗浄剤でリンスされ、それと同時に、乾燥剤で乾燥される。
別の実施形態では、一枚の基板を洗浄するためのシステムが提供される。システムは、基板を支持するよう適合されたスピンドルを備え、スピンドルは、基板を回転させるよう構成されている。洗浄剤の層を全面に有する基板表面が備えられている。さらに、基板表面の上方に配置された第１のノズルが備えられている。第１のノズルは、基板が回転している状態で、基板表面にリンス剤を供給するよう構成されている。基板の上方に配置された第２のノズルが備えられている。第２のノズルは、第１のノズルがリンス剤を供給する際に、基板表面に乾燥剤を供給するよう構成されている。第１および第２のノズルが固定された分配アームが備えられている。分配アームは、基板が回転すると共に、第１および第２のノズルがリンス剤と乾燥剤とをそれぞれ供給する際に、基板の中央部から基板の縁部まで、基板表面の上方を半径方向に進むよう構成されている。基板表面は、基板表面が腐食するのを低減するために迅速に乾燥される。例えば、複数のノズル対を組み込む構成など、別の構成を組み込んで、リンス工程および乾燥工程を高速化することも可能である。
本発明のその他の態様および利点は、本発明の原理を例示した添付図面と関連付けて行う以下の詳細な説明から明らかになる。
この発明は、枚葉式ウエハ洗浄工程の際に、半導体基板を腐食の影響に曝すことなく、基板の表面から洗浄剤を除去するための方法および装置を提供する。また、方法および装置は、洗浄剤の消費を増大させることなく、洗浄工程の際に残留物を除去するためのより効果的な手段を提供する。しかしながら、本発明が、これらの詳細の一部または全てがなくとも実施可能であることは、当業者にとって明らかである。その他にも、本発明を不明瞭にしないように、周知の処理動作は詳細に説明していない。
本発明の実施形態は、半導体基板を腐食の影響に曝すことなく、基板に洗浄剤を供給して除去するための方法および装置を提供する。一実施形態では、半導体基板に供給される精密に構成された洗浄剤は、洗浄剤の成分の希釈を低減する方法で除去される。別の実施形態では、洗浄剤は、腐食を防止するための界面活性剤を含む。本明細書で用いられているように、界面活性剤は、腐食防止剤とも呼ばれる。洗浄剤は、基板表面から迅速に洗浄剤を除去することによってリンス剤の希釈の影響を低減する方法で、半導体基板の表面から除去される。リンス処理の際に基板の表面を迅速に乾燥させることにより、半導体は、腐食から保護された状態を保つ。
また、別の実施形態では、枚葉式ウエハ洗浄の際に、半導体基板の表面から洗浄剤をより効果的に除去するための方法および装置が提供される。枚葉式ウエハ洗浄処理のための洗浄剤の速効性は、洗浄剤と除去すべき残留物との間の半導体基板の表面における濃度勾配が、洗浄剤と残留物との反応によって形成される境界層の除去によって、維持される場合に、最適に機能する。特に、洗浄剤と残留物との相互作用によって生成される反応種の遅延効果は、濃度勾配を維持するために洗浄剤を回復させる化学的シーケンス方法によって、最小限に抑えられる。回復処理は、以下で詳細に説明するように、基板の表面から洗浄剤を除去する工程と、新しい洗浄剤に置き換える工程または洗浄剤を継続的にリサイクルする工程と、を備えることにより、濃度勾配を維持することができる。
図４は、本発明の一実施形態に従って乾燥システム１４０の一例を示す図である。乾燥システム１４０は、中空スピンドル１４２を備え、中空スピンドル１４２は、基板１４８を保持するよう構成され、滴受け１５０の内側かつ上方に配置されている。分配アーム１５２は、基板１４８の上面の上方に配置されている。分配アーム１５２は、分配アーム支柱１５４によって、支持されており、分配アーム支柱１５４は、分配アーム駆動軸ハウジング１５６内に配置された分配アーム駆動軸（図示せず）に機械的に結合（図示せず）されている。基板１４８は、爪部１５８により中空スピンドル１４２に固定されている。中空スピンドル１４２は、回転するよう構成され、基板１４８を回転させる。スピンドルモータ１６０は、駆動ベルト１６２によって中空スピンドル１４２に伝えられる回転エネルギを提供するよう構成され、爪部１５８で中空スピンドル１４２に固定されている基板１４８を回転させる。
中空スピンドル１４２と爪部１５８と基板１４８とを囲んで、噴霧遮蔽部１６４が設けられている。噴霧遮蔽部１６４は、リンスおよび乾燥処理におけるすべての液体を中空スピンドル１４２の周りの領域に納めるよう構成されている。本発明の一実施形態では、噴霧遮蔽部１６４は、半円形の空気圧システムに磁気的に結合されたドア（図示せず）を備えるよう構成される。これにより、基板１４８の挿入および除去のために、中空スピンドル１４２に側面からアクセスすることができる。
本発明の別の実施形態では、リンス剤および乾燥剤が、基板１４８の上面に同時に供給される。一実施形態では、リンス剤は、ノズル１６６を介して供給され、乾燥剤は、ノズル１６８を介して供給される。リンス剤の例としては、脱イオン水（ＤＩＷ）やイソプロピルアルコールが挙げられる。乾燥剤の例としては、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）や、ＩＰＡの蒸気、加熱窒素（Ｎ2）ガス、その他の不活性ガスまたは気化された化学物質が挙げられる。一部の乾燥剤は、副生成物を生成するか、または、滴受け１５０内に捕らえられる過剰な蒸気となる。排気部１７０は、空気中の化学物質や蒸気を放出するために設けられており、排液部１７２は、洗浄剤および乾燥剤の双方の液体残留物を排出するために設けられている。
分配アーム１５２は、中空スピンドル１２２の爪部１２６の内側に配置された基板１４８に、分配ノズル１６６，１６８を介して、リンス剤および乾燥剤を供給する。乾燥剤とリンス剤とは、別々の貯蔵容器（図示せず）から供給され、分配アーム１５２に沿って分配ノズル１６８，１６６に送られる。ノズル１６６，１６８は、乾燥剤およびリンス剤の流れを基板１４８の上面に導く。
一実施形態では、基板１４８の上面を横切る分配アーム１５２の位置は、分配アーム駆動軸ハウジング１５６内に備えられた分配アーム制御部（図示せず）および分配アーム駆動軸（図示せず）によって制御される。分配アーム駆動軸は、駆動軸と分配アーム１５２との間を直接機械的に結合する分配アーム支柱１５４と機械的に結合されており、分配アーム１５２を位置決めする。分配アーム１５２は、分配アーム支柱１５４の周りを旋回するよう構成されている。これにより、基板の上面を横切って半径方向に、分配アーム１５２が移動すると共に、分配ノズル１６６，１６８が移動する。本発明の一実施形態では、リンス剤および乾燥剤は、回転する基板の半径に沿って、基板の中央領域から基板の外縁領域までの範囲に供給される。このため、上側分配アーム１１０は、回転する基板の表面に沿って、中央領域から外縁領域へと外側に向かって移動する。別の実施形態では、ノズル１６６，１６８は、分配アーム１５２が基板１４８の表面を横切って移動する際に、乾燥剤がリンス剤のすぐ後方で基板の表面に供給されるように、配置される。以下で詳細に説明するように、枚葉式ウエハ洗浄工程において、基板１４８の表面を迅速に乾燥させるために、リンス剤と同時に乾燥剤を供給することにより、基板が腐食の影響から保護される。図４は、装置の一実施形態の一例として提供されており、限定を意図しない。
図５は、本発明の一実施形態に従って、基板１４８の上方に配置された分配ノズル１６６，１６８の詳細な図である。分配アーム１５２は、矢印１８０で示すように、基板上方の面内で、基板１４８の表面を半径方向に横切る経路を移動する。基板１４８は、その軸を中心に回転しているため、ノズル１６６，１６８は、基板１４８の表面の全体に、リンス剤の流れと乾燥剤の流れとを導く。洗浄剤をリンスして基板１４８の表面を直ちに乾燥させることによって、洗浄剤中の腐食防止剤は、腐食の影響を防止できない希釈された状態で、基板１４８の表面に残らない。電解腐食は、僅か数秒で起こり得る。このため、基板を直ちに乾燥させることにより、上述のように、基板が急冷されるので、腐食の影響の発生が低減または防止される。
図６は、本発明の一実施形態に従って、基板１４８の表面の詳細なダイアグラムを示しており、ここでは、リンス剤１８２と乾燥剤１８４とが、基板１４８の表面に作用して、洗浄剤の層１８８を除去している。リンス剤１８２は分配ノズル１６６を介して供給され、これと同時に、乾燥剤１８４は分配ノズル１６８を介して供給される。一実施形態では、ノズル１６６，１６８は、各ノズル１６６，１６８から放出された流体の流れ１９０，１９２が基板１４８の表面に対してある角度で方向付けられ、かつ、分配アームの移動方向１８０と同じ平面内に方向付けられるように、配置される。リンス剤１８２は、基板１４８の中央領域から基板１４８の外縁領域へ移動する間に、乾燥剤１８４より先に、回転する基板１４８の上面に供給される。リンス剤は、基板１４８の表面をリンスして洗浄剤の層１８８を除去するよう構成されている。一実施形態では、リンス剤はＤＩＷである。乾燥剤は、リンス剤の表面張力を低下させ、液体および残留物の動きを高めることによって、洗浄剤の層中の希釈された領域を基板１４８の表面に留まらせずに、基板の表面を迅速に乾燥させるように、構成されている。
図６のように乾燥剤１８４とリンス剤１８２とを同時に供給することによって、基板表面は迅速に乾燥し、この結果、洗浄剤とリンス剤１８２との混合液を含む領域が最小限となる。また、リンス剤１８２と乾燥剤１８４とを同時に供給することによって、基板１４８の表面は迅速に乾燥する。したがって、洗浄剤の希釈された領域が形成されても、基板の表面は、腐食の影響を受けることなく、迅速に乾燥する。
図７は、本発明の一実施形態に従って、基板１４８と洗浄剤の層１８８との界面１９４を示す詳細な図である。一実施形態において、基板表面１９６は、エッチングやＣＭＰなど前工程からの残留物を含む。枚葉式のウエハ洗浄工程において、基板表面１９６に供給された洗浄剤は、残留物を迅速に溶解させ、基板の表面から残留物をリンスすることができる。洗浄剤は、通常、有機物質を溶解させるための溶剤と、金属を溶解させるためのキレート剤と、腐食を防止するための界面活性剤と、を少なくとも含む。前述のように、洗浄剤は、枚葉式のウエハ洗浄工程のために速効性を有するよう精密に構成される。所望の洗浄結果を提供するために、化学種のｐＨおよび濃度、準水系の洗浄剤の水の濃度は、慎重に構成される。さらに、界面１９４における反応は、数秒で生じる。
したがって、図７の界面１９４では、洗浄剤が溶解または前工程の残留物と反応すると、化学平衡がずれて、洗浄剤の作用が遅延する。界面１９４で起きる化学反応で生じた反応種は、洗浄剤の活性化学物質と、洗浄剤と相互作用する残留物と、の間の濃度勾配を低減する。したがって、本発明の別の実施形態では、化学的シーケンス方法を用いて、濃度勾配の回復を行う。図９を参照して説明するように、化学的シーケンス工程は、特定の期間、基板に洗浄剤を供給する工程と、図４〜図６を参照して説明したような洗浄剤を迅速に除去する工程と、供給および除去工程を繰り返す工程と、を備える。本実施形態では、洗浄剤は少なくとも２回供給されるが、使用される洗浄剤の絶対量は増大しない。例えば、図９で説明するように、洗浄剤が２回供給される場合には、洗浄剤が１回供給される場合の量の半分ずつが、各回の供給で使用される。別の実施形態では、洗浄剤はリサイクルされる。すなわち、洗浄剤は、基板の表面から除去される際に捕集され、基板の表面に再度供給される。洗浄剤が基板の表面に連続的に噴霧されるため、濃度勾配は、実質的に一定に保たれる。
図８は、本発明の一実施形態に従って、枚葉式ウエハ洗浄システムにおいて電解腐食の影響を最小限に抑えるための方法を示すフローチャート１９８である。フローチャート１９８は、洗浄剤がウエハ（半導体基板とも呼ぶ）に供給される工程２００で始まる。一実施形態では、洗浄剤は、腐食を防止するための界面活性剤を含む。別の実施形態では、界面活性剤が、ウエハを電解腐食から保護する。当業者に明らかなように、洗浄剤は、バルク供給で供給されてもよいし、連続的に噴霧されてもよい。方法は、次に、工程２０２に進む。工程２０２では、ウエハは、一定の期間洗浄剤に曝される。一実施形態では、枚葉式ウエハ洗浄方法のための洗浄剤は、約３０秒から１分の間で残留物を溶解するように、設計されている。方法は、次に、工程２０４に進む。工程２０４では、濃度勾配が回復される。一実施形態では、ウエハの界面における洗浄剤と残留物との間の勾配は、ウエハの表面に洗浄剤を連続的に噴霧することによって回復される。別の実施形態では、連続的に噴霧された洗浄剤は、回転するウエハの表面から落ちると、収集されてリサイクルされる。例えば、図４の滴受けは、リサイクルのために洗浄剤を収集可能である。別の実施形態では、洗浄剤が、特定の期間、基板に滴下または噴霧された後に除去される化学的シーケンス方法によって、濃度勾配が回復される。その後、新たな洗浄剤が再び基板に供給され、濃度勾配が回復される。
図８の方法は、次に、工程２０６に進む。工程２０６では、リンス剤および乾燥剤が、ウエハの表面に同時に供給され、洗浄剤が除去される。工程２０６では、洗浄剤は、迅速に、すなわち、ウエハ上で腐食が発生する期間、界面活性剤の希釈された領域がウエハに留まることを許容することなく、除去される。一実施形態では、リンス剤と乾燥剤とは、図４〜図６で説明したように供給される。別の実施形態では、リンス剤は、ＤＩＷや、イソプロピルアルコールなどの洗浄剤を排除し急冷することが可能な他の液体であり、乾燥剤は、ＩＰＡや、ＩＰＡの蒸気、窒素、加熱された窒素、他の不活性ガスである。
図９は、本発明の一実施形態に従って、半導体基板上の残留物を枚葉式ウエハ洗浄するための化学的シーケンス方法を示すフローチャート２０８である。方法は、工程２１０で始まる。工程２１０では、洗浄剤が、半導体基板の表面に供給される。一実施形態では、洗浄剤は、、オハイオ州ダブリンのＡｓｈｌａｎｄ Ｉｎｃ．のＮＥ−１４およびＮＥ−８９と、カリフォルニア州ヘーワードのＥＫＣ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｉｎｃ．のＥＫＣ ６４０のいずれかである。別の実施形態では、枚葉式ウエハ洗浄方法は、半導体基板の表面に残留物を残すエッチングまたはＣＭＰ工程の後に適用される。方法は、次に、工程２１２に進む。工程２１２では、洗浄剤が、半導体基板の表面の残留物と反応する。洗浄剤は、一定の期間、ウエハの表面に残り、残留物を溶解させる。一実施形態では、一定の期間は、約３０秒から約１分の間である。
フローチャート２０８の方法は、次に、工程２１４に進む。工程２１４では、半導体基板が腐食するのを低減するために、洗浄剤が迅速に除去される。一実施形態では、リンス剤および乾燥剤が半導体基板の表面に同時に供給されて、洗浄剤を除去する。図４〜図６を参照して説明したように、洗浄剤は迅速に除去される。方法は、次に、工程２１０，２１２，２１４が繰り返される工程２１６に進む。濃度勾配は、工程２１０，２１２，２１４を繰り返すことによって回復され、この結果、洗浄剤と半導体基板の表面との間の界面における反応種の蓄積による洗浄剤の作用の低下がなくなる。図７を参照して説明したように、界面で起きる化学反応で生じた反応種は、洗浄剤の活性化学物質と、洗浄剤と相互作用する残留物と、の間の濃度勾配を低減する。そのため、この蓄積によって、洗浄剤が最も効果的である化学平衡から逸脱してしまう。
洗浄剤を回復することにより、最適な化学平衡が回復される。一実施形態では、フローチャート２０８の方法は、一回供給の処理と実質的に同じ量の洗浄剤を消費する。より具体的には、一回供給の処理が、約１０ｍｌから約１００ｍｌを消費する場合、洗浄剤が一旦除去されて再度供給される化学的シーケンス工程は、各供給においてその量の半分、すなわち、約５ｍｌから約５０ｍｌを消費する。したがって、消費される洗浄剤の絶対量は増大しない。さらに、フローチャート２０８の枚葉式ウエハ洗浄方法のための総所要時間は、洗浄剤を一回供給する場合と実質的に同じである。濃度勾配が回復されるので、化学的シーケンス方法の各供給における洗浄剤の滞在時間の合計は、一回供給の場合の滞在時間と実質的に同じである。例えば、洗浄剤が供給された後に、除去、再供給される化学的シーケンス方法の処理時間は、洗浄剤の一回供給の処理時間と実質的に同じである。すなわち、化学的シーケンスのための洗浄剤は、２回供給されるが、化学的シーケンス中の供給の間に勾配が回復されるため、各供給は、一回供給の滞在時間の約半分の滞在時間を有する。したがって、合計処理時間は、実質的に同じままである。
なお、洗浄剤を２回より多く供給してもよい。例えば、洗浄剤は、一実施形態では、３回以上供給されてもよい。この実施形態では、消費される洗浄剤の量と処理時間は、一回供給と比較して、実質的に同じである。別の実施形態では、洗浄剤は、半導体基板の表面に連続的に供給可能である。ここで、基板の表面に噴霧または滴下された洗浄剤は、基板表面から除去されるとリサイクルされる。この実施形態では、濃度勾配は、連続的に回復される。
本発明のさらに別の実施形態では、洗浄剤が、図４〜図６の装置を用いて基板に供給される。ここで、洗浄剤は、乾燥剤と同時に基板の表面に供給される。すなわち、洗浄剤が、リンス剤に代わって供給される。例えば、洗浄剤が、最初に基板に供給され、一定期間、基板に曝される。ここで、洗浄剤は、上述のように、一定期間、滴下、噴霧、または連続的に噴霧され、リサイクルされることが可能である。連続的に噴霧する態様では、洗浄剤は、一実施形態において、濃度勾配を回復するためにリサイクルされる。図４〜図６を参照して説明したように、曝すための期間が終了した後、その装置を用いて、洗浄剤は、ウエハからリンスされる。一実施形態では、洗浄剤は、洗浄剤を排除して急冷するためにリンス剤として用いられるＤＩ水またはその他の液体の代わりに用いられる。
上述のように、洗浄剤がリンス剤の代わりに用いられる実施形態では、洗浄剤は、必要であれば容易に捕集されリサイクルされる。また、洗浄剤が、ＤＩ水またはその他のリンス剤で希釈されず、リサイクルおよびリユース可能であることから、廃液の量が低減される。さらに、洗浄剤がリンス剤によって希釈されないため、電解腐食の影響は最小限に抑えられる。したがって、洗浄剤の界面活性剤または腐食防止剤のために確立された化学平衡が、維持および回復され、電解腐食の影響が抑えられる。
理解を深めるために、上述の発明について、ある程度詳しく説明したが、添付の特許請求の範囲内でいくらかの変更と変形を行ってもよいことは明らかである。したがって、本実施形態は、例示的なものであって、制限的なものではないとみなされ、本発明は、本明細書に示した詳細に限定されず、添付の特許請求の範囲および等価物の範囲内で変形可能である。
１０２…電解液
１０４…金属
１０６…金属
１１２…銅メタライゼーション配線
１１４…ライナ
１１６…隔膜
１１８…誘電体層
１２０…トレンチ
１２２…ビア
１２４…基板
１２６…基板
１２８…領域
１３０…領域
１４０…乾燥システム
１４２…中空スピンドル
１４８…基板
１５０…滴受け
１５２…分配アーム
１５４…分配アーム支柱
１５６…分配アーム駆動軸ハウジング
１５８…爪部
１６０…スピンドルモータ
１６２…駆動ベルト
１６４…噴霧遮蔽部
１６６…ノズル
１６８…ノズル
１７０…排気部
１７２…排液部
１８２…リンス剤
１８４…乾燥剤
１８８…洗浄剤の層
１９０…流体の流れ
１９２…流体の流れ
１９４…界面
１９６…基板表面
１０４…金属
１０６…金属
１１２…銅メタライゼーション配線
１１４…ライナ
１１６…隔膜
１１８…誘電体層
１２０…トレンチ
１２２…ビア
１２４…基板
１２６…基板
１２８…領域
１３０…領域
１４０…乾燥システム
１４２…中空スピンドル
１４８…基板
１５０…滴受け
１５２…分配アーム
１５４…分配アーム支柱
１５６…分配アーム駆動軸ハウジング
１５８…爪部
１６０…スピンドルモータ
１６２…駆動ベルト
１６４…噴霧遮蔽部
１６６…ノズル
１６８…ノズル
１７０…排気部
１７２…排液部
１８２…リンス剤
１８４…乾燥剤
１８８…洗浄剤の層
１９０…流体の流れ
１９２…流体の流れ
１９４…界面
１９６…基板表面
Claims (14)
- 枚葉式ウエハ洗浄システムにおいて電解腐食の影響を最小限に抑えるための方法であって、
腐食防止剤を含む洗浄剤を、ウエハの表面に供給する工程と、
前記ウエハの前記表面を、前記洗浄剤に特定の期間曝す工程と、
前記洗浄剤と前記ウエハの前記表面との界面における濃度勾配を回復する工程と、
リンス剤と乾燥剤とを同時に供給して、前記洗浄剤を除去する工程と、
を備え、
前記乾燥剤は、前記腐食防止剤の濃度が腐食の防止に不充分なレベルまで希釈される前に、前記ウエハの前記表面を乾燥させる、方法。 - 請求項１に記載の方法であって、
前記リンス剤は、脱イオン水である、方法。 - 請求項１に記載の方法であって、
前記乾燥剤は、イソプロピルアルコールである、方法。 - 請求項１に記載の方法であって、
前記乾燥剤は、前記リンス剤の表面張力を低減させる、方法。 - 請求項１に記載の方法であって、
前記リンス剤と前記乾燥剤とは、前記基板が回転している間に、前記基板の中央部から前記基板の縁部まで、前記基板の前記表面を半径方向に横切って供給される、方法。 - 請求項１に記載の方法であって、
前記回復工程は、さらに、
前記洗浄剤が前記ウエハの前記表面から除去される際に、前記洗浄剤を捕集する工程と、
前記捕集された洗浄剤を、前記ウエハの前記表面に再度供給する工程と、
を備える、方法。 - 請求項１に記載の方法であって、
前記洗浄剤は、準水系の溶液中の溶剤とキレート剤とを含む、方法。 - 請求項１に記載の方法であって、
前記特定の期間は、約３０秒から約１分の間である、方法。 - 請求項１に記載の方法であって、さらに、
前記半導体基板の前記表面上の前記洗浄剤と残留物との間で、実質的に一定の濃度勾配を維持する工程を備える、方法。 - 請求項１に記載の方法であって、
前記半導体基板の前記表面を曝す工程は、さらに、
前記半導体基板を回転させる工程と、
前記半導体基板の前記表面に、前記洗浄剤を連続的に付加する工程と、
前記半導体基板から回転除去された前記洗浄剤を収集する工程と、
前記半導体基板の前記表面に付加された前記洗浄剤をリサイクルする工程と、
を備える、方法。 - 一枚の基板を洗浄するためのシステムであって、
前記基板を支持するよう適応され、前記基板を回転させるように構成されたスピンドルと、
洗浄剤の層を全面に有する基板表面と、
前記基板表面の上方に配置され、前記基板が回転している状態で、前記基板表面にリンス剤を供給するように構成された第１のノズルと、
前記基板表面の上方に配置され、前記第１のノズルが前記リンス剤を供給する際に、前記基板表面に乾燥剤を供給するように構成された第２のノズルと、
前記第１および第２のノズルが固定された分配アームであって、前記基板が回転すると共に、前記第１および第２のノズルが前記リンス剤と前記乾燥剤とをそれぞれ供給する際に、前記基板の中央部から前記基板の縁部まで、前記基板表面の上方を半径方向に進むように構成された前記分配アームと、を備え、
前記基板表面は、前記基板が腐食されるのを低減するために、乾燥される、システム。 - 請求項１１に記載のシステムであって、
前記洗浄剤は、準水系の溶液中の溶剤とキレート剤とを含む、システム。 - 請求項１１に記載のシステムであって、
低減される前記腐食は、電解腐食である、システム。 - 請求項１１に記載のシステムであって、
前記乾燥剤は、前記リンス剤の表面張力を低減させる、システム。
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