JP2006066501A

JP2006066501A - スピン洗浄乾燥装置及びスピン洗浄乾燥方法

Info

Publication number: JP2006066501A
Application number: JP2004245053A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Tsujimura; 伸一辻村
Original assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Current assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority date: 2004-08-25
Filing date: 2004-08-25
Publication date: 2006-03-09
Also published as: US7434588B2; US20060042666A1; TW200616056A; KR20060053113A

Abstract

【課題】基板を枚葉式でスピン洗浄及びスピン乾燥するにあたり、基板の全面を十分に乾燥させることのできるスピン洗浄乾燥装置及びスピン洗浄乾燥方法を提供すること。
【解決手段】スピンチャック１に保持された基板Ｗに対向し所定間隔離間した位置に整流板３を設け、整流板３の中央部から乾燥補助気体を噴射するようにした。またスピンチャック１の下方にはフード付スリット孔６Ａを有する排気カバー６を設けた。この排気カバー６により洗浄時は発生するミストを上方に舞い上がらすことなく外部に排気し、乾燥時は整流板３によって周辺空気の流れを整流して乱流を発生させず、基板Ｗの全面を十分に乾燥させることができるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は基板のスピン洗浄乾燥装置及びスピン洗浄乾燥方法に関し、特にＣＭＰ（化学機械研磨）装置等に設けられ半導体ウェーハ等の基板を枚葉式でスピン洗浄及び乾燥するスピン洗浄乾燥装置及びスピン洗浄乾燥方法に関する。

半導体装置や電子部品等は小型化を図るため、素材であるシリコン等のウェーハ（基板）上に多層配線されて形成される。その際、各層の配線を形成する毎に平坦化処理が行われ、その平坦面にまた次の層の配線が形成される。

このウェーハ（基板）の平坦化にはＣＭＰ（化学機械研磨）装置を用いるのが一般的になってきた。この平坦化処理されたウェーハは、ＣＭＰ装置に設けられたスピン洗浄乾燥装置でスピン回転されながら洗浄液が供給され、最後に純水が供給されて洗浄工程が終了し、更にスピン回転によって純水を外側に排出する乾燥工程が施される。

しかし、スピン回転のみによる乾燥ではウェーハの中心部に水滴が残り、また中心部以外でも乾燥が不十分で、これらの部位にウオーターマークが形成される。ウオーターマークが形成されると、ウェーハ上に形成されている微細配線層の質が低下してしまったり、またパーティクルが発生してしまう。

ウェーハ乾燥工程におけるこのような問題を解決するために、スピン洗浄乾燥装置のスピンチャックを囲むカップの上部開口部にウェーハに近接して外部の空気を遮蔽する雰囲気遮断板を設け、雰囲気遮断板の中央部に純水供給口と乾燥補助気体を噴射する気体噴射口とを設けた装置が提案されている。（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１１−３３００３９号公報

しかし、前述の特許文献１に記載された装置では、ウェーハに近接して配置された雰囲気遮断板の中央部から純水を供給するため、雰囲気遮断板のウェーハに面した表面に水滴が付着し、その水滴が次の乾燥工程でウェーハ上に落下するため、ウェーハ表面を十分に乾燥させることができなかった。

また、雰囲気遮断板がウェーハに近接して配置されているため、ウェーハの回転によって生じる気体の流れがウェーハの外周部で乱流となり、ウェーハ外周部、特にウェーハ裏面の外周部の乾燥が不十分になるという問題を有していた。

また、洗浄時及び乾燥時に基板の外側に排出された水分がカップ内面に衝突して発生するミストが上方に舞い上がり、基板に再付着するという問題も有していた。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、基板を枚葉式でスピン洗浄及びスピン乾燥するにあたり、基板の全面を十分に乾燥させることのできるスピン洗浄乾燥装置及びスピン洗浄乾燥方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、基板を回転させながらリンスノズルから洗浄液を供給して洗浄し、洗浄後の基板を回転させながら乾燥させる枚葉式のスピン洗浄乾燥装置において、前記基板を保持して回転するスピンチャックと、上方に開口部を有するとともに底部に排水口及び排気口が設けられ、前記スピンチャックを包囲するカップと、中央部に気体噴射口を有し、前記スピンチャックに保持された基板に対向し所定間隔離間した位置と上方又は側方に退避した位置とに進退移動可能に設けられた整流板と、が設けられ、前記スピンチャックの下方には、上面に開口された複数のフード付スリット孔を有する排気カバーが設けられていることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、基板の洗浄では整流板は上方又は側方に退避しているので整流板表面に水滴が付着しない。このため、基板の乾燥時に基板面に水滴が落下することがない。更に乾燥時には、基板に対向し所定間隔離間した位置に整流板が配置され、基板の回転による周辺空気の流れが整流されて乱流が発生せず、また中央部から乾燥補助気体を噴射するので、基板の表裏全面が十分に乾燥する。

また、スピンチャックの下方に複数のフード付スリット孔を有する排気カバーが設けられているので、洗浄時及び乾燥時に基板の外側に排出された水分がカップ内面に衝突して発生するミストがフード付スリット孔を経由してカップ外部に排気され、上方に舞い上がることがなく、洗浄時及び乾燥時に悪影響を及ぼすことがない。

請求項２に記載の発明は、請求項１の発明において、前記整流板は、導電性材料で形成されていることを特徴とする。これによれば、整流板が導電性材料で形成されているので、乾燥気体中で基板が高速回転することによって生じる静電気を整流板を通して外部に放電させることができる。

また、請求項３に記載の発明は、基板を回転させながらリンスノズルから洗浄液を供給して洗浄し、洗浄後の基板を回転させながら乾燥させる枚葉式のスピン洗浄乾燥装置において、前記基板を保持して回転するスピンチャックと、上方に開口部を有するとともに底部に排水口及び排気口が設けられ、前記スピンチャックを包囲するカップと、先端に気体噴射口を有し、前記基板の中央部から外周部までをトラバースするスキャンアームと、が設けられ、前記スピンチャックの下方には、上面に開口された複数のフード付スリット孔を有する排気カバーが設けられていることを特徴とする。

請求項３の発明によれば、基板の乾燥時には先端に気体噴射口を有したスキャンアームが乾燥補助気体を噴射しながら基板の中央部から外周部までをトラバースするので、基板の全面が十分に乾燥する。

請求項４に記載の発明は、請求項１、２、又は３のうちいずれか１項に記載の発明において、前記フード付スリット孔は、前記排気カバーの中央部から外周部に向けて形成され、前記フードはスリット孔の長辺の一方側から他方側に向けて形成され、他方側で開口されていることを特徴とする。

請求項４の発明によれば、排気カバーのフード付スリット孔が排気カバーの中央部から外周部に向けて形成され、フードはスリット孔の長辺の一方側から他方側に向けて形成されて他方側で開口されているので、カップ内に発生するミストを上方に舞い上がらせることなくスリット孔を通してカップ外部に排気することができる。

また、請求項５に記載の発明は、基板を回転させながら洗浄及び乾燥する枚葉式のスピン洗浄乾燥方法において、前記基板を第１の回転速度で回転させながら洗浄液を供給し、前記基板を洗浄するリンス工程と、前記基板の回転によって基板の外周近傍に流体の乱流が生じないように、前記流体を整流可能な位置に整流板を配置する工程と、前記基板に乾燥補助気体を供給するとともに、前記第１の回転速度よりも低速の第２の回転速度から前記第１の回転速度よりも高速の第３の回転速度まで段階的に又は連続で回転速度を上げながら前記基板を回転させて、前記基板を乾燥する乾燥工程と、を有することを特徴とする。

請求項５の発明によれば、基板を第１の回転速度で回転させながら洗浄液を供給してリンスし、次に、基板の回転によって周囲の気体の流れに乱流が生じないように整流板を配置し、次に乾燥補助気体を供給するとともに、第１の回転速度よりも低速の第２の回転速度から第１の回転速度よりも高速の第３の回転速度まで回転速度を上げながら基板を乾燥するので、基板の中心部より徐々に乾燥させて基板外周部まで十分に乾燥させることができる。

また、請求項６に記載の発明は、基板を回転させながら洗浄及び乾燥する枚葉式のスピン洗浄乾燥方法において、前記基板を回転させながら洗浄液を供給し、前記基板を洗浄するリンス工程と、前記基板を回転させるとともに前記基板に乾燥補助気体を噴射し、噴射点を基板の中心から外周部までトラバースして、前記基板を乾燥する乾燥工程と、を有することを特徴とする。

請求項６の発明によれば、基板を回転させるとともに乾燥補助気体の噴射点を基板の中心から外周部までトラバースするので、基板の中心部から基板外周部まで十分に乾燥させることができる。

また、請求項７に記載の発明は、請求項６の発明において、前記乾燥補助気体の噴射点のトラバースは、基板の中心から外周部に向けてトラバース速度を遅くすることを特徴とする。請求項７の発明によれば、基板表面の面積が増大する外周部にむけてトラバース速度を遅くするので、基板全面を十分に乾燥させることができる。

また、請求項８に記載の発明は、請求項５、６、又は７のうちいずれか１項に記載の発明において、前記乾燥補助気体が、フィルタを通過させた乾燥空気又は窒素ガスであることを特徴とする。請求項８の発明によれば、正常な乾燥空気又は窒素ガスを乾燥補助気体とするので、基板全面を十分に乾燥させることができる。

また、請求項９に記載の発明は、請求項５、６、７、又は８のうちいずれか１項に記載の発明において、前記乾燥補助気体にイオンを含有させ、乾燥工程において発生する静電気を空中に放電させることを特徴とする。

請求項９の発明によれば、乾燥補助気体にイオンを含有させ、乾燥工程において発生する静電気を空中に放電させるので、基板に形成された半導体装置等が静電破壊されるのを防止することができる。

以上説明したように本発明のスピン洗浄乾燥装置によれば、基板の乾燥時に基板面に水滴が落下することがなく、基板の回転による周辺空気の流れが整流されて乱流が発生せず、また乾燥補助気体を噴射するので基板の全面が十分に乾燥する。また、排気カバーによってカップ内に発生するミストが上方に舞い上がることが防止される。

また、本発明のスピン洗浄乾燥方法によれば、基板の中心部より徐々に乾燥させて基板外周部まで十分に乾燥させることができる。

以下添付図面に従って本発明に係るスピン洗浄乾燥装置及びスピン洗浄乾燥方法の好ましい実施の形態について詳説する。尚、各図において同一部材には同一の番号または記号を付している。

図１は、本発明の実施の形態に係るスピン洗浄乾燥装置を示す断面図である。スピン洗浄乾燥装置１０は、上面にウェーハＷを保持する３個の支持ピン１Ａ、１Ａ、１Ａを有しスピン回転するするスピンチャック１、上方に開口部２Ａが形成され、スピンチャック１を囲むカップ２、ウェーハＷと所定間隔離れて対向配置された位置と、上方に退避した位置とに移動可能な整流板３、カップ２の開口部２ＡからウェーハＷにリンス液を供給するリンスノズル７、及びカップ２内のスピンチャック１の下方に設けられた排気カバー６等から構成されている。

スピンチャック１の中心には気体噴射口１Ｂが形成され、配管５によって窒素ガス源に接続され、ウェーハＷの裏面に乾燥補助気体としての窒素ガスを噴射するようになっている。

また、整流板３は、ウェーハＷの径よりも大きな径を有する導電性の金属円盤で、所定の距離でウェーハＷに対向配置したときに、ウェーハＷが回転することによって生じる気体の流れがウェーハＷの周縁近傍で乱流とならないように整流する効果を有している。

この整流板３の中心にも下方に向けて気体噴射口３Ａが形成され、配管４によって窒素ガス源に接続されてウェーハＷの表面に乾燥補助気体としての窒素ガスを噴射するようになっている。

整流板３はまた、上方に大きく退避できるようになっており、リンスノズル７からウェーハＷにリンス液を供給する時は、この上方の退避位置に位置付けられる。なお、整流板３の退避位置はウェーハＷの上方に限らず、ウェーハＷの側方に退避するような構成であっても良い。

スピンチャック１を囲むカップ２の底部２Ｂには排水口２Ｄが設けられ、リンス液をカップ２外に排出する。またカップ２の底部２Ｂには中心に対して円周上３等分された位置に排気口２Ｃが３個設けられている。この排気口２Ｃ、２Ｃ、２Ｃは夫々図示しない強制排気装置に接続され、カップ２内の気体やミスト状のリンス液を吸引してカップ２外に排出する。

カップ２のスピンチャック１の下部に設けられた排気カバー６は、スピンチャック１の回転軸部を囲むとともに、外周に向けて傾斜した上面を有する筒状カバーで、図２はその排気カバー６の平面図で、図３は排気カバー６の拡大断面図である。

図２に示すように、排気カバー６の外周に向けて傾斜した上面には中心部から外周にむけて形成された長方形孔を有するフード付スリット孔６Ａが、円周上３等分された位置に３個設けられている。このフード付スリット孔６Ａは、図３に示すように、長方形孔の一方側から上方を覆い、他方側に開口したフード６Ｂを有している。

また、排気カバー６はこのフード付スリット孔６Ａが平面的に見てカップ２の底部２Ｂに設けられた排気口２Ｃ、２Ｃ、２Ｃの中間に位置するように配置され、更にフード付スリット孔６Ａのフード６Ｂの開口部がスピンチャック１の回転方向に対向する向きに開口されている。

排気カバー６のフード付スリット孔６Ａはこのように形成されているので、カップ２内部に発生するミストをカップ２内で上方に舞い上がらせることなく、図３の白矢印で示すように排気口２Ｃに吸引してカップ２外に効率良く排出する。

次に、このような構成を有するスピン洗浄乾燥装置を用いたスピン洗浄乾燥方法について説明する。図４は、このスピン洗浄乾燥方法の実施の形態を示すタイムチャートである。最初に図５に示すように、整流板３を上方の退避位置に退避させておき、直径２００ｍｍのウェーハＷをスピンチャック１の３個の支持ピン１Ａ、１Ａ、１Ａで３点支持する。

次いで図４に示すように、スピンチャック１を６００ｒｐｍの回転速度で回転させながらリンスノズル７からウェーハＷに純水を１０秒間供給し、ウェーハＷの表面を洗浄する（リンス工程）。この時カップ２内にミストが発生するが、ミストは排気カバー６のフード付スリット孔６Ａ、６Ａ、６Ａから効率良く吸引され、排気口２Ｃ、２Ｃ、２Ｃからカップ２外に排出されるので、ウェーハＷに向けて舞い上がることがない。

次に、純水の供給を停止し、図１に示すように、整流板３をウェーハＷの上面から５ｍｍ程度離間させてウェーハＷに対向配置する。次いで、整流板３の中心部に設けられた気体噴射口３Ａ及びスピンチャック１の中心部に設けられた気体噴射口１ＢからウェーハＷに向けて乾燥補助気体としての窒素ガスを噴射する。噴射量は約１５Ｌ／Ｍｉｎとする。

この状態で図４に示すように、スピンチャック１を４００ｒｐｍの回転速度で２０秒間回転させ、引き続きスピンチャック１の回転速度を６００ｒｐｍで２０秒間、８００ｒｐｍで２０秒間、１，０００ｒｐｍで５秒間、２，０００ｒｐｍで５秒間回転させる（乾燥工程）。

このように乾燥工程では、最初に低速回転でウェーハＷの中心部から徐々に乾燥させ、次いで中速、高速回転させる手順を踏むことにより、表面にウオーターマークを発生させることなくウェーハＷの表裏両面を十分に乾燥させることができる。

図６は、この乾燥工程の状態を概念的に表わしたものである。ウェーハＷの回転によって周囲の気体に乱流が発生するが、本発明の場合は整流板３が気体の流れを整流するのでウェーハＷの周辺に発生する乱流が抑制される。また、整流板３が導電性の金属板のため、ウェーハＷの高速回転によって乾燥補助気体との摩擦で生じる静電気をカップ２外に放電させるので、ウェーハＷに形成された半導体装置等が静電破壊されるのを防止する。

なお、スピンチャック１の回転速度を低速から高速に段階的に変化させたが、連続的に変化させてもよい。また、前述した手順のスピンチャック１の回転速度と時間及び窒素ガスの噴射量は、ウェーハＷの直径によって適宜変化させる。

また、乾燥補助気体として窒素ガスを用いたが、ＵＬＰＡフィルタ（ｕｌｔｒａｌｏｗｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎａｉｒｆｉｌｔｅｒ）等の高性能エアーフィルタを通した乾燥エアを用いてもよい。更に、乾燥補助気体中にイオナイザでイオンを含有させ、静電気を空中に放電させると一層好適である。

次に、図７に示す本発明の別発明のスピン洗浄乾燥装置について説明する。この別発明のスピン洗浄乾燥装置１０Ａは、前述したスピン洗浄乾燥装置１０に比べて整流板３を有さず、先端に気体噴射口８Ａが形成され図示しない駆動手段で駆動されてウェーハＷの中央部から外周部外までをトラバースするスキャンアーム８が設けられている。その他の構成は前述したスピン洗浄乾燥装置１０と同一であるので説明を省略する。

スキャンアーム８のスキャン動作は、簡単な構造の旋回方式で、旋回角度に応じて旋回速度を制御するようになっている。なお、このスキャンアーム８のスキャン動作は旋回方式に限らず、既知の直線駆動方式を用いてもよい。

図８は、このスピン洗浄乾燥装置１０Ａを用いたスピン洗浄乾燥方法の実施の形態を示すタイムチャートである。最初に図９に示すように、スキャンアーム８をカップ２の外部の退避位置に退避させておき、直径２００ｍｍのウェーハＷをスピンチャック１の３個の支持ピン１Ａ、１Ａ、１Ａで３点支持する。

次いで図８に示すように、スピンチャック１を６００ｒｐｍの回転速度で回転させながらリンスノズル７からウェーハＷに純水を１０秒間供給し、ウェーハＷの表面を洗浄する（リンス工程）。この時カップ２内にミストが発生するが、ミストは排気カバー６のフード付スリット孔６Ａ、６Ａ、６Ａから効率良く吸引され、排気口２Ｃ、２Ｃ、２Ｃからカップ２外に排出されるので、ウェーハＷに向けて舞い上がることがない。

次に、純水の供給を停止し、スキャンアーム８先端の噴射口８ＡをウェーハＷの中心部上方に位置付ける。次いで図８に示すように、スピンチャック１を４００ｒｐｍの回転速度で回転させるとともに、スキャンアーム８先端の噴射口８Ａ及びスピンチャック１の中心部に設けられた気体噴射口１ＢからウェーハＷに向けて乾燥補助気体としての窒素ガスを噴射する。噴射量は約１５Ｌ／Ｍｉｎとする。図７はこの状態を表わしている。

この状態で図８に示すように、スキャンアーム８からの窒素ガスの噴射点をウェーハＷの中心部から外周に向けて６０秒かけてスキャンさせる。この時スキャンアーム８の移動速度をウェーハＷの中心部では速く移動させ、ウェーハＷの外周にゆくほど低速にする。

窒素ガスの噴射点がウェーハＷの外周から外れた時点でスキャンアーム８の移動を停止し、窒素ガスの噴射も停止する。次いで、スピンチャック１を２，０００ｒｐｍで５秒間高速回転させて終了する（乾燥工程）。

このように、回転するウェーハＷに乾燥補助気体としての窒素ガスを噴射するとともに、窒素ガスの噴射点をウェーハＷの中心部から外周に向けてスキャンし、スキャン速度をウェーハＷの面積が増大する外周部に行くほど低速にするので、ウェーハＷの表面にウオーターマークを発生させることなく、十分にウェーハＷを乾燥させることができる。

なお、乾燥工程における静電気対策は前述同様、イオナイザによって乾燥補助気体にイオンを含有させ、発生する静電気を空中に放電させる。また、スピンチャック１の回転速度と時間及び窒素ガスの噴射量も前述同様、ウェーハＷの直径によって適宜変化させる。

以上説明したように、本発明のスピン洗浄乾燥装置及びスピン洗浄乾燥方法によれば、純水洗浄を施した後のウェーハＷの表面にウオーターマークを発生させることなく、十分にウェーハＷを乾燥させることができる。

本発明の実施の形態に係るスピン洗浄乾燥装置を表わす断面図排気カバーを表わす平面図排気カバーの要部拡大断面図本発明の実施の形態に係るスピン洗浄乾燥方法を説明するタイムチャートリンス工程を説明する断面図乾燥工程を説明する概念図別発明の実施形態に係るスピン洗浄乾燥装置を表わす断面図別発明の実施の形態に係るスピン洗浄乾燥方法を説明するタイムチャート別発明のリンス工程を説明する断面図

符号の説明

１…スピンチャック；１Ｂ、３Ａ、８Ａ…噴射口；２…カップ；２Ｂ…底部；２Ｃ…排気口；２Ｄ…排水口；３…整流板；６…排気カバー；６Ａ…フード付スリット孔；６Ｂ…フード；７…リンスノズル；８…スキャンアーム；１０、１０Ａ…スピン洗浄乾燥装置；Ｗ…ウェーハ（基板）

Claims

基板を回転させながらリンスノズルから洗浄液を供給して洗浄し、洗浄後の基板を回転させながら乾燥させる枚葉式のスピン洗浄乾燥装置において、
前記基板を保持して回転するスピンチャックと、
上方に開口部を有するとともに底部に排水口及び排気口が設けられ、前記スピンチャックを包囲するカップと、
中央部に気体噴射口を有し、前記スピンチャックに保持された基板に対向し所定間隔離間した位置と上方又は側方に退避した位置とに進退移動可能に設けられた整流板と、が設けられ、
前記スピンチャックの下方には、上面に開口された複数のフード付スリット孔を有する排気カバーが設けられていることを特徴とするスピン洗浄乾燥装置。
前記整流板は、導電性材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載のスピン洗浄乾燥装置。
基板を回転させながらリンスノズルから洗浄液を供給して洗浄し、洗浄後の基板を回転させながら乾燥させる枚葉式のスピン洗浄乾燥装置において、
前記基板を保持して回転するスピンチャックと、
上方に開口部を有するとともに底部に排水口及び排気口が設けられ、前記スピンチャックを包囲するカップと、
先端に気体噴射口を有し、前記基板の中央部から外周部までをトラバースするスキャンアームと、が設けられ、
前記スピンチャックの下方には、上面に開口された複数のフード付スリット孔を有する排気カバーが設けられていることを特徴とするスピン洗浄乾燥装置。
前記フード付スリット孔は、前記排気カバーの中央部から外周部に向けて形成され、
前記フードはスリット孔の長辺の一方側から他方側に向けて形成され、他方側で開口されていることを特徴とする請求項１、２、又は３のうちいずれか１項に記載のスピン洗浄乾燥装置。
基板を回転させながら洗浄及び乾燥する枚葉式のスピン洗浄乾燥方法において、
前記基板を第１の回転速度で回転させながら洗浄液を供給し、前記基板を洗浄するリンス工程と、
前記基板の回転によって基板の外周近傍に流体の乱流が生じないように、前記流体を整流可能な位置に整流板を配置する工程と、
前記基板に乾燥補助気体を供給するとともに、前記第１の回転速度よりも低速の第２の回転速度から前記第１の回転速度よりも高速の第３の回転速度まで段階的に又は連続で回転速度を上げながら前記基板を回転させて、前記基板を乾燥する乾燥工程と、を有することを特徴とするスピン洗浄乾燥方法。
基板を回転させながら洗浄及び乾燥する枚葉式のスピン洗浄乾燥方法において、
前記基板を回転させながら洗浄液を供給し、前記基板を洗浄するリンス工程と、
前記基板を回転させるとともに前記基板に乾燥補助気体を噴射し、噴射点を基板の中心から外周部までトラバースして、前記基板を乾燥する乾燥工程と、を有することを特徴とするスピン洗浄乾燥方法。
前記乾燥補助気体の噴射点のトラバースは、基板の中心から外周部に向けてトラバース速度を遅くすることを特徴とする請求項６に記載のスピン洗浄乾燥方法。
前記乾燥補助気体が、フィルタを通過させた乾燥空気又は窒素ガスである請求項５、６、又は７のうちいずれか１項に記載のスピン洗浄乾燥方法。
前記乾燥補助気体にイオンを含有させ、乾燥工程において発生する静電気を空中に放電させることを特徴とする請求項５、６、７、又は８のうちいずれか１項に記載のスピン洗浄乾燥方法。