JP2006128458A

JP2006128458A - 半導体基板洗浄装置及びその方法

Info

Publication number: JP2006128458A
Application number: JP2004316025A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Ogawa; 川義宏小; Hiroshi Tomita; 田寛冨
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2004-10-29
Filing date: 2004-10-29
Publication date: 2006-05-18
Also published as: TW200633034A; US20060134923A1; TWI293479B

Abstract

【課題】本発明は、歩留まりを向上させることができる半導体基板洗浄装置及びその方法を提供することを目的とする。
【解決手段】半導体基板を支持する支持部と、半導体基板を回転させる回転機構と、半導体基板のうち、回路パターンが形成されていない面に、超音波を加えた第１の処理液を供給する第１の供給部と、半導体基板のうち、回路パターンが形成されている面の外周部に、第２の処理液を供給する第２の供給部とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体基板洗浄装置及びその方法に関する。

半導体製造プロセスでは、歩留まりを確保することを目的として、洗浄工程が繰り返し行われている。

かかる洗浄工程で用いられる洗浄方法としては、超音波を加えた洗浄液をノズルから半導体基板に噴出することにより、当該半導体基板を１枚ずつ洗浄する枚葉式の超音波洗浄がある。

ところで、この枚葉式の超音波洗浄では、超音波を加えた洗浄液を半導体基板全面に直接噴出するため、微細化された回路パターンにダメージが生じるという問題があった。

また、半導体基板のうち、回路パターンが形成されていないベベル部（半導体基板の外周部）は、ダストの管理が行われていないことから、当該ベベル部の汚れを取ることができない場合がある。

この場合、枚葉式の超音波洗浄を行った後、複数枚の半導体基板を浸漬した洗浄液に超音波を加えて洗浄するバッチ式の超音波洗浄を行うと、枚葉式の超音波洗浄を行った際にベベル部に残存したダストが、バッチ式の超音波洗浄中に、半導体基板の表面（回路パターンが形成されている面）に回り込み、これがキラー欠陥（ゴミ）となって歩留まりの低下を招くという問題があった。

以下、半導体基板の超音波洗浄に関する文献名を記載する。
特開平１１−３００３０１号公報特開２００１−２５９５５０号公報

本発明は、歩留まりを向上させることができる半導体基板洗浄装置及びその方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様による半導体基板洗浄装置は、
半導体基板を支持する支持部と、
前記半導体基板を回転させる回転機構と、
前記半導体基板のうち、回路パターンが形成されていない面に、超音波を加えた第１の処理液を供給する第１の供給部と、
前記半導体基板のうち、回路パターンが形成されている面の外周部に、第２の処理液を供給する第２の供給部と
を備えることを特徴とする。

また本発明の一態様による半導体基板洗浄装置は、
半導体基板を支持する支持部と、
前記半導体基板を回転させる回転機構と、
前記半導体基板のうち、回路パターンが形成されていない面に、超音波を加えた処理液を供給する供給部と、
前記回転機構が回転させる前記半導体基板の回転数を制御することにより、前記回路パターンが形成されていない面に供給された前記処理液が、回路パターンが形成されている面の外周部に回り込む回り込み量を調整する制御部と
を備えることを特徴とする。

また本発明の一態様による半導体基板洗浄方法は、
半導体基板を支持するステップと、
前記半導体基板を回転させるステップと、
前記半導体基板のうち、回路パターンが形成されていない面に、超音波を加えた第１の処理液を供給すると共に、回路パターンが形成されている面の外周部に、第２の処理液を供給するステップと
を備えることを特徴とする。

また本発明の一態様による半導体基板洗浄方法は、
半導体基板を支持するステップと、
前記半導体基板を回転させるステップと、
前記半導体基板のうち、回路パターンが形成されていない面に、超音波を加えた処理液を供給すると共に、前記半導体基板の回転数を制御することにより、前記回路パターンが形成されていない面に供給された前記処理液が、回路パターンが形成されている面の外周部に回り込む回り込み量を調整するステップと
を備えることを特徴とする。

本発明の半導体基板洗浄装置及びその方法によれば、歩留まりを向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１に、本発明の実施の形態による枚葉式の超音波洗浄装置１０を示す。この超音波洗浄装置１０は、半導体基板２０を１枚ずつ超音波洗浄する枚葉洗浄工程で用いられ、半導体基板２０の洗浄処理、半導体基板２０に付着した洗浄液を洗い落とすリンス処理及び乾燥処理を順に行うようになされている。

この枚葉洗浄工程は、複数枚の半導体基板を一度に洗浄するバッチ洗浄工程を行う前に、当該バッチ洗浄工程においてダストが増加することを抑制するために行われ、半導体製造プロセスにおいて、例えば成膜工程の後やリソグラフィ工程の前などに行われる。

超音波洗浄装置１０は、半導体基板２０を支持するための複数の支持ピン３０Ａ〜３０Ｃを有する支持部３０を備え、半導体基板２０の側面を、これら複数の支持ピン３０Ａ〜３０Ｃによって支持することにより、当該半導体基板２０の表面（回路パターンが形成されている面）を上方向に向けた状態で支持するようになされている。

なお、複数の支持ピン３０Ａ〜３０Ｃは、半導体基板２０の側面に沿って所定間隔で配置され、半導体基板２０の側面を中心方向に押圧する弾性部材からなる。

半導体基板２０の回転機構は、回転軸４０及び回転駆動部４５からなり、複数の支持ピン３０Ａ〜３０Ｃには回転軸４０が取り付けられ、当該回転軸４０は回転駆動部４５によって回転するようになされている。なお、回転駆動部４５は、制御部４７によって回転数が制御される。

従って超音波洗浄装置１０は、半導体基板２０を洗浄する際には、回転軸４０を回転させて複数の支持ピン３０Ａ〜３０Ｃを有する支持部３０を回転軸４０回りに回転させることにより、半導体基板２０を水平姿勢で回転させる。

なお、半導体基板２０の裏面を真空で吸着することにより、当該半導体基板２０を支持した上で回転させてもよい。

半導体基板２０の裏面（回路パターンが形成されていない面）側には、内部に超音波振動子が取り付けられた超音波振動子付ノズル５０が配置されている。なお、この超音波振動子の周波数は、洗浄処理を効果的に行うため、５００ｋＨｚ以上になるように選定されている。

ミキシングシステム６０は、洗浄処理の際には、バルブ７０Ａ及び７０Ｂを開くことにより、図示しない処理液供給源から供給される純水に、水酸化アンモニウム（ＮＨ_４ＯＨ）と過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）を溶解させ、これを洗浄液として超音波振動子付ノズル５０に送る。

なお、洗浄液は、水酸化アンモニウム（ＮＨ_４ＯＨ）、コリン、テトラ・メチル・アンモニウム・ハイドロオキサイド（ＴＭ−ＡＨ）、過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）、塩化水素（ＨＣｌ）、オゾン（Ｏ_３）水などや、これらを組み合わせたものを純水に溶解させた薬液を使用すれば良く、また純水を使用しても良い。

超音波振動子付ノズル５０は、洗浄液に超音波を加え、当該超音波を加えた洗浄液を、回転している半導体基板２０の裏面の全面に噴出することにより、半導体基板２０の裏面の洗浄処理を行う。

一方、半導体基板２０の表面側には、半導体基板２０の表面のうち、回路パターンが形成されていないベベル部（外周部）のみを洗浄処理するためのベベル部洗浄ノズル８０が配置されている。

このベベル部洗浄ノズル８０は、図示しない処理液供給源から供給された洗浄液を、回転している半導体基板２０のベベル部に噴出することにより、ベベル部の洗浄処理を行う。

このようにして超音波洗浄装置１０は、洗浄処理が完了すると、次に、半導体基板２０に付着した洗浄液を洗い落とすリンス処理を行う。

超音波洗浄装置１０は、リンス処理の際には、バルブ７０Ａ及び７０Ｂを閉じることにより、図示しない処理液供給源から供給される純水を、リンス液としてそのまま超音波振動子付ノズル５０に送る。

超音波振動子付ノズル５０は、リンス液に超音波を加え、当該超音波を加えたリンス液を、回転している半導体基板２０の裏面の全面に噴出することにより、半導体基板２０の裏面のリンス処理を行う。

一方、ベベル部洗浄ノズル８０は、図示しない処理液供給源から供給された純水を、リンス液として、回転している半導体基板２０のベベル部に噴出することにより、ベベル部のリンス処理を行う。

このようにして超音波洗浄装置１０は、洗浄処理及びリンス処理を順次行った後、半導体基板２０を高速で回転させることにより、当該半導体基板２０の乾燥処理を行う。

ここで、図２に、超音波洗浄装置１０による超音波洗浄の様子を示す。この図２に示すように、半導体基板２０の裏面２０Ｂ全面には、超音波を加えた洗浄液の液膜Ｌ１が形成されると共に、半導体基板２０の表面２０Ｆ側には、ベベル部２０ＦＢのみに洗浄液の液膜Ｌ２が形成される。

このとき、半導体基板２０の裏面２０Ｂでは、液膜Ｌ１中にキャビテーション（真空の泡）９０が発生し、これがパーティクル（小さなゴミ）を除去する。

洗浄液に加えられた超音波１００は、半導体基板２０を減衰しながら透過するが、半導体基板２０の表面２０Ｆのうち、回路パターンが形成されている領域２０ＦＲには、洗浄液による液膜が形成されていないため、キャビテーションは発生しない。

このため、半導体基板２０のうち、回路パターンが形成されている領域２０ＦＲに存在するパーティクルを除去することはできないが、微細化された回路パターンにダメージを与えてまでも、パーティクルを除去する必要はなく、この結果、回路パターンにダメージが生じることを防止することができる。

これに対して、半導体基板２０の表面２０Ｆのうち、回路パターンが形成されていないベベル部２０ＦＢには、液膜Ｌ２が存在することから、半導体基板２０を透過した超音波によってキャビテーションが発生し、これによりパーティクルを除去することができる。

これにより、枚葉洗浄工程の後に行われるバッチ洗浄工程において、パーティクルが、ベベル部２０ＦＢから、回路パターンが形成されている領域２０ＦＲに回り込んで、ダストが増加することを抑制することができ、その結果、歩留まりを向上させることができる。

なお、超音波洗浄装置１０は、半導体基板２０を、例えば５００〜１０００ｒｐｍの回転数で高速に回転させていることから、除去したパーティクルを半導体基板２０外に容易に排出することができ、回路パターンが形成されている領域２０ＦＲにパーティクルが回り込むことはない。

これは、例えば半導体基板２０にシリコン酸化膜を形成し、薬液としてフッ化水素（ＨＦ）水溶液を用いた場合である。どのような薬液、膜であっても定性的には同じような傾向を示すが、表面の膜質、薬液の粘性などによって、液の回り込み量（絶対値）は変化する。従って、回転数は、表面の膜質、薬液の粘性等を考慮して決定される。

ここで、図３に、洗浄液として超純水（高純度の水）を用いた場合における、超純水に溶存するガス濃度と、パーティクル除去率との関係を示す。この図３に示すように、洗浄液として超純水を用いた場合には、キャビテーションが発生し易く、かつパーティクルの除去率が高い状態にするため、少なくとも１ｐｐｍ以上の窒素、酸素、オゾンなどを超純水に溶存させることが望ましい。

また図４に、洗浄液として、超純水又は当該超純水に例えばオゾン（Ｏ_３）などのガスを５ｐｐｍ溶解したガス溶解水を用いた場合における、超音波振動子に入力される電流値と電圧値の乗算結果である入力電力値と、音圧値との関係を示す。なお、この場合、図中斜線部は、回路パターンにダメージが発生しない領域を示す。

この図４に示すように、超音波振動子の入力パワーが１００Ｗ以上になると、回路パターンにダメージが生じることから、回路パターンにダメージが生じることを抑制するためには、少なくとも音圧値を０.６Ｖ以下にすることが望ましい。

なお上述の実施の形態は一例であって、本発明を限定するものではない。例えば半導体基板２０の表面２０Ｆ側には洗浄液を噴出せず、半導体基板２０の裏面２０Ｂのみに、超音波を加えた洗浄液を噴出しても良い。

この場合、半導体基板２０を例えば１００ｒｐｍの回転数で低速に回転させるなどして、回転数を変化させることにより、超音波を加えた洗浄液を、半導体基板２０の裏面２０Ｂから表面２０Ｆのベベル部２０ＦＢに回り込ませることができる。この結果、半導体基板のベベル部２０ＦＢに洗浄液を噴出しなくても、当該ベベル部の洗浄処理を行うことが可能になる。

その際、回転数を微調整すれば、超音波を加えた洗浄液が、半導体基板２０の表面２０Ｆ側のベベル部２０ＦＢに回り込む回り込み量を調整することができる。

なお、図５及び図６に、洗浄処理を行った後における、半導体基板２０のベベル部２０ＦＢに形成されている膜の膜厚を示し、このうち図５に、シリコン窒化（ＳｉＮ）膜の膜厚を示し、図６に、シリコン酸化（ＳｉＯ_２）膜の膜厚を示す。いずれも４０ｗｔ％のフッ化水素（ＨＦ）水溶液を用いて、直径が３００ｍｍの半導体基板２０を、６５℃の温度で１５秒間処理した場合を示す。因みに、横軸は、半導体基板２０の中心からの距離を示し、縦軸は、半導体基板２０上に形成されている膜の膜厚を示す。

図５及び図６に示すように、半導体基板２０を低速で回転させると、洗浄液が、半導体基板２０の裏面２０Ｂから表面２０Ｆのベベル部２０ＦＢに回り込む回り込み量が増加し、エッチング量が増加する。因みに、どのような薬液、膜であっても定性的には同じような傾向を示すが、表面の膜質、薬液の粘性などによって、液の回り込み量（絶対値）は変化する。

また、図７に示すように、半導体基板２０から所望の間隔（例えば約１ｍｍ以下）だけ離れた高さの位置に、当該半導体基板２０の側面より内側に側面を有する遮断板（例えば半径が１〜５ｍｍ程小さい遮断板）１１０を設け、図示しない遮断板回転機構によって、遮断板１１０の回転数を半導体基板２０の回転数と略同一にすることにより、超音波を加えた洗浄液が、半導体基板２０の裏面２０Ｂから表面２０Ｆに回り込む範囲１２０Ａ及び１２０Ｂを制限することも可能である。

その際、遮断板１１０から半導体基板２０の表面２０Ｆに向けて窒素ガスなどを噴出することにより、半導体基板２０の表面２０Ｆのうち、回路パターンが形成されている領域２０ＦＲに、洗浄液が回り込むことを確実に防止することができる。

本発明の実施の形態による超音波洗浄装置の構成を示すブロック図である。同超音波洗浄装置による超音波洗浄の様子を示す縦断面図である。溶存ガス濃度とパーティクル除去率の関係を示すグラフである。超音波振動子の入力パワーと音圧値の関係を示すグラフである。半導体基板の中心からの距離とシリコン窒化膜の膜厚との関係を示すグラフである。半導体基板の中心からの距離とシリコン酸化膜の膜厚との関係を示すグラフである。他の実施の形態による超音波洗浄装置における遮断板を示す縦断面図である。

符号の説明

１０超音波洗浄装置
２０半導体基板
３０支持ピン
４０回転軸
４５回転駆動部
４７制御部
５０超音波振動子付ノズル
６０ミキシングシステム
７０バルブ
８０ベベル部洗浄ノズル
１１０遮断板

Claims

半導体基板を支持する支持部と、
前記半導体基板を回転させる回転機構と、
前記半導体基板のうち、回路パターンが形成されていない面に、超音波を加えた第１の処理液を供給する第１の供給部と、
前記半導体基板のうち、回路パターンが形成されている面の外周部に、第２の処理液を供給する第２の供給部と
を備えることを特徴とする半導体基板洗浄装置。
半導体基板を支持する支持部と、
前記半導体基板を回転させる回転機構と、
前記半導体基板のうち、回路パターンが形成されていない面に、超音波を加えた処理液を供給する供給部と、
前記回転機構が回転させる前記半導体基板の回転数を制御することにより、前記回路パターンが形成されていない面に供給された前記処理液が、回路パターンが形成されている面の外周部に回り込む回り込み量を調整する制御部と
を備えることを特徴とする半導体基板洗浄装置。
前記半導体基板から所定の間隔だけ離れた高さの位置に、前記半導体基板より所定量半径が小さい遮断板と、
前記遮断板を回転させる遮断板回転機構と
をさらに備え、前記制御部は、前記遮断板回転機構により、前記遮断板の回転数を前記半導体基板の回転数と略同一にするように制御することを特徴とする請求項２記載の半導体基板洗浄装置。
半導体基板を支持するステップと、
前記半導体基板を回転させるステップと、
前記半導体基板のうち、回路パターンが形成されていない面に、超音波を加えた第１の処理液を供給すると共に、回路パターンが形成されている面の外周部に、第２の処理液を供給するステップと
を備えることを特徴とする半導体基板洗浄方法。
半導体基板を支持するステップと、
前記半導体基板を回転させるステップと、
前記半導体基板のうち、回路パターンが形成されていない面に、超音波を加えた処理液を供給すると共に、前記半導体基板の回転数を制御することにより、前記回路パターンが形成されていない面に供給された前記処理液が、回路パターンが形成されている面の外周部に回り込む回り込み量を調整するステップと
を備えることを特徴とする半導体基板洗浄方法。