JP2006253552A - 半導体洗浄装置および半導体洗浄方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 所望のウェーハの清浄度を維持しつつ、リンス処理の処理時間の最適化を図ることが可能な半導体洗浄装置および半導体洗浄方法の提供。
【解決手段】 半導体洗浄装置１は、半導体ウェーハ２の洗浄処理後、リンス処理を行った処理液中のパーティクル数を測定するパーティクルモニタ６と、リンス処理を行った処理液の比抵抗を測定する比抵抗測定器７と、パーティクルモニタ６の測定結果と比抵抗測定器７の測定した比抵抗とに基づいて、リンス処理が完了する終点を判断し、リンス処理を終了させる制御部８と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体ウェーハの洗浄処理後のリンス処理を制御する半導体洗浄装置および半導体洗浄方法に関するものである。

従来の半導体洗浄方法として、半導体ウェーハを浸漬処理するためのＳＰＭ（硫酸過酸化水素水溶液）、ＳＣ１（アンモニア過酸化水素水溶液）等の洗浄薬液を洗浄槽に貯留し、この洗浄槽内の洗浄薬液を逐次オーバフローさせるとともに、この洗浄薬液を循環供給させ、かつ循環供給の際にろ過して半導体ウェーハを洗浄処理するものある。

この半導体洗浄方法では、洗浄薬液の循環供給部とは別の箇所から洗浄槽内の洗浄薬液を電動式ベローズポンプによって定量取り出して、洗浄薬液中に混入するパーティクルをパーティクルモニタにて検出する。そして、検出されたパーティクル数に基づいて洗浄処理、洗浄薬液の交換あるいは異常状態のアラーム表示を行うものである（例えば、特許文献１参照）。

このような従来技術において、例えば、洗浄処理を行った後パーティクルが十分除去できていない場合であっても、通常、ウェーハの清浄度に拘わらず所定時間リンス処理を行うため所望の洗浄度を満たさないままウェーハの処理が次の工程に進むという問題が生じていた。さらに、上記従来技術においては、通常、ウェーハの薬液の付着状態に拘わらずリンス処理を終了してしまうため、必要以上の時間リンス処理を実施し、または薬液のリンスが完了していないにも拘わらずリンス処理を終了してしまうという問題が生じていた。
特許３３４３６５１号明細書（第４−６頁、第２図）

本発明は、上記課題を解決するものであり、洗浄処理後のウェーハの状態に拘わらずリンス処理後において所望のウェーハの清浄度を維持しつつ、リンス処理の処理時間の最適化を図ることが可能な半導体洗浄装置および半導体洗浄方法を提供することを目的とする。

本発明に係る半導体洗浄装置は、半導体ウェーハを処理液に浸漬して洗浄処理した後、リンス処理を行った処理液中のパーティクル数を測定するパーティクル数測定手段と、前記リンス処理を行った処理液の比抵抗を測定する比抵抗測定手段と、前記パーティクル数測定手段の測定したパーティクル数と前記比抵抗測定手段の測定した比抵抗とに基づいて、前記リンス処理が完了する終点を判断し、前記リンス処理を終了させる制御手段と、を備えることを特徴とすることを特徴とする。

本発明に係る半導体洗浄方法は、半導体ウェーハを処理液に浸漬して洗浄処理を行った後、リンス処理を開始し、前記リンス処理を行った処理液のパーティクル数を測定し、前記リンス処理を行った処理液の比抵抗を測定し、測定された前記パーティクル数および前記比抵抗と所定値とをそれぞれ比較し、前記リンス処理が完了する終点を判断し、前記リンス処理が完了したと判断した場合には、前記リンス処理を終了することを特徴とする。

本発明によれば、リンス処理を行った処理液のパーティクル数と比抵抗とに基づいて、リンス処理が完了する終点を判断し、リンス処理を終了させるので、洗浄後のウェーハの状態に拘わらずリンス処理後において所望のウェーハの清浄度を維持しつつ、リンス時間の最適化を図ることが可能になる効果がある。

以下に、この発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。この実施の形態では、半導体ウェーハの洗浄処理およびリンス処理を行う場合について説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る半導体洗浄装置の要部構成を示す図である。

半導体洗浄装置１は、半導体ウェーハ２を洗浄処理およびリンス処理するための処理槽３と、第１の排液配管４のバイパス配管に設けられ、リンス処理を行った処理液中のパーティクル数を測定するパーティクル数測定手段であるパーティクルモニタ６と、第２の排液配管５に設けられ、リンス処理を行った処理液の比抵抗を測定する比抵抗測定手段である比抵抗測定器７と、パーティクルモニタ６の測定結果と比抵抗測定器７の測定した比抵抗とに基づいてリンス処理が完了する終点を判断し、処理槽３のリンス処理を終了させる制御手段である制御部８と、を備えている。ここで洗浄処理とは、レジストを剥離するような処理や、アルカリ、酸処理等でパーティクルや金属不純物を除去する処理や、ウェーハ上に形成された膜をエッチング除去する処理等を含むものである。

この半導体洗浄装置１は、半導体ウェーハ２を処理槽３に貯留された処理液に浸漬してＳＣ１等の洗浄薬液（Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ）で洗浄処理した後、超純水（ＵＰＷ）でリンス処理を行うとともに、処理液を処理槽３から逐次オーバフローさせて、第１の排液配管４および第２の排液配管５を介してこの処理液を排出するようになっている。洗浄処理を行う場合は、バルブが開かれて洗浄薬液、超純水、オゾン化した超純水（Ｏｚｏｎａｔｅｄ ＵＰＷ）、および加熱された超純水（Ｈｏｔ ＵＰＷ）が処理槽３に供給されるようになっている。また、リンス処理を行う場合は、バルブが開閉されて超純水のみが処理槽３に供給されるようになっている。

また、上述のようにリンス処理を制御する制御部８は、パーティクルモニタ６により測定されたパーティクル数が所定値以下になるとともに、比抵抗測定器７が測定した比抵抗が所定値以上になった場合に、所望のリンス処理が完了したと判断するようになっている。

ここで、上記制御部８が所望のリンス処理が完了する終点を判断するために、処理液の比抵抗とパーティクル数を用いた根拠について説明する。図２は、処理液の比抵抗および導電率とリンス処理の処理時間との関係を示す図である。図２に示すように、リンス処理開始直後は、洗浄薬液が処理液中に残っているため比抵抗が低い（導電率が高い）が、リンス処理の処理時間の経過とともに処理液中から洗浄薬液（イオン成分）が除去されて比抵抗が高く（導電率が低く）なり一定値に近づくことが分かる。このことから、処理液の比抵抗が所定値以上になった場合は、洗浄薬液が十分除去されていると考えられる。

図３は、処理液のパーティクル数とリンス処理の処理時間との関係を示す図である。図３に示すように、リンス処理開始直後、洗浄処理後において相当数のパーティクルが処理液中に残っていても、リンス処理の処理時間の経過とともに処理液中からパーティクルが除去されてパーティクル数が少なくなり一定値（洗浄処理前の清浄度が高い処理液中のパーティクル数）に近づくことが分かる。このことから、洗浄処理後の半導体ウェーハ２の清浄度に拘わらず、リンス処理を所定時間行うことによりパーティクルを十分除去でき、処理液中のパーティクル数が所定値以下になった場合には、所望の半導体ウェーハ２の清浄度が得られていると考えられる。なお、図において、半導体ウェーハ２を洗浄処理している間は、パーティクル数を測定していないので、データが表示されていない。

以上のように、リンス処理が完了する終点の判断基準として処理液の比抵抗とパーティクル数を用いることにより、所望のウェーハの清浄度、最適な処理時間を判断することができると考えられる。

次に、上記半導体洗浄装置１を用いた半導体洗浄方法について図４から図７を参照して説明する。図４は、本発明の実施例１に係る半導体洗浄方法のステップを示すフローチャートである。

始めに、洗浄処理を行うため半導体ウェーハ２を処理槽３内の処理液に浸漬する（ステップＳ１）。次に、半導体洗浄装置１のバルブを開き、洗浄薬液、超純水、オゾン化した超純水、および加熱された超純水を処理槽３に供給する（ステップＳ２）。

所定の洗浄処理を行った後、洗浄薬液を除去するためのリンス処理を開始し、上記バルブを開閉し超純水のみを処理槽３に供給するとともに、処理液を処理槽３から逐次オーバフローさせる（ステップＳ３）。

次に、パーティクルモニタ６によりリンス処理を行った処理液のパーティクル数を測定するとともに、比抵抗測定器７によりリンス処理を行った処理液の比抵抗を測定する（ステップＳ４）。

次に、制御部８が、測定されたパーティクル数および比抵抗をそれぞれ所定値と比較し、リンス処理が完了する終点を判断する（ステップＳ５）。すなわち、このステップＳ５では、制御部８は、パーティクル数が所定値以下になるとともに、比抵抗が所定値以上になった場合に、所望のリンス処理が完了したと判断する。一方、パーティクル数が所定値より多いか、または比抵抗が所定値より低い場合は、制御部８は所望のリンス処理が完了していないと判断し、ステップ４に戻ってパーティクル数、比抵抗の測定が継続される。

次に、制御部８は、ステップ５でリンス処理が完了したと判断した場合には、ウェーハ搬送要求が可能となり（ステップＳ６）、ウェーハを処理槽から乾燥機へ搬送し、乾燥させる（ステップＳ７）。そして、次工程に進める。
以上により、半導体洗浄装置１による半導体洗浄が完了する。

ここで、処理液の比抵抗およびパーティクル数とリンス処理完了の判断基準となる所定値との関係を具体的に説明する。図５ないし図７は、本発明の実施例１における処理液の比抵抗およびパーティクル数とリンス処理の処理時間との関係を示す図である。各図中リンス処理の完了を判断するためパーティクル数、比抵抗のそれぞれについての基準値（所定値）を点線で示している。

図５において、リンス処理の経過時刻ｘでは、比抵抗が所定値未満であり、パーティクル数が所定値以下であることから、比抵抗が判断基準を満たしていない。したがって、制御部８は、所望のリンス処理が完了していないと判断する。

図６において、リンス処理の経過時刻ｘでは、比抵抗が所定値以上であり、パーティクル数が所定値以上であることから、パーティクル数が判断基準を満たしていない。したがって、制御部８は、所望のリンス処理が完了していないと判断する。

図７において、リンス処理の経過時刻ｘでは、比抵抗が所定値以上であり、パーティクル数が所定値以下であることから、比抵抗およびパーティクル数の両方が判断基準を満たしている。したがって、制御部８は、所望のリンス処理が完了していると判断する。

なお、パーティクルモニタ７の設置位置は、第１の排液配管４のバイパスに必ずしも設けられている必要はなく、リンス処理を行った処理液を測定できる位置に設けられていればよい。同様に、比抵抗測定器７の設置位置は、第２の排液配管５に必ずしも設けられている必要はなく、リンス処理を行った処理液を測定できる位置に設けられていればよい。

また、リンス処理を行った処理液中の比抵抗が所定値以上でパーティクル数が所定値より多い場合は、リンス処理完了の判断基準を満たした比抵抗については測定を終了し、この判断基準を満たしていないパーティクル数のみ測定を継続するようにしてもよい。同様に、リンス処理を行った処理液中のパーティクルが所定値以下で比抵抗が所定値より低い場合は、リンス処理完了の判断基準を満たしたパーティクル数については測定を終了し、この判断基準を満たしていない比抵抗のみ測定を継続するようにしてもよい。

以上のように、本実施例に係る半導体洗浄装置および半導体洗浄方法によれば、リンス処理を行った処理液のパーティクル数および比抵抗と所定値とをそれぞれ比較してリンス処理が完了する終点を判断し、リンス処理を終了させるので、洗浄処理後の半導体ウェーハの状態に拘わらず所望のウェーハの清浄度を維持しつつ、リンス処理の処理時間の最適化を図ることができる。

実施例１では、制御部８が、パーティクルモニタ６が測定したリンス処理を行った処理液のパーティクル数と、比抵抗とに基づいてリンス処理の終点を判断する構成について述べた。本実施例では、制御部８が、リンス処理を行った処理液のパーティクル数と洗浄処理前の清浄度が高い処理液のパーティクル数との差分（すなわち、パーティクル数の相対的な変化分）と、比抵抗とに基づいてリンス処理の終点を判断する構成について述べる。

図８は、本発明の実施例２に係る半導体洗浄装置の要部構成を示す図である。本実施例においては、パーティクルモニタ６は、半導体ウェーハ２を洗浄処理する前の清浄度が高い処理液中のパーティクル数をさらに測定するようになっている。そして、半導体洗浄装置１は、このパーティクルモニタ６が測定した半導体ウェーハ２を洗浄処理する前の処理液中のパーティクル数と、リンス処理を行った処理液中のパーティクル数との差分を演算する演算手段である演算処理部９をさらに備えている。

ここで、制御部８は、演算処理部８の演算結果と比抵抗測定器７の測定した比抵抗とに基づいて、リンス処理の完了する終点を判断し、リンス処理を終了させるようになっている。すなわち、制御部８は、演算処理部９が演算したパーティクル数の差分が所定値以下になるとともに、比抵抗が所定値以上になった場合に、リンス処理が完了したと判断するようになっている。

次に、上記半導体洗浄装置１を用いた半導体洗浄方法について説明する。図９は、本発明の実施例２に係る半導体洗浄方法を示すフローチャートである。

図に示すように、本実施例の半導体洗浄方法は、半導体ウェーハ２の洗浄処理を行う前の処理液のパーティクル数を測定する（ステップＳ８）をさらに備えている。

また、リンス処理が完了する終点を判断する（ステップＳ９）は、制御部８が、洗浄処理前の処理液のパーティクル数とリンス処理を行った処理液のパーティクル数との差分および比抵抗の測定結果とに基づいて、リンス処理が完了する終点を判断する。すなわち、ステップＳ９は、洗浄処理前の処理液のパーティクル数とリンス処理を行った処理液のパーティクル数との差分が所定値以下になるとともに、処理液の比抵抗が所定値以上になった場合に、リンス処理が完了したと判断するものである。一方、パーティクル数の差分が所定値より多いか、または比抵抗が所定値より低い場合は、制御部８は所望のリンス処理が完了していないと判断し、ステップ４に戻ってパーティクル数、比抵抗の測定を継続する。

ステップＳ９でリンス処理が完了したと判断された場合は、実施例１と同様にリンス処理を終了し（ステップＳ６）、半導体ウェーハ２を乾燥して（ステップＳ７）、次の処理に進む。

なお、本実施例では、半導体ウェーハの洗浄処理を行う前の処理液中のパーティクル数を測定して、リンス処理を行った後の処理液中のパーティクル数との差分を演算しリンス処理の終点を判断したが、洗浄処理を行った処理液中のパーティクル数を測定して、リンス処理を行った後の処理液中のパーティクル数との差分を演算しリンス処理の終点を判断するようにしてもよい。同様に、リンス処理開始直後の処理液中のパーティクル数を測定し、その後のリンス処理を継続して行った後の処理液中のパーティクル数との差分を演算しリンス処理の終点を判断するようにしてもよい。

以上のように、本実施例に係る半導体洗浄装置および半導体洗浄方法によれば、リンス処理を行った処理液のパーティクル数と洗浄処理前の処理液との差分および比抵抗とを、それぞれ所定値と比較してリンス処理が完了する終点を判断しリンス処理を終了させるので、洗浄処理後の半導体ウェーハの状態に拘わらず所望のウェーハの清浄度を維持しつつ、リンス処理の処理時間の最適化を図ることができる。

なお、上記実施例１および２においては、主として、処理液の比抵抗を測定し、リンス処理の終点を判断する場合について説明したが、比抵抗の逆数である導電率に基づいてリンス処理の終点を判断してもよい。

また、上記実施例１および２においては、同一の処理槽内で洗浄処理し、リンス処理する場合について説明したが、循環槽で洗浄やエッチング処理し、処理槽でリンス処理するような場合についても、本発明の適用が可能であり、同様の作用効果を奏するのは勿論である。

本発明の実施例１に係る半導体洗浄装置の要部構成を示す図である。 処理液の比抵抗および導電率とリンス処理の処理時間との関係を示す図である。 処理液のパーティクル数とリンス処理の処理時間との関係を示す図である。 本発明の実施例１に係る半導体洗浄方法を示すフローチャートである。 本発明の実施例１における処理液の比抵抗およびパーティクル数とリンス処理の処理時間との関係を示す図である。 本発明の実施例１における処理液の比抵抗およびパーティクル数とリンス処理の処理時間との関係を示す図である。 本発明の実施例１における処理液の比抵抗およびパーティクル数とリンス処理の処理時間との関係を示す図である。 本発明の実施例２に係る半導体洗浄装置の要部構成を示す図である。 本発明の実施例２に係る半導体洗浄方法を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 半導体洗浄装置
２ 半導体ウェーハ
３ 処理槽
４ 第１の排液配管
５ 第２の排液配管
６ パーティクルモニタ
７ 比抵抗測定器
８ 制御部
９ 演算処理部

Claims (8)

1. 半導体ウェーハを処理液に浸漬して洗浄処理した後、リンス処理を行った処理液中のパーティクル数を測定するパーティクル数測定手段と、
   前記リンス処理を行った処理液の比抵抗を測定する比抵抗測定手段と、
   前記パーティクル数測定手段の測定したパーティクル数と前記比抵抗測定手段の測定した比抵抗とに基づいて、前記リンス処理が完了する終点を判断し、前記リンス処理を終了させる制御手段と、を備えることを特徴とする半導体洗浄装置。
2. 前記制御手段は、測定された前記パーティクル数が所定値以下になるとともに、前記比抵抗が所定値以上になった場合に、前記リンス処理が完了したと判断することを特徴とする請求項１に記載の半導体洗浄装置。
3. 前記パーティクル数測定手段は、前記半導体ウェーハを洗浄する前の処理液中のパーティクル数をさらに測定し、
   前記パーティクル数測定手段が測定した前記半導体ウェーハを洗浄する前の処理液中のパーティクル数とリンス処理を行った処理液中のパーティクル数との差分を演算する演算手段をさらに備え、
   前記制御手段は、前記演算手段の演算結果と前記比抵抗測定手段の測定した比抵抗とに基づいて、前記リンス処理の完了する終点を判断し、前記リンス処理を終了させることを特徴とする請求項１に記載の半導体洗浄装置。
4. 前記制御手段は、前記演算手段が演算したパーティクル数の差分が所定値以下になるとともに、前記比抵抗が所定値以上になった場合に、前記リンス処理が完了したと判断することを特徴とする請求項３に記載の半導体洗浄装置。
5. 半導体ウェーハを処理液に浸漬して洗浄処理を行った後、リンス処理を開始し、
   前記リンス処理を行った処理液のパーティクル数を測定し、
   前記リンス処理を行った処理液の比抵抗を測定し、
   測定された前記パーティクル数および前記比抵抗と所定値とをそれぞれ比較し、前記リンス処理が完了する終点を判断し、
   前記リンス処理が完了したと判断した場合には、前記リンス処理を終了することを特徴とする半導体洗浄方法。
6. 前記リンス処理が完了する終点を判断するときは、前記パーティクル数が所定値以下になるとともに、前記比抵抗が所定値以上になった場合に、前記リンス処理が完了したと判断することを特徴とする請求項５に記載の半導体洗浄方法。
7. 半導体ウェーハの洗浄処理を行う前の処理液のパーティクル数をさらに測定し、
   前記リンス処理が完了する終点を判断するときは、洗浄処理前の処理液のパーティクル数と前記リンス処理を行った処理液のパーティクル数との差分および前記比抵抗とに基づいて、前記リンス処理が完了する終点を判断することを特徴とする請求項５に記載の半導体洗浄方法。
8. 前記リンス処理が完了する終点を判断するときは、洗浄処理前の処理液のパーティクル数と前記リンス処理を行った処理液のパーティクル数との差分が所定値以下になるとともに、前記比抵抗が所定値以上になった場合に、前記リンス処理が完了したと判断することを特徴とする請求項６に記載の半導体洗浄方法。

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