JP2007115775A - 半導体ウェハの洗浄装置及び半導体ウェハの洗浄方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ウェハの側端面の塵埃を的確に除去し、ウェハの歩留まりを向上させ、半導体装置の製造コストを低減させる。
【解決手段】 半導体ウェハの洗浄装置１００であって、ウェハＷが上面に載置されウェハ洗浄時に回転する上面視円形の保持テーブル１１０と、保持テーブル１１０に載置されたウェハＷの上面に洗浄液を供給する供給手段１２０と、保持テーブル１１０の径方向外側及び下側を包囲し供給手段１２０によりウェハＷに供給された洗浄液を回収するためのカップ部材１３０と、カップ部材１３０の内側に保持テーブル１１０と間隔をおいて配され保持テーブル１１０を径方向外側から覆うガード部材１４０と、を備え、保持テーブル１１０はウェハＷと側端面が面一となるようウェハＷを保持し、ウェハＷ及び保持テーブル１１０の側端面と、ガード部材１４０の内面と、により、ウェハ洗浄時に洗浄液によりほぼ満たされる流通通路１５０が画成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体ウェハを洗浄液を用いて洗浄する洗浄装置及び洗浄方法に関する。

半導体製造工程における洗浄方式として、ウェハの表面に洗浄液を滴下してウェハを回転させることにより洗浄を行う枚葉式が多く用いられている。

この方式の洗浄装置として、スピンテーブル上にウェハを載置し、ウェハ上にノズルから洗浄液を滴下する洗浄装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この洗浄装置では、図７に示すように、ウェハを回転させることにより生じる遠心力を利用して洗浄液が拡散させて、ウェハ表面の塵埃、堆積物等の除去が行われる。特許文献１の洗浄装置では、スピンテーブルの径方向外側を覆うようにカップ部材が設けられ、ウェハの周縁から径方向外側へ飛散する洗浄液が捕捉される。

また、他の洗浄装置として、ウェハの周縁を複数のローラで支持し、ウェハの下側にマスクを配するものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。この洗浄装置では、マスクとウェハ下面のギャップを０．０５〜１．０ｍｍ程度として、毛細管現象によりギャップに洗浄液を引き込ませている。
特開２００１−１７６８３１号公報 特開２００２−２４６３６４号公報

しかしながら、特許文献１に記載された洗浄装置では、洗浄液がウェハから離隔して飛散するため、ウェハの側端面には洗浄液が供給されず、ウェハ側端面の塵埃が除去されない。

また、特許文献２に記載された洗浄装置は、毛細管現象を利用してギャップに洗浄液を引き込ませるので、ウェハに沿って洗浄液を十分に流通させることができない。すなわち、洗浄液の流速が極めて遅いのでウェハ側端面の塵埃を除去することは困難であり、ウェハ側端面の洗浄効率が極めて悪い。

本発明によれば、ウェハが上面に載置されウェハ洗浄時に回転する上面視円形の保持テーブルと、前記保持テーブルに載置された前記ウェハの上面に洗浄液を供給する供給手段と、前記保持テーブルの径方向外側及び下側を包囲し、前記供給手段により前記ウェハに供給された前記洗浄液を回収するためのカップ部材と、前記カップ部材の内側に前記保持テーブルと間隔をおいて配され、該保持テーブルを径方向外側から覆うガード部材と、を備え、前記保持テーブルは前記ウェハと側端面が面一となるよう該ウェハを保持し、前記ウェハ及び前記保持テーブルの側端面と、前記ガード部材の内面と、により、ウェハ洗浄時に前記洗浄液によりほぼ満たされる流通通路が画成されることを特徴とする半導体ウェハの洗浄装置が提供される。

この半導体ウェハの洗浄装置では、ウェハ洗浄に際しては、保持テーブルとともにウェハを回転させつつ、供給手段から洗浄液をウェハ上面に供給する。ウェハ上面に供給された洗浄液は、遠心力によりウェハ上面を径方向外側へ移動する。そして、洗浄液がウェハの周縁まで到達すると、洗浄液は流通通路を下方へ移動する。

このとき、流通通路は洗浄液で満たされているので、ウェハの側端面に洗浄液が定常的に流通する。また、ウェハと保持テーブルの側端面とが面一であるので、流通通路内におけるウェハ近傍の洗浄液の流れがスムースであり、ウェハ近傍における流速が十分に確保される。

以上、本発明の構成について説明したが、本発明は、これに限られず様々な態様を含む。たとえば、本発明によれば、ウェハが上面に載置されウェハ洗浄時に回転する上面視円形の保持テーブルと、前記保持テーブルと間隔をおいて配され該保持テーブルを径方向外側から覆うガード部材と、を備えた洗浄装置を用いて前記ウェハを洗浄するにあたり、前記ウェハを前記保持テーブルに互いの側端面が面一となるよう保持させて、前記ウェハ及び前記保持テーブルの側端面と前記ガード部材の内面とで前記洗浄液の流通通路を画成する通路画成ステップと、前記保持テーブルをウェハとともに回転させつつ前記ウェハの上面に洗浄液を供給し、前記ウェハの上面を径方向外側へ移動した前記洗浄液を、前記流通通路がほぼ満たされるよう該流通通路に流通させる洗浄液流通ステップと、を含むことを特徴とする半導体ウェハの洗浄方法が提供される。

このように、本発明によれば、ウェハの側端面に、十分な流速が確保された状態で洗浄液を流通させることができ、ウェハの側端面の塵埃を的確に除去することができる。従って、ウェハの歩留まりを向上させ、半導体装置の製造コストを低減させることができる。

図面を参照しつつ、本発明による半導体ウェハの洗浄装置の好適な実施形態について詳細に説明する。尚、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１から図３は本発明の一実施形態を示すものであり、図１は半導体ウェハの洗浄装置の模式縦断面図、図２は洗浄装置の模式横断面図、図３はウェハ及び保持テーブルの側端面とガード部材の内面の距離と洗浄効率との関係を示すグラフである。

図１に示すように、この半導体ウェハＷの洗浄装置１００は、ウェハＷが上面に載置されウェハ洗浄時に回転する上面視円形の保持テーブル１１０と、保持テーブル１１０に載置されたウェハＷの上面に洗浄液を供給する供給管１２０と、保持テーブル１１０の径方向外側及び下側を包囲し供給管１２０によりウェハＷに供給された洗浄液を回収するためのカップ部材１３０と、カップ部材１３０の内側に保持テーブル１１０と間隔をおいて配され保持テーブル１１０を径方向外側から覆うガード部材１４０と、を備えている。

保持テーブル１１０は、上面視にてウェハＷと同形に形成されたテーブル本体１１２と、テーブル本体１１２の下面中央に接続された駆動軸１１４と、を有する。本実施形態においては、テーブル本体１１２は扁平な円柱状に形成され、駆動軸１１４は長尺な円柱状に形成される。駆動軸１１４は図示しない駆動機構に接続されている。

また、テーブル本体１１２及び駆動軸１１４の内部には吸引通路１１６が形成される。吸引通路１１６は駆動軸１１４内を上下に延び、テーブル本体１１２の上面と連通している。これにより、吸引通路１１６を通じて下方から空気を吸引することにより、ウェハＷがテーブル本体１１２に吸着保持されることとなる。図１に示すように、保持テーブル１１０は、ウェハＷと側端面が面一となるようウェハＷを保持する。

供給管１２０は、保持テーブル１１０の上方に配され、洗浄液をウェハＷの上面に滴下する。具体的には、供給管１２０は、ウェハＷ及び保持テーブル１１０の中心軸にそって上下に延び、下端開口から洗浄液をウェハＷの中央に流出させる。

また、カップ部材１３０は、上面を開口した直方体状に形成され、下面に洗浄液の排出口１３２を有している。供給管１２０からウェハＷの上面に供給された洗浄液は、排出口１３２から排出されて回収される。

ガード部材１４０は、略円筒状に形成され、カップ部材１３０の内側に配される。図１に示すように、ウェハＷ及び保持テーブル１１０の側端面と、ガード部材１４０の内面と、により、ウェハ洗浄時に洗浄液によりほぼ満たされる流通通路１５０が画成される。すなわち、図２に示すように、本実施形態においては、流通通路１５０は周方向にわたって形成されている。

ガード部材１４０は、流通通路１５０の壁部をなし上下へ延びる通路画成部１４２と、通路画成部１４２の上端から径方向内側へ傾斜して斜め上方へ延びるフランジ部１４４と、を有する。通路画成部１４２は、縦断面においてウェハＷ及び保持テーブル１１０の側端面と略平行に形成され、上端はウェハＷより上側まで延び、下端は保持テーブル１１０の下端の上側まで延びる。フランジ部１４４は、通路画成部１４２の上端から、上面視にて、ウェハＷ及び保持テーブル１１０の周縁の内側まで延びる。また、ガード部材１４０は、通路画成部１４２の下端から径方向外側へ延びる所定の幅寸法の支持部１４６を有する。図２に示すように、支持部１４６はカップ部材１３０の内面に接続される。

流通通路１５０におけるウェハＷ及び保持テーブル１１０の側端面とガード部材１４０の内面の距離ｃは、ウェハ洗浄時に通路内が洗浄液で満たされるよう設定されており、好ましくは３ｍｍ〜１０ｍｍである。

以上のように構成された半導体ウェハＷの洗浄装置１００では、ウェハ洗浄に際して、ウェハＷをテーブル本体１１２に吸着保持させた状態で、駆動機構（図示せず）を作動させて保持テーブル１１０とともにウェハＷを回転させつつ、供給管１２０から洗浄液をウェハＷ上面に供給する。ウェハＷ上面に供給された洗浄液は、遠心力によりウェハＷ上面を洗浄しつつ径方向外側へ移動する。

そして、洗浄液がウェハＷの周縁まで到達すると、洗浄液は流通通路１５０を下方へ移動する。流通通路１５０を抜けた洗浄液は、カップ部材１３０に捕捉されて排出口１３２より排出される。

このとき、流通通路１５０は洗浄液で満たされているので、ウェハＷの側端面に洗浄液が定常的に流通する。また、ウェハＷと保持テーブル１１０の側端面とが面一であるので、流通通路１５０内におけるウェハＷ近傍の洗浄液の流れがスムースであり、ウェハＷ近傍における流速が十分に確保される。さらに、ウェハＷの上面で跳ね上がった洗浄液は、ガード部材１４０のフランジ部１４４に衝突するので、ガード部材１４０の外側へ流出することはなく、流通通路１５０へ導かれる。これにより、流通通路１５０内の洗浄液の流量も確保されている。

このように、本実施形態のウェハＷの洗浄装置１００によれば、ウェハＷの側端面に、十分な流速が確保された状態で洗浄液を流通させることができ、ウェハＷの側端面の塵埃を的確に除去することができる。従って、ウェハＷの歩留まりを向上させ、半導体装置の製造コストを低減させることができる。

本実施形態におけるウェハＷの洗浄方法は、ウェハＷが上面に載置されウェハ洗浄時に回転する上面視円形の保持テーブル１１０と、保持テーブル１１０と間隔をおいて配され保持テーブル１１０を径方向外側から覆うガード部材１４０と、を備えた洗浄装置１００を用いてウェハＷを洗浄するものである。そして、この洗浄方法は、ウェハＷを保持テーブル１１０に互いの側端面が面一となるよう保持させて、ウェハＷ及び保持テーブル１１０の側端面とガード部材１４０の内面とで洗浄液の流通通路１５０を画成する通路画成ステップと、保持テーブル１１０をウェハＷとともに回転させつつウェハＷの上面に洗浄液を供給し、ウェハＷの上面を径方向外側へ移動した洗浄液を、流通通路１５０がほぼ満たされるよう流通通路１５０に流通させる洗浄液流通ステップと、を含む方法であるということができる。

この洗浄装置１００におけるウェハＷ及び保持テーブル１１０の側端面とガード部材１４０の内面の距離ｃと、洗浄効率との関係を図３のグラフに示す。図３に示すように、洗浄効率は、所定の最適距離でピークとなる。半導体の製造時には、半導体装置の製品の歩留まりや後工程での塵埃の影響を考慮して必要最低洗浄効率が設定され、この必要最低洗浄効率を満たす距離ｃはピーク値をまたいで所定の範囲となる。ウェハＷ及び保持テーブル１１０の直径が２００ｍｍのものでは、この距離ｃが３ｍｍ〜１０ｍｍであることが確認されている。距離ｃが３ｍｍ程度確保されれば、ガード部材１４０と保持テーブル１１０とを相対的に上下移動させる際に互いに干渉することはなく、洗浄装置１００における機械的駆動部の精度等により支障が生じることはない。尚、ウェハＷの直径が２００ｍｍより大きくなると距離ｃは小さくなる傾向にあり、ウェハＷの直径が２００ｍｍより小さくなると距離ｃは大きくなる傾向にある。

図４から図６は本発明の第２の実施形態を示すもので、図４は洗浄装置の模式横断面図、図５は流通通路を閉塞した状態を示す図４のＡ−Ｏ−Ａ断面図、図６は流通通路を開放した状態を示す図４のＡ−Ｏ−Ａ断面図である。第２の実施形態の洗浄装置は、第１の実施形態の洗浄装置とガード部材の構成を異にしている。

図４に示すように、この洗浄装置２００は、ガード部材２４０が複数の分割部材２４８から構成されている。具体的には、ガード部材２４０は３つの上面視円弧状の分割部材２４８から構成される。各分割部材２４８は、径方向へ移動自在であり、図５に示すように径方向内側へ移動するとウェハＷ及び保持テーブル１１０と当接し、図６に示すように径方向外側へ移動すると流通通路１５０を画成する。本実施形態においては、隣接する各分割部材２４８は、周方向に離隔した状態となっている。

図５及び図６に示すように、各分割部材２４８は、流通通路１５０の壁部をなし上下へ延びる通路画成部２４２と、通路画成部２４２の上端から径方向内側へ傾斜して斜め上方へ延びるフランジ部２４４と、を有する。また、各分割部材２４８は、通路画成部２４２の下端から径方向外側へ延びる所定の幅寸法の支持部２４６を有する。図４に示すように、支持部２４６はカップ部材１３０に形成された挿通孔を通じ、カップ部材１３０外の移動機構２６０に接続されている。

各移動機構２６０は、制御部２７０に接続されており、洗浄時に所定のタイミングで各分割部材２４８を移動する。すなわち、洗浄装置２００は流通通路１５０を開閉する開閉手段を備えており、開閉手段はガード部材２４０を径方向に移動させて流通通路１５０を開閉する。
具体的に説明すると、制御部２７０は、ウェハＷの洗浄開始前に、各分割部材２４８をウェハＷ及び保持テーブル１１０に当接させて流通通路１５０を閉塞した状態で、洗浄液をウェハＷの上面に供給する（図５参照）。そして、ウェハの洗浄が開始されると、洗浄液がウェハＷの上面に充填された状態で、各分割部材２４８を径方向外側へ移動させて流通通路１５０を開放して、保持テーブル１１０を回転させる（図６参照）。これにより、洗浄初期から流通通路１５０が洗浄液で満たされた状態となり、洗浄効率をさらに向上させることができる。

また、本実施形態のウェハＷの洗浄装置２００でも、ウェハＷの側端面に、十分な流速が確保された状態で洗浄液を流通させることができ、ウェハＷの側端面の塵埃を的確に除去することができる。従って、ウェハＷの歩留まりを向上させ、半導体装置の製造コストを低減させることができる。
このように、ガード部材２４０が、周方向について一部が欠落した形状であってもよく、要は、ウェハＷ及び保持テーブル１１０と、ガード部材２４０との間に洗浄液で満たされる流通通路１５０が画成されていればよい。

本実施形態のウェハの洗浄方法は、第１の実施形態の洗浄方法における洗浄液流通ステップの前に、保持テーブル１１０を停止した状態で流通通路１５０を閉塞し、洗浄液をウェハＷの上面に供給する洗浄液充填ステップを含み、洗浄液流通ステップにて、流通通路１５０を開放して保持テーブル１１０を回転させつつウェハＷの上面に洗浄液を供給する方法であるということができる。

尚、第２の実施形態においては、ガード部材２４０を移動させて流通通路１５０を開閉するものを示したが、例えば、ガード部材２４０を固定し、他の部材を流通通路１５０内に出没させて流通通路１５０を開閉するようにしてもよく、開閉手段の構成は適宜に変更可能である。

また、第１及び第２の実施形態においては、ガード部材１４０，２４０がフランジ部１４４，２４４を有するものを示したが、フランジ部１４４，２４４を省略する構成としてもよい。また、通路画成部１４２，２４２が、側面視にてウェハＷの上側から保持テーブル１１０の下端付近まで延びるものを示したが、側面視にて少なくともウェハＷの側端面と重なっていれば、ウェハＷの側端面の洗浄効果を得ることができる。換言すると、通路画成部１４２，２４２は、上端がウェハＷの上端よりも高く、下端がウェハＷの下端よりも低く形成されていればよい。

また、ポンプ等により下方から流通通路１５０の洗浄液を吸引するようにしてもよい。さらに、洗浄液の供給方式や、カップ部材１３０の形状等も任意であるし、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。

本発明の第１の実施形態を示す半導体ウェハの洗浄装置の模式縦断面図である。 洗浄装置の模式横断面図である。 ウェハ及び保持テーブルの側端面とガード部材の内面の距離と洗浄効率との関係を示すグラフである。 本発明の第２の実施形態を示す洗浄装置の模式横断面図である。 流通通路を閉塞した状態を示す図４のＡ−Ｏ−Ａ断面図である。 流通通路を開放した状態を示す図４のＡ−Ｏ−Ａ断面図である。 従来の洗浄装置の模式縦断面図である。

符号の説明

１００ 洗浄装置
１１０ 保持テーブル
１１２ テーブル本体
１１４ 駆動軸
１１６ 吸引通路
１２０ 供給管
１３０ カップ部材
１３２ 排出口
１４０ ガード部材
１４２ 通路画成部
１４４ フランジ部
１４６ 支持部
１５０ 流通通路
２００ 洗浄装置
２４０ ガード部材
２４２ 通路画成部
２４４ フランジ部
２４６ 支持部
２４８ 分割部材
２６０ 移動機構
２７０ 制御部
Ｗ ウェハ

Claims (8)

1. ウェハが上面に載置されウェハ洗浄時に回転する上面視円形の保持テーブルと、
   前記保持テーブルに載置された前記ウェハの上面に洗浄液を供給する供給手段と、
   前記保持テーブルの径方向外側及び下側を包囲し、前記供給手段により前記ウェハに供給された前記洗浄液を回収するためのカップ部材と、
   前記カップ部材の内側に前記保持テーブルと間隔をおいて配され、該保持テーブルを径方向外側から覆うガード部材と、を備え、
   前記保持テーブルは前記ウェハと側端面が面一となるよう該ウェハを保持し、
   前記ウェハ及び前記保持テーブルの側端面と、前記ガード部材の内面と、により、ウェハ洗浄時に前記洗浄液によりほぼ満たされる流通通路が画成されることを特徴とする半導体ウェハの洗浄装置。
2. 前記ウェハ及び前記保持テーブルの側端面と前記ガード部材の内面の距離は、３ｍｍ〜１０ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェハの洗浄装置。
3. 前記流通通路を開閉する開閉手段を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体ウェハの洗浄装置。
4. 前記開閉手段は、前記ガード部材を径方向に移動させて前記流通通路を開閉することを特徴とする請求項３に記載の半導体ウェハの洗浄装置。
5. 前記ウェハの洗浄開始前に、前記流通通路を閉塞した状態で前記供給手段により前記洗浄液を前記ウェハの上面に供給し、前記ウェハの洗浄が開始されると、前記流通通路を開放するよう構成されたことを特徴とする請求項３または４に記載の半導体ウェハの洗浄装置。
6. 前記ガード部材は、
   前記流通通路の壁部をなし上下へ延びる通路画成部と、
   前記通路画成部の上端から径方向内側へ傾斜して斜め上方へ延びるフランジ部と、を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の半導体ウェハの洗浄装置。
7. ウェハが上面に載置されウェハ洗浄時に回転する上面視円形の保持テーブルと、前記保持テーブルと間隔をおいて配され該保持テーブルを径方向外側から覆うガード部材と、を備えた洗浄装置を用いて前記ウェハを洗浄するにあたり、
   前記ウェハを前記保持テーブルに互いの側端面が面一となるよう保持させて、前記ウェハ及び前記保持テーブルの側端面と前記ガード部材の内面とで洗浄液の流通通路を画成する通路画成ステップと、
   前記保持テーブルをウェハとともに回転させつつ前記ウェハの上面に前記洗浄液を供給し、前記ウェハの上面を径方向外側へ移動した前記洗浄液を、前記流通通路がほぼ満たされるよう該流通通路に流通させる洗浄液流通ステップと、を含むことを特徴とする半導体ウェハの洗浄方法。
8. 前記洗浄液流通ステップの前に、前記保持テーブルを停止した状態で前記流通通路を閉塞し、前記洗浄液を前記ウェハの上面に供給する洗浄液充填ステップを含み、
   前記洗浄液流通ステップにて、前記流通通路を開放して前記保持テーブルを回転させつつ前記ウェハの上面に前記洗浄液を供給することを特徴とする請求項７に記載の半導体ウェハの洗浄方法。

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