JP2007317977A - スクラブ洗浄方法及びスクラブ洗浄装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板に各種の異物が付着している場合においても良好な洗浄を行うことのできるスクラブ洗浄方法及びスクラブ洗浄装置を提供する。
【解決手段】半導体ウエハＷの裏面側には、略円柱状に形成されたロールブラシ１が設けられ、その内側から半導体ウエハＷの裏面に向けて、添加剤３を供給可能に構成されている。また、半導体ウエハＷの表面側及び裏面側にそれぞれ洗浄液としての純水２を供給するための機構が設けられている。添加剤３は、中性又は酸性であって、半導体ウエハＷに付着した異物のゼータ電位と、ロールブラシ１のゼータ電位とが同じ極性となるように制御する。これによって、半導体ウエハＷに付着した異物とロールブラシ１とを静電的に反発させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウエハ等の基板の裏面洗浄等に用いられるスクラブ洗浄方法及びスクラブ洗浄装置に関する。

従来から、洗浄ブラシ等の洗浄部材で半導体ウエハの裏面等を擦り、付着した異物（ダスト）を除去するスクラブ洗浄方法及びスクラブ洗浄装置が知られている。このようなスクラブ洗浄では、半導体ウエハ等の基板に付着した異物を効率良く除去することが必要とされるとともに、半導体ウエハ等の基板から除去された異物が洗浄部材（洗浄ブラシ等）に付着し、これが蓄積して洗浄すべき半導体ウエハ等を逆汚染（二次汚染）させることのないようにすることが必要とされる。

上記のような問題を解決する方法としては、例えば、ｐＨ７の中性の水溶液中におけるゼータ電位が−１０ｍＶより小さな材料で洗浄部材を構成し、異物と洗浄部材との間に静電気的な反発力が働くようにした洗浄方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。この方法の場合、シリコン屑や二酸化ケイ素のように中性でマイナスのゼータ電位を持つ異物については吸着を防止することができる。しかしながら、窒化ケイ素やアルミナのように、中性でプラスのゼータ電位を持つ異物についてはその吸着を防止することができず、これらの異物による二次汚染を招くという課題がある。

また、洗浄ブラシにプラスの電圧を印加してマイナスに帯電している異物を吸着及び除去する方法、更に、プラスの電圧を印加したロールブラシと、マイナスの電圧を印加したロールブラシとで半導体基板を挟み込むようにして洗浄し、マイナスに帯電した異物をプラスの電圧を印加したロールブラシに吸着して除去する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。しかしながら、この方法も、マイナスのゼータ電位を持つ異物の除去を主眼としており、基板の１つの面に、マイナスのゼータ電位を持つ異物とプラスのゼータ電位を持つ異物が混在しているような場合に対応することは困難である。

さらに、スクラブ洗浄に使用する洗浄剤としては、例えば、アルカリ性の薬液を使用することが提案されている（例えば、特許文献３参照。）。しかしながら、アルカリ性溶液中では金属汚染は除去することができない。このため、この方法では、洗浄する基板に付着した異物に金属が含まれている場合には、対応することが困難である。
特開平１０−２５６２０６号公報 特開２０００−２４３７３５号公報 特開平６−９７１３６号公報

上述したように、従来技術においては、基板に各種の異物が付着している場合、これらの異物の除去が不十分となり、また、二次汚染が生じる等して良好な洗浄を行う異が困難であるという課題があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、基板に各種の異物が付着している場合においても良好な洗浄を行うことのできるスクラブ洗浄方法及びスクラブ洗浄装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、基板保持機構に保持された基板の被洗浄面を洗浄部材で擦りつつ当該被洗浄面に洗浄液を供給し、前記被洗浄面に付着した異物を除去するスクラブ洗浄方法であって、前記異物のゼータ電位と、前記洗浄部材のゼータ電位とが同じ極性となるように制御する添加剤を含み、中性又は酸性の前記洗浄液を使用し、前記異物と前記洗浄部材とを静電的に反発させるスクラブ洗浄方法が提供される。

本発明の他の一態様によれば、基板保持機構に保持された基板の被洗浄面を洗浄部材で擦りつつ当該被洗浄面に洗浄液を供給し、前記被洗浄面に付着した異物を除去するスクラブ洗浄方法であって、前記洗浄部材は、少なくとも一部が導電性ポリマーからなり、かつ、マイナス電位に設定されるマイナス電位設定部と、プラス電位に設定されるプラス電位設定部を具備し、前記マイナス電位設定部をマイナス電位に設定するとともに、前記プラス電位設定部をプラス電位に設定した状態で洗浄を行うスクラブ洗浄方法が提供される。

本発明の一態様によれば、基板保持機構に保持された基板の被洗浄面を洗浄部材で擦りつつ当該被洗浄面に洗浄液を供給し、前記被洗浄面に付着した異物を除去するスクラブ洗浄装置であって、中性又は酸性の前記洗浄液を供給する手段と、前記洗浄液中に、前記異物のゼータ電位と、前記洗浄部材のゼータ電位とが同じ極性となるように制御する添加剤を添加する手段とを具備するスクラブ洗浄装置が提供される。

本発明の他の一態様によれば、基板保持機構に保持された基板の被洗浄面を洗浄部材で擦りつつ当該被洗浄面に洗浄液を供給し、前記被洗浄面に付着した異物を除去するスクラブ洗浄装置であって、前記洗浄部材は、少なくとも一部が導電性ポリマーからなり、かつ、マイナス電位に設定されるマイナス電位設定部と、プラス電位に設定されるプラス電位設定部を具備し、前記マイナス電位設定部をマイナス電位に設定するとともに、前記プラス電位設定部をプラス電位に設定した状態で洗浄を行うスクラブ洗浄装置が提供される。

本発明の一態様に係るスクラブ洗浄方法及びスクラブ洗浄装置によれば、基板に各種の異物が付着している場合においても良好な洗浄を行うことができる。

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は、本実施形態におけるスクラブ洗浄方法を模式的に示すものである。

図１において、半導体ウエハＷは、スクラブ洗浄装置内に設けられ半導体ウエハＷをその外周部分にて保持する基板保持機構としての４つのローラー（図示せず。）によって保持されている。半導体ウエハＷの裏面側には、略円柱状に形成された所定サイズ（例えば、直径５ｃｍ、長さ３２ｃｍ）のＰＶＡ(ポリビニールアルコール)製のロールブラシ1が設けられており、このロールブラシ１は、その内側から半導体ウエハＷの裏面に向けて、添加剤３を供給可能に構成されている。また、半導体ウエハＷの表面側及び裏面側にそれぞれ洗浄液としての純水２を供給するための機構が設けられている。

なお、図１の実施形態では、ロールブラシ１を使用しているが、これに限らず例えばディスク型ブラシ等の他の形状のブラシも用いることができる。また、添加剤３の供給方法についても、ロールブラシ１の内側から供給する方法に限らず、例えば、半導体ウエハＷに向けて吐出したり、ロールブラシ１に向けて吐出する方法等を用いることができる。

上記添加剤３は、半導体ウエハＷに付着した異物のゼータ電位と、洗浄部材としてのロールブラシ１のゼータ電位とが同じ極性となるように制御する。これによって、半導体ウエハＷに付着した異物とロールブラシ１とを静電的に反発させる。

上記の添加剤３の具体的な例としては、例えば、１分子中にスルホン酸基を少なくとも２以上有する化合物、フィチン酸および縮合リン酸化合物からなる群から選択される１種または２種以上と、無機酸と、水とを含有するものを使用することができる。１分子中にスルホン酸基を少なくとも２以上有する化合物は、例えば、ナフタレンスルホン酸とホルムアルデヒドとの縮合物が挙げられる。また、無機酸としては、例えば、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、過塩素酸、フッ化水素酸等を使用することができる。

第１実施例として、純水に、ナフタレンスルホン酸とホルムアルデヒドとの縮合物が１０ｐｐｍ、塩酸が０．２質量％含まれるように混合した添加剤を使用し、図１に示したスクラブ洗浄装置を用い、図２に示す工程によって、以下のように半導体ウエハＷのスクラブ洗浄を行った。

すなわち、まず、スクラブ洗浄装置内に、半導体ウエハＷを搬入し（１０１）、半導体ウエハＷの外周部分を、基板保持機構としての４つのローラー（図示せず。）によって保持して半導体ウエハＷを所定速度（本実施例では１５０ｒｐｍ）で回転させるとともに、半導体ウエハＷの表面および裏面には純水２を所定流量（本実施例では１リットル/分）で吐出した（１０２）。なお、半導体ウエハＷの表面側にも純水２を供給するのは、裏面から表面への洗浄液（ダスト）の回り込みを防止するためである。

次に、半導体ウエハＷの裏面側に、ロールブラシ１を所定速度（本実施例では５０ｒｐｍ）で回転させながら押し当てるとともに、ロールブラシ１の内側に添加剤３を供給し、ロールブラシ１を通して半導体ウエハＷの裏面に添加剤３を供給した（１０３）。

所定の時間ロールブラシ１を押し当ててスクラブ洗浄を行った後、半導体ウエハＷの回転を止めて搬送ロボットによりスピンモジュールに移載し、半導体ウエハＷを保持して所定速度（本実施例では５００ｒｐｍ）で回転させながら、半導体ウエハＷの表面および裏面に純水を所定流量（本実施例では１リットル／分）で吐出し、所定の時間水洗（リンス）を行った（１０４）。

そして最後に、半導体ウエハＷを高速（本実施例では１５００ｒｐｍ）で所定の時間回転してスピン乾燥させた（１０５）。

一般的にロールブラシ１の材料として用いられるＰＶＡのゼータ電位は、酸性〜アルカリ性で０〜−５０ｍＶ程度であるが、窒化ケイ素やアルミナ等のダストは、酸性〜中性で＋５０〜＋８０ｍＶのゼータ電位を持つため吸着しやすい。これに対して上記の添加剤３を加えることによって、窒化ケイ素やアルミナ等のダストのゼータ電位を、酸性〜中性でも−４０〜−６０ｍＶに制御することができ、ロールブラシ１への吸着を防ぐことができた。なお、静電的にダストとロールブラシ１とを反発させるためには、ダストとロールブラシ１のゼータ電位を−４０ｍＶ以下に制御することが好ましい。このように、本実施例では、シリコン屑や二酸化ケイ素のように通常酸性〜中性でマイナスのゼータ電位を持つダストのみならず、窒化ケイ素やアルミナ等の通常は酸性〜中性溶液中でプラスのゼータ電位を持つダストについても、そのゼータ電位を制御することによって、ロールブラシ１への吸着を防ぐことができた。

ロールブラシ１の蓄積汚染を確認するため、上記第１実施例の手順でダミーウエハを３００枚スクラブ洗浄処理（裏面洗浄処理）した後、表面が清浄なベアウエハを表裏反転してスクラブ洗浄処理（清浄な表面側をスクラブ洗浄処理）した。このベアウエハのスクラブ洗浄処理前およびスクラブ洗浄処理後のダスト付着状態の測定結果を図３に示す。なお、図３（ａ）はスクラブ洗浄処理前を示し、図３（ｂ）はスクラブ洗浄処理後を示している。同図に示されるように、スクラブ洗浄処理によりダストの若干の増加は見られるものの、ロールブラシ１に起因すると思われる特異的な汚染は見られず、ダストの増加量も許容できるものだった。

比較例として、上記した添加剤３の代わりに純水を用いて実施例１と同様の手順でダミーウエハを３００枚スクラブ洗浄処理（裏面洗浄処理）した後、表面が清浄なベアウエハを表裏反転してスクラブ洗浄処理（清浄な表面側をスクラブ洗浄処理）した。このベアウエハのスクラブ洗浄処理前およびスクラブ洗浄処理後のダストの付着状態の測定結果を図４に示す。なお、図４（ａ）はスクラブ洗浄処理前を示し、図４（ｂ）はスクラブ洗浄処理後を示している。同図に示されるように、この比較例では、ロールブラシ１からの逆汚染と思われる同心円状の筋状ダストが見られた。

以上のように、純水のみを使用してスクラブ洗浄した場合は、ロールブラシ１に付着したダストが蓄積するため、この蓄積したダストが他の半導体ウエハをスクラブ洗浄処理した時に逆汚染を引き起こすが、ロールブラシ１とダストが静電気的に反発するようにゼータ電位を制御する添加剤３を用いた第１実施例の場合には、逆汚染が発生することを抑制することができる。

第２実施例として、上記した添加剤３の添加に加え、第１実施例で使用した添加剤成分を表面に化学修飾したロールブラシ１を用いて、上記第１実施例と同様な手順でダミーウエハを３００枚スクラブ洗浄処理（裏面洗浄処理）した後、表面が清浄なベアウエハを表裏反転してスクラブ洗浄処理（清浄な表面側をスクラブ洗浄処理）した。このベアウエハのスクラブ洗浄処理前およびスクラブ洗浄処理後のダストの付着状態の測定結果を図５に示す。なお、図５（ａ）はスクラブ洗浄処理前を示し、図５（ｂ）はスクラブ洗浄処理後を示している。同図に示されるように、スクラブ洗浄処理によりダストの若干の増加は見られるものの、ロールブラシ１に起因すると思われる特異的な汚染は見られず、第１実施例よりも更にダストの増加を抑制することができた。なお、添加剤成分を化学修飾させる方法としては、スルホン化反応によりＰＶＡ製のロールブラシ１表面にスルホン基を導入する方法等を用いることができる。

次に、図６を参照して第２の実施形態について説明する。図６は第２の実施形態に係るスクラブ洗浄装置の要部構成を示すもので、洗浄部材としてのロールブラシ１０は、略円柱状に形成されており、その長手方向に沿って、導電性ポリマーからなり、径方向に突出する複数の凸部が形成されており、これらの凸部が交互に、マイナス電位に設定されるマイナス電位設定部１０ａ、プラス電位に設定されるプラス電位設定部１０ｂとされている。そして、マイナス電位設定部１０ａをマイナス電位に設定するとともに、プラス電位設定部１０ｂをプラス電位に設定した状態で、図１に示した実施形態と同様に、ロールブラシ１０を回転させながら半導体ウエハＷの裏面に当接させて、スクラブ洗浄処理を行うようになっている。

このように、マイナス電位設定部１０ａ及びプラス電位設定部１０ｂを、マイナス電位及びプラス電位に設定するには、例えば、これらのマイナス電位設定部１０ａ及びプラス電位設定部１０ｂを、図示しない電源等と電気的に接続する。設定電位としては、半導体ウエハ上のダストが電気的に吸着している力よりも強くロールブラシ１０に吸着される電位をかければよい。例えば、スクラブ洗浄処理時に洗浄液として純水を使用する場合、Ｓｉ基板上のＳｉＮ、ＳｉＯ₂粒子を除去する場合には、Ｓｉ基板のゼータ電位が−５０ｍＶ、 ＳｉＯ₂粒子のゼータ電位が−４０ｍＶ、 ＳｉＮ粒子のゼータ電位が＋６５ｍＶのため、プラス電位設定部１０ｂは任意のプラス電位でよく、マイナス電位設定部１０ａを−５０ｍＶ以上に設定すれば、Ｓｉ基板上のＳｉＮ、ＳｉＯ₂粒子は除去可能となる。

もちろん、この場合使用する洗浄液は純水だけでなく、任意の薬液（例えばＨＦ）等を用いてもよい。また、電位は除去したいダストが、除去可能な電位でかつデバイス面に悪影響を及ぼさない電位であればその数値はどのようなものであってもよい。

洗浄処理終了後は、洗浄で使用するチャンバーとは別のチャンバーにロールブラシ１０を移動させる。そして、ロールブラシ１０に吸着しているダストを除去するために、マイナス電位設定部１０ａ及びプラス電位設定部１０ｂに、夫々スクラブ洗浄時の設定電位とは逆の電位をかけ電気的な反発によりロールブラシ１０から除去する。この時の設定電位は、ロールブラシ１０に吸着しているダストがロールブラシ１０から電気的な反発により脱離可能な電位であればよい。また、ロールブラシ１０に吸着したダストの除去動作は、ロールブラシ１０に付着したダストが、半導体ウエハに吸着し始める前であれば、どのようなタイミングで実施しても良い。一例としては、ロット単位の半導体ウエハをスクラブ洗浄処理した毎にダストの除去動作を行う。また、ダストを脱離させるチャンバーでは、ロールブラシ１０に超純水をかけてダストを脱離させてもよい。この時使用する超純水はＮ₂やＣＯ₂等のガスが溶解しているものでも、ガスが溶け込んでいないもの（脱気水）でも良い。

また、ロールブラシ１０に吸着したダストを脱離させるチャンバーに、ダストを吸着する膜をつけた基板を設置し、ロールブラシ１０からダストをこの基板に逆吸着させた後、希フッ酸等でエッチングし表面を清浄に保ち、次のロールブラシ１０の洗浄に再利用するよう構成することもできる。このときの基板の種類は、膜がシリコン酸化膜の場合はシリコン基板を使用するが、その他の膜の場合は、膜との密着性が良く、膜中への金属汚染、パーティクル増加がなければどのような基板を使用してもよい。

なお、図６に示したロールブラシ１０は、凸部を有する形状とされているが、例えば図７に示すロールブラシ１１のように、周方向に沿って電気的に分離されたマイナス電位設定部１１ａとプラス電位設定部１１ｂを導電性ポリマーによって隣接するように配設し、凸部を有しない形状としてもよい。

図８は、上記したロールブラシ１０等によって半導体ウエハを洗浄するためのウエハ洗浄チャンバー２１と、ロールブラシ１０等の洗浄を行うためのロールブラシ洗浄チャンバー２２を具備したスクラブ洗浄装置２０の構成例を示すものである。同図において、２３は半導体ウエハを収容したフープが載置されるロード・アンロードステージであり、２４はフープとウエハ洗浄チャンバー２１との間で半導体ウエハを搬送する搬送ロボットである。かかる構成のスクラブ洗浄装置２０によれば、効率良く半導体ウエハの洗浄を行えるとともに、ロールブラシ１０等を清浄に保つことができ、半導体ウエハの良好な洗浄を行うことができる。

本発明の実施形態に係るスクラブ洗浄装置の構成を示す図。 第１の実施例に係るスクラブ洗浄工程を示すフローチャート。 第１の実施例における測定結果を示す図。 比較例における測定結果を示す図。 第２の実施例における測定結果を示す図。 第２の実施形態に係るスクラブ洗浄装置の要部構成を示す図。 第２の実施形態のスクラブ洗浄装置の変形例の要部構成を示す図。 第２の実施形態に係るスクラブ洗浄装置の全体構成を示す図。

符号の説明

Ｗ……半導体ウエハ、１……ロールブラシ、２……純水、３……添加剤。

Claims (5)

1. 基板保持機構に保持された基板の被洗浄面を洗浄部材で擦りつつ当該被洗浄面に洗浄液を供給し、前記被洗浄面に付着した異物を除去するスクラブ洗浄方法であって、
   前記異物のゼータ電位と、前記洗浄部材のゼータ電位とが同じ極性となるように制御する添加剤を含み、中性又は酸性の前記洗浄液を使用し、前記異物と前記洗浄部材とを静電的に反発させることを特徴とするスクラブ洗浄方法。
2. 請求項１記載のスクラブ洗浄方法であって、
   前記添加剤が、１分子中にスルホン酸基を少なくとも２以上有する化合物、フィチン酸および縮合リン酸化合物からなる群から選択される１種または２種以上と、無機酸と、水とを含有することを特徴とするスクラブ洗浄方法。
3. 基板保持機構に保持された基板の被洗浄面を洗浄部材で擦りつつ当該被洗浄面に洗浄液を供給し、前記被洗浄面に付着した異物を除去するスクラブ洗浄方法であって、
   前記洗浄部材は、少なくとも一部が導電性ポリマーからなり、かつ、マイナス電位に設定されるマイナス電位設定部と、プラス電位に設定されるプラス電位設定部を具備し、
   前記マイナス電位設定部をマイナス電位に設定するとともに、前記プラス電位設定部をプラス電位に設定した状態で洗浄を行うことを特徴とするスクラブ洗浄方法。
4. 基板保持機構に保持された基板の被洗浄面を洗浄部材で擦りつつ当該被洗浄面に洗浄液を供給し、前記被洗浄面に付着した異物を除去するスクラブ洗浄装置であって、
   中性又は酸性の前記洗浄液を供給する手段と、
   前記洗浄液中に、前記異物のゼータ電位と、前記洗浄部材のゼータ電位とが同じ極性となるように制御する添加剤を添加する手段と
   を具備したことを特徴とするスクラブ洗浄装置。
5. 基板保持機構に保持された基板の被洗浄面を洗浄部材で擦りつつ当該被洗浄面に洗浄液を供給し、前記被洗浄面に付着した異物を除去するスクラブ洗浄装置であって、
   前記洗浄部材は、少なくとも一部が導電性ポリマーからなり、かつ、マイナス電位に設定されるマイナス電位設定部と、プラス電位に設定されるプラス電位設定部を具備し、
   前記マイナス電位設定部をマイナス電位に設定するとともに、前記プラス電位設定部をプラス電位に設定した状態で洗浄を行うことを特徴とするスクラブ洗浄装置。